add an error for null pointers in the free list
[mplib] / src / texk / web2c / mpdir / lib / mp.w
1 % $Id: mp.web,v 1.8 2005/08/24 10:54:02 taco Exp $
2 % MetaPost, by John Hobby.  Public domain.
3
4 % Much of this program was copied with permission from MF.web Version 1.9
5 % It interprets a language very similar to D.E. Knuth's METAFONT, but with
6 % changes designed to make it more suitable for PostScript output.
7
8 % TeX is a trademark of the American Mathematical Society.
9 % METAFONT is a trademark of Addison-Wesley Publishing Company.
10 % PostScript is a trademark of Adobe Systems Incorporated.
11
12 % Here is TeX material that gets inserted after \input webmac
13 \def\hang{\hangindent 3em\noindent\ignorespaces}
14 \def\textindent#1{\hangindent2.5em\noindent\hbox to2.5em{\hss#1 }\ignorespaces}
15 \def\PASCAL{Pascal}
16 \def\ps{PostScript}
17 \def\ph{\hbox{Pascal-H}}
18 \def\psqrt#1{\sqrt{\mathstrut#1}}
19 \def\k{_{k+1}}
20 \def\pct!{{\char`\%}} % percent sign in ordinary text
21 \font\tenlogo=logo10 % font used for the METAFONT logo
22 \font\logos=logosl10
23 \def\MF{{\tenlogo META}\-{\tenlogo FONT}}
24 \def\MP{{\tenlogo META}\-{\tenlogo POST}}
25 \def\[#1]{#1.} % from pascal web
26 \def\<#1>{$\langle#1\rangle$}
27 \def\section{\mathhexbox278}
28 \let\swap=\leftrightarrow
29 \def\round{\mathop{\rm round}\nolimits}
30 \mathchardef\vb="026A % synonym for `\|'
31
32 \def\(#1){} % this is used to make section names sort themselves better
33 \def\9#1{} % this is used for sort keys in the index via @@:sort key}{entry@@>
34 \def\title{MetaPost}
35 \def\glob{15} % this should be the section number of "<Global...>"
36 \def\gglob{23, 28} % this should be the next two sections of "<Global...>"
37 \pdfoutput=1
38 \pageno=3
39
40 @* \[1] Introduction.
41 This is \MP, a graphics-language processor based on D. E. Knuth's \MF.
42
43 The main purpose of the following program is to explain the algorithms of \MP\
44 as clearly as possible. As a result, the program will not necessarily be very
45 efficient when a particular \PASCAL\ compiler has translated it into a
46 particular machine language. However, the program has been written so that it
47 can be tuned to run efficiently in a wide variety of operating environments
48 by making comparatively few changes. Such flexibility is possible because
49 the documentation that follows is written in the \.{WEB} language, which is
50 at a higher level than \PASCAL; the preprocessing step that converts \.{WEB}
51 to \PASCAL\ is able to introduce most of the necessary refinements.
52 Semi-automatic translation to other languages is also feasible, because the
53 program below does not make extensive use of features that are peculiar to
54 \PASCAL.
55
56 A large piece of software like \MP\ has inherent complexity that cannot
57 be reduced below a certain level of difficulty, although each individual
58 part is fairly simple by itself. The \.{WEB} language is intended to make
59 the algorithms as readable as possible, by reflecting the way the
60 individual program pieces fit together and by providing the
61 cross-references that connect different parts. Detailed comments about
62 what is going on, and about why things were done in certain ways, have
63 been liberally sprinkled throughout the program.  These comments explain
64 features of the implementation, but they rarely attempt to explain the
65 \MP\ language itself, since the reader is supposed to be familiar with
66 {\sl The {\logos METAFONT\/}book} as well as the manual
67 @.WEB@>
68 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
69 {\sl A User's Manual for MetaPost}, Computing Science Technical Report 162,
70 AT\AM T Bell Laboratories.
71
72 @ The present implementation is a preliminary version, but the possibilities
73 for new features are limited by the desire to remain as nearly compatible
74 with \MF\ as possible.
75
76 On the other hand, the \.{WEB} description can be extended without changing
77 the core of the program, and it has been designed so that such
78 extensions are not extremely difficult to make.
79 The |banner| string defined here should be changed whenever \MP\
80 undergoes any modifications, so that it will be clear which version of
81 \MP\ might be the guilty party when a problem arises.
82 @^extensions to \MP@>
83 @^system dependencies@>
84
85 @d banner "This is MetaPost, Version 1.002" /* printed when \MP\ starts */
86 @d metapost_version "1.002"
87 @d mplib_version "0.10"
88 @d version_string " (Cweb version 0.10)"
89
90 @ Different \PASCAL s have slightly different conventions, and the present
91 @:PASCAL H}{\ph@>
92 program is expressed in a version of \PASCAL\ that D. E. Knuth used for \MF.
93 Constructions that apply to
94 this particular compiler, which we shall call \ph, should help the
95 reader see how to make an appropriate interface for other systems
96 if necessary. (\ph\ is Charles Hedrick's modification of a compiler
97 @^Hedrick, Charles Locke@>
98 for the DECsystem-10 that was originally developed at the University of
99 Hamburg; cf.\ {\sl SOFTWARE---Practice \AM\ Experience \bf6} (1976),
100 29--42. The \MP\ program below is intended to be adaptable, without
101 extensive changes, to most other versions of \PASCAL\ and commonly used
102 \PASCAL-to-C translators, so it does not fully
103 @:C@>
104 use the admirable features of \ph. Indeed, a conscious effort has been
105 made here to avoid using several idiosyncratic features of standard
106 \PASCAL\ itself, so that most of the code can be translated mechanically
107 into other high-level languages. For example, the `\&{with}' and `\\{new}'
108 features are not used, nor are pointer types, set types, or enumerated
109 scalar types; there are no `\&{var}' parameters, except in the case of files;
110 there are no tag fields on variant records; there are no |real| variables;
111 no procedures are declared local to other procedures.)
112
113 The portions of this program that involve system-dependent code, where
114 changes might be necessary because of differences between \PASCAL\ compilers
115 and/or differences between
116 operating systems, can be identified by looking at the sections whose
117 numbers are listed under `system dependencies' in the index. Furthermore,
118 the index entries for `dirty \PASCAL' list all places where the restrictions
119 of \PASCAL\ have not been followed perfectly, for one reason or another.
120 @^system dependencies@>
121 @^dirty \PASCAL@>
122
123 @ The program begins with a normal \PASCAL\ program heading, whose
124 components will be filled in later, using the conventions of \.{WEB}.
125 @.WEB@>
126 For example, the portion of the program called `\X\glob:Global
127 variables\X' below will be replaced by a sequence of variable declarations
128 that starts in $\section\glob$ of this documentation. In this way, we are able
129 to define each individual global variable when we are prepared to
130 understand what it means; we do not have to define all of the globals at
131 once.  Cross references in $\section\glob$, where it says ``See also
132 sections \gglob, \dots,'' also make it possible to look at the set of
133 all global variables, if desired.  Similar remarks apply to the other
134 portions of the program heading.
135
136 Actually the heading shown here is not quite normal: The |program| line
137 does not mention any |output| file, because \ph\ would ask the \MP\ user
138 to specify a file name if |output| were specified here.
139 @^system dependencies@>
140
141 @d true 1
142 @d false 0
143  
144 @(mplib.h@>=
145 typedef struct MP_instance * MP;
146 @<Exported types@>
147 typedef struct MP_options {
148   @<Option variables@>
149 } MP_options;
150 @<Exported function headers@>
151
152 @ @(mpmp.h@>=
153 #include <setjmp.h>
154 typedef struct psout_data_struct * psout_data;
155 typedef int boolean;
156 typedef signed int integer;
157 @<Declare helpers@>;
158 @<Types in the outer block@>;
159 @<Constants in the outer block@>
160 #  ifndef LIBAVL_ALLOCATOR
161 #    define LIBAVL_ALLOCATOR
162     struct libavl_allocator {
163         void *(*libavl_malloc) (struct libavl_allocator *, size_t libavl_size);
164         void (*libavl_free) (struct libavl_allocator *, void *libavl_block);
165     };
166 #  endif
167 typedef struct MP_instance {
168   @<Global variables@>
169 } MP_instance;
170 @<Internal library declarations@>
171
172 @ @c 
173 #include <stdio.h>
174 #include <stdlib.h>
175 #include <string.h>
176 #include <stdarg.h>
177 #include <assert.h>
178 #include <unistd.h> /* for access() */
179 #include <time.h> /* for struct tm \& co */
180 #include "mplib.h"
181 #include "mpmp.h" /* internal header */
182 #include "mppsout.h" /* internal header */
183 @h
184 @<Declarations@>
185 @<Basic printing procedures@>
186 @<Error handling procedures@>
187
188 @ Here are the functions that set up the \MP\ instance.
189
190 @<Declarations@> =
191 @<Declare |mp_reallocate| functions@>;
192 struct MP_options *mp_options (void);
193 MP mp_new (struct MP_options *opt);
194
195 @ @c
196 struct MP_options *mp_options (void) {
197   struct MP_options *opt;
198   opt = malloc(sizeof(MP_options));
199   if (opt!=NULL) {
200     memset (opt,0,sizeof(MP_options));
201   }
202   return opt;
203
204 MP mp_new (struct MP_options *opt) {
205   MP mp;
206   mp = xmalloc(1,sizeof(MP_instance));
207   @<Set |ini_version|@>;
208   @<Setup the non-local jump buffer in |mp_new|@>;
209   @<Allocate or initialize variables@>
210   if (opt->main_memory>mp->mem_max)
211     mp_reallocate_memory(mp,opt->main_memory);
212   mp_reallocate_paths(mp,1000);
213   mp_reallocate_fonts(mp,8);
214   mp->term_in = stdin;
215   mp->term_out = stdout;
216   return mp;
217 }
218 void mp_free (MP mp) {
219   int k; /* loop variable */
220   @<Dealloc variables@>
221   xfree(mp);
222 }
223
224 @ @c
225 void mp_do_initialize ( MP mp) {
226   @<Local variables for initialization@>
227   @<Set initial values of key variables@>
228 }
229 int mp_initialize (MP mp) { /* this procedure gets things started properly */
230   mp->history=mp_fatal_error_stop; /* in case we quit during initialization */
231   @<Install and test the non-local jump buffer@>;
232   t_open_out; /* open the terminal for output */
233   @<Check the ``constant'' values...@>;
234   if ( mp->bad>0 ) {
235     fprintf(stdout,"Ouch---my internal constants have been clobbered!\n"
236                    "---case %i",(int)mp->bad);
237 @.Ouch...clobbered@>
238     return mp->history;
239   }
240   mp_do_initialize(mp); /* erase preloaded mem */
241   if (mp->ini_version) {
242     @<Run inimpost commands@>;
243   }
244   @<Initialize the output routines@>;
245   @<Get the first line of input and prepare to start@>;
246   mp_set_job_id(mp);
247   mp_init_map_file(mp, mp->troff_mode);
248   mp->history=mp_spotless; /* ready to go! */
249   if (mp->troff_mode) {
250     mp->internal[mp_gtroffmode]=unity; 
251     mp->internal[mp_prologues]=unity; 
252   }
253   if ( mp->start_sym>0 ) { /* insert the `\&{everyjob}' symbol */
254     mp->cur_sym=mp->start_sym; mp_back_input(mp);
255   }
256   return mp->history;
257 }
258
259
260 @<Exported function headers@>=
261 extern struct MP_options *mp_options (void);
262 extern MP mp_new (struct MP_options *opt) ;
263 extern void mp_free (MP mp);
264 extern int mp_initialize (MP mp);
265
266 @ @<Declarations@>=
267 void mp_do_initialize (MP mp);
268
269
270 @ The overall \MP\ program begins with the heading just shown, after which
271 comes a bunch of procedure declarations and function declarations.
272 Finally we will get to the main program, which begins with the
273 comment `|start_here|'. If you want to skip down to the
274 main program now, you can look up `|start_here|' in the index.
275 But the author suggests that the best way to understand this program
276 is to follow pretty much the order of \MP's components as they appear in the
277 \.{WEB} description you are now reading, since the present ordering is
278 intended to combine the advantages of the ``bottom up'' and ``top down''
279 approaches to the problem of understanding a somewhat complicated system.
280
281 @ Some of the code below is intended to be used only when diagnosing the
282 strange behavior that sometimes occurs when \MP\ is being installed or
283 when system wizards are fooling around with \MP\ without quite knowing
284 what they are doing. Such code will not normally be compiled; it is
285 delimited by the preprocessor test `|#ifdef DEBUG .. #endif|'.
286
287 @ This program has two important variations: (1) There is a long and slow
288 version called \.{INIMP}, which does the extra calculations needed to
289 @.INIMP@>
290 initialize \MP's internal tables; and (2)~there is a shorter and faster
291 production version, which cuts the initialization to a bare minimum.
292
293 Which is which is decided at runtime.
294
295 @ The following parameters can be changed at compile time to extend or
296 reduce \MP's capacity. They may have different values in \.{INIMP} and
297 in production versions of \MP.
298 @.INIMP@>
299 @^system dependencies@>
300
301 @<Constants...@>=
302 #define file_name_size 255 /* file names shouldn't be longer than this */
303 #define bistack_size 1500 /* size of stack for bisection algorithms;
304   should probably be left at this value */
305
306 @ Like the preceding parameters, the following quantities can be changed
307 at compile time to extend or reduce \MP's capacity. But if they are changed,
308 it is necessary to rerun the initialization program \.{INIMP}
309 @.INIMP@>
310 to generate new tables for the production \MP\ program.
311 One can't simply make helter-skelter changes to the following constants,
312 since certain rather complex initialization
313 numbers are computed from them. 
314
315 @ @<Glob...@>=
316 int max_strings; /* maximum number of strings; must not exceed |max_halfword| */
317 int pool_size; /* maximum number of characters in strings, including all
318   error messages and help texts, and the names of all identifiers */
319 int error_line; /* width of context lines on terminal error messages */
320 int half_error_line; /* width of first lines of contexts in terminal
321   error messages; should be between 30 and |error_line-15| */
322 int max_print_line; /* width of longest text lines output; should be at least 60 */
323 int mem_max; /* greatest index in \MP's internal |mem| array;
324   must be strictly less than |max_halfword|;
325   must be equal to |mem_top| in \.{INIMP}, otherwise |>=mem_top| */
326 int mem_top; /* largest index in the |mem| array dumped by \.{INIMP};
327   must not be greater than |mem_max| */
328 int hash_size; /* maximum number of symbolic tokens,
329   must be less than |max_halfword-3*param_size| */
330 int hash_prime; /* a prime number equal to about 85\pct! of |hash_size| */
331 int param_size; /* maximum number of simultaneous macro parameters */
332 int max_in_open; /* maximum number of input files and error insertions that
333   can be going on simultaneously */
334
335 @ @<Option variables@>=
336 int error_line;
337 int half_error_line;
338 int max_print_line;
339 int main_memory;
340 int hash_size; 
341 int hash_prime; 
342 int param_size; 
343 int max_in_open; 
344
345
346 @d set_value(a,b,c) do { a=c; if (b>c) a=b; } while (0)
347
348 @<Allocate or ...@>=
349 mp->max_strings=500;
350 mp->pool_size=10000;
351 set_value(mp->error_line,opt->error_line,79);
352 set_value(mp->half_error_line,opt->half_error_line,50);
353 set_value(mp->max_print_line,opt->max_print_line,79);
354 mp->mem_max=5000;
355 mp->mem_top=5000;
356 set_value(mp->hash_size,opt->hash_size,9500);
357 set_value(mp->hash_prime,opt->hash_prime,7919);
358 set_value(mp->param_size,opt->param_size,150);
359 set_value(mp->max_in_open,opt->max_in_open,10);
360
361
362 @ In case somebody has inadvertently made bad settings of the ``constants,''
363 \MP\ checks them using a global variable called |bad|.
364
365 This is the first of many sections of \MP\ where global variables are
366 defined.
367
368 @<Glob...@>=
369 integer bad; /* is some ``constant'' wrong? */
370
371 @ Later on we will say `\ignorespaces|if (mem_max>=max_halfword) bad=10;|',
372 or something similar. (We can't do that until |max_halfword| has been defined.)
373
374 @<Check the ``constant'' values for consistency@>=
375 mp->bad=0;
376 if ( (mp->half_error_line<30)||(mp->half_error_line>mp->error_line-15) ) mp->bad=1;
377 if ( mp->max_print_line<60 ) mp->bad=2;
378 if ( mp->mem_top<=1100 ) mp->bad=4;
379 if (mp->hash_prime>mp->hash_size ) mp->bad=5;
380
381 @ Labels are given symbolic names by the following definitions, so that
382 occasional |goto| statements will be meaningful. We insert the label
383 `|exit|:' just before the `\ignorespaces|end|\unskip' of a procedure in
384 which we have used the `|return|' statement defined below; the label
385 `|restart|' is occasionally used at the very beginning of a procedure; and
386 the label `|reswitch|' is occasionally used just prior to a |case|
387 statement in which some cases change the conditions and we wish to branch
388 to the newly applicable case.  Loops that are set up with the |loop|
389 construction defined below are commonly exited by going to `|done|' or to
390 `|found|' or to `|not_found|', and they are sometimes repeated by going to
391 `|continue|'.  If two or more parts of a subroutine start differently but
392 end up the same, the shared code may be gathered together at
393 `|common_ending|'.
394
395 Incidentally, this program never declares a label that isn't actually used,
396 because some fussy \PASCAL\ compilers will complain about redundant labels.
397
398 @d label_exit 10 /* go here to leave a procedure */
399 @d restart 20 /* go here to start a procedure again */
400 @d reswitch 21 /* go here to start a case statement again */
401 @d continue 22 /* go here to resume a loop */
402 @d done 30 /* go here to exit a loop */
403 @d done1 31 /* like |done|, when there is more than one loop */
404 @d done2 32 /* for exiting the second loop in a long block */
405 @d done3 33 /* for exiting the third loop in a very long block */
406 @d done4 34 /* for exiting the fourth loop in an extremely long block */
407 @d done5 35 /* for exiting the fifth loop in an immense block */
408 @d done6 36 /* for exiting the sixth loop in a block */
409 @d found 40 /* go here when you've found it */
410 @d found1 41 /* like |found|, when there's more than one per routine */
411 @d found2 42 /* like |found|, when there's more than two per routine */
412 @d found3 43 /* like |found|, when there's more than three per routine */
413 @d not_found 45 /* go here when you've found nothing */
414 @d common_ending 50 /* go here when you want to merge with another branch */
415
416 @ Here are some macros for common programming idioms.
417
418 @d incr(A)   (A)=(A)+1 /* increase a variable by unity */
419 @d decr(A)   (A)=(A)-1 /* decrease a variable by unity */
420 @d negate(A) (A)=-(A) /* change the sign of a variable */
421 @d double(A) (A)=(A)+(A)
422 @d odd(A)   ((A)%2==1)
423 @d chr(A)   (A)
424 @d do_nothing   /* empty statement */
425 @d Return   goto exit /* terminate a procedure call */
426 @f return   nil /* \.{WEB} will henceforth say |return| instead of \\{return} */
427
428 @* \[2] The character set.
429 In order to make \MP\ readily portable to a wide variety of
430 computers, all of its input text is converted to an internal eight-bit
431 code that includes standard ASCII, the ``American Standard Code for
432 Information Interchange.''  This conversion is done immediately when each
433 character is read in. Conversely, characters are converted from ASCII to
434 the user's external representation just before they are output to a
435 text file.
436 @^ASCII code@>
437
438 Such an internal code is relevant to users of \MP\ only with respect to
439 the \&{char} and \&{ASCII} operations, and the comparison of strings.
440
441 @ Characters of text that have been converted to \MP's internal form
442 are said to be of type |ASCII_code|, which is a subrange of the integers.
443
444 @<Types...@>=
445 typedef unsigned char ASCII_code; /* eight-bit numbers */
446
447 @ The original \PASCAL\ compiler was designed in the late 60s, when six-bit
448 character sets were common, so it did not make provision for lowercase
449 letters. Nowadays, of course, we need to deal with both capital and small
450 letters in a convenient way, especially in a program for font design;
451 so the present specification of \MP\ has been written under the assumption
452 that the \PASCAL\ compiler and run-time system permit the use of text files
453 with more than 64 distinguishable characters. More precisely, we assume that
454 the character set contains at least the letters and symbols associated
455 with ASCII codes 040 through 0176; all of these characters are now
456 available on most computer terminals.
457
458 Since we are dealing with more characters than were present in the first
459 \PASCAL\ compilers, we have to decide what to call the associated data
460 type. Some \PASCAL s use the original name |char| for the
461 characters in text files, even though there now are more than 64 such
462 characters, while other \PASCAL s consider |char| to be a 64-element
463 subrange of a larger data type that has some other name.
464
465 In order to accommodate this difference, we shall use the name |text_char|
466 to stand for the data type of the characters that are converted to and
467 from |ASCII_code| when they are input and output. We shall also assume
468 that |text_char| consists of the elements |chr(first_text_char)| through
469 |chr(last_text_char)|, inclusive. The following definitions should be
470 adjusted if necessary.
471 @^system dependencies@>
472
473 @d first_text_char 0 /* ordinal number of the smallest element of |text_char| */
474 @d last_text_char 255 /* ordinal number of the largest element of |text_char| */
475
476 @<Types...@>=
477 typedef unsigned char text_char; /* the data type of characters in text files */
478
479 @ @<Local variables for init...@>=
480 integer i;
481
482 @ The \MP\ processor converts between ASCII code and
483 the user's external character set by means of arrays |xord| and |xchr|
484 that are analogous to \PASCAL's |ord| and |chr| functions.
485
486 @d xchr(A) mp->xchr[(A)]
487 @d xord(A) mp->xord[(A)]
488
489 @<Glob...@>=
490 ASCII_code xord[256];  /* specifies conversion of input characters */
491 text_char xchr[256];  /* specifies conversion of output characters */
492
493 @ The core system assumes all 8-bit is acceptable.  If it is not,
494 a change file has to alter the below section.
495 @^system dependencies@>
496
497 Additionally, people with extended character sets can
498 assign codes arbitrarily, giving an |xchr| equivalent to whatever
499 characters the users of \MP\ are allowed to have in their input files.
500 Appropriate changes to \MP's |char_class| table should then be made.
501 (Unlike \TeX, each installation of \MP\ has a fixed assignment of category
502 codes, called the |char_class|.) Such changes make portability of programs
503 more difficult, so they should be introduced cautiously if at all.
504 @^character set dependencies@>
505 @^system dependencies@>
506
507 @<Set initial ...@>=
508 for (i=0;i<=0377;i++) { xchr(i)=i; }
509
510 @ The following system-independent code makes the |xord| array contain a
511 suitable inverse to the information in |xchr|. Note that if |xchr[i]=xchr[j]|
512 where |i<j<0177|, the value of |xord[xchr[i]]| will turn out to be
513 |j| or more; hence, standard ASCII code numbers will be used instead of
514 codes below 040 in case there is a coincidence.
515
516 @<Set initial ...@>=
517 for (i=first_text_char;i<=last_text_char;i++) { 
518    xord(chr(i))=0177;
519 }
520 for (i=0200;i<=0377;i++) { xord(xchr(i))=i;}
521 for (i=0;i<=0176;i++) { xord(xchr(i))=i;}
522
523 @* \[3] Input and output.
524 The bane of portability is the fact that different operating systems treat
525 input and output quite differently, perhaps because computer scientists
526 have not given sufficient attention to this problem. People have felt somehow
527 that input and output are not part of ``real'' programming. Well, it is true
528 that some kinds of programming are more fun than others. With existing
529 input/output conventions being so diverse and so messy, the only sources of
530 joy in such parts of the code are the rare occasions when one can find a
531 way to make the program a little less bad than it might have been. We have
532 two choices, either to attack I/O now and get it over with, or to postpone
533 I/O until near the end. Neither prospect is very attractive, so let's
534 get it over with.
535
536 The basic operations we need to do are (1)~inputting and outputting of
537 text, to or from a file or the user's terminal; (2)~inputting and
538 outputting of eight-bit bytes, to or from a file; (3)~instructing the
539 operating system to initiate (``open'') or to terminate (``close'') input or
540 output from a specified file; (4)~testing whether the end of an input
541 file has been reached; (5)~display of bits on the user's screen.
542 The bit-display operation will be discussed in a later section; we shall
543 deal here only with more traditional kinds of I/O.
544
545 @ Finding files happens in a slightly roundabout fashion: the \MP\
546 instance object contains a field that holds a function pointer that finds a
547 file, and returns its name, or NULL. For this, it receives three
548 parameters: the non-qualified name |fname|, the intended |fopen|
549 operation type |fmode|, and the type of the file |ftype|.
550
551 The file types that are passed on in |ftype| can be  used to 
552 differentiate file searches if a library like kpathsea is used,
553 the fopen mode is passed along for the same reason.
554
555 @<Types...@>=
556 typedef unsigned char eight_bits ; /* unsigned one-byte quantity */
557
558 @ @<Exported types@>=
559 enum mp_filetype {
560   mp_filetype_program = 1, /* \MP\ language input */
561   mp_filetype_log,  /* the log file */
562   mp_filetype_postscript, /* the postscript output */
563   mp_filetype_text,  /* text files for readfrom and writeto primitives */
564   mp_filetype_memfile, /* memory dumps */
565   mp_filetype_metrics, /* TeX font metric files */
566   mp_filetype_fontmap, /* PostScript font mapping files */
567   mp_filetype_font, /*  PostScript type1 font programs */
568   mp_filetype_encoding, /*  PostScript font encoding files */
569 };
570 typedef char *(*mp_file_finder)(char *, char *, int);
571
572 @ @<Glob...@>=
573 mp_file_finder find_file;
574
575 @ @<Option variables@>=
576 mp_file_finder find_file;
577
578 @ The default function for finding files is |mp_find_file|. It is 
579 pretty stupid: it will only find files in the current directory.
580
581 @c
582 char *mp_find_file (char *fname, char *fmode, int ftype)  {
583   if (fmode[0] != 'r' || access (fname,R_OK) || ftype)  
584      return strdup(fname);
585   return NULL;
586 }
587
588 @ This has to be done very early on, so it is best to put it in with
589 the |mp_new| allocations
590
591 @d set_callback_option(A) do { mp->A = mp_##A;
592   if (opt->A!=NULL) mp->A = opt->A;
593 } while (0)
594
595 @<Allocate or initialize ...@>=
596 set_callback_option(find_file);
597
598 @ Because |mp_find_file| is used so early, it has to be in the helpers
599 section.
600
601 @<Internal ...@>=
602 char *mp_find_file (char *fname, char *fmode, int ftype) ;
603
604 @ The function to open files can now be very short.
605
606 @c
607 FILE *mp_open_file(MP mp, char *fname, char *fmode, int ftype)  {
608   char *s = (mp->find_file)(fname,fmode,ftype);
609   if (s!=NULL) {
610     FILE *f = fopen(s, fmode);
611     xfree(s);
612     return f;   
613   }
614   return NULL;
615 }
616
617 @ This is a legacy interface: (almost) all file names pass through |name_of_file|.
618
619 @<Glob...@>=
620 char name_of_file[file_name_size+1]; /* the name of a system file */
621 int name_length;/* this many characters are actually
622   relevant in |name_of_file| (the rest are blank) */
623 boolean print_found_names; /* configuration parameter */
624
625 @ @<Option variables@>=
626 int print_found_names; /* configuration parameter */
627
628 @ If this parameter is true, the terminal and log will report the found
629 file names for input files instead of the requested ones. 
630 It is off by default because it creates an extra filename lookup.
631
632 @<Allocate or initialize ...@>=
633 mp->print_found_names = (opt->print_found_names>0 ? true : false);
634
635 @ \MP's file-opening procedures return |false| if no file identified by
636 |name_of_file| could be opened.
637
638 The |OPEN_FILE| macro takes care of the |print_found_names| parameter.
639 It is not used for opening a mem file for read, because that file name 
640 is never printed.
641
642 @d OPEN_FILE(A) do {
643   if (mp->print_found_names) {
644     char *s = (mp->find_file)(mp->name_of_file,A,ftype);
645     if (s!=NULL) {
646       *f = mp_open_file(mp,mp->name_of_file,A, ftype); 
647       strncpy(mp->name_of_file,s,file_name_size);
648       xfree(s);
649     } else {
650       *f = NULL;
651     }
652   } else {
653     *f = mp_open_file(mp,mp->name_of_file,A, ftype); 
654   }
655 } while (0);
656 return (*f ? true : false)
657
658 @c 
659 boolean mp_a_open_in (MP mp, FILE **f, int ftype) {
660   /* open a text file for input */
661   OPEN_FILE("r");
662 }
663 @#
664 boolean mp_w_open_in (MP mp, FILE **f) {
665   /* open a word file for input */
666   *f = mp_open_file(mp,mp->name_of_file,"rb",mp_filetype_memfile); 
667   return (*f ? true : false);
668 }
669 @#
670 boolean mp_a_open_out (MP mp, FILE **f, int ftype) {
671   /* open a text file for output */
672   OPEN_FILE("w");
673 }
674 @#
675 boolean mp_b_open_out (MP mp, FILE **f, int ftype) {
676   /* open a binary file for output */
677   OPEN_FILE("wb");
678 }
679 @#
680 boolean mp_w_open_out (MP mp, FILE**f) {
681   /* open a word file for output */
682   int ftype = mp_filetype_memfile;
683   OPEN_FILE("wb");
684 }
685
686 @ @<Internal ...@>=
687 FILE *mp_open_file(MP mp, char *fname, char *fmode, int ftype);
688
689 @ Binary input and output are done with \PASCAL's ordinary |get| and |put|
690 procedures, so we don't have to make any other special arrangements for
691 binary~I/O. Text output is also easy to do with standard \PASCAL\ routines.
692 The treatment of text input is more difficult, however, because
693 of the necessary translation to |ASCII_code| values.
694 \MP's conventions should be efficient, and they should
695 blend nicely with the user's operating environment.
696
697 @ Input from text files is read one line at a time, using a routine called
698 |input_ln|. This function is defined in terms of global variables called
699 |buffer|, |first|, and |last| that will be described in detail later; for
700 now, it suffices for us to know that |buffer| is an array of |ASCII_code|
701 values, and that |first| and |last| are indices into this array
702 representing the beginning and ending of a line of text.
703
704 @<Glob...@>=
705 size_t buf_size; /* maximum number of characters simultaneously present in
706                     current lines of open files */
707 ASCII_code *buffer; /* lines of characters being read */
708 size_t first; /* the first unused position in |buffer| */
709 size_t last; /* end of the line just input to |buffer| */
710 size_t max_buf_stack; /* largest index used in |buffer| */
711
712 @ @<Allocate or initialize ...@>=
713 mp->buf_size = 200;
714 mp->buffer = xmalloc((mp->buf_size+1),sizeof(ASCII_code));
715
716 @ @<Dealloc variables@>=
717 xfree(mp->buffer);
718
719 @ @c
720 void mp_reallocate_buffer(MP mp, size_t l) {
721   ASCII_code *buffer;
722   if (l>max_halfword) {
723     mp_confusion(mp,"buffer size"); /* can't happen (I hope) */
724   }
725   buffer = xmalloc((l+1),sizeof(ASCII_code));
726   memcpy(buffer,mp->buffer,(mp->buf_size+1));
727   xfree(mp->buffer);
728   mp->buffer = buffer ;
729   mp->buf_size = l;
730 }
731
732 @ The |input_ln| function brings the next line of input from the specified
733 field into available positions of the buffer array and returns the value
734 |true|, unless the file has already been entirely read, in which case it
735 returns |false| and sets |last:=first|.  In general, the |ASCII_code|
736 numbers that represent the next line of the file are input into
737 |buffer[first]|, |buffer[first+1]|, \dots, |buffer[last-1]|; and the
738 global variable |last| is set equal to |first| plus the length of the
739 line. Trailing blanks are removed from the line; thus, either |last=first|
740 (in which case the line was entirely blank) or |buffer[last-1]<>" "|.
741 @^inner loop@>
742
743 An overflow error is given, however, if the normal actions of |input_ln|
744 would make |last>=buf_size|; this is done so that other parts of \MP\
745 can safely look at the contents of |buffer[last+1]| without overstepping
746 the bounds of the |buffer| array. Upon entry to |input_ln|, the condition
747 |first<buf_size| will always hold, so that there is always room for an
748 ``empty'' line.
749
750 The variable |max_buf_stack|, which is used to keep track of how large
751 the |buf_size| parameter must be to accommodate the present job, is
752 also kept up to date by |input_ln|.
753
754 If the |bypass_eoln| parameter is |true|, |input_ln| will do a |get|
755 before looking at the first character of the line; this skips over
756 an |eoln| that was in |f^|. The procedure does not do a |get| when it
757 reaches the end of the line; therefore it can be used to acquire input
758 from the user's terminal as well as from ordinary text files.
759
760 Standard \PASCAL\ says that a file should have |eoln| immediately
761 before |eof|, but \MP\ needs only a weaker restriction: If |eof|
762 occurs in the middle of a line, the system function |eoln| should return
763 a |true| result (even though |f^| will be undefined).
764
765 @c 
766 boolean mp_input_ln (MP mp,FILE *  f, boolean bypass_eoln) {
767   /* inputs the next line or returns |false| */
768   int last_nonblank; /* |last| with trailing blanks removed */
769   int c;
770   if ( bypass_eoln ) {
771     c = fgetc(f);
772     if (c==EOF)
773       return false;
774     if (c!='\n' && c!='\r') {
775       ungetc(c,f);
776     }
777   }
778   /* input the first character of the line into |f^| */
779   mp->last=mp->first; /* cf.\ Matthew 19\thinspace:\thinspace30 */
780   c = fgetc(f);
781   if (c==EOF)
782         return false;
783   last_nonblank=mp->first;
784   while (c!=EOF && c!='\n' && c!='\r') { 
785     if ( mp->last>=mp->max_buf_stack ) { 
786       mp->max_buf_stack=mp->last+1;
787       if ( mp->max_buf_stack==mp->buf_size ) {
788         mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
789       }
790     }
791     mp->buffer[mp->last]=xord(c); 
792     incr(mp->last);
793     if ( mp->buffer[mp->last-1]!=' ' ) 
794       last_nonblank=mp->last;
795     c = fgetc(f); 
796   } 
797   if (c!=EOF) {
798     ungetc(c,f);
799   }
800   mp->last=last_nonblank; 
801   return true;
802 }
803
804 @ The user's terminal acts essentially like other files of text, except
805 that it is used both for input and for output. When the terminal is
806 considered an input file, the file variable is called |term_in|, and when it
807 is considered an output file the file variable is |term_out|.
808 @^system dependencies@>
809
810 @<Glob...@>=
811 FILE * term_in; /* the terminal as an input file */
812 FILE * term_out; /* the terminal as an output file */
813
814 @ Here is how to open the terminal files. In the default configuration,
815 nothing happens except that the command line (if there is one) is copied
816 to the input buffer.  The variable |command_line| will be filled by the 
817 |main| procedure. The copying can not be done earlier in the program 
818 logic because in the |INI| version, the |buffer| is also used for primitive 
819 initialization.
820
821 @^system dependencies@>
822
823 @d t_open_out  /* open the terminal for text output */
824 @d t_open_in  do { /* open the terminal for text input */
825     if (mp->command_line!=NULL) {
826       mp->last = strlen(mp->command_line);
827       strncpy((char *)mp->buffer,mp->command_line,mp->last);
828       xfree(mp->command_line);
829     }
830 } while (0)
831
832 @<Glob...@>=
833 char *command_line;
834
835 @ @<Option variables@>=
836 char *command_line;
837
838 @ @<Allocate or initialize ...@>=
839 mp->command_line = opt->command_line;
840
841 @ Sometimes it is necessary to synchronize the input/output mixture that
842 happens on the user's terminal, and three system-dependent
843 procedures are used for this
844 purpose. The first of these, |update_terminal|, is called when we want
845 to make sure that everything we have output to the terminal so far has
846 actually left the computer's internal buffers and been sent.
847 The second, |clear_terminal|, is called when we wish to cancel any
848 input that the user may have typed ahead (since we are about to
849 issue an unexpected error message). The third, |wake_up_terminal|,
850 is supposed to revive the terminal if the user has disabled it by
851 some instruction to the operating system.  The following macros show how
852 these operations can be specified in \ph:
853 @^system dependencies@>
854
855 @d update_terminal   fflush(mp->term_out) /* empty the terminal output buffer */
856 @d clear_terminal   do_nothing /* clear the terminal input buffer */
857 @d wake_up_terminal  fflush(mp->term_out) /* cancel the user's cancellation of output */
858
859 @ We need a special routine to read the first line of \MP\ input from
860 the user's terminal. This line is different because it is read before we
861 have opened the transcript file; there is sort of a ``chicken and
862 egg'' problem here. If the user types `\.{input cmr10}' on the first
863 line, or if some macro invoked by that line does such an \.{input},
864 the transcript file will be named `\.{cmr10.log}'; but if no \.{input}
865 commands are performed during the first line of terminal input, the transcript
866 file will acquire its default name `\.{mpout.log}'. (The transcript file
867 will not contain error messages generated by the first line before the
868 first \.{input} command.)
869
870 The first line is even more special if we are lucky enough to have an operating
871 system that treats \MP\ differently from a run-of-the-mill \PASCAL\ object
872 program. It's nice to let the user start running a \MP\ job by typing
873 a command line like `\.{MP cmr10}'; in such a case, \MP\ will operate
874 as if the first line of input were `\.{cmr10}', i.e., the first line will
875 consist of the remainder of the command line, after the part that invoked \MP.
876
877 @ Different systems have different ways to get started. But regardless of
878 what conventions are adopted, the routine that initializes the terminal
879 should satisfy the following specifications:
880
881 \yskip\textindent{1)}It should open file |term_in| for input from the
882   terminal. (The file |term_out| will already be open for output to the
883   terminal.)
884
885 \textindent{2)}If the user has given a command line, this line should be
886   considered the first line of terminal input. Otherwise the
887   user should be prompted with `\.{**}', and the first line of input
888   should be whatever is typed in response.
889
890 \textindent{3)}The first line of input, which might or might not be a
891   command line, should appear in locations |first| to |last-1| of the
892   |buffer| array.
893
894 \textindent{4)}The global variable |loc| should be set so that the
895   character to be read next by \MP\ is in |buffer[loc]|. This
896   character should not be blank, and we should have |loc<last|.
897
898 \yskip\noindent(It may be necessary to prompt the user several times
899 before a non-blank line comes in. The prompt is `\.{**}' instead of the
900 later `\.*' because the meaning is slightly different: `\.{input}' need
901 not be typed immediately after~`\.{**}'.)
902
903 @d loc mp->cur_input.loc_field /* location of first unread character in |buffer| */
904
905 @ The following program does the required initialization
906 without retrieving a possible command line.
907 It should be clear how to modify this routine to deal with command lines,
908 if the system permits them.
909 @^system dependencies@>
910
911 @c 
912 boolean mp_init_terminal (MP mp) { /* gets the terminal input started */
913   t_open_in; 
914   if (mp->last!=0) {
915     loc = mp->first = 0;
916         return true;
917   }
918   while (1) { 
919     wake_up_terminal; fprintf(mp->term_out,"**"); update_terminal;
920 @.**@>
921     if ( ! mp_input_ln(mp, mp->term_in,true) ) { /* this shouldn't happen */
922       fprintf(mp->term_out,"\n! End of file on the terminal... why?");
923 @.End of file on the terminal@>
924       return false;
925     }
926     loc=mp->first;
927     while ( (loc<(int)mp->last)&&(mp->buffer[loc]==' ') ) 
928       incr(loc);
929     if ( loc<(int)mp->last ) { 
930       return true; /* return unless the line was all blank */
931     };
932     fprintf(mp->term_out,"Please type the name of your input file.\n");
933   }
934 }
935
936 @ @<Declarations@>=
937 boolean mp_init_terminal (MP mp) ;
938
939
940 @* \[4] String handling.
941 Symbolic token names and diagnostic messages are variable-length strings
942 of eight-bit characters. Since \PASCAL\ does not have a well-developed string
943 mechanism, \MP\ does all of its string processing by homegrown methods.
944
945 \MP\ uses strings more extensively than \MF\ does, but the necessary
946 operations can still be handled with a fairly simple data structure.
947 The array |str_pool| contains all of the (eight-bit) ASCII codes in all
948 of the strings, and the array |str_start| contains indices of the starting
949 points of each string. Strings are referred to by integer numbers, so that
950 string number |s| comprises the characters |str_pool[j]| for
951 |str_start[s]<=j<str_start[ss]| where |ss=next_str[s]|.  The string pool
952 is allocated sequentially and |str_pool[pool_ptr]| is the next unused
953 location.  The first string number not currently in use is |str_ptr|
954 and |next_str[str_ptr]| begins a list of free string numbers.  String
955 pool entries |str_start[str_ptr]| up to |pool_ptr| are reserved for a
956 string currently being constructed.
957
958 String numbers 0 to 255 are reserved for strings that correspond to single
959 ASCII characters. This is in accordance with the conventions of \.{WEB},
960 @.WEB@>
961 which converts single-character strings into the ASCII code number of the
962 single character involved, while it converts other strings into integers
963 and builds a string pool file. Thus, when the string constant \.{"."} appears
964 in the program below, \.{WEB} converts it into the integer 46, which is the
965 ASCII code for a period, while \.{WEB} will convert a string like \.{"hello"}
966 into some integer greater than~255. String number 46 will presumably be the
967 single character `\..'\thinspace; but some ASCII codes have no standard visible
968 representation, and \MP\ may need to be able to print an arbitrary
969 ASCII character, so the first 256 strings are used to specify exactly what
970 should be printed for each of the 256 possibilities.
971
972 @<Types...@>=
973 typedef int pool_pointer; /* for variables that point into |str_pool| */
974 typedef int str_number; /* for variables that point into |str_start| */
975
976 @ @<Glob...@>=
977 ASCII_code *str_pool; /* the characters */
978 pool_pointer *str_start; /* the starting pointers */
979 str_number *next_str; /* for linking strings in order */
980 pool_pointer pool_ptr; /* first unused position in |str_pool| */
981 str_number str_ptr; /* number of the current string being created */
982 pool_pointer init_pool_ptr; /* the starting value of |pool_ptr| */
983 str_number init_str_use; /* the initial number of strings in use */
984 pool_pointer max_pool_ptr; /* the maximum so far of |pool_ptr| */
985 str_number max_str_ptr; /* the maximum so far of |str_ptr| */
986
987 @ @<Allocate or initialize ...@>=
988 mp->str_pool  = xmalloc ((mp->pool_size +1),sizeof(ASCII_code));
989 mp->str_start = xmalloc ((mp->max_strings+1),sizeof(pool_pointer));
990 mp->next_str  = xmalloc ((mp->max_strings+1),sizeof(str_number));
991
992 @ @<Dealloc variables@>=
993 xfree(mp->str_pool);
994 xfree(mp->str_start);
995 xfree(mp->next_str);
996
997 @ Most printing is done from |char *|s, but sometimes not. Here are
998 functions that convert an internal string into a |char *| for use
999 by the printing routines, and vice versa.
1000
1001 @d str(A) mp_str(mp,A)
1002 @d rts(A) mp_rts(mp,A)
1003
1004 @<Internal ...@>=
1005 int mp_xstrcmp (const char *a, const char *b);
1006 char * mp_str (MP mp, str_number s);
1007
1008 @ @<Declarations@>=
1009 str_number mp_rts (MP mp, char *s);
1010 str_number mp_make_string (MP mp);
1011
1012 @ The attempt to catch interrupted strings that is in |mp_rts|, is not 
1013 very good: it does not handle nesting over more than one level.
1014
1015 @c 
1016 int mp_xstrcmp (const char *a, const char *b) {
1017         if (a==NULL && b==NULL) 
1018           return 0;
1019     if (a==NULL)
1020       return -1;
1021     if (b==NULL)
1022       return 1;
1023     return strcmp(a,b);
1024 }
1025
1026 @ @c
1027 char * mp_str (MP mp, str_number ss) {
1028   char *s;
1029   int len;
1030   if (ss==mp->str_ptr) {
1031     return NULL;
1032   } else {
1033     len = length(ss);
1034     s = xmalloc(len+1,sizeof(char));
1035     strncpy(s,(char *)(mp->str_pool+(mp->str_start[ss])),len);
1036     s[len] = 0;
1037     return (char *)s;
1038   }
1039 }
1040 str_number mp_rts (MP mp, char *s) {
1041   int r; /* the new string */ 
1042   int old; /* a possible string in progress */
1043   int i=0;
1044   if (strlen(s)==0) {
1045     return 256;
1046   } else if (strlen(s)==1) {
1047     return s[0];
1048   } else {
1049    old=0;
1050    str_room((integer)strlen(s));
1051    if (mp->str_start[mp->str_ptr]<mp->pool_ptr)
1052      old = mp_make_string(mp);
1053    while (*s) {
1054      append_char(*s);
1055      s++;
1056    }
1057    r = mp_make_string(mp);
1058    if (old!=0) {
1059       str_room(length(old));
1060       while (i<length(old)) {
1061         append_char((mp->str_start[old]+i));
1062       } 
1063       mp_flush_string(mp,old);
1064     }
1065     return r;
1066   }
1067 }
1068
1069 @ Except for |strs_used_up|, the following string statistics are only
1070 maintained when code between |stat| $\ldots$ |tats| delimiters is not
1071 commented out:
1072
1073 @<Glob...@>=
1074 integer strs_used_up; /* strings in use or unused but not reclaimed */
1075 integer pool_in_use; /* total number of cells of |str_pool| actually in use */
1076 integer strs_in_use; /* total number of strings actually in use */
1077 integer max_pl_used; /* maximum |pool_in_use| so far */
1078 integer max_strs_used; /* maximum |strs_in_use| so far */
1079
1080 @ Several of the elementary string operations are performed using \.{WEB}
1081 macros instead of \PASCAL\ procedures, because many of the
1082 operations are done quite frequently and we want to avoid the
1083 overhead of procedure calls. For example, here is
1084 a simple macro that computes the length of a string.
1085 @.WEB@>
1086
1087 @d str_stop(A) mp->str_start[mp->next_str[(A)]] /* one cell past the end of string
1088   number \# */
1089 @d length(A) (str_stop((A))-mp->str_start[(A)]) /* the number of characters in string \# */
1090
1091 @ The length of the current string is called |cur_length|.  If we decide that
1092 the current string is not needed, |flush_cur_string| resets |pool_ptr| so that
1093 |cur_length| becomes zero.
1094
1095 @d cur_length   (mp->pool_ptr - mp->str_start[mp->str_ptr])
1096 @d flush_cur_string   mp->pool_ptr=mp->str_start[mp->str_ptr]
1097
1098 @ Strings are created by appending character codes to |str_pool|.
1099 The |append_char| macro, defined here, does not check to see if the
1100 value of |pool_ptr| has gotten too high; this test is supposed to be
1101 made before |append_char| is used.
1102
1103 To test if there is room to append |l| more characters to |str_pool|,
1104 we shall write |str_room(l)|, which tries to make sure there is enough room
1105 by compacting the string pool if necessary.  If this does not work,
1106 |do_compaction| aborts \MP\ and gives an apologetic error message.
1107
1108 @d append_char(A)   /* put |ASCII_code| \# at the end of |str_pool| */
1109 { mp->str_pool[mp->pool_ptr]=(A); incr(mp->pool_ptr);
1110 }
1111 @d str_room(A)   /* make sure that the pool hasn't overflowed */
1112   { if ( mp->pool_ptr+(A) > mp->max_pool_ptr ) {
1113     if ( mp->pool_ptr+(A) > mp->pool_size ) mp_do_compaction(mp, (A));
1114     else mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr+(A); }
1115   }
1116
1117 @ The following routine is similar to |str_room(1)| but it uses the
1118 argument |mp->pool_size| to prevent |do_compaction| from aborting when
1119 string space is exhausted.
1120
1121 @<Declare the procedure called |unit_str_room|@>=
1122 void mp_unit_str_room (MP mp);
1123
1124 @ @c
1125 void mp_unit_str_room (MP mp) { 
1126   if ( mp->pool_ptr>=mp->pool_size ) mp_do_compaction(mp, mp->pool_size);
1127   if ( mp->pool_ptr>=mp->max_pool_ptr ) mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr+1;
1128 }
1129
1130 @ \MP's string expressions are implemented in a brute-force way: Every
1131 new string or substring that is needed is simply copied into the string pool.
1132 Space is eventually reclaimed by a procedure called |do_compaction| with
1133 the aid of a simple system system of reference counts.
1134 @^reference counts@>
1135
1136 The number of references to string number |s| will be |str_ref[s]|. The
1137 special value |str_ref[s]=max_str_ref=127| is used to denote an unknown
1138 positive number of references; such strings will never be recycled. If
1139 a string is ever referred to more than 126 times, simultaneously, we
1140 put it in this category. Hence a single byte suffices to store each |str_ref|.
1141
1142 @d max_str_ref 127 /* ``infinite'' number of references */
1143 @d add_str_ref(A) { if ( mp->str_ref[(A)]<max_str_ref ) incr(mp->str_ref[(A)]);
1144   }
1145
1146 @<Glob...@>=
1147 int *str_ref;
1148
1149 @ @<Allocate or initialize ...@>=
1150 mp->str_ref = xmalloc ((mp->max_strings+1),sizeof(int));
1151
1152 @ @<Dealloc variables@>=
1153 xfree(mp->str_ref);
1154
1155 @ Here's what we do when a string reference disappears:
1156
1157 @d delete_str_ref(A)  { 
1158     if ( mp->str_ref[(A)]<max_str_ref ) {
1159        if ( mp->str_ref[(A)]>1 ) decr(mp->str_ref[(A)]); 
1160        else mp_flush_string(mp, (A));
1161     }
1162   }
1163
1164 @<Declare the procedure called |flush_string|@>=
1165 void mp_flush_string (MP mp,str_number s) ;
1166
1167
1168 @ We can't flush the first set of static strings at all, so there 
1169 is no point in trying
1170
1171 @c
1172 void mp_flush_string (MP mp,str_number s) { 
1173   if (length(s)>1) {
1174     mp->pool_in_use=mp->pool_in_use-length(s);
1175     decr(mp->strs_in_use);
1176     if ( mp->next_str[s]!=mp->str_ptr ) {
1177       mp->str_ref[s]=0;
1178     } else { 
1179       mp->str_ptr=s;
1180       decr(mp->strs_used_up);
1181     }
1182     mp->pool_ptr=mp->str_start[mp->str_ptr];
1183   }
1184 }
1185
1186 @ C literals cannot be simply added, they need to be set so they can't
1187 be flushed.
1188
1189 @d intern(A) mp_intern(mp,(A))
1190
1191 @c
1192 str_number mp_intern (MP mp, char *s) {
1193   str_number r ;
1194   r = rts(s);
1195   mp->str_ref[r] = max_str_ref;
1196   return r;
1197 }
1198
1199 @ @<Declarations@>=
1200 str_number mp_intern (MP mp, char *s);
1201
1202
1203 @ Once a sequence of characters has been appended to |str_pool|, it
1204 officially becomes a string when the function |make_string| is called.
1205 This function returns the identification number of the new string as its
1206 value.
1207
1208 When getting the next unused string number from the linked list, we pretend
1209 that
1210 $$ \hbox{|max_str_ptr+1|, |max_str_ptr+2|, $\ldots$, |mp->max_strings|} $$
1211 are linked sequentially even though the |next_str| entries have not been
1212 initialized yet.  We never allow |str_ptr| to reach |mp->max_strings|;
1213 |do_compaction| is responsible for making sure of this.
1214
1215 @<Declarations@>=
1216 @<Declare the procedure called |do_compaction|@>;
1217 @<Declare the procedure called |unit_str_room|@>;
1218 str_number mp_make_string (MP mp);
1219
1220 @ @c 
1221 str_number mp_make_string (MP mp) { /* current string enters the pool */
1222   str_number s; /* the new string */
1223 RESTART: 
1224   s=mp->str_ptr;
1225   mp->str_ptr=mp->next_str[s];
1226   if ( mp->str_ptr>mp->max_str_ptr ) {
1227     if ( mp->str_ptr==mp->max_strings ) { 
1228       mp->str_ptr=s;
1229       mp_do_compaction(mp, 0);
1230       goto RESTART;
1231     } else {
1232 #ifdef DEBUG 
1233       if ( mp->strs_used_up!=mp->max_str_ptr ) mp_confusion(mp, "s");
1234 @:this can't happen s}{\quad \.s@>
1235 #endif
1236       mp->max_str_ptr=mp->str_ptr;
1237       mp->next_str[mp->str_ptr]=mp->max_str_ptr+1;
1238     }
1239   }
1240   mp->str_ref[s]=1;
1241   mp->str_start[mp->str_ptr]=mp->pool_ptr;
1242   incr(mp->strs_used_up);
1243   incr(mp->strs_in_use);
1244   mp->pool_in_use=mp->pool_in_use+length(s);
1245   if ( mp->pool_in_use>mp->max_pl_used ) 
1246     mp->max_pl_used=mp->pool_in_use;
1247   if ( mp->strs_in_use>mp->max_strs_used ) 
1248     mp->max_strs_used=mp->strs_in_use;
1249   return s;
1250 }
1251
1252 @ The most interesting string operation is string pool compaction.  The idea
1253 is to recover unused space in the |str_pool| array by recopying the strings
1254 to close the gaps created when some strings become unused.  All string
1255 numbers~$k$ where |str_ref[k]=0| are to be linked into the list of free string
1256 numbers after |str_ptr|.  If this fails to free enough pool space we issue an
1257 |overflow| error unless |needed=mp->pool_size|.  Calling |do_compaction|
1258 with |needed=mp->pool_size| supresses all overflow tests.
1259
1260 The compaction process starts with |last_fixed_str| because all lower numbered
1261 strings are permanently allocated with |max_str_ref| in their |str_ref| entries.
1262
1263 @<Glob...@>=
1264 str_number last_fixed_str; /* last permanently allocated string */
1265 str_number fixed_str_use; /* number of permanently allocated strings */
1266
1267 @ @<Declare the procedure called |do_compaction|@>=
1268 void mp_do_compaction (MP mp, pool_pointer needed) ;
1269
1270 @ @c
1271 void mp_do_compaction (MP mp, pool_pointer needed) {
1272   str_number str_use; /* a count of strings in use */
1273   str_number r,s,t; /* strings being manipulated */
1274   pool_pointer p,q; /* destination and source for copying string characters */
1275   @<Advance |last_fixed_str| as far as possible and set |str_use|@>;
1276   r=mp->last_fixed_str;
1277   s=mp->next_str[r];
1278   p=mp->str_start[s];
1279   while ( s!=mp->str_ptr ) { 
1280     while ( mp->str_ref[s]==0 ) {
1281       @<Advance |s| and add the old |s| to the list of free string numbers;
1282         then |break| if |s=str_ptr|@>;
1283     }
1284     r=s; s=mp->next_str[s];
1285     incr(str_use);
1286     @<Move string |r| back so that |str_start[r]=p|; make |p| the location
1287      after the end of the string@>;
1288   }
1289   @<Move the current string back so that it starts at |p|@>;
1290   if ( needed<mp->pool_size ) {
1291     @<Make sure that there is room for another string with |needed| characters@>;
1292   }
1293   @<Account for the compaction and make sure the statistics agree with the
1294      global versions@>;
1295   mp->strs_used_up=str_use;
1296 }
1297
1298 @ @<Advance |last_fixed_str| as far as possible and set |str_use|@>=
1299 t=mp->next_str[mp->last_fixed_str];
1300 while (t!=mp->str_ptr && mp->str_ref[t]==max_str_ref) {
1301   incr(mp->fixed_str_use);
1302   mp->last_fixed_str=t;
1303   t=mp->next_str[t];
1304 }
1305 str_use=mp->fixed_str_use
1306
1307 @ Because of the way |flush_string| has been written, it should never be
1308 necessary to |break| here.  The extra line of code seems worthwhile to
1309 preserve the generality of |do_compaction|.
1310
1311 @<Advance |s| and add the old |s| to the list of free string numbers;...@>=
1312 {
1313 t=s;
1314 s=mp->next_str[s];
1315 mp->next_str[r]=s;
1316 mp->next_str[t]=mp->next_str[mp->str_ptr];
1317 mp->next_str[mp->str_ptr]=t;
1318 if ( s==mp->str_ptr ) break;
1319 }
1320
1321 @ The string currently starts at |str_start[r]| and ends just before
1322 |str_start[s]|.  We don't change |str_start[s]| because it might be needed
1323 to locate the next string.
1324
1325 @<Move string |r| back so that |str_start[r]=p|; make |p| the location...@>=
1326 q=mp->str_start[r];
1327 mp->str_start[r]=p;
1328 while ( q<mp->str_start[s] ) { 
1329   mp->str_pool[p]=mp->str_pool[q];
1330   incr(p); incr(q);
1331 }
1332
1333 @ Pointers |str_start[str_ptr]| and |pool_ptr| have not been updated.  When
1334 we do this, anything between them should be moved.
1335
1336 @ @<Move the current string back so that it starts at |p|@>=
1337 q=mp->str_start[mp->str_ptr];
1338 mp->str_start[mp->str_ptr]=p;
1339 while ( q<mp->pool_ptr ) { 
1340   mp->str_pool[p]=mp->str_pool[q];
1341   incr(p); incr(q);
1342 }
1343 mp->pool_ptr=p
1344
1345 @ We must remember that |str_ptr| is not allowed to reach |mp->max_strings|.
1346
1347 @<Make sure that there is room for another string with |needed| char...@>=
1348 if ( str_use>=mp->max_strings-1 )
1349   mp_reallocate_strings (mp,str_use);
1350 if ( mp->pool_ptr+needed>mp->max_pool_ptr ) {
1351   mp_reallocate_pool(mp, mp->pool_ptr+needed);
1352   mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr+needed;
1353 }
1354
1355 @ @<Declarations@>=
1356 void mp_reallocate_strings (MP mp, str_number str_use) ;
1357 void mp_reallocate_pool(MP mp, pool_pointer needed) ;
1358
1359 @ @c 
1360 void mp_reallocate_strings (MP mp, str_number str_use) { 
1361   while ( str_use>=mp->max_strings-1 ) {
1362     int l = mp->max_strings + (mp->max_strings>>2);
1363     XREALLOC (mp->str_ref,   l, int);
1364     XREALLOC (mp->str_start, l, pool_pointer);
1365     XREALLOC (mp->next_str,  l, str_number);
1366     mp->max_strings = l;
1367   }
1368 }
1369 void mp_reallocate_pool(MP mp, pool_pointer needed) {
1370   while ( needed>mp->pool_size ) {
1371     int l = mp->pool_size + (mp->pool_size>>2);
1372         XREALLOC (mp->str_pool, l, ASCII_code);
1373     mp->pool_size = l;
1374   }
1375 }
1376
1377 @ @<Account for the compaction and make sure the statistics agree with...@>=
1378 if ( (mp->str_start[mp->str_ptr]!=mp->pool_in_use)||(str_use!=mp->strs_in_use) )
1379   mp_confusion(mp, "string");
1380 @:this can't happen string}{\quad string@>
1381 incr(mp->pact_count);
1382 mp->pact_chars=mp->pact_chars+mp->pool_ptr-str_stop(mp->last_fixed_str);
1383 mp->pact_strs=mp->pact_strs+str_use-mp->fixed_str_use;
1384 #ifdef DEBUG
1385 s=mp->str_ptr; t=str_use;
1386 while ( s<=mp->max_str_ptr ){
1387   if ( t>mp->max_str_ptr ) mp_confusion(mp, "\"");
1388   incr(t); s=mp->next_str[s];
1389 };
1390 if ( t<=mp->max_str_ptr ) mp_confusion(mp, "\"");
1391 #endif
1392
1393 @ A few more global variables are needed to keep track of statistics when
1394 |stat| $\ldots$ |tats| blocks are not commented out.
1395
1396 @<Glob...@>=
1397 integer pact_count; /* number of string pool compactions so far */
1398 integer pact_chars; /* total number of characters moved during compactions */
1399 integer pact_strs; /* total number of strings moved during compactions */
1400
1401 @ @<Initialize compaction statistics@>=
1402 mp->pact_count=0;
1403 mp->pact_chars=0;
1404 mp->pact_strs=0;
1405
1406 @ The following subroutine compares string |s| with another string of the
1407 same length that appears in |buffer| starting at position |k|;
1408 the result is |true| if and only if the strings are equal.
1409
1410 @c 
1411 boolean mp_str_eq_buf (MP mp,str_number s, integer k) {
1412   /* test equality of strings */
1413   pool_pointer j; /* running index */
1414   j=mp->str_start[s];
1415   while ( j<str_stop(s) ) { 
1416     if ( mp->str_pool[j++]!=mp->buffer[k++] ) 
1417       return false;
1418   }
1419   return true;
1420 }
1421
1422 @ Here is a similar routine, but it compares two strings in the string pool,
1423 and it does not assume that they have the same length. If the first string
1424 is lexicographically greater than, less than, or equal to the second,
1425 the result is respectively positive, negative, or zero.
1426
1427 @c 
1428 integer mp_str_vs_str (MP mp, str_number s, str_number t) {
1429   /* test equality of strings */
1430   pool_pointer j,k; /* running indices */
1431   integer ls,lt; /* lengths */
1432   integer l; /* length remaining to test */
1433   ls=length(s); lt=length(t);
1434   if ( ls<=lt ) l=ls; else l=lt;
1435   j=mp->str_start[s]; k=mp->str_start[t];
1436   while ( l-->0 ) { 
1437     if ( mp->str_pool[j]!=mp->str_pool[k] ) {
1438        return (mp->str_pool[j]-mp->str_pool[k]); 
1439     }
1440     incr(j); incr(k);
1441   }
1442   return (ls-lt);
1443 }
1444
1445 @ The initial values of |str_pool|, |str_start|, |pool_ptr|,
1446 and |str_ptr| are computed by the \.{INIMP} program, based in part
1447 on the information that \.{WEB} has output while processing \MP.
1448 @.INIMP@>
1449 @^string pool@>
1450
1451 @c 
1452 void mp_get_strings_started (MP mp) { 
1453   /* initializes the string pool,
1454     but returns |false| if something goes wrong */
1455   int k; /* small indices or counters */
1456   str_number g; /* a new string */
1457   mp->pool_ptr=0; mp->str_ptr=0; mp->max_pool_ptr=0; mp->max_str_ptr=0;
1458   mp->str_start[0]=0;
1459   mp->next_str[0]=1;
1460   mp->pool_in_use=0; mp->strs_in_use=0;
1461   mp->max_pl_used=0; mp->max_strs_used=0;
1462   @<Initialize compaction statistics@>;
1463   mp->strs_used_up=0;
1464   @<Make the first 256 strings@>;
1465   g=mp_make_string(mp); /* string 256 == "" */
1466   mp->str_ref[g]=max_str_ref;
1467   mp->last_fixed_str=mp->str_ptr-1;
1468   mp->fixed_str_use=mp->str_ptr;
1469   return;
1470 }
1471
1472 @ @<Declarations@>=
1473 void mp_get_strings_started (MP mp);
1474
1475 @ The first 256 strings will consist of a single character only.
1476
1477 @<Make the first 256...@>=
1478 for (k=0;k<=255;k++) { 
1479   append_char(k);
1480   g=mp_make_string(mp); 
1481   mp->str_ref[g]=max_str_ref;
1482 }
1483
1484 @ The first 128 strings will contain 95 standard ASCII characters, and the
1485 other 33 characters will be printed in three-symbol form like `\.{\^\^A}'
1486 unless a system-dependent change is made here. Installations that have
1487 an extended character set, where for example |xchr[032]=@t\.{'^^Z'}@>|,
1488 would like string 032 to be printed as the single character 032 instead
1489 of the three characters 0136, 0136, 0132 (\.{\^\^Z}). On the other hand,
1490 even people with an extended character set will want to represent string
1491 015 by \.{\^\^M}, since 015 is ASCII's ``carriage return'' code; the idea is
1492 to produce visible strings instead of tabs or line-feeds or carriage-returns
1493 or bell-rings or characters that are treated anomalously in text files.
1494
1495 Unprintable characters of codes 128--255 are, similarly, rendered
1496 \.{\^\^80}--\.{\^\^ff}.
1497
1498 The boolean expression defined here should be |true| unless \MP\ internal
1499 code number~|k| corresponds to a non-troublesome visible symbol in the
1500 local character set.
1501 If character |k| cannot be printed, and |k<0200|, then character |k+0100| or
1502 |k-0100| must be printable; moreover, ASCII codes |[060..071, 0141..0146]|
1503 must be printable.
1504 @^character set dependencies@>
1505 @^system dependencies@>
1506
1507 @<Character |k| cannot be printed@>=
1508   (k<' ')||(k>'~')
1509
1510 @* \[5] On-line and off-line printing.
1511 Messages that are sent to a user's terminal and to the transcript-log file
1512 are produced by several `|print|' procedures. These procedures will
1513 direct their output to a variety of places, based on the setting of
1514 the global variable |selector|, which has the following possible
1515 values:
1516
1517 \yskip
1518 \hang |term_and_log|, the normal setting, prints on the terminal and on the
1519   transcript file.
1520
1521 \hang |log_only|, prints only on the transcript file.
1522
1523 \hang |term_only|, prints only on the terminal.
1524
1525 \hang |no_print|, doesn't print at all. This is used only in rare cases
1526   before the transcript file is open.
1527
1528 \hang |ps_file_only| prints only on the \ps\ output file.
1529
1530 \hang |pseudo|, puts output into a cyclic buffer that is used
1531   by the |show_context| routine; when we get to that routine we shall discuss
1532   the reasoning behind this curious mode.
1533
1534 \hang |new_string|, appends the output to the current string in the
1535   string pool.
1536
1537 \hang |>=write_file| prints on one of the files used for the \&{write}
1538 @:write_}{\&{write} primitive@>
1539   command.
1540
1541 \yskip
1542 \noindent The symbolic names `|term_and_log|', etc., have been assigned
1543 numeric codes that satisfy the convenient relations |no_print+1=term_only|,
1544 |no_print+2=log_only|, |term_only+2=log_only+1=term_and_log|.  These
1545 relations are not used when |selector| could be |pseudo|, |new_string|,
1546 or |ps_file_only|.  We need not check for unprintable characters when
1547 |selector<pseudo|.
1548
1549 Four additional global variables, |tally|, |term_offset|, |file_offset|,
1550 and |ps_offset| record the number of characters that have been printed
1551 since they were most recently cleared to zero. We use |tally| to record
1552 the length of (possibly very long) stretches of printing; |term_offset|,
1553 |file_offset|, and |ps_offset|, on the other hand, keep track of how many
1554 characters have appeared so far on the current line that has been output
1555 to the terminal, the transcript file, or the \ps\ output file, respectively.
1556
1557 @d new_string 0 /* printing is deflected to the string pool */
1558 @d ps_file_only 1 /* printing goes to the \ps\ output file */
1559 @d pseudo 2 /* special |selector| setting for |show_context| */
1560 @d no_print 3 /* |selector| setting that makes data disappear */
1561 @d term_only 4 /* printing is destined for the terminal only */
1562 @d log_only 5 /* printing is destined for the transcript file only */
1563 @d term_and_log 6 /* normal |selector| setting */
1564 @d write_file 7 /* first write file selector */
1565
1566 @<Glob...@>=
1567 FILE * log_file; /* transcript of \MP\ session */
1568 FILE * ps_file; /* the generic font output goes here */
1569 unsigned int selector; /* where to print a message */
1570 unsigned char dig[23]; /* digits in a number being output */
1571 integer tally; /* the number of characters recently printed */
1572 unsigned int term_offset;
1573   /* the number of characters on the current terminal line */
1574 unsigned int file_offset;
1575   /* the number of characters on the current file line */
1576 integer ps_offset;
1577   /* the number of characters on the current \ps\ file line */
1578 ASCII_code *trick_buf; /* circular buffer for pseudoprinting */
1579 integer trick_count; /* threshold for pseudoprinting, explained later */
1580 integer first_count; /* another variable for pseudoprinting */
1581
1582 @ @<Allocate or initialize ...@>=
1583 memset(mp->dig,0,23);
1584 mp->trick_buf = xmalloc((mp->error_line+1),sizeof(ASCII_code));
1585
1586 @ @<Dealloc variables@>=
1587 xfree(mp->trick_buf);
1588
1589 @ @<Initialize the output routines@>=
1590 mp->selector=term_only; mp->tally=0; mp->term_offset=0; mp->file_offset=0; mp->ps_offset=0;
1591
1592 @ Macro abbreviations for output to the terminal and to the log file are
1593 defined here for convenience. Some systems need special conventions
1594 for terminal output, and it is possible to adhere to those conventions
1595 by changing |wterm|, |wterm_ln|, and |wterm_cr| here.
1596 @^system dependencies@>
1597
1598 @d wterm(A)    fprintf(mp->term_out,"%s",(A))
1599 @d wterm_chr(A)fprintf(mp->term_out,"%c",(A))
1600 @d wterm_ln(A) fprintf(mp->term_out,"\n%s",(A))
1601 @d wterm_cr    fprintf(mp->term_out,"\n")
1602 @d wlog(A)     fprintf(mp->log_file,"%s",(A))
1603 @d wlog_chr(A) fprintf(mp->log_file,"%c",(A))
1604 @d wlog_ln(A)  fprintf(mp->log_file,"\n%s",(A))
1605 @d wlog_cr     fprintf(mp->log_file, "\n")
1606 @d wps(A)      fprintf(mp->ps_file,"%s",(A))
1607 @d wps_chr(A)  fprintf(mp->ps_file,"%c",(A))
1608 @d wps_ln(A)   fprintf(mp->ps_file,,"\n%s",(A))
1609 @d wps_cr      fprintf(mp->ps_file,"\n")
1610
1611 @ To end a line of text output, we call |print_ln|.  Cases |0..max_write_files|
1612 use an array |wr_file| that will be declared later.
1613
1614 @d mp_print_text(A) mp_print_str(mp,text((A)))
1615
1616 @<Internal ...@>=
1617 void mp_print_ln (MP mp);
1618 void mp_print_visible_char (MP mp, ASCII_code s); 
1619 void mp_print_char (MP mp, ASCII_code k);
1620 void mp_print (MP mp, char *s);
1621 void mp_print_str (MP mp, str_number s);
1622 void mp_print_nl (MP mp, char *s);
1623 void mp_print_two (MP mp,scaled x, scaled y) ;
1624 void mp_print_scaled (MP mp,scaled s);
1625
1626 @ @<Basic print...@>=
1627 void mp_print_ln (MP mp) { /* prints an end-of-line */
1628  switch (mp->selector) {
1629   case term_and_log: 
1630     wterm_cr; wlog_cr;
1631     mp->term_offset=0;  mp->file_offset=0;
1632     break;
1633   case log_only: 
1634     wlog_cr; mp->file_offset=0;
1635     break;
1636   case term_only: 
1637     wterm_cr; mp->term_offset=0;
1638     break;
1639   case ps_file_only: 
1640     wps_cr; mp->ps_offset=0;
1641     break;
1642   case no_print:
1643   case pseudo: 
1644   case new_string: 
1645     break;
1646   default: 
1647     fprintf(mp->wr_file[(mp->selector-write_file)],"\n");
1648   }
1649 } /* note that |tally| is not affected */
1650
1651 @ The |print_visible_char| procedure sends one character to the desired
1652 destination, using the |xchr| array to map it into an external character
1653 compatible with |input_ln|.  (It assumes that it is always called with
1654 a visible ASCII character.)  All printing comes through |print_ln| or
1655 |print_char|, which ultimately calls |print_visible_char|, hence these
1656 routines are the ones that limit lines to at most |max_print_line| characters.
1657 But we must make an exception for the \ps\ output file since it is not safe
1658 to cut up lines arbitrarily in \ps.
1659
1660 Procedure |unit_str_room| needs to be declared |forward| here because it calls
1661 |do_compaction| and |do_compaction| can call the error routines.  Actually,
1662 |unit_str_room| avoids |overflow| errors but it can call |confusion|.
1663
1664 @<Basic printing...@>=
1665 void mp_print_visible_char (MP mp, ASCII_code s) { /* prints a single character */
1666   switch (mp->selector) {
1667   case term_and_log: 
1668     wterm_chr(xchr(s)); wlog_chr(xchr(s));
1669     incr(mp->term_offset); incr(mp->file_offset);
1670     if ( mp->term_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) { 
1671        wterm_cr; mp->term_offset=0;
1672     };
1673     if ( mp->file_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) { 
1674        wlog_cr; mp->file_offset=0;
1675     };
1676     break;
1677   case log_only: 
1678     wlog_chr(xchr(s)); incr(mp->file_offset);
1679     if ( mp->file_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) mp_print_ln(mp);
1680     break;
1681   case term_only: 
1682     wterm_chr(xchr(s)); incr(mp->term_offset);
1683     if ( mp->term_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) mp_print_ln(mp);
1684     break;
1685   case ps_file_only: 
1686     if ( s==13 ) {
1687       wps_cr; mp->ps_offset=0;
1688     } else {
1689       wps_chr(xchr(s)); incr(mp->ps_offset);
1690     };
1691     break;
1692   case no_print: 
1693     break;
1694   case pseudo: 
1695     if ( mp->tally<mp->trick_count ) 
1696       mp->trick_buf[mp->tally % mp->error_line]=s;
1697     break;
1698   case new_string: 
1699     if ( mp->pool_ptr>=mp->max_pool_ptr ) { 
1700       mp_unit_str_room(mp);
1701       if ( mp->pool_ptr>=mp->pool_size ) 
1702         goto DONE; /* drop characters if string space is full */
1703     };
1704     append_char(s);
1705     break;
1706   default:
1707     fprintf(mp->wr_file[(mp->selector-write_file)],"%c",xchr(s));
1708   }
1709 DONE:
1710   incr(mp->tally);
1711 }
1712
1713 @ The |print_char| procedure sends one character to the desired destination.
1714 File names and string expressions might contain |ASCII_code| values that
1715 can't be printed using |print_visible_char|.  These characters will be
1716 printed in three- or four-symbol form like `\.{\^\^A}' or `\.{\^\^e4}'.
1717 (This procedure assumes that it is safe to bypass all checks for unprintable
1718 characters when |selector| is in the range |0..max_write_files-1| or when
1719 |selector=ps_file_only|.  In the former case the user might want to write
1720 unprintable characters, and in the latter case the \ps\ printing routines
1721 check their arguments themselves before calling |print_char| or |print|.)
1722
1723 @d print_lc_hex(A) do { l=(A);
1724     mp_print_visible_char(mp, (l<10 ? l+'0' : l-10+'a'));
1725   } while (0)
1726
1727 @<Basic printing...@>=
1728 void mp_print_char (MP mp, ASCII_code k) { /* prints a single character */
1729   int l; /* small index or counter */
1730   if ( mp->selector<pseudo || mp->selector>=write_file) {
1731     mp_print_visible_char(mp, k);
1732   } else if ( @<Character |k| cannot be printed@> ) { 
1733     mp_print(mp, "^^"); 
1734     if ( k<0100 ) { 
1735       mp_print_visible_char(mp, k+0100); 
1736     } else if ( k<0200 ) { 
1737       mp_print_visible_char(mp, k-0100); 
1738     } else { 
1739       print_lc_hex(k / 16);  
1740       print_lc_hex(k % 16); 
1741     }
1742   } else {
1743     mp_print_visible_char(mp, k);
1744   }
1745 };
1746
1747 @ An entire string is output by calling |print|. Note that if we are outputting
1748 the single standard ASCII character \.c, we could call |print("c")|, since
1749 |"c"=99| is the number of a single-character string, as explained above. But
1750 |print_char("c")| is quicker, so \MP\ goes directly to the |print_char|
1751 routine when it knows that this is safe. (The present implementation
1752 assumes that it is always safe to print a visible ASCII character.)
1753 @^system dependencies@>
1754
1755 @<Basic print...@>=
1756 void mp_do_print (MP mp, char *ss, unsigned int len) { /* prints string |s| */
1757   unsigned int j = 0;
1758   while ( j<len ){ 
1759     mp_print_char(mp, ss[j]); incr(j);
1760   }
1761 }
1762
1763
1764 @<Basic print...@>=
1765 void mp_print (MP mp, char *ss) {
1766   mp_do_print(mp, ss, strlen(ss));
1767 }
1768 void mp_print_str (MP mp, str_number s) {
1769   pool_pointer j; /* current character code position */
1770   if ( (s<0)||(s>mp->max_str_ptr) ) {
1771      mp_do_print(mp,"???",3); /* this can't happen */
1772 @.???@>
1773   }
1774   j=mp->str_start[s];
1775   mp_do_print(mp, (char *)(mp->str_pool+j), (str_stop(s)-j));
1776 }
1777
1778
1779 @ Here is the very first thing that \MP\ prints: a headline that identifies
1780 the version number and base name. The |term_offset| variable is temporarily
1781 incorrect, but the discrepancy is not serious since we assume that the banner
1782 and mem identifier together will occupy at most |max_print_line|
1783 character positions.
1784
1785 @<Initialize the output...@>=
1786 wterm (banner);
1787 wterm (version_string);
1788 if (mp->mem_ident!=NULL) 
1789   mp_print(mp,mp->mem_ident); 
1790 mp_print_ln(mp);
1791 update_terminal;
1792
1793 @ The procedure |print_nl| is like |print|, but it makes sure that the
1794 string appears at the beginning of a new line.
1795
1796 @<Basic print...@>=
1797 void mp_print_nl (MP mp, char *s) { /* prints string |s| at beginning of line */
1798   switch(mp->selector) {
1799   case term_and_log: 
1800     if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_ln(mp);
1801     break;
1802   case log_only: 
1803     if ( mp->file_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
1804     break;
1805   case term_only: 
1806     if ( mp->term_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
1807     break;
1808   case ps_file_only: 
1809     if ( mp->ps_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
1810     break;
1811   case no_print:
1812   case pseudo:
1813   case new_string: 
1814         break;
1815   } /* there are no other cases */
1816   mp_print(mp, s);
1817 }
1818
1819 @ An array of digits in the range |0..9| is printed by |print_the_digs|.
1820
1821 @<Basic print...@>=
1822 void mp_print_the_digs (MP mp, eight_bits k) {
1823   /* prints |dig[k-1]|$\,\ldots\,$|dig[0]| */
1824   while ( k>0 ){ 
1825     decr(k); mp_print_char(mp, '0'+mp->dig[k]);
1826   }
1827 };
1828
1829 @ The following procedure, which prints out the decimal representation of a
1830 given integer |n|, has been written carefully so that it works properly
1831 if |n=0| or if |(-n)| would cause overflow. It does not apply |mod| or |div|
1832 to negative arguments, since such operations are not implemented consistently
1833 by all \PASCAL\ compilers.
1834
1835 @<Basic print...@>=
1836 void mp_print_int (MP mp,integer n) { /* prints an integer in decimal form */
1837   integer m; /* used to negate |n| in possibly dangerous cases */
1838   int k = 0; /* index to current digit; we assume that $|n|<10^{23}$ */
1839   if ( n<0 ) { 
1840     mp_print_char(mp, '-');
1841     if ( n>-100000000 ) {
1842           negate(n);
1843     } else  { 
1844           m=-1-n; n=m / 10; m=(m % 10)+1; k=1;
1845       if ( m<10 ) {
1846         mp->dig[0]=m;
1847       } else { 
1848         mp->dig[0]=0; incr(n);
1849       }
1850     }
1851   }
1852   do {  
1853     mp->dig[k]=n % 10; n=n / 10; incr(k);
1854   } while (n!=0);
1855   mp_print_the_digs(mp, k);
1856 };
1857
1858 @ @<Internal ...@>=
1859 void mp_print_int (MP mp,integer n);
1860
1861 @ \MP\ also makes use of a trivial procedure to print two digits. The
1862 following subroutine is usually called with a parameter in the range |0<=n<=99|.
1863
1864 @c 
1865 void mp_print_dd (MP mp,integer n) { /* prints two least significant digits */
1866   n=abs(n) % 100; 
1867   mp_print_char(mp, '0'+(n / 10));
1868   mp_print_char(mp, '0'+(n % 10));
1869 }
1870
1871
1872 @ @<Internal ...@>=
1873 void mp_print_dd (MP mp,integer n);
1874
1875 @ Here is a procedure that asks the user to type a line of input,
1876 assuming that the |selector| setting is either |term_only| or |term_and_log|.
1877 The input is placed into locations |first| through |last-1| of the
1878 |buffer| array, and echoed on the transcript file if appropriate.
1879
1880 This procedure is never called when |interaction<mp_scroll_mode|.
1881
1882 @d prompt_input(A) do { 
1883     wake_up_terminal; mp_print(mp, (A)); mp_term_input(mp);
1884   } while (0) /* prints a string and gets a line of input */
1885
1886 @c 
1887 void mp_term_input (MP mp) { /* gets a line from the terminal */
1888   size_t k; /* index into |buffer| */
1889   update_terminal; /* Now the user sees the prompt for sure */
1890   if (!mp_input_ln(mp, mp->term_in,true)) 
1891     mp_fatal_error(mp, "End of file on the terminal!");
1892 @.End of file on the terminal@>
1893   mp->term_offset=0; /* the user's line ended with \<\rm return> */
1894   decr(mp->selector); /* prepare to echo the input */
1895   if ( mp->last!=mp->first ) {
1896     for (k=mp->first;k<=mp->last-1;k++) {
1897       mp_print_char(mp, mp->buffer[k]);
1898     }
1899   }
1900   mp_print_ln(mp); 
1901   mp->buffer[mp->last]='%'; 
1902   incr(mp->selector); /* restore previous status */
1903 };
1904
1905 @* \[6] Reporting errors.
1906 When something anomalous is detected, \MP\ typically does something like this:
1907 $$\vbox{\halign{#\hfil\cr
1908 |print_err("Something anomalous has been detected");|\cr
1909 |help3("This is the first line of my offer to help.")|\cr
1910 |("This is the second line. I'm trying to")|\cr
1911 |("explain the best way for you to proceed.");|\cr
1912 |error;|\cr}}$$
1913 A two-line help message would be given using |help2|, etc.; these informal
1914 helps should use simple vocabulary that complements the words used in the
1915 official error message that was printed. (Outside the U.S.A., the help
1916 messages should preferably be translated into the local vernacular. Each
1917 line of help is at most 60 characters long, in the present implementation,
1918 so that |max_print_line| will not be exceeded.)
1919
1920 The |print_err| procedure supplies a `\.!' before the official message,
1921 and makes sure that the terminal is awake if a stop is going to occur.
1922 The |error| procedure supplies a `\..' after the official message, then it
1923 shows the location of the error; and if |interaction=error_stop_mode|,
1924 it also enters into a dialog with the user, during which time the help
1925 message may be printed.
1926 @^system dependencies@>
1927
1928 @ The global variable |interaction| has four settings, representing increasing
1929 amounts of user interaction:
1930
1931 @<Exported types@>=
1932 enum mp_interaction_mode { 
1933  mp_unspecified_mode=0, /* extra value for command-line switch */
1934  mp_batch_mode, /* omits all stops and omits terminal output */
1935  mp_nonstop_mode, /* omits all stops */
1936  mp_scroll_mode, /* omits error stops */
1937  mp_error_stop_mode, /* stops at every opportunity to interact */
1938 };
1939
1940 @ @<Glob...@>=
1941 int interaction; /* current level of interaction */
1942
1943 @ @<Option variables@>=
1944 int interaction; /* current level of interaction */
1945
1946 @ Set it here so it can be overwritten by the commandline
1947
1948 @<Allocate or initialize ...@>=
1949 mp->interaction=opt->interaction;
1950 if (mp->interaction==mp_unspecified_mode || mp->interaction>mp_error_stop_mode) 
1951   mp->interaction=mp_error_stop_mode;
1952 if (mp->interaction<mp_unspecified_mode) 
1953   mp->interaction=mp_batch_mode;
1954
1955
1956
1957 @d print_err(A) mp_print_err(mp,(A))
1958
1959 @<Internal ...@>=
1960 void mp_print_err(MP mp, char * A);
1961
1962 @ @c
1963 void mp_print_err(MP mp, char * A) { 
1964   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) 
1965     wake_up_terminal;
1966   mp_print_nl(mp, "! "); 
1967   mp_print(mp, A);
1968 @.!\relax@>
1969 }
1970
1971
1972 @ \MP\ is careful not to call |error| when the print |selector| setting
1973 might be unusual. The only possible values of |selector| at the time of
1974 error messages are
1975
1976 \yskip\hang|no_print| (when |interaction=mp_batch_mode|
1977   and |log_file| not yet open);
1978
1979 \hang|term_only| (when |interaction>mp_batch_mode| and |log_file| not yet open);
1980
1981 \hang|log_only| (when |interaction=mp_batch_mode| and |log_file| is open);
1982
1983 \hang|term_and_log| (when |interaction>mp_batch_mode| and |log_file| is open).
1984
1985 @<Initialize the print |selector| based on |interaction|@>=
1986 if ( mp->interaction==mp_batch_mode ) mp->selector=no_print; else mp->selector=term_only
1987
1988 @ A global variable |deletions_allowed| is set |false| if the |get_next|
1989 routine is active when |error| is called; this ensures that |get_next|
1990 will never be called recursively.
1991 @^recursion@>
1992
1993 The global variable |history| records the worst level of error that
1994 has been detected. It has four possible values: |spotless|, |warning_issued|,
1995 |error_message_issued|, and |fatal_error_stop|.
1996
1997 Another global variable, |error_count|, is increased by one when an
1998 |error| occurs without an interactive dialog, and it is reset to zero at
1999 the end of every statement.  If |error_count| reaches 100, \MP\ decides
2000 that there is no point in continuing further.
2001
2002 @<Types...@>=
2003 enum mp_history_states {
2004   mp_spotless=0, /* |history| value when nothing has been amiss yet */
2005   mp_warning_issued, /* |history| value when |begin_diagnostic| has been called */
2006   mp_error_message_issued, /* |history| value when |error| has been called */
2007   mp_fatal_error_stop, /* |history| value when termination was premature */
2008 };
2009
2010 @ @<Glob...@>=
2011 boolean deletions_allowed; /* is it safe for |error| to call |get_next|? */
2012 int history; /* has the source input been clean so far? */
2013 int error_count; /* the number of scrolled errors since the last statement ended */
2014
2015 @ The value of |history| is initially |fatal_error_stop|, but it will
2016 be changed to |spotless| if \MP\ survives the initialization process.
2017
2018 @<Allocate or ...@>=
2019 mp->deletions_allowed=true; mp->error_count=0; /* |history| is initialized elsewhere */
2020
2021 @ Since errors can be detected almost anywhere in \MP, we want to declare the
2022 error procedures near the beginning of the program. But the error procedures
2023 in turn use some other procedures, which need to be declared |forward|
2024 before we get to |error| itself.
2025
2026 It is possible for |error| to be called recursively if some error arises
2027 when |get_next| is being used to delete a token, and/or if some fatal error
2028 occurs while \MP\ is trying to fix a non-fatal one. But such recursion
2029 @^recursion@>
2030 is never more than two levels deep.
2031
2032 @<Declarations@>=
2033 void mp_get_next (MP mp);
2034 void mp_term_input (MP mp);
2035 void mp_show_context (MP mp);
2036 void mp_begin_file_reading (MP mp);
2037 void mp_open_log_file (MP mp);
2038 void mp_clear_for_error_prompt (MP mp);
2039 void mp_debug_help (MP mp);
2040 @<Declare the procedure called |flush_string|@>
2041
2042 @ @<Internal ...@>=
2043 void mp_normalize_selector (MP mp);
2044
2045 @ Individual lines of help are recorded in the array |help_line|, which
2046 contains entries in positions |0..(help_ptr-1)|. They should be printed
2047 in reverse order, i.e., with |help_line[0]| appearing last.
2048
2049 @d hlp1(A) mp->help_line[0]=(A); }
2050 @d hlp2(A) mp->help_line[1]=(A); hlp1
2051 @d hlp3(A) mp->help_line[2]=(A); hlp2
2052 @d hlp4(A) mp->help_line[3]=(A); hlp3
2053 @d hlp5(A) mp->help_line[4]=(A); hlp4
2054 @d hlp6(A) mp->help_line[5]=(A); hlp5
2055 @d help0 mp->help_ptr=0 /* sometimes there might be no help */
2056 @d help1  { mp->help_ptr=1; hlp1 /* use this with one help line */
2057 @d help2  { mp->help_ptr=2; hlp2 /* use this with two help lines */
2058 @d help3  { mp->help_ptr=3; hlp3 /* use this with three help lines */
2059 @d help4  { mp->help_ptr=4; hlp4 /* use this with four help lines */
2060 @d help5  { mp->help_ptr=5; hlp5 /* use this with five help lines */
2061 @d help6  { mp->help_ptr=6; hlp6 /* use this with six help lines */
2062
2063 @<Glob...@>=
2064 char * help_line[6]; /* helps for the next |error| */
2065 unsigned int help_ptr; /* the number of help lines present */
2066 boolean use_err_help; /* should the |err_help| string be shown? */
2067 str_number err_help; /* a string set up by \&{errhelp} */
2068 str_number filename_template; /* a string set up by \&{filenametemplate} */
2069
2070 @ @<Allocate or ...@>=
2071 mp->help_ptr=0; mp->use_err_help=false; mp->err_help=0; mp->filename_template=0;
2072
2073 @ The |jump_out| procedure just cuts across all active procedure levels and
2074 goes to |end_of_MP|. This is the only nonlocal |goto| statement in the
2075 whole program. It is used when there is no recovery from a particular error.
2076
2077 The program uses a |jump_buf| to handle this, this is initialized at three
2078 spots: the start of |mp_new|, the start of |mp_initialize|, and the start 
2079 of |mp_run|. Those are the only library enty points.
2080
2081 @^system dependencies@>
2082
2083 @<Glob...@>=
2084 jmp_buf jump_buf;
2085
2086 @ @<Install and test the non-local jump buffer@>=
2087 if (setjmp(mp->jump_buf) != 0) return mp->history;
2088
2089 @ @<Setup the non-local jump buffer in |mp_new|@>=
2090 if (setjmp(mp->jump_buf) != 0) return NULL;
2091
2092 @ If |mp->internal| is zero, then a crash occured during initialization,
2093 and it is not safe to run |mp_close_files_and_terminate|.
2094
2095 @<Error hand...@>=
2096 void mp_jump_out (MP mp) { 
2097   if(mp->internal!=NULL)
2098     mp_close_files_and_terminate(mp);
2099   longjmp(mp->jump_buf,1);
2100 }
2101
2102 @ Here now is the general |error| routine.
2103
2104 @<Error hand...@>=
2105 void mp_error (MP mp) { /* completes the job of error reporting */
2106   ASCII_code c; /* what the user types */
2107   integer s1,s2,s3; /* used to save global variables when deleting tokens */
2108   pool_pointer j; /* character position being printed */
2109   if ( mp->history<mp_error_message_issued ) mp->history=mp_error_message_issued;
2110   mp_print_char(mp, '.'); mp_show_context(mp);
2111   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) {
2112     @<Get user's advice and |return|@>;
2113   }
2114   incr(mp->error_count);
2115   if ( mp->error_count==100 ) { 
2116     mp_print_nl(mp,"(That makes 100 errors; please try again.)");
2117 @.That makes 100 errors...@>
2118     mp->history=mp_fatal_error_stop; mp_jump_out(mp);
2119   }
2120   @<Put help message on the transcript file@>;
2121 }
2122 void mp_warn (MP mp, char *msg) {
2123   int saved_selector = mp->selector;
2124   mp_normalize_selector(mp);
2125   mp_print_nl(mp,"Warning: ");
2126   mp_print(mp,msg);
2127   mp->selector = saved_selector;
2128 }
2129
2130 @ @<Exported function ...@>=
2131 void mp_error (MP mp);
2132 void mp_warn (MP mp, char *msg);
2133
2134
2135 @ @<Get user's advice...@>=
2136 while (1) { 
2137 CONTINUE:
2138   mp_clear_for_error_prompt(mp); prompt_input("? ");
2139 @.?\relax@>
2140   if ( mp->last==mp->first ) return;
2141   c=mp->buffer[mp->first];
2142   if ( c>='a' ) c=c+'A'-'a'; /* convert to uppercase */
2143   @<Interpret code |c| and |return| if done@>;
2144 }
2145
2146 @ It is desirable to provide an `\.E' option here that gives the user
2147 an easy way to return from \MP\ to the system editor, with the offending
2148 line ready to be edited. But such an extension requires some system
2149 wizardry, so the present implementation simply types out the name of the
2150 file that should be
2151 edited and the relevant line number.
2152 @^system dependencies@>
2153
2154 @<Exported types@>=
2155 typedef void (*mp_run_editor_command)(MP, char *, int);
2156
2157 @ @<Glob...@>=
2158 mp_run_editor_command run_editor;
2159
2160 @ @<Option variables@>=
2161 mp_run_editor_command run_editor;
2162
2163 @ @<Allocate or initialize ...@>=
2164 set_callback_option(run_editor);
2165
2166 @ @<Declarations@>=
2167 void mp_run_editor (MP mp, char *fname, int fline);
2168
2169 @ @c void mp_run_editor (MP mp, char *fname, int fline) {
2170     mp_print_nl(mp, "You want to edit file ");
2171 @.You want to edit file x@>
2172     mp_print(mp, fname);
2173     mp_print(mp, " at line "); 
2174     mp_print_int(mp, fline);
2175     mp->interaction=mp_scroll_mode; 
2176     mp_jump_out(mp);
2177 }
2178
2179
2180 There is a secret `\.D' option available when the debugging routines haven't
2181 been commented~out.
2182 @^debugging@>
2183
2184 @<Interpret code |c| and |return| if done@>=
2185 switch (c) {
2186 case '0': case '1': case '2': case '3': case '4':
2187 case '5': case '6': case '7': case '8': case '9': 
2188   if ( mp->deletions_allowed ) {
2189     @<Delete |c-"0"| tokens and |continue|@>;
2190   }
2191   break;
2192 #ifdef DEBUG
2193 case 'D': 
2194   mp_debug_help(mp); continue; 
2195   break;
2196 #endif
2197 case 'E': 
2198   if ( mp->file_ptr>0 ){ 
2199     (mp->run_editor)(mp, 
2200                      str(mp->input_stack[mp->file_ptr].name_field), 
2201                      mp_true_line(mp));
2202   }
2203   break;
2204 case 'H': 
2205   @<Print the help information and |continue|@>;
2206   break;
2207 case 'I':
2208   @<Introduce new material from the terminal and |return|@>;
2209   break;
2210 case 'Q': case 'R': case 'S':
2211   @<Change the interaction level and |return|@>;
2212   break;
2213 case 'X':
2214   mp->interaction=mp_scroll_mode; mp_jump_out(mp);
2215   break;
2216 default:
2217   break;
2218 }
2219 @<Print the menu of available options@>
2220
2221 @ @<Print the menu...@>=
2222
2223   mp_print(mp, "Type <return> to proceed, S to scroll future error messages,");
2224 @.Type <return> to proceed...@>
2225   mp_print_nl(mp, "R to run without stopping, Q to run quietly,");
2226   mp_print_nl(mp, "I to insert something, ");
2227   if ( mp->file_ptr>0 ) 
2228     mp_print(mp, "E to edit your file,");
2229   if ( mp->deletions_allowed )
2230     mp_print_nl(mp, "1 or ... or 9 to ignore the next 1 to 9 tokens of input,");
2231   mp_print_nl(mp, "H for help, X to quit.");
2232 }
2233
2234 @ Here the author of \MP\ apologizes for making use of the numerical
2235 relation between |"Q"|, |"R"|, |"S"|, and the desired interaction settings
2236 |mp_batch_mode|, |mp_nonstop_mode|, |mp_scroll_mode|.
2237 @^Knuth, Donald Ervin@>
2238
2239 @<Change the interaction...@>=
2240
2241   mp->error_count=0; mp->interaction=mp_batch_mode+c-'Q';
2242   mp_print(mp, "OK, entering ");
2243   switch (c) {
2244   case 'Q': mp_print(mp, "batchmode"); decr(mp->selector); break;
2245   case 'R': mp_print(mp, "nonstopmode"); break;
2246   case 'S': mp_print(mp, "scrollmode"); break;
2247   } /* there are no other cases */
2248   mp_print(mp, "..."); mp_print_ln(mp); update_terminal; return;
2249 }
2250
2251 @ When the following code is executed, |buffer[(first+1)..(last-1)]| may
2252 contain the material inserted by the user; otherwise another prompt will
2253 be given. In order to understand this part of the program fully, you need
2254 to be familiar with \MP's input stacks.
2255
2256 @<Introduce new material...@>=
2257
2258   mp_begin_file_reading(mp); /* enter a new syntactic level for terminal input */
2259   if ( mp->last>mp->first+1 ) { 
2260     loc=mp->first+1; mp->buffer[mp->first]=' ';
2261   } else { 
2262    prompt_input("insert>"); loc=mp->first;
2263 @.insert>@>
2264   };
2265   mp->first=mp->last+1; mp->cur_input.limit_field=mp->last; return;
2266 }
2267
2268 @ We allow deletion of up to 99 tokens at a time.
2269
2270 @<Delete |c-"0"| tokens...@>=
2271
2272   s1=mp->cur_cmd; s2=mp->cur_mod; s3=mp->cur_sym; mp->OK_to_interrupt=false;
2273   if ( (mp->last>mp->first+1) && (mp->buffer[mp->first+1]>='0')&&(mp->buffer[mp->first+1]<='9') )
2274     c=c*10+mp->buffer[mp->first+1]-'0'*11;
2275   else 
2276     c=c-'0';
2277   while ( c>0 ) { 
2278     mp_get_next(mp); /* one-level recursive call of |error| is possible */
2279     @<Decrease the string reference count, if the current token is a string@>;
2280     decr(c);
2281   };
2282   mp->cur_cmd=s1; mp->cur_mod=s2; mp->cur_sym=s3; mp->OK_to_interrupt=true;
2283   help2("I have just deleted some text, as you asked.")
2284        ("You can now delete more, or insert, or whatever.");
2285   mp_show_context(mp); 
2286   goto CONTINUE;
2287 }
2288
2289 @ @<Print the help info...@>=
2290
2291   if ( mp->use_err_help ) { 
2292     @<Print the string |err_help|, possibly on several lines@>;
2293     mp->use_err_help=false;
2294   } else { 
2295     if ( mp->help_ptr==0 ) {
2296       help2("Sorry, I don't know how to help in this situation.")
2297            ("Maybe you should try asking a human?");
2298      }
2299     do { 
2300       decr(mp->help_ptr); mp_print(mp, mp->help_line[mp->help_ptr]); mp_print_ln(mp);
2301     } while (mp->help_ptr!=0);
2302   };
2303   help4("Sorry, I already gave what help I could...")
2304        ("Maybe you should try asking a human?")
2305        ("An error might have occurred before I noticed any problems.")
2306        ("``If all else fails, read the instructions.''");
2307   goto CONTINUE;
2308 }
2309
2310 @ @<Print the string |err_help|, possibly on several lines@>=
2311 j=mp->str_start[mp->err_help];
2312 while ( j<str_stop(mp->err_help) ) { 
2313   if ( mp->str_pool[j]!='%' ) mp_print_str(mp, mp->str_pool[j]);
2314   else if ( j+1==str_stop(mp->err_help) ) mp_print_ln(mp);
2315   else if ( mp->str_pool[j+1]!='%' ) mp_print_ln(mp);
2316   else  { incr(j); mp_print_char(mp, '%'); };
2317   incr(j);
2318 }
2319
2320 @ @<Put help message on the transcript file@>=
2321 if ( mp->interaction>mp_batch_mode ) decr(mp->selector); /* avoid terminal output */
2322 if ( mp->use_err_help ) { 
2323   mp_print_nl(mp, "");
2324   @<Print the string |err_help|, possibly on several lines@>;
2325 } else { 
2326   while ( mp->help_ptr>0 ){ 
2327     decr(mp->help_ptr); mp_print_nl(mp, mp->help_line[mp->help_ptr]);
2328   };
2329 }
2330 mp_print_ln(mp);
2331 if ( mp->interaction>mp_batch_mode ) incr(mp->selector); /* re-enable terminal output */
2332 mp_print_ln(mp)
2333
2334 @ In anomalous cases, the print selector might be in an unknown state;
2335 the following subroutine is called to fix things just enough to keep
2336 running a bit longer.
2337
2338 @c 
2339 void mp_normalize_selector (MP mp) { 
2340   if ( mp->log_opened ) mp->selector=term_and_log;
2341   else mp->selector=term_only;
2342   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
2343   if ( mp->interaction==mp_batch_mode ) decr(mp->selector);
2344 }
2345
2346 @ The following procedure prints \MP's last words before dying.
2347
2348 @d succumb { if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode )
2349     mp->interaction=mp_scroll_mode; /* no more interaction */
2350   if ( mp->log_opened ) mp_error(mp);
2351   /* if ( mp->interaction>mp_batch_mode ) mp_debug_help(mp); */
2352   mp->history=mp_fatal_error_stop; mp_jump_out(mp); /* irrecoverable error */
2353   }
2354
2355 @<Error hand...@>=
2356 void mp_fatal_error (MP mp, char *s) { /* prints |s|, and that's it */
2357   mp_normalize_selector(mp);
2358   print_err("Emergency stop"); help1(s); succumb;
2359 @.Emergency stop@>
2360 }
2361
2362 @ @<Exported function ...@>=
2363 void mp_fatal_error (MP mp, char *s);
2364
2365
2366 @ Here is the most dreaded error message.
2367
2368 @<Error hand...@>=
2369 void mp_overflow (MP mp, char *s, integer n) { /* stop due to finiteness */
2370   mp_normalize_selector(mp);
2371   print_err("MetaPost capacity exceeded, sorry [");
2372 @.MetaPost capacity exceeded ...@>
2373   mp_print(mp, s); mp_print_char(mp, '='); mp_print_int(mp, n); mp_print_char(mp, ']');
2374   help2("If you really absolutely need more capacity,")
2375        ("you can ask a wizard to enlarge me.");
2376   succumb;
2377 }
2378
2379 @ @<Declarations@>=
2380 void mp_overflow (MP mp, char *s, integer n);
2381
2382 @ The program might sometime run completely amok, at which point there is
2383 no choice but to stop. If no previous error has been detected, that's bad
2384 news; a message is printed that is really intended for the \MP\
2385 maintenance person instead of the user (unless the user has been
2386 particularly diabolical).  The index entries for `this can't happen' may
2387 help to pinpoint the problem.
2388 @^dry rot@>
2389
2390 @<Internal library ...@>=
2391 void mp_confusion (MP mp,char *s);
2392
2393 @ @<Error hand...@>=
2394 void mp_confusion (MP mp,char *s) {
2395   /* consistency check violated; |s| tells where */
2396   mp_normalize_selector(mp);
2397   if ( mp->history<mp_error_message_issued ) { 
2398     print_err("This can't happen ("); mp_print(mp, s); mp_print_char(mp, ')');
2399 @.This can't happen@>
2400     help1("I'm broken. Please show this to someone who can fix can fix");
2401   } else { 
2402     print_err("I can\'t go on meeting you like this");
2403 @.I can't go on...@>
2404     help2("One of your faux pas seems to have wounded me deeply...")
2405          ("in fact, I'm barely conscious. Please fix it and try again.");
2406   }
2407   succumb;
2408 }
2409
2410 @ Users occasionally want to interrupt \MP\ while it's running.
2411 If the \PASCAL\ runtime system allows this, one can implement
2412 a routine that sets the global variable |interrupt| to some nonzero value
2413 when such an interrupt is signaled. Otherwise there is probably at least
2414 a way to make |interrupt| nonzero using the \PASCAL\ debugger.
2415 @^system dependencies@>
2416 @^debugging@>
2417
2418 @d check_interrupt { if ( mp->interrupt!=0 )
2419    mp_pause_for_instructions(mp); }
2420
2421 @<Global...@>=
2422 integer interrupt; /* should \MP\ pause for instructions? */
2423 boolean OK_to_interrupt; /* should interrupts be observed? */
2424
2425 @ @<Allocate or ...@>=
2426 mp->interrupt=0; mp->OK_to_interrupt=true;
2427
2428 @ When an interrupt has been detected, the program goes into its
2429 highest interaction level and lets the user have the full flexibility of
2430 the |error| routine.  \MP\ checks for interrupts only at times when it is
2431 safe to do this.
2432
2433 @c 
2434 void mp_pause_for_instructions (MP mp) { 
2435   if ( mp->OK_to_interrupt ) { 
2436     mp->interaction=mp_error_stop_mode;
2437     if ( (mp->selector==log_only)||(mp->selector==no_print) )
2438       incr(mp->selector);
2439     print_err("Interruption");
2440 @.Interruption@>
2441     help3("You rang?")
2442          ("Try to insert some instructions for me (e.g.,`I show x'),")
2443          ("unless you just want to quit by typing `X'.");
2444     mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
2445     mp->interrupt=0;
2446   }
2447 }
2448
2449 @ Many of \MP's error messages state that a missing token has been
2450 inserted behind the scenes. We can save string space and program space
2451 by putting this common code into a subroutine.
2452
2453 @c 
2454 void mp_missing_err (MP mp, char *s) { 
2455   print_err("Missing `"); mp_print(mp, s); mp_print(mp, "' has been inserted");
2456 @.Missing...inserted@>
2457 }
2458
2459 @* \[7] Arithmetic with scaled numbers.
2460 The principal computations performed by \MP\ are done entirely in terms of
2461 integers less than $2^{31}$ in magnitude; thus, the arithmetic specified in this
2462 program can be carried out in exactly the same way on a wide variety of
2463 computers, including some small ones.
2464 @^small computers@>
2465
2466 But \PASCAL\ does not define the |div|
2467 operation in the case of negative dividends; for example, the result of
2468 |(-2*n-1) div 2| is |-(n+1)| on some computers and |-n| on others.
2469 There are two principal types of arithmetic: ``translation-preserving,''
2470 in which the identity |(a+q*b)div b=(a div b)+q| is valid; and
2471 ``negation-preserving,'' in which |(-a)div b=-(a div b)|. This leads to
2472 two \MP s, which can produce different results, although the differences
2473 should be negligible when the language is being used properly.
2474 The \TeX\ processor has been defined carefully so that both varieties
2475 of arithmetic will produce identical output, but it would be too
2476 inefficient to constrain \MP\ in a similar way.
2477
2478 @d el_gordo   017777777777 /* $2^{31}-1$, the largest value that \MP\ likes */
2479
2480 @ One of \MP's most common operations is the calculation of
2481 $\lfloor{a+b\over2}\rfloor$,
2482 the midpoint of two given integers |a| and~|b|. The only decent way to do
2483 this in \PASCAL\ is to write `|(a+b) div 2|'; but on most machines it is
2484 far more efficient to calculate `|(a+b)| right shifted one bit'.
2485
2486 Therefore the midpoint operation will always be denoted by `|half(a+b)|'
2487 in this program. If \MP\ is being implemented with languages that permit
2488 binary shifting, the |half| macro should be changed to make this operation
2489 as efficient as possible.  Since some languages have shift operators that can
2490 only be trusted to work on positive numbers, there is also a macro |halfp|
2491 that is used only when the quantity being halved is known to be positive
2492 or zero.
2493
2494 @d half(A) ((A) / 2)
2495 @d halfp(A) ((A) / 2)
2496
2497 @ A single computation might use several subroutine calls, and it is
2498 desirable to avoid producing multiple error messages in case of arithmetic
2499 overflow. So the routines below set the global variable |arith_error| to |true|
2500 instead of reporting errors directly to the user.
2501
2502 @<Glob...@>=
2503 boolean arith_error; /* has arithmetic overflow occurred recently? */
2504
2505 @ @<Allocate or ...@>=
2506 mp->arith_error=false;
2507
2508 @ At crucial points the program will say |check_arith|, to test if
2509 an arithmetic error has been detected.
2510
2511 @d check_arith { if ( mp->arith_error ) mp_clear_arith(mp); }
2512
2513 @c 
2514 void mp_clear_arith (MP mp) { 
2515   print_err("Arithmetic overflow");
2516 @.Arithmetic overflow@>
2517   help4("Uh, oh. A little while ago one of the quantities that I was")
2518        ("computing got too large, so I'm afraid your answers will be")
2519        ("somewhat askew. You'll probably have to adopt different")
2520        ("tactics next time. But I shall try to carry on anyway.");
2521   mp_error(mp); 
2522   mp->arith_error=false;
2523 }
2524
2525 @ Addition is not always checked to make sure that it doesn't overflow,
2526 but in places where overflow isn't too unlikely the |slow_add| routine
2527 is used.
2528
2529 @c integer mp_slow_add (MP mp,integer x, integer y) { 
2530   if ( x>=0 )  {
2531     if ( y<=el_gordo-x ) { 
2532       return x+y;
2533     } else  { 
2534       mp->arith_error=true; 
2535           return el_gordo;
2536     }
2537   } else  if ( -y<=el_gordo+x ) {
2538     return x+y;
2539   } else { 
2540     mp->arith_error=true; 
2541         return -el_gordo;
2542   }
2543 }
2544
2545 @ Fixed-point arithmetic is done on {\sl scaled integers\/} that are multiples
2546 of $2^{-16}$. In other words, a binary point is assumed to be sixteen bit
2547 positions from the right end of a binary computer word.
2548
2549 @d quarter_unit   040000 /* $2^{14}$, represents 0.250000 */
2550 @d half_unit   0100000 /* $2^{15}$, represents 0.50000 */
2551 @d three_quarter_unit   0140000 /* $3\cdot2^{14}$, represents 0.75000 */
2552 @d unity   0200000 /* $2^{16}$, represents 1.00000 */
2553 @d two   0400000 /* $2^{17}$, represents 2.00000 */
2554 @d three   0600000 /* $2^{17}+2^{16}$, represents 3.00000 */
2555
2556 @<Types...@>=
2557 typedef integer scaled; /* this type is used for scaled integers */
2558 typedef unsigned char small_number; /* this type is self-explanatory */
2559
2560 @ The following function is used to create a scaled integer from a given decimal
2561 fraction $(.d_0d_1\ldots d_{k-1})$, where |0<=k<=17|. The digit $d_i$ is
2562 given in |dig[i]|, and the calculation produces a correctly rounded result.
2563
2564 @c 
2565 scaled mp_round_decimals (MP mp,small_number k) {
2566   /* converts a decimal fraction */
2567  integer a = 0; /* the accumulator */
2568  while ( k-->0 ) { 
2569     a=(a+mp->dig[k]*two) / 10;
2570   }
2571   return halfp(a+1);
2572 }
2573
2574 @ Conversely, here is a procedure analogous to |print_int|. If the output
2575 of this procedure is subsequently read by \MP\ and converted by the
2576 |round_decimals| routine above, it turns out that the original value will
2577 be reproduced exactly. A decimal point is printed only if the value is
2578 not an integer. If there is more than one way to print the result with
2579 the optimum number of digits following the decimal point, the closest
2580 possible value is given.
2581
2582 The invariant relation in the \&{repeat} loop is that a sequence of
2583 decimal digits yet to be printed will yield the original number if and only if
2584 they form a fraction~$f$ in the range $s-\delta\L10\cdot2^{16}f<s$.
2585 We can stop if and only if $f=0$ satisfies this condition; the loop will
2586 terminate before $s$ can possibly become zero.
2587
2588 @<Basic printing...@>=
2589 void mp_print_scaled (MP mp,scaled s) { /* prints scaled real, rounded to five  digits */
2590   scaled delta; /* amount of allowable inaccuracy */
2591   if ( s<0 ) { 
2592         mp_print_char(mp, '-'); 
2593     negate(s); /* print the sign, if negative */
2594   }
2595   mp_print_int(mp, s / unity); /* print the integer part */
2596   s=10*(s % unity)+5;
2597   if ( s!=5 ) { 
2598     delta=10; 
2599     mp_print_char(mp, '.');
2600     do {  
2601       if ( delta>unity )
2602         s=s+0100000-(delta / 2); /* round the final digit */
2603       mp_print_char(mp, '0'+(s / unity)); 
2604       s=10*(s % unity); 
2605       delta=delta*10;
2606     } while (s>delta);
2607   }
2608 }
2609
2610 @ We often want to print two scaled quantities in parentheses,
2611 separated by a comma.
2612
2613 @<Basic printing...@>=
2614 void mp_print_two (MP mp,scaled x, scaled y) { /* prints `|(x,y)|' */
2615   mp_print_char(mp, '('); 
2616   mp_print_scaled(mp, x); 
2617   mp_print_char(mp, ','); 
2618   mp_print_scaled(mp, y);
2619   mp_print_char(mp, ')');
2620 }
2621
2622 @ The |scaled| quantities in \MP\ programs are generally supposed to be
2623 less than $2^{12}$ in absolute value, so \MP\ does much of its internal
2624 arithmetic with 28~significant bits of precision. A |fraction| denotes
2625 a scaled integer whose binary point is assumed to be 28 bit positions
2626 from the right.
2627
2628 @d fraction_half 01000000000 /* $2^{27}$, represents 0.50000000 */
2629 @d fraction_one 02000000000 /* $2^{28}$, represents 1.00000000 */
2630 @d fraction_two 04000000000 /* $2^{29}$, represents 2.00000000 */
2631 @d fraction_three 06000000000 /* $3\cdot2^{28}$, represents 3.00000000 */
2632 @d fraction_four 010000000000 /* $2^{30}$, represents 4.00000000 */
2633
2634 @<Types...@>=
2635 typedef integer fraction; /* this type is used for scaled fractions */
2636
2637 @ In fact, the two sorts of scaling discussed above aren't quite
2638 sufficient; \MP\ has yet another, used internally to keep track of angles
2639 in units of $2^{-20}$ degrees.
2640
2641 @d forty_five_deg 0264000000 /* $45\cdot2^{20}$, represents $45^\circ$ */
2642 @d ninety_deg 0550000000 /* $90\cdot2^{20}$, represents $90^\circ$ */
2643 @d one_eighty_deg 01320000000 /* $180\cdot2^{20}$, represents $180^\circ$ */
2644 @d three_sixty_deg 02640000000 /* $360\cdot2^{20}$, represents $360^\circ$ */
2645
2646 @<Types...@>=
2647 typedef integer angle; /* this type is used for scaled angles */
2648
2649 @ The |make_fraction| routine produces the |fraction| equivalent of
2650 |p/q|, given integers |p| and~|q|; it computes the integer
2651 $f=\lfloor2^{28}p/q+{1\over2}\rfloor$, when $p$ and $q$ are
2652 positive. If |p| and |q| are both of the same scaled type |t|,
2653 the ``type relation'' |make_fraction(t,t)=fraction| is valid;
2654 and it's also possible to use the subroutine ``backwards,'' using
2655 the relation |make_fraction(t,fraction)=t| between scaled types.
2656
2657 If the result would have magnitude $2^{31}$ or more, |make_fraction|
2658 sets |arith_error:=true|. Most of \MP's internal computations have
2659 been designed to avoid this sort of error.
2660
2661 If this subroutine were programmed in assembly language on a typical
2662 machine, we could simply compute |(@t$2^{28}$@>*p)div q|, since a
2663 double-precision product can often be input to a fixed-point division
2664 instruction. But when we are restricted to \PASCAL\ arithmetic it
2665 is necessary either to resort to multiple-precision maneuvering
2666 or to use a simple but slow iteration. The multiple-precision technique
2667 would be about three times faster than the code adopted here, but it
2668 would be comparatively long and tricky, involving about sixteen
2669 additional multiplications and divisions.
2670
2671 This operation is part of \MP's ``inner loop''; indeed, it will
2672 consume nearly 10\pct! of the running time (exclusive of input and output)
2673 if the code below is left unchanged. A machine-dependent recoding
2674 will therefore make \MP\ run faster. The present implementation
2675 is highly portable, but slow; it avoids multiplication and division
2676 except in the initial stage. System wizards should be careful to
2677 replace it with a routine that is guaranteed to produce identical
2678 results in all cases.
2679 @^system dependencies@>
2680
2681 As noted below, a few more routines should also be replaced by machine-dependent
2682 code, for efficiency. But when a procedure is not part of the ``inner loop,''
2683 such changes aren't advisable; simplicity and robustness are
2684 preferable to trickery, unless the cost is too high.
2685 @^inner loop@>
2686
2687 @<Internal ...@>=
2688 fraction mp_make_fraction (MP mp,integer p, integer q);
2689 integer mp_take_scaled (MP mp,integer q, scaled f) ;
2690
2691 @ If FIXPT is not defined, we need these preprocessor values
2692
2693 @d ELGORDO  0x7fffffff
2694 @d TWEXP31  2147483648.0
2695 @d TWEXP28  268435456.0
2696 @d TWEXP16 65536.0
2697 @d TWEXP_16 (1.0/65536.0)
2698 @d TWEXP_28 (1.0/268435456.0)
2699
2700
2701 @c 
2702 fraction mp_make_fraction (MP mp,integer p, integer q) {
2703 #ifdef FIXPT
2704   integer f; /* the fraction bits, with a leading 1 bit */
2705   integer n; /* the integer part of $\vert p/q\vert$ */
2706   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2707   boolean negative = false; /* should the result be negated? */
2708   if ( p<0 ) {
2709     negate(p); negative=true;
2710   }
2711   if ( q<=0 ) { 
2712 #ifdef DEBUG
2713     if ( q==0 ) mp_confusion(mp, '/');
2714 #endif
2715 @:this can't happen /}{\quad \./@>
2716     negate(q); negative = ! negative;
2717   };
2718   n=p / q; p=p % q;
2719   if ( n>=8 ){ 
2720     mp->arith_error=true;
2721     return ( negative ? -el_gordo : el_gordo);
2722   } else { 
2723     n=(n-1)*fraction_one;
2724     @<Compute $f=\lfloor 2^{28}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>;
2725     return (negative ? (-(f+n)) : (f+n));
2726   }
2727 #else /* FIXPT */
2728     register double d;
2729         register integer i;
2730 #ifdef DEBUG
2731         if (q==0) mp_confusion(mp,'/'); 
2732 #endif /* DEBUG */
2733         d = TWEXP28 * (double)p /(double)q;
2734         if ((p^q) >= 0) {
2735                 d += 0.5;
2736                 if (d>=TWEXP31) {mp->arith_error=true; return ELGORDO;}
2737                 i = (integer) d;
2738                 if (d==i && ( ((q>0 ? -q : q)&077777)
2739                                 * (((i&037777)<<1)-1) & 04000)!=0) --i;
2740         } else {
2741                 d -= 0.5;
2742                 if (d<= -TWEXP31) {mp->arith_error=true; return -ELGORDO;}
2743                 i = (integer) d;
2744                 if (d==i && ( ((q>0 ? q : -q)&077777)
2745                                 * (((i&037777)<<1)+1) & 04000)!=0) ++i;
2746         }
2747         return i;
2748 #endif /* FIXPT */
2749 }
2750
2751 @ The |repeat| loop here preserves the following invariant relations
2752 between |f|, |p|, and~|q|:
2753 (i)~|0<=p<q|; (ii)~$fq+p=2^k(q+p_0)$, where $k$ is an integer and
2754 $p_0$ is the original value of~$p$.
2755
2756 Notice that the computation specifies
2757 |(p-q)+p| instead of |(p+p)-q|, because the latter could overflow.
2758 Let us hope that optimizing compilers do not miss this point; a
2759 special variable |be_careful| is used to emphasize the necessary
2760 order of computation. Optimizing compilers should keep |be_careful|
2761 in a register, not store it in memory.
2762 @^inner loop@>
2763
2764 @<Compute $f=\lfloor 2^{28}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>=
2765 {
2766   f=1;
2767   do {  
2768     be_careful=p-q; p=be_careful+p;
2769     if ( p>=0 ) { 
2770       f=f+f+1;
2771     } else  { 
2772       f+=f; p=p+q;
2773     }
2774   } while (f<fraction_one);
2775   be_careful=p-q;
2776   if ( be_careful+p>=0 ) incr(f);
2777 }
2778
2779 @ The dual of |make_fraction| is |take_fraction|, which multiplies a
2780 given integer~|q| by a fraction~|f|. When the operands are positive, it
2781 computes $p=\lfloor qf/2^{28}+{1\over2}\rfloor$, a symmetric function
2782 of |q| and~|f|.
2783
2784 This routine is even more ``inner loopy'' than |make_fraction|;
2785 the present implementation consumes almost 20\pct! of \MP's computation
2786 time during typical jobs, so a machine-language substitute is advisable.
2787 @^inner loop@> @^system dependencies@>
2788
2789 @<Declarations@>=
2790 integer mp_take_fraction (MP mp,integer q, fraction f) ;
2791
2792 @ @c 
2793 #ifdef FIXPT
2794 integer mp_take_fraction (MP mp,integer q, fraction f) {
2795   integer p; /* the fraction so far */
2796   boolean negative; /* should the result be negated? */
2797   integer n; /* additional multiple of $q$ */
2798   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2799   @<Reduce to the case that |f>=0| and |q>0|@>;
2800   if ( f<fraction_one ) { 
2801     n=0;
2802   } else { 
2803     n=f / fraction_one; f=f % fraction_one;
2804     if ( q<=el_gordo / n ) { 
2805       n=n*q ; 
2806     } else { 
2807       mp->arith_error=true; n=el_gordo;
2808     }
2809   }
2810   f=f+fraction_one;
2811   @<Compute $p=\lfloor qf/2^{28}+{1\over2}\rfloor-q$@>;
2812   be_careful=n-el_gordo;
2813   if ( be_careful+p>0 ){ 
2814     mp->arith_error=true; n=el_gordo-p;
2815   }
2816   if ( negative ) 
2817         return (-(n+p));
2818   else 
2819     return (n+p);
2820 #else /* FIXPT */
2821 integer mp_take_fraction (MP mp,integer p, fraction q) {
2822     register double d;
2823         register integer i;
2824         d = (double)p * (double)q * TWEXP_28;
2825         if ((p^q) >= 0) {
2826                 d += 0.5;
2827                 if (d>=TWEXP31) {
2828                         if (d!=TWEXP31 || (((p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2829                                 mp->arith_error = true;
2830                         return ELGORDO;
2831                 }
2832                 i = (integer) d;
2833                 if (d==i && (((p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) --i;
2834         } else {
2835                 d -= 0.5;
2836                 if (d<= -TWEXP31) {
2837                         if (d!= -TWEXP31 || ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2838                                 mp->arith_error = true;
2839                         return -ELGORDO;
2840                 }
2841                 i = (integer) d;
2842                 if (d==i && ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) ++i;
2843         }
2844         return i;
2845 #endif /* FIXPT */
2846 }
2847
2848 @ @<Reduce to the case that |f>=0| and |q>0|@>=
2849 if ( f>=0 ) {
2850   negative=false;
2851 } else { 
2852   negate( f); negative=true;
2853 }
2854 if ( q<0 ) { 
2855   negate(q); negative=! negative;
2856 }
2857
2858 @ The invariant relations in this case are (i)~$\lfloor(qf+p)/2^k\rfloor
2859 =\lfloor qf_0/2^{28}+{1\over2}\rfloor$, where $k$ is an integer and
2860 $f_0$ is the original value of~$f$; (ii)~$2^k\L f<2^{k+1}$.
2861 @^inner loop@>
2862
2863 @<Compute $p=\lfloor qf/2^{28}+{1\over2}\rfloor-q$@>=
2864 p=fraction_half; /* that's $2^{27}$; the invariants hold now with $k=28$ */
2865 if ( q<fraction_four ) {
2866   do {  
2867     if ( odd(f) ) p=halfp(p+q); else p=halfp(p);
2868     f=halfp(f);
2869   } while (f!=1);
2870 } else  {
2871   do {  
2872     if ( odd(f) ) p=p+halfp(q-p); else p=halfp(p);
2873     f=halfp(f);
2874   } while (f!=1);
2875 }
2876
2877
2878 @ When we want to multiply something by a |scaled| quantity, we use a scheme
2879 analogous to |take_fraction| but with a different scaling.
2880 Given positive operands, |take_scaled|
2881 computes the quantity $p=\lfloor qf/2^{16}+{1\over2}\rfloor$.
2882
2883 Once again it is a good idea to use a machine-language replacement if
2884 possible; otherwise |take_scaled| will use more than 2\pct! of the running time
2885 when the Computer Modern fonts are being generated.
2886 @^inner loop@>
2887
2888 @c 
2889 #ifdef FIXPT
2890 integer mp_take_scaled (MP mp,integer q, scaled f) {
2891   integer p; /* the fraction so far */
2892   boolean negative; /* should the result be negated? */
2893   integer n; /* additional multiple of $q$ */
2894   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2895   @<Reduce to the case that |f>=0| and |q>0|@>;
2896   if ( f<unity ) { 
2897     n=0;
2898   } else  { 
2899     n=f / unity; f=f % unity;
2900     if ( q<=el_gordo / n ) {
2901       n=n*q;
2902     } else  { 
2903       mp->arith_error=true; n=el_gordo;
2904     }
2905   }
2906   f=f+unity;
2907   @<Compute $p=\lfloor qf/2^{16}+{1\over2}\rfloor-q$@>;
2908   be_careful=n-el_gordo;
2909   if ( be_careful+p>0 ) { 
2910     mp->arith_error=true; n=el_gordo-p;
2911   }
2912   return ( negative ?(-(n+p)) :(n+p));
2913 #else /* FIXPT */
2914 integer mp_take_scaled (MP mp,integer p, scaled q) {
2915     register double d;
2916         register integer i;
2917         d = (double)p * (double)q * TWEXP_16;
2918         if ((p^q) >= 0) {
2919                 d += 0.5;
2920                 if (d>=TWEXP31) {
2921                         if (d!=TWEXP31 || (((p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2922                                 mp->arith_error = true;
2923                         return ELGORDO;
2924                 }
2925                 i = (integer) d;
2926                 if (d==i && (((p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) --i;
2927         } else {
2928                 d -= 0.5;
2929                 if (d<= -TWEXP31) {
2930                         if (d!= -TWEXP31 || ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2931                                 mp->arith_error = true;
2932                         return -ELGORDO;
2933                 }
2934                 i = (integer) d;
2935                 if (d==i && ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) ++i;
2936         }
2937         return i;
2938 #endif /* FIXPT */
2939 }
2940
2941 @ @<Compute $p=\lfloor qf/2^{16}+{1\over2}\rfloor-q$@>=
2942 p=half_unit; /* that's $2^{15}$; the invariants hold now with $k=16$ */
2943 @^inner loop@>
2944 if ( q<fraction_four ) {
2945   do {  
2946     p = (odd(f) ? halfp(p+q) : halfp(p));
2947     f=halfp(f);
2948   } while (f!=1);
2949 } else {
2950   do {  
2951     p = (odd(f) ? p+halfp(q-p) : halfp(p));
2952     f=halfp(f);
2953   } while (f!=1);
2954 }
2955
2956 @ For completeness, there's also |make_scaled|, which computes a
2957 quotient as a |scaled| number instead of as a |fraction|.
2958 In other words, the result is $\lfloor2^{16}p/q+{1\over2}\rfloor$, if the
2959 operands are positive. \ (This procedure is not used especially often,
2960 so it is not part of \MP's inner loop.)
2961
2962 @<Internal library ...@>=
2963 scaled mp_make_scaled (MP mp,integer p, integer q) ;
2964
2965 @ @c 
2966 scaled mp_make_scaled (MP mp,integer p, integer q) {
2967 #ifdef FIXPT 
2968   integer f; /* the fraction bits, with a leading 1 bit */
2969   integer n; /* the integer part of $\vert p/q\vert$ */
2970   boolean negative; /* should the result be negated? */
2971   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2972   if ( p>=0 ) negative=false;
2973   else  { negate(p); negative=true; };
2974   if ( q<=0 ) { 
2975 #ifdef DEBUG 
2976     if ( q==0 ) mp_confusion(mp, "/");
2977 @:this can't happen /}{\quad \./@>
2978 #endif
2979     negate(q); negative=! negative;
2980   }
2981   n=p / q; p=p % q;
2982   if ( n>=0100000 ) { 
2983     mp->arith_error=true;
2984     return (negative ? (-el_gordo) : el_gordo);
2985   } else  { 
2986     n=(n-1)*unity;
2987     @<Compute $f=\lfloor 2^{16}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>;
2988     return ( negative ? (-(f+n)) :(f+n));
2989   }
2990 #else /* FIXPT */
2991     register double d;
2992         register integer i;
2993 #ifdef DEBUG
2994         if (q==0) mp_confusion(mp,"/"); 
2995 #endif /* DEBUG */
2996         d = TWEXP16 * (double)p /(double)q;
2997         if ((p^q) >= 0) {
2998                 d += 0.5;
2999                 if (d>=TWEXP31) {mp->arith_error=true; return ELGORDO;}
3000                 i = (integer) d;
3001                 if (d==i && ( ((q>0 ? -q : q)&077777)
3002                                 * (((i&037777)<<1)-1) & 04000)!=0) --i;
3003         } else {
3004                 d -= 0.5;
3005                 if (d<= -TWEXP31) {mp->arith_error=true; return -ELGORDO;}
3006                 i = (integer) d;
3007                 if (d==i && ( ((q>0 ? q : -q)&077777)
3008                                 * (((i&037777)<<1)+1) & 04000)!=0) ++i;
3009         }
3010         return i;
3011 #endif /* FIXPT */
3012 }
3013
3014 @ @<Compute $f=\lfloor 2^{16}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>=
3015 f=1;
3016 do {  
3017   be_careful=p-q; p=be_careful+p;
3018   if ( p>=0 ) f=f+f+1;
3019   else  { f+=f; p=p+q; };
3020 } while (f<unity);
3021 be_careful=p-q;
3022 if ( be_careful+p>=0 ) incr(f)
3023
3024 @ Here is a typical example of how the routines above can be used.
3025 It computes the function
3026 $${1\over3\tau}f(\theta,\phi)=
3027 {\tau^{-1}\bigl(2+\sqrt2\,(\sin\theta-{1\over16}\sin\phi)
3028  (\sin\phi-{1\over16}\sin\theta)(\cos\theta-\cos\phi)\bigr)\over
3029 3\,\bigl(1+{1\over2}(\sqrt5-1)\cos\theta+{1\over2}(3-\sqrt5\,)\cos\phi\bigr)},$$
3030 where $\tau$ is a |scaled| ``tension'' parameter. This is \MP's magic
3031 fudge factor for placing the first control point of a curve that starts
3032 at an angle $\theta$ and ends at an angle $\phi$ from the straight path.
3033 (Actually, if the stated quantity exceeds 4, \MP\ reduces it to~4.)
3034
3035 The trigonometric quantity to be multiplied by $\sqrt2$ is less than $\sqrt2$.
3036 (It's a sum of eight terms whose absolute values can be bounded using
3037 relations such as $\sin\theta\cos\theta\L{1\over2}$.) Thus the numerator
3038 is positive; and since the tension $\tau$ is constrained to be at least
3039 $3\over4$, the numerator is less than $16\over3$. The denominator is
3040 nonnegative and at most~6.  Hence the fixed-point calculations below
3041 are guaranteed to stay within the bounds of a 32-bit computer word.
3042
3043 The angles $\theta$ and $\phi$ are given implicitly in terms of |fraction|
3044 arguments |st|, |ct|, |sf|, and |cf|, representing $\sin\theta$, $\cos\theta$,
3045 $\sin\phi$, and $\cos\phi$, respectively.
3046
3047 @c 
3048 fraction mp_velocity (MP mp,fraction st, fraction ct, fraction sf,
3049                       fraction cf, scaled t) {
3050   integer acc,num,denom; /* registers for intermediate calculations */
3051   acc=mp_take_fraction(mp, st-(sf / 16), sf-(st / 16));
3052   acc=mp_take_fraction(mp, acc,ct-cf);
3053   num=fraction_two+mp_take_fraction(mp, acc,379625062);
3054                    /* $2^{28}\sqrt2\approx379625062.497$ */
3055   denom=fraction_three+mp_take_fraction(mp, ct,497706707)+mp_take_fraction(mp, cf,307599661);
3056                       /* $3\cdot2^{27}\cdot(\sqrt5-1)\approx497706706.78$ and
3057                          $3\cdot2^{27}\cdot(3-\sqrt5\,)\approx307599661.22$ */
3058   if ( t!=unity ) num=mp_make_scaled(mp, num,t);
3059   /* |make_scaled(fraction,scaled)=fraction| */
3060   if ( num / 4>=denom ) 
3061     return fraction_four;
3062   else 
3063     return mp_make_fraction(mp, num, denom);
3064 }
3065
3066 @ The following somewhat different subroutine tests rigorously if $ab$ is
3067 greater than, equal to, or less than~$cd$,
3068 given integers $(a,b,c,d)$. In most cases a quick decision is reached.
3069 The result is $+1$, 0, or~$-1$ in the three respective cases.
3070
3071 @d mp_ab_vs_cd(M,A,B,C,D) mp_do_ab_vs_cd(A,B,C,D)
3072
3073 @c 
3074 integer mp_do_ab_vs_cd (integer a,integer b, integer c, integer d) {
3075   integer q,r; /* temporary registers */
3076   @<Reduce to the case that |a,c>=0|, |b,d>0|@>;
3077   while (1) { 
3078     q = a / d; r = c / b;
3079     if ( q!=r )
3080       return ( q>r ? 1 : -1);
3081     q = a % d; r = c % b;
3082     if ( r==0 )
3083       return (q ? 1 : 0);
3084     if ( q==0 ) return -1;
3085     a=b; b=q; c=d; d=r;
3086   } /* now |a>d>0| and |c>b>0| */
3087 }
3088
3089 @ @<Reduce to the case that |a...@>=
3090 if ( a<0 ) { negate(a); negate(b);  };
3091 if ( c<0 ) { negate(c); negate(d);  };
3092 if ( d<=0 ) { 
3093   if ( b>=0 ) {
3094     if ( (a==0||b==0)&&(c==0||d==0) ) return 0;
3095     else return 1;
3096   }
3097   if ( d==0 )
3098     return ( a==0 ? 0 : -1);
3099   q=a; a=c; c=q; q=-b; b=-d; d=q;
3100 } else if ( b<=0 ) { 
3101   if ( b<0 ) if ( a>0 ) return -1;
3102   return (c==0 ? 0 : -1);
3103 }
3104
3105 @ We conclude this set of elementary routines with some simple rounding
3106 and truncation operations.
3107
3108 @<Internal library declarations@>=
3109 #define mp_floor_scaled(M,i) ((i)&(-65536))
3110 #define mp_round_unscaled(M,i) (((i>>15)+1)>>1)
3111 #define mp_round_fraction(M,i) (((i>>11)+1)>>1)
3112
3113
3114 @* \[8] Algebraic and transcendental functions.
3115 \MP\ computes all of the necessary special functions from scratch, without
3116 relying on |real| arithmetic or system subroutines for sines, cosines, etc.
3117
3118 @ To get the square root of a |scaled| number |x|, we want to calculate
3119 $s=\lfloor 2^8\!\sqrt x +{1\over2}\rfloor$. If $x>0$, this is the unique
3120 integer such that $2^{16}x-s\L s^2<2^{16}x+s$. The following subroutine
3121 determines $s$ by an iterative method that maintains the invariant
3122 relations $x=2^{46-2k}x_0\bmod 2^{30}$, $0<y=\lfloor 2^{16-2k}x_0\rfloor
3123 -s^2+s\L q=2s$, where $x_0$ is the initial value of $x$. The value of~$y$
3124 might, however, be zero at the start of the first iteration.
3125
3126 @<Declarations@>=
3127 scaled mp_square_rt (MP mp,scaled x) ;
3128
3129 @ @c 
3130 scaled mp_square_rt (MP mp,scaled x) {
3131   small_number k; /* iteration control counter */
3132   integer y,q; /* registers for intermediate calculations */
3133   if ( x<=0 ) { 
3134     @<Handle square root of zero or negative argument@>;
3135   } else { 
3136     k=23; q=2;
3137     while ( x<fraction_two ) { /* i.e., |while x<@t$2^{29}$@>|\unskip */
3138       decr(k); x=x+x+x+x;
3139     }
3140     if ( x<fraction_four ) y=0;
3141     else  { x=x-fraction_four; y=1; };
3142     do {  
3143       @<Decrease |k| by 1, maintaining the invariant
3144       relations between |x|, |y|, and~|q|@>;
3145     } while (k!=0);
3146     return (halfp(q));
3147   }
3148 }
3149
3150 @ @<Handle square root of zero...@>=
3151
3152   if ( x<0 ) { 
3153     print_err("Square root of ");
3154 @.Square root...replaced by 0@>
3155     mp_print_scaled(mp, x); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
3156     help2("Since I don't take square roots of negative numbers,")
3157          ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3158     mp_error(mp);
3159   };
3160   return 0;
3161 }
3162
3163 @ @<Decrease |k| by 1, maintaining...@>=
3164 x+=x; y+=y;
3165 if ( x>=fraction_four ) { /* note that |fraction_four=@t$2^{30}$@>| */
3166   x=x-fraction_four; incr(y);
3167 };
3168 x+=x; y=y+y-q; q+=q;
3169 if ( x>=fraction_four ) { x=x-fraction_four; incr(y); };
3170 if ( y>q ){ y=y-q; q=q+2; }
3171 else if ( y<=0 )  { q=q-2; y=y+q;  };
3172 decr(k)
3173
3174 @ Pythagorean addition $\psqrt{a^2+b^2}$ is implemented by an elegant
3175 iterative scheme due to Cleve Moler and Donald Morrison [{\sl IBM Journal
3176 @^Moler, Cleve Barry@>
3177 @^Morrison, Donald Ross@>
3178 of Research and Development\/ \bf27} (1983), 577--581]. It modifies |a| and~|b|
3179 in such a way that their Pythagorean sum remains invariant, while the
3180 smaller argument decreases.
3181
3182 @<Internal library ...@>=
3183 integer mp_pyth_add (MP mp,integer a, integer b);
3184
3185
3186 @ @c 
3187 integer mp_pyth_add (MP mp,integer a, integer b) {
3188   fraction r; /* register used to transform |a| and |b| */
3189   boolean big; /* is the result dangerously near $2^{31}$? */
3190   a=abs(a); b=abs(b);
3191   if ( a<b ) { r=b; b=a; a=r; }; /* now |0<=b<=a| */
3192   if ( b>0 ) {
3193     if ( a<fraction_two ) {
3194       big=false;
3195     } else { 
3196       a=a / 4; b=b / 4; big=true;
3197     }; /* we reduced the precision to avoid arithmetic overflow */
3198     @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2+b^2}$@>;
3199     if ( big ) {
3200       if ( a<fraction_two ) {
3201         a=a+a+a+a;
3202       } else  { 
3203         mp->arith_error=true; a=el_gordo;
3204       };
3205     }
3206   }
3207   return a;
3208 }
3209
3210 @ The key idea here is to reflect the vector $(a,b)$ about the
3211 line through $(a,b/2)$.
3212
3213 @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2+b^2}$@>=
3214 while (1) {  
3215   r=mp_make_fraction(mp, b,a);
3216   r=mp_take_fraction(mp, r,r); /* now $r\approx b^2/a^2$ */
3217   if ( r==0 ) break;
3218   r=mp_make_fraction(mp, r,fraction_four+r);
3219   a=a+mp_take_fraction(mp, a+a,r); b=mp_take_fraction(mp, b,r);
3220 }
3221
3222
3223 @ Here is a similar algorithm for $\psqrt{a^2-b^2}$.
3224 It converges slowly when $b$ is near $a$, but otherwise it works fine.
3225
3226 @c 
3227 integer mp_pyth_sub (MP mp,integer a, integer b) {
3228   fraction r; /* register used to transform |a| and |b| */
3229   boolean big; /* is the input dangerously near $2^{31}$? */
3230   a=abs(a); b=abs(b);
3231   if ( a<=b ) {
3232     @<Handle erroneous |pyth_sub| and set |a:=0|@>;
3233   } else { 
3234     if ( a<fraction_four ) {
3235       big=false;
3236     } else  { 
3237       a=halfp(a); b=halfp(b); big=true;
3238     }
3239     @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2-b^2}$@>;
3240     if ( big ) double(a);
3241   }
3242   return a;
3243 }
3244
3245 @ @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2-b^2}$@>=
3246 while (1) { 
3247   r=mp_make_fraction(mp, b,a);
3248   r=mp_take_fraction(mp, r,r); /* now $r\approx b^2/a^2$ */
3249   if ( r==0 ) break;
3250   r=mp_make_fraction(mp, r,fraction_four-r);
3251   a=a-mp_take_fraction(mp, a+a,r); b=mp_take_fraction(mp, b,r);
3252 }
3253
3254 @ @<Handle erroneous |pyth_sub| and set |a:=0|@>=
3255
3256   if ( a<b ){ 
3257     print_err("Pythagorean subtraction "); mp_print_scaled(mp, a);
3258     mp_print(mp, "+-+"); mp_print_scaled(mp, b); 
3259     mp_print(mp, " has been replaced by 0");
3260 @.Pythagorean...@>
3261     help2("Since I don't take square roots of negative numbers,")
3262          ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3263     mp_error(mp);
3264   }
3265   a=0;
3266 }
3267
3268 @ The subroutines for logarithm and exponential involve two tables.
3269 The first is simple: |two_to_the[k]| equals $2^k$. The second involves
3270 a bit more calculation, which the author claims to have done correctly:
3271 |spec_log[k]| is $2^{27}$ times $\ln\bigl(1/(1-2^{-k})\bigr)=
3272 2^{-k}+{1\over2}2^{-2k}+{1\over3}2^{-3k}+\cdots\,$, rounded to the
3273 nearest integer.
3274
3275 @d two_to_the(A) (1<<(A))
3276
3277 @<Constants ...@>=
3278 static const integer spec_log[29] = { 0, /* special logarithms */
3279 93032640, 38612034, 17922280, 8662214, 4261238, 2113709,
3280 1052693, 525315, 262400, 131136, 65552, 32772, 16385,
3281 8192, 4096, 2048, 1024, 512, 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1, 1 };
3282
3283 @ @<Local variables for initialization@>=
3284 integer k; /* all-purpose loop index */
3285
3286
3287 @ Here is the routine that calculates $2^8$ times the natural logarithm
3288 of a |scaled| quantity; it is an integer approximation to $2^{24}\ln(x/2^{16})$,
3289 when |x| is a given positive integer.
3290
3291 The method is based on exercise 1.2.2--25 in {\sl The Art of Computer
3292 Programming\/}: During the main iteration we have $1\L 2^{-30}x<1/(1-2^{1-k})$,
3293 and the logarithm of $2^{30}x$ remains to be added to an accumulator
3294 register called~$y$. Three auxiliary bits of accuracy are retained in~$y$
3295 during the calculation, and sixteen auxiliary bits to extend |y| are
3296 kept in~|z| during the initial argument reduction. (We add
3297 $100\cdot2^{16}=6553600$ to~|z| and subtract 100 from~|y| so that |z| will
3298 not become negative; also, the actual amount subtracted from~|y| is~96,
3299 not~100, because we want to add~4 for rounding before the final division by~8.)
3300
3301 @c 
3302 scaled mp_m_log (MP mp,scaled x) {
3303   integer y,z; /* auxiliary registers */
3304   integer k; /* iteration counter */
3305   if ( x<=0 ) {
3306      @<Handle non-positive logarithm@>;
3307   } else  { 
3308     y=1302456956+4-100; /* $14\times2^{27}\ln2\approx1302456956.421063$ */
3309     z=27595+6553600; /* and $2^{16}\times .421063\approx 27595$ */
3310     while ( x<fraction_four ) {
3311        double(x); y-=93032639; z-=48782;
3312     } /* $2^{27}\ln2\approx 93032639.74436163$ and $2^{16}\times.74436163\approx 48782$ */
3313     y=y+(z / unity); k=2;
3314     while ( x>fraction_four+4 ) {
3315       @<Increase |k| until |x| can be multiplied by a
3316         factor of $2^{-k}$, and adjust $y$ accordingly@>;
3317     }
3318     return (y / 8);
3319   }
3320 }
3321
3322 @ @<Increase |k| until |x| can...@>=
3323
3324   z=((x-1) / two_to_the(k))+1; /* $z=\lceil x/2^k\rceil$ */
3325   while ( x<fraction_four+z ) { z=halfp(z+1); incr(k); };
3326   y+=spec_log[k]; x-=z;
3327 }
3328
3329 @ @<Handle non-positive logarithm@>=
3330
3331   print_err("Logarithm of ");
3332 @.Logarithm...replaced by 0@>
3333   mp_print_scaled(mp, x); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
3334   help2("Since I don't take logs of non-positive numbers,")
3335        ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3336   mp_error(mp); 
3337   return 0;
3338 }
3339
3340 @ Conversely, the exponential routine calculates $\exp(x/2^8)$,
3341 when |x| is |scaled|. The result is an integer approximation to
3342 $2^{16}\exp(x/2^{24})$, when |x| is regarded as an integer.
3343
3344 @c 
3345 scaled mp_m_exp (MP mp,scaled x) {
3346   small_number k; /* loop control index */
3347   integer y,z; /* auxiliary registers */
3348   if ( x>174436200 ) {
3349     /* $2^{24}\ln((2^{31}-1)/2^{16})\approx 174436199.51$ */
3350     mp->arith_error=true; 
3351     return el_gordo;
3352   } else if ( x<-197694359 ) {
3353         /* $2^{24}\ln(2^{-1}/2^{16})\approx-197694359.45$ */
3354     return 0;
3355   } else { 
3356     if ( x<=0 ) { 
3357        z=-8*x; y=04000000; /* $y=2^{20}$ */
3358     } else { 
3359       if ( x<=127919879 ) { 
3360         z=1023359037-8*x;
3361         /* $2^{27}\ln((2^{31}-1)/2^{20})\approx 1023359037.125$ */
3362       } else {
3363        z=8*(174436200-x); /* |z| is always nonnegative */
3364       }
3365       y=el_gordo;
3366     };
3367     @<Multiply |y| by $\exp(-z/2^{27})$@>;
3368     if ( x<=127919879 ) 
3369        return ((y+8) / 16);
3370      else 
3371        return y;
3372   }
3373 }
3374
3375 @ The idea here is that subtracting |spec_log[k]| from |z| corresponds
3376 to multiplying |y| by $1-2^{-k}$.
3377
3378 A subtle point (which had to be checked) was that if $x=127919879$, the
3379 value of~|y| will decrease so that |y+8| doesn't overflow. In fact,
3380 $z$ will be 5 in this case, and |y| will decrease by~64 when |k=25|
3381 and by~16 when |k=27|.
3382
3383 @<Multiply |y| by...@>=
3384 k=1;
3385 while ( z>0 ) { 
3386   while ( z>=spec_log[k] ) { 
3387     z-=spec_log[k];
3388     y=y-1-((y-two_to_the(k-1)) / two_to_the(k));
3389   }
3390   incr(k);
3391 }
3392
3393 @ The trigonometric subroutines use an auxiliary table such that
3394 |spec_atan[k]| contains an approximation to the |angle| whose tangent
3395 is~$1/2^k$. $\arctan2^{-k}$ times $2^{20}\cdot180/\pi$ 
3396
3397 @<Constants ...@>=
3398 static const angle spec_atan[27] = { 0, 27855475, 14718068, 7471121, 3750058, 
3399 1876857, 938658, 469357, 234682, 117342, 58671, 29335, 14668, 7334, 3667, 
3400 1833, 917, 458, 229, 115, 57, 29, 14, 7, 4, 2, 1 };
3401
3402 @ Given integers |x| and |y|, not both zero, the |n_arg| function
3403 returns the |angle| whose tangent points in the direction $(x,y)$.
3404 This subroutine first determines the correct octant, then solves the
3405 problem for |0<=y<=x|, then converts the result appropriately to
3406 return an answer in the range |-one_eighty_deg<=@t$\theta$@><=one_eighty_deg|.
3407 (The answer is |+one_eighty_deg| if |y=0| and |x<0|, but an answer of
3408 |-one_eighty_deg| is possible if, for example, |y=-1| and $x=-2^{30}$.)
3409
3410 The octants are represented in a ``Gray code,'' since that turns out
3411 to be computationally simplest.
3412
3413 @d negate_x 1
3414 @d negate_y 2
3415 @d switch_x_and_y 4
3416 @d first_octant 1
3417 @d second_octant (first_octant+switch_x_and_y)
3418 @d third_octant (first_octant+switch_x_and_y+negate_x)
3419 @d fourth_octant (first_octant+negate_x)
3420 @d fifth_octant (first_octant+negate_x+negate_y)
3421 @d sixth_octant (first_octant+switch_x_and_y+negate_x+negate_y)
3422 @d seventh_octant (first_octant+switch_x_and_y+negate_y)
3423 @d eighth_octant (first_octant+negate_y)
3424
3425 @c 
3426 angle mp_n_arg (MP mp,integer x, integer y) {
3427   angle z; /* auxiliary register */
3428   integer t; /* temporary storage */
3429   small_number k; /* loop counter */
3430   int octant; /* octant code */
3431   if ( x>=0 ) {
3432     octant=first_octant;
3433   } else { 
3434     negate(x); octant=first_octant+negate_x;
3435   }
3436   if ( y<0 ) { 
3437     negate(y); octant=octant+negate_y;
3438   }
3439   if ( x<y ) { 
3440     t=y; y=x; x=t; octant=octant+switch_x_and_y;
3441   }
3442   if ( x==0 ) { 
3443     @<Handle undefined arg@>; 
3444   } else { 
3445     @<Set variable |z| to the arg of $(x,y)$@>;
3446     @<Return an appropriate answer based on |z| and |octant|@>;
3447   }
3448 }
3449
3450 @ @<Handle undefined arg@>=
3451
3452   print_err("angle(0,0) is taken as zero");
3453 @.angle(0,0)...zero@>
3454   help2("The `angle' between two identical points is undefined.")
3455        ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3456   mp_error(mp); 
3457   return 0;
3458 }
3459
3460 @ @<Return an appropriate answer...@>=
3461 switch (octant) {
3462 case first_octant: return z;
3463 case second_octant: return (ninety_deg-z);
3464 case third_octant: return (ninety_deg+z);
3465 case fourth_octant: return (one_eighty_deg-z);
3466 case fifth_octant: return (z-one_eighty_deg);
3467 case sixth_octant: return (-z-ninety_deg);
3468 case seventh_octant: return (z-ninety_deg);
3469 case eighth_octant: return (-z);
3470 }; /* there are no other cases */
3471 return 0
3472
3473 @ At this point we have |x>=y>=0|, and |x>0|. The numbers are scaled up
3474 or down until $2^{28}\L x<2^{29}$, so that accurate fixed-point calculations
3475 will be made.
3476
3477 @<Set variable |z| to the arg...@>=
3478 while ( x>=fraction_two ) { 
3479   x=halfp(x); y=halfp(y);
3480 }
3481 z=0;
3482 if ( y>0 ) { 
3483  while ( x<fraction_one ) { 
3484     x+=x; y+=y; 
3485  };
3486  @<Increase |z| to the arg of $(x,y)$@>;
3487 }
3488
3489 @ During the calculations of this section, variables |x| and~|y|
3490 represent actual coordinates $(x,2^{-k}y)$. We will maintain the
3491 condition |x>=y|, so that the tangent will be at most $2^{-k}$.
3492 If $x<2y$, the tangent is greater than $2^{-k-1}$. The transformation
3493 $(a,b)\mapsto(a+b\tan\phi,b-a\tan\phi)$ replaces $(a,b)$ by
3494 coordinates whose angle has decreased by~$\phi$; in the special case
3495 $a=x$, $b=2^{-k}y$, and $\tan\phi=2^{-k-1}$, this operation reduces
3496 to the particularly simple iteration shown here. [Cf.~John E. Meggitt,
3497 @^Meggitt, John E.@>
3498 {\sl IBM Journal of Research and Development\/ \bf6} (1962), 210--226.]
3499
3500 The initial value of |x| will be multiplied by at most
3501 $(1+{1\over2})(1+{1\over8})(1+{1\over32})\cdots\approx 1.7584$; hence
3502 there is no chance of integer overflow.
3503
3504 @<Increase |z|...@>=
3505 k=0;
3506 do {  
3507   y+=y; incr(k);
3508   if ( y>x ){ 
3509     z=z+spec_atan[k]; t=x; x=x+(y / two_to_the(k+k)); y=y-t;
3510   };
3511 } while (k!=15);
3512 do {  
3513   y+=y; incr(k);
3514   if ( y>x ) { z=z+spec_atan[k]; y=y-x; };
3515 } while (k!=26)
3516
3517 @ Conversely, the |n_sin_cos| routine takes an |angle| and produces the sine
3518 and cosine of that angle. The results of this routine are
3519 stored in global integer variables |n_sin| and |n_cos|.
3520
3521 @<Glob...@>=
3522 fraction n_sin;fraction n_cos; /* results computed by |n_sin_cos| */
3523
3524 @ Given an integer |z| that is $2^{20}$ times an angle $\theta$ in degrees,
3525 the purpose of |n_sin_cos(z)| is to set
3526 |x=@t$r\cos\theta$@>| and |y=@t$r\sin\theta$@>| (approximately),
3527 for some rather large number~|r|. The maximum of |x| and |y|
3528 will be between $2^{28}$ and $2^{30}$, so that there will be hardly
3529 any loss of accuracy. Then |x| and~|y| are divided by~|r|.
3530
3531 @c 
3532 void mp_n_sin_cos (MP mp,angle z) { /* computes a multiple of the sine
3533                                        and cosine */ 
3534   small_number k; /* loop control variable */
3535   int q; /* specifies the quadrant */
3536   fraction r; /* magnitude of |(x,y)| */
3537   integer x,y,t; /* temporary registers */
3538   while ( z<0 ) z=z+three_sixty_deg;
3539   z=z % three_sixty_deg; /* now |0<=z<three_sixty_deg| */
3540   q=z / forty_five_deg; z=z % forty_five_deg;
3541   x=fraction_one; y=x;
3542   if ( ! odd(q) ) z=forty_five_deg-z;
3543   @<Subtract angle |z| from |(x,y)|@>;
3544   @<Convert |(x,y)| to the octant determined by~|q|@>;
3545   r=mp_pyth_add(mp, x,y); 
3546   mp->n_cos=mp_make_fraction(mp, x,r); 
3547   mp->n_sin=mp_make_fraction(mp, y,r);
3548 }
3549
3550 @ In this case the octants are numbered sequentially.
3551
3552 @<Convert |(x,...@>=
3553 switch (q) {
3554 case 0: break;
3555 case 1: t=x; x=y; y=t; break;
3556 case 2: t=x; x=-y; y=t; break;
3557 case 3: negate(x); break;
3558 case 4: negate(x); negate(y); break;
3559 case 5: t=x; x=-y; y=-t; break;
3560 case 6: t=x; x=y; y=-t; break;
3561 case 7: negate(y); break;
3562 } /* there are no other cases */
3563
3564 @ The main iteration of |n_sin_cos| is similar to that of |n_arg| but
3565 applied in reverse. The values of |spec_atan[k]| decrease slowly enough
3566 that this loop is guaranteed to terminate before the (nonexistent) value
3567 |spec_atan[27]| would be required.
3568
3569 @<Subtract angle |z|...@>=
3570 k=1;
3571 while ( z>0 ){ 
3572   if ( z>=spec_atan[k] ) { 
3573     z=z-spec_atan[k]; t=x;
3574     x=t+y / two_to_the(k);
3575     y=y-t / two_to_the(k);
3576   }
3577   incr(k);
3578 }
3579 if ( y<0 ) y=0 /* this precaution may never be needed */
3580
3581 @ And now let's complete our collection of numeric utility routines
3582 by considering random number generation.
3583 \MP\ generates pseudo-random numbers with the additive scheme recommended
3584 in Section 3.6 of {\sl The Art of Computer Programming}; however, the
3585 results are random fractions between 0 and |fraction_one-1|, inclusive.
3586
3587 There's an auxiliary array |randoms| that contains 55 pseudo-random
3588 fractions. Using the recurrence $x_n=(x_{n-55}-x_{n-31})\bmod 2^{28}$,
3589 we generate batches of 55 new $x_n$'s at a time by calling |new_randoms|.
3590 The global variable |j_random| tells which element has most recently
3591 been consumed.
3592 The global variable |sys_random_seed| was introduced in version 0.9,
3593 for the sole reason of stressing the fact that the initial value of the
3594 random seed is system-dependant. The pascal code below will initialize
3595 this variable to |(internal[mp_time] div unity)+internal[mp_day]|, but this 
3596 is not good enough on modern fast machines that are capable of running
3597 multiple MetaPost processes within the same second.
3598 @^system dependencies@>
3599
3600 @<Glob...@>=
3601 fraction randoms[55]; /* the last 55 random values generated */
3602 int j_random; /* the number of unused |randoms| */
3603 scaled sys_random_seed; /* the default random seed */
3604
3605 @ @<Exported types@>=
3606 typedef int (*mp_get_random_seed_command)(MP mp);
3607
3608 @ @<Glob...@>=
3609 mp_get_random_seed_command get_random_seed;
3610
3611 @ @<Option variables@>=
3612 mp_get_random_seed_command get_random_seed;
3613
3614 @ @<Allocate or initialize ...@>=
3615 set_callback_option(get_random_seed);
3616
3617 @ @<Internal library declarations@>=
3618 int mp_get_random_seed (MP mp);
3619
3620 @ @c 
3621 int mp_get_random_seed (MP mp) {
3622   return (mp->internal[mp_time] / unity)+mp->internal[mp_day];
3623 }
3624
3625 @ To consume a random fraction, the program below will say `|next_random|'
3626 and then it will fetch |randoms[j_random]|.
3627
3628 @d next_random { if ( mp->j_random==0 ) mp_new_randoms(mp);
3629   else decr(mp->j_random); }
3630
3631 @c 
3632 void mp_new_randoms (MP mp) {
3633   int k; /* index into |randoms| */
3634   fraction x; /* accumulator */
3635   for (k=0;k<=23;k++) { 
3636    x=mp->randoms[k]-mp->randoms[k+31];
3637     if ( x<0 ) x=x+fraction_one;
3638     mp->randoms[k]=x;
3639   }
3640   for (k=24;k<= 54;k++){ 
3641     x=mp->randoms[k]-mp->randoms[k-24];
3642     if ( x<0 ) x=x+fraction_one;
3643     mp->randoms[k]=x;
3644   }
3645   mp->j_random=54;
3646 }
3647
3648 @ @<Declarations@>=
3649 void mp_init_randoms (MP mp,scaled seed);
3650
3651 @ To initialize the |randoms| table, we call the following routine.
3652
3653 @c 
3654 void mp_init_randoms (MP mp,scaled seed) {
3655   fraction j,jj,k; /* more or less random integers */
3656   int i; /* index into |randoms| */
3657   j=abs(seed);
3658   while ( j>=fraction_one ) j=halfp(j);
3659   k=1;
3660   for (i=0;i<=54;i++ ){ 
3661     jj=k; k=j-k; j=jj;
3662     if ( k<0 ) k=k+fraction_one;
3663     mp->randoms[(i*21)% 55]=j;
3664   }
3665   mp_new_randoms(mp); 
3666   mp_new_randoms(mp); 
3667   mp_new_randoms(mp); /* ``warm up'' the array */
3668 }
3669
3670 @ To produce a uniform random number in the range |0<=u<x| or |0>=u>x|
3671 or |0=u=x|, given a |scaled| value~|x|, we proceed as shown here.
3672
3673 Note that the call of |take_fraction| will produce the values 0 and~|x|
3674 with about half the probability that it will produce any other particular
3675 values between 0 and~|x|, because it rounds its answers.
3676
3677 @c 
3678 scaled mp_unif_rand (MP mp,scaled x) {
3679   scaled y; /* trial value */
3680   next_random; y=mp_take_fraction(mp, abs(x),mp->randoms[mp->j_random]);
3681   if ( y==abs(x) ) return 0;
3682   else if ( x>0 ) return y;
3683   else return (-y);
3684 }
3685
3686 @ Finally, a normal deviate with mean zero and unit standard deviation
3687 can readily be obtained with the ratio method (Algorithm 3.4.1R in
3688 {\sl The Art of Computer Programming\/}).
3689
3690 @c 
3691 scaled mp_norm_rand (MP mp) {
3692   integer x,u,l; /* what the book would call $2^{16}X$, $2^{28}U$, and $-2^{24}\ln U$ */
3693   do { 
3694     do {  
3695       next_random;
3696       x=mp_take_fraction(mp, 112429,mp->randoms[mp->j_random]-fraction_half);
3697       /* $2^{16}\sqrt{8/e}\approx 112428.82793$ */
3698       next_random; u=mp->randoms[mp->j_random];
3699     } while (abs(x)>=u);
3700     x=mp_make_fraction(mp, x,u);
3701     l=139548960-mp_m_log(mp, u); /* $2^{24}\cdot12\ln2\approx139548959.6165$ */
3702   } while (mp_ab_vs_cd(mp, 1024,l,x,x)<0);
3703   return x;
3704 }
3705
3706 @* \[9] Packed data.
3707 In order to make efficient use of storage space, \MP\ bases its major data
3708 structures on a |memory_word|, which contains either a (signed) integer,
3709 possibly scaled, or a small number of fields that are one half or one
3710 quarter of the size used for storing integers.
3711
3712 If |x| is a variable of type |memory_word|, it contains up to four
3713 fields that can be referred to as follows:
3714 $$\vbox{\halign{\hfil#&#\hfil&#\hfil\cr
3715 |x|&.|int|&(an |integer|)\cr
3716 |x|&.|sc|\qquad&(a |scaled| integer)\cr
3717 |x.hh.lh|, |x.hh|&.|rh|&(two halfword fields)\cr
3718 |x.hh.b0|, |x.hh.b1|, |x.hh|&.|rh|&(two quarterword fields, one halfword
3719   field)\cr
3720 |x.qqqq.b0|, |x.qqqq.b1|, |x.qqqq|&.|b2|, |x.qqqq.b3|\hskip-100pt
3721   &\qquad\qquad\qquad(four quarterword fields)\cr}}$$
3722 This is somewhat cumbersome to write, and not very readable either, but
3723 macros will be used to make the notation shorter and more transparent.
3724 The code below gives a formal definition of |memory_word| and
3725 its subsidiary types, using packed variant records. \MP\ makes no
3726 assumptions about the relative positions of the fields within a word.
3727
3728 @d max_quarterword 0x3FFF /* largest allowable value in a |quarterword| */
3729 @d max_halfword 0xFFFFFFF /* largest allowable value in a |halfword| */
3730
3731 @ Here are the inequalities that the quarterword and halfword values
3732 must satisfy (or rather, the inequalities that they mustn't satisfy):
3733
3734 @<Check the ``constant''...@>=
3735 if (mp->ini_version) {
3736   if ( mp->mem_max!=mp->mem_top ) mp->bad=8;
3737 } else {
3738   if ( mp->mem_max<mp->mem_top ) mp->bad=8;
3739 }
3740 if ( max_quarterword<255 ) mp->bad=9;
3741 if ( max_halfword<65535 ) mp->bad=10;
3742 if ( max_quarterword>max_halfword ) mp->bad=11;
3743 if ( mp->mem_max>=max_halfword ) mp->bad=12;
3744 if ( mp->max_strings>max_halfword ) mp->bad=13;
3745
3746 @ The macros |qi| and |qo| are used for input to and output 
3747 from quarterwords. These are legacy macros.
3748 @^system dependencies@>
3749
3750 @d qo(A) (A) /* to read eight bits from a quarterword */
3751 @d qi(A) (A) /* to store eight bits in a quarterword */
3752
3753 @ The reader should study the following definitions closely:
3754 @^system dependencies@>
3755
3756 @d sc cint /* |scaled| data is equivalent to |integer| */
3757
3758 @<Types...@>=
3759 typedef short quarterword; /* 1/4 of a word */
3760 typedef int halfword; /* 1/2 of a word */
3761 typedef union {
3762   struct {
3763     halfword RH, LH;
3764   } v;
3765   struct { /* Make B0,B1 overlap the most significant bytes of LH.  */
3766     halfword junk;
3767     quarterword B0, B1;
3768   } u;
3769 } two_halves;
3770 typedef struct {
3771   struct {
3772     quarterword B2, B3, B0, B1;
3773   } u;
3774 } four_quarters;
3775 typedef union {
3776   two_halves hh;
3777   integer cint;
3778   four_quarters qqqq;
3779 } memory_word;
3780 #define b0 u.B0
3781 #define b1 u.B1
3782 #define b2 u.B2
3783 #define b3 u.B3
3784 #define rh v.RH
3785 #define lh v.LH
3786
3787 @ When debugging, we may want to print a |memory_word| without knowing
3788 what type it is; so we print it in all modes.
3789 @^dirty \PASCAL@>@^debugging@>
3790
3791 @c 
3792 void mp_print_word (MP mp,memory_word w) {
3793   /* prints |w| in all ways */
3794   mp_print_int(mp, w.cint); mp_print_char(mp, ' ');
3795   mp_print_scaled(mp, w.sc); mp_print_char(mp, ' '); 
3796   mp_print_scaled(mp, w.sc / 010000); mp_print_ln(mp);
3797   mp_print_int(mp, w.hh.lh); mp_print_char(mp, '='); 
3798   mp_print_int(mp, w.hh.b0); mp_print_char(mp, ':');
3799   mp_print_int(mp, w.hh.b1); mp_print_char(mp, ';'); 
3800   mp_print_int(mp, w.hh.rh); mp_print_char(mp, ' ');
3801   mp_print_int(mp, w.qqqq.b0); mp_print_char(mp, ':'); 
3802   mp_print_int(mp, w.qqqq.b1); mp_print_char(mp, ':');
3803   mp_print_int(mp, w.qqqq.b2); mp_print_char(mp, ':'); 
3804   mp_print_int(mp, w.qqqq.b3);
3805 }
3806
3807
3808 @* \[10] Dynamic memory allocation.
3809
3810 The \MP\ system does nearly all of its own memory allocation, so that it
3811 can readily be transported into environments that do not have automatic
3812 facilities for strings, garbage collection, etc., and so that it can be in
3813 control of what error messages the user receives. The dynamic storage
3814 requirements of \MP\ are handled by providing a large array |mem| in
3815 which consecutive blocks of words are used as nodes by the \MP\ routines.
3816
3817 Pointer variables are indices into this array, or into another array
3818 called |eqtb| that will be explained later. A pointer variable might
3819 also be a special flag that lies outside the bounds of |mem|, so we
3820 allow pointers to assume any |halfword| value. The minimum memory
3821 index represents a null pointer.
3822
3823 @d null 0 /* the null pointer */
3824 @d mp_void (null+1) /* a null pointer different from |null| */
3825
3826
3827 @<Types...@>=
3828 typedef halfword pointer; /* a flag or a location in |mem| or |eqtb| */
3829
3830 @ The |mem| array is divided into two regions that are allocated separately,
3831 but the dividing line between these two regions is not fixed; they grow
3832 together until finding their ``natural'' size in a particular job.
3833 Locations less than or equal to |lo_mem_max| are used for storing
3834 variable-length records consisting of two or more words each. This region
3835 is maintained using an algorithm similar to the one described in exercise
3836 2.5--19 of {\sl The Art of Computer Programming}. However, no size field
3837 appears in the allocated nodes; the program is responsible for knowing the
3838 relevant size when a node is freed. Locations greater than or equal to
3839 |hi_mem_min| are used for storing one-word records; a conventional
3840 \.{AVAIL} stack is used for allocation in this region.
3841
3842 Locations of |mem| between |0| and |mem_top| may be dumped as part
3843 of preloaded format files, by the \.{INIMP} preprocessor.
3844 @.INIMP@>
3845 Production versions of \MP\ may extend the memory at the top end in order to
3846 provide more space; these locations, between |mem_top| and |mem_max|,
3847 are always used for single-word nodes.
3848
3849 The key pointers that govern |mem| allocation have a prescribed order:
3850 $$\hbox{|null=0<lo_mem_max<hi_mem_min<mem_top<=mem_end<=mem_max|.}$$
3851
3852 @<Glob...@>=
3853 memory_word *mem; /* the big dynamic storage area */
3854 pointer lo_mem_max; /* the largest location of variable-size memory in use */
3855 pointer hi_mem_min; /* the smallest location of one-word memory in use */
3856
3857
3858
3859 @d xfree(A) do { mp_xfree(A); A=NULL; } while (0)
3860 @d xrealloc(P,A,B) mp_xrealloc(mp,P,A,B)
3861 @d xmalloc(A,B)  mp_xmalloc(mp,A,B)
3862 @d xstrdup(A)  mp_xstrdup(mp,A)
3863 @d XREALLOC(a,b,c) a = xrealloc(a,(b+1),sizeof(c));
3864
3865 @<Declare helpers@>=
3866 void mp_xfree (void *x);
3867 void *mp_xrealloc (MP mp, void *p, size_t nmem, size_t size) ;
3868 void *mp_xmalloc (MP mp, size_t nmem, size_t size) ;
3869 char *mp_xstrdup(MP mp, const char *s);
3870
3871 @ The |max_size_test| guards against overflow, on the assumption that
3872 |size_t| is at least 31bits wide.
3873
3874 @d max_size_test 0x7FFFFFFF
3875
3876 @c
3877 void mp_xfree (void *x) {
3878   if (x!=NULL) free(x);
3879 }
3880 void  *mp_xrealloc (MP mp, void *p, size_t nmem, size_t size) {
3881   void *w ; 
3882   if ((max_size_test/size)<nmem) {
3883     fprintf(stderr,"Memory size overflow!\n");
3884     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3885   }
3886   w = realloc (p,(nmem*size));
3887   if (w==NULL) {
3888     fprintf(stderr,"Out of memory!\n");
3889     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3890   }
3891   return w;
3892 }
3893 void  *mp_xmalloc (MP mp, size_t nmem, size_t size) {
3894   void *w;
3895   if ((max_size_test/size)<nmem) {
3896     fprintf(stderr,"Memory size overflow!\n");
3897     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3898   }
3899   w = malloc (nmem*size);
3900   if (w==NULL) {
3901     fprintf(stderr,"Out of memory!\n");
3902     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3903   }
3904   return w;
3905 }
3906 char *mp_xstrdup(MP mp, const char *s) {
3907   char *w; 
3908   if (s==NULL)
3909     return NULL;
3910   w = strdup(s);
3911   if (w==NULL) {
3912     fprintf(stderr,"Out of memory!\n");
3913     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3914   }
3915   return w;
3916 }
3917
3918
3919
3920 @<Allocate or initialize ...@>=
3921 mp->mem = xmalloc ((mp->mem_max+1),sizeof (memory_word));
3922 memset(mp->mem,0,(mp->mem_max+1)*sizeof (memory_word));
3923
3924 @ @<Dealloc variables@>=
3925 xfree(mp->mem);
3926
3927 @ Users who wish to study the memory requirements of particular applications can
3928 can use optional special features that keep track of current and
3929 maximum memory usage. When code between the delimiters |stat| $\ldots$
3930 |tats| is not ``commented out,'' \MP\ will run a bit slower but it will
3931 report these statistics when |mp_tracing_stats| is positive.
3932
3933 @<Glob...@>=
3934 integer var_used; integer dyn_used; /* how much memory is in use */
3935
3936 @ Let's consider the one-word memory region first, since it's the
3937 simplest. The pointer variable |mem_end| holds the highest-numbered location
3938 of |mem| that has ever been used. The free locations of |mem| that
3939 occur between |hi_mem_min| and |mem_end|, inclusive, are of type
3940 |two_halves|, and we write |info(p)| and |link(p)| for the |lh|
3941 and |rh| fields of |mem[p]| when it is of this type. The single-word
3942 free locations form a linked list
3943 $$|avail|,\;\hbox{|link(avail)|},\;\hbox{|link(link(avail))|},\;\ldots$$
3944 terminated by |null|.
3945
3946 @d link(A)   mp->mem[(A)].hh.rh /* the |link| field of a memory word */
3947 @d info(A)   mp->mem[(A)].hh.lh /* the |info| field of a memory word */
3948
3949 @<Glob...@>=
3950 pointer avail; /* head of the list of available one-word nodes */
3951 pointer mem_end; /* the last one-word node used in |mem| */
3952
3953 @ If one-word memory is exhausted, it might mean that the user has forgotten
3954 a token like `\&{enddef}' or `\&{endfor}'. We will define some procedures
3955 later that try to help pinpoint the trouble.
3956
3957 @c 
3958 @<Declare the procedure called |show_token_list|@>;
3959 @<Declare the procedure called |runaway|@>
3960
3961 @ The function |get_avail| returns a pointer to a new one-word node whose
3962 |link| field is null. However, \MP\ will halt if there is no more room left.
3963 @^inner loop@>
3964
3965 @c 
3966 pointer mp_get_avail (MP mp) { /* single-word node allocation */
3967   pointer p; /* the new node being got */
3968   p=mp->avail; /* get top location in the |avail| stack */
3969   if ( p!=null ) {
3970     mp->avail=link(mp->avail); /* and pop it off */
3971   } else if ( mp->mem_end<mp->mem_max ) { /* or go into virgin territory */
3972     incr(mp->mem_end); p=mp->mem_end;
3973   } else { 
3974     decr(mp->hi_mem_min); p=mp->hi_mem_min;
3975     if ( mp->hi_mem_min<=mp->lo_mem_max ) { 
3976       mp_runaway(mp); /* if memory is exhausted, display possible runaway text */
3977       mp_overflow(mp, "main memory size",mp->mem_max);
3978       /* quit; all one-word nodes are busy */
3979 @:MetaPost capacity exceeded main memory size}{\quad main memory size@>
3980     }
3981   }
3982   link(p)=null; /* provide an oft-desired initialization of the new node */
3983   incr(mp->dyn_used);/* maintain statistics */
3984   return p;
3985 };
3986
3987 @ Conversely, a one-word node is recycled by calling |free_avail|.
3988
3989 @d free_avail(A)  /* single-word node liberation */
3990   { link((A))=mp->avail; mp->avail=(A); decr(mp->dyn_used);  }
3991
3992 @ There's also a |fast_get_avail| routine, which saves the procedure-call
3993 overhead at the expense of extra programming. This macro is used in
3994 the places that would otherwise account for the most calls of |get_avail|.
3995 @^inner loop@>
3996
3997 @d fast_get_avail(A) { 
3998   (A)=mp->avail; /* avoid |get_avail| if possible, to save time */
3999   if ( (A)==null ) { (A)=mp_get_avail(mp); } 
4000   else { mp->avail=link((A)); link((A))=null;  incr(mp->dyn_used); }
4001   }
4002
4003 @ The available-space list that keeps track of the variable-size portion
4004 of |mem| is a nonempty, doubly-linked circular list of empty nodes,
4005 pointed to by the roving pointer |rover|.
4006
4007 Each empty node has size 2 or more; the first word contains the special
4008 value |max_halfword| in its |link| field and the size in its |info| field;
4009 the second word contains the two pointers for double linking.
4010
4011 Each nonempty node also has size 2 or more. Its first word is of type
4012 |two_halves|\kern-1pt, and its |link| field is never equal to |max_halfword|.
4013 Otherwise there is complete flexibility with respect to the contents
4014 of its other fields and its other words.
4015
4016 (We require |mem_max<max_halfword| because terrible things can happen
4017 when |max_halfword| appears in the |link| field of a nonempty node.)
4018
4019 @d empty_flag   max_halfword /* the |link| of an empty variable-size node */
4020 @d is_empty(A)   (link((A))==empty_flag) /* tests for empty node */
4021 @d node_size   info /* the size field in empty variable-size nodes */
4022 @d llink(A)   info((A)+1) /* left link in doubly-linked list of empty nodes */
4023 @d rlink(A)   link((A)+1) /* right link in doubly-linked list of empty nodes */
4024
4025 @<Glob...@>=
4026 pointer rover; /* points to some node in the list of empties */
4027
4028 @ A call to |get_node| with argument |s| returns a pointer to a new node
4029 of size~|s|, which must be 2~or more. The |link| field of the first word
4030 of this new node is set to null. An overflow stop occurs if no suitable
4031 space exists.
4032
4033 If |get_node| is called with $s=2^{30}$, it simply merges adjacent free
4034 areas and returns the value |max_halfword|.
4035
4036 @<Declarations@>=
4037 pointer mp_get_node (MP mp,integer s) ;
4038
4039 @ @c 
4040 pointer mp_get_node (MP mp,integer s) { /* variable-size node allocation */
4041   pointer p; /* the node currently under inspection */
4042   pointer q;  /* the node physically after node |p| */
4043   integer r; /* the newly allocated node, or a candidate for this honor */
4044   integer t,tt; /* temporary registers */
4045 @^inner loop@>
4046  RESTART: 
4047   p=mp->rover; /* start at some free node in the ring */
4048   do {  
4049     @<Try to allocate within node |p| and its physical successors,
4050      and |goto found| if allocation was possible@>;
4051     if (rlink(p)==null) {
4052       print_err("Free list garbled");
4053       help3("I found an entry in the list of free nodes that points")
4054        ("nowhere. I will try to ignore the broken link, but something")
4055        ("is seriously amiss. It is wise to warn the maintainers.")
4056           mp_error(mp);
4057       rlink(p)=mp->rover;
4058     }
4059         p=rlink(p); /* move to the next node in the ring */
4060   } while (p!=mp->rover); /* repeat until the whole list has been traversed */
4061   if ( s==010000000000 ) { 
4062     return max_halfword;
4063   };
4064   if ( mp->lo_mem_max+2<mp->hi_mem_min ) {
4065     if ( mp->lo_mem_max+2<=max_halfword ) {
4066       @<Grow more variable-size memory and |goto restart|@>;
4067     }
4068   }
4069   mp_overflow(mp, "main memory size",mp->mem_max);
4070   /* sorry, nothing satisfactory is left */
4071 @:MetaPost capacity exceeded main memory size}{\quad main memory size@>
4072 FOUND: 
4073   link(r)=null; /* this node is now nonempty */
4074   mp->var_used+=s; /* maintain usage statistics */
4075   return r;
4076 }
4077
4078 @ The lower part of |mem| grows by 1000 words at a time, unless
4079 we are very close to going under. When it grows, we simply link
4080 a new node into the available-space list. This method of controlled
4081 growth helps to keep the |mem| usage consecutive when \MP\ is
4082 implemented on ``virtual memory'' systems.
4083 @^virtual memory@>
4084
4085 @<Grow more variable-size memory and |goto restart|@>=
4086
4087   if ( mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max>=1998 ) {
4088     t=mp->lo_mem_max+1000;
4089   } else {
4090     t=mp->lo_mem_max+1+(mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max) / 2; 
4091     /* |lo_mem_max+2<=t<hi_mem_min| */
4092   }
4093   if ( t>max_halfword ) t=max_halfword;
4094   p=llink(mp->rover); q=mp->lo_mem_max; rlink(p)=q; llink(mp->rover)=q;
4095   rlink(q)=mp->rover; llink(q)=p; link(q)=empty_flag; 
4096   node_size(q)=t-mp->lo_mem_max;
4097   mp->lo_mem_max=t; link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null;
4098   mp->rover=q; 
4099   goto RESTART;
4100 }
4101
4102 @ @<Try to allocate...@>=
4103 q=p+node_size(p); /* find the physical successor */
4104 while ( is_empty(q) ) { /* merge node |p| with node |q| */
4105   t=rlink(q); tt=llink(q);
4106 @^inner loop@>
4107   if ( q==mp->rover ) mp->rover=t;
4108   llink(t)=tt; rlink(tt)=t;
4109   q=q+node_size(q);
4110 }
4111 r=q-s;
4112 if ( r>p+1 ) {
4113   @<Allocate from the top of node |p| and |goto found|@>;
4114 }
4115 if ( r==p ) { 
4116   if ( rlink(p)!=p ) {
4117     @<Allocate entire node |p| and |goto found|@>;
4118   }
4119 }
4120 node_size(p)=q-p /* reset the size in case it grew */
4121
4122 @ @<Allocate from the top...@>=
4123
4124   node_size(p)=r-p; /* store the remaining size */
4125   mp->rover=p; /* start searching here next time */
4126   goto FOUND;
4127 }
4128
4129 @ Here we delete node |p| from the ring, and let |rover| rove around.
4130
4131 @<Allocate entire...@>=
4132
4133   mp->rover=rlink(p); t=llink(p);
4134   llink(mp->rover)=t; rlink(t)=mp->rover;
4135   goto FOUND;
4136 }
4137
4138 @ Conversely, when some variable-size node |p| of size |s| is no longer needed,
4139 the operation |free_node(p,s)| will make its words available, by inserting
4140 |p| as a new empty node just before where |rover| now points.
4141
4142 @<Declarations@>=
4143 void mp_free_node (MP mp, pointer p, halfword s) ;
4144
4145 @ @c 
4146 void mp_free_node (MP mp, pointer p, halfword s) { /* variable-size node
4147   liberation */
4148   pointer q; /* |llink(rover)| */
4149   node_size(p)=s; link(p)=empty_flag;
4150 @^inner loop@>
4151   q=llink(mp->rover); llink(p)=q; rlink(p)=mp->rover; /* set both links */
4152   llink(mp->rover)=p; rlink(q)=p; /* insert |p| into the ring */
4153   mp->var_used-=s; /* maintain statistics */
4154 }
4155
4156 @ Just before \.{INIMP} writes out the memory, it sorts the doubly linked
4157 available space list. The list is probably very short at such times, so a
4158 simple insertion sort is used. The smallest available location will be
4159 pointed to by |rover|, the next-smallest by |rlink(rover)|, etc.
4160
4161 @c 
4162 void mp_sort_avail (MP mp) { /* sorts the available variable-size nodes
4163   by location */
4164   pointer p,q,r; /* indices into |mem| */
4165   pointer old_rover; /* initial |rover| setting */
4166   p=mp_get_node(mp, 010000000000); /* merge adjacent free areas */
4167   p=rlink(mp->rover); rlink(mp->rover)=max_halfword; old_rover=mp->rover;
4168   while ( p!=old_rover ) {
4169     @<Sort |p| into the list starting at |rover|
4170      and advance |p| to |rlink(p)|@>;
4171   }
4172   p=mp->rover;
4173   while ( rlink(p)!=max_halfword ) { 
4174     llink(rlink(p))=p; p=rlink(p);
4175   };
4176   rlink(p)=mp->rover; llink(mp->rover)=p;
4177 }
4178
4179 @ The following |while| loop is guaranteed to
4180 terminate, since the list that starts at
4181 |rover| ends with |max_halfword| during the sorting procedure.
4182
4183 @<Sort |p|...@>=
4184 if ( p<mp->rover ) { 
4185   q=p; p=rlink(q); rlink(q)=mp->rover; mp->rover=q;
4186 } else  { 
4187   q=mp->rover;
4188   while ( rlink(q)<p ) q=rlink(q);
4189   r=rlink(p); rlink(p)=rlink(q); rlink(q)=p; p=r;
4190 }
4191
4192 @* \[11] Memory layout.
4193 Some areas of |mem| are dedicated to fixed usage, since static allocation is
4194 more efficient than dynamic allocation when we can get away with it. For
4195 example, locations |0| to |1| are always used to store a
4196 two-word dummy token whose second word is zero.
4197 The following macro definitions accomplish the static allocation by giving
4198 symbolic names to the fixed positions. Static variable-size nodes appear
4199 in locations |0| through |lo_mem_stat_max|, and static single-word nodes
4200 appear in locations |hi_mem_stat_min| through |mem_top|, inclusive.
4201
4202 @d null_dash (2) /* the first two words are reserved for a null value */
4203 @d dep_head (null_dash+3) /* we will define |dash_node_size=3| */
4204 @d zero_val (dep_head+2) /* two words for a permanently zero value */
4205 @d temp_val (zero_val+2) /* two words for a temporary value node */
4206 @d end_attr temp_val /* we use |end_attr+2| only */
4207 @d inf_val (end_attr+2) /* and |inf_val+1| only */
4208 @d test_pen (inf_val+2)
4209   /* nine words for a pen used when testing the turning number */
4210 @d bad_vardef (test_pen+9) /* two words for \&{vardef} error recovery */
4211 @d lo_mem_stat_max (bad_vardef+1)  /* largest statically
4212   allocated word in the variable-size |mem| */
4213 @#
4214 @d sentinel mp->mem_top /* end of sorted lists */
4215 @d temp_head (mp->mem_top-1) /* head of a temporary list of some kind */
4216 @d hold_head (mp->mem_top-2) /* head of a temporary list of another kind */
4217 @d spec_head (mp->mem_top-3) /* head of a list of unprocessed \&{special} items */
4218 @d hi_mem_stat_min (mp->mem_top-3) /* smallest statically allocated word in
4219   the one-word |mem| */
4220
4221 @ The following code gets the dynamic part of |mem| off to a good start,
4222 when \MP\ is initializing itself the slow way.
4223
4224 @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>=
4225 @^data structure assumptions@>
4226 mp->rover=lo_mem_stat_max+1; /* initialize the dynamic memory */
4227 link(mp->rover)=empty_flag;
4228 node_size(mp->rover)=1000; /* which is a 1000-word available node */
4229 llink(mp->rover)=mp->rover; rlink(mp->rover)=mp->rover;
4230 mp->lo_mem_max=mp->rover+1000; 
4231 link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null;
4232 for (k=hi_mem_stat_min;k<=(int)mp->mem_top;k++) {
4233   mp->mem[k]=mp->mem[mp->lo_mem_max]; /* clear list heads */
4234 }
4235 mp->avail=null; mp->mem_end=mp->mem_top;
4236 mp->hi_mem_min=hi_mem_stat_min; /* initialize the one-word memory */
4237 mp->var_used=lo_mem_stat_max+1; 
4238 mp->dyn_used=mp->mem_top+1-(hi_mem_stat_min);  /* initialize statistics */
4239 @<Initialize a pen at |test_pen| so that it fits in nine words@>;
4240
4241 @ The procedure |flush_list(p)| frees an entire linked list of one-word
4242 nodes that starts at a given position, until coming to |sentinel| or a
4243 pointer that is not in the one-word region. Another procedure,
4244 |flush_node_list|, frees an entire linked list of one-word and two-word
4245 nodes, until coming to a |null| pointer.
4246 @^inner loop@>
4247
4248 @c 
4249 void mp_flush_list (MP mp,pointer p) { /* makes list of single-word nodes  available */
4250   pointer q,r; /* list traversers */
4251   if ( p>=mp->hi_mem_min ) if ( p!=sentinel ) { 
4252     r=p;
4253     do {  
4254       q=r; r=link(r); 
4255       decr(mp->dyn_used);
4256       if ( r<mp->hi_mem_min ) break;
4257     } while (r!=sentinel);
4258   /* now |q| is the last node on the list */
4259     link(q)=mp->avail; mp->avail=p;
4260   }
4261 }
4262 @#
4263 void mp_flush_node_list (MP mp,pointer p) {
4264   pointer q; /* the node being recycled */
4265   while ( p!=null ){ 
4266     q=p; p=link(p);
4267     if ( q<mp->hi_mem_min ) 
4268       mp_free_node(mp, q,2);
4269     else 
4270       free_avail(q);
4271   }
4272 }
4273
4274 @ If \MP\ is extended improperly, the |mem| array might get screwed up.
4275 For example, some pointers might be wrong, or some ``dead'' nodes might not
4276 have been freed when the last reference to them disappeared. Procedures
4277 |check_mem| and |search_mem| are available to help diagnose such
4278 problems. These procedures make use of two arrays called |free| and
4279 |was_free| that are present only if \MP's debugging routines have
4280 been included. (You may want to decrease the size of |mem| while you
4281 @^debugging@>
4282 are debugging.)
4283
4284 Because |boolean|s are typedef-d as ints, it is better to use
4285 unsigned chars here.
4286
4287 @<Glob...@>=
4288 unsigned char *free; /* free cells */
4289 unsigned char *was_free; /* previously free cells */
4290 pointer was_mem_end; pointer was_lo_max; pointer was_hi_min;
4291   /* previous |mem_end|, |lo_mem_max|,and |hi_mem_min| */
4292 boolean panicking; /* do we want to check memory constantly? */
4293
4294 @ @<Allocate or initialize ...@>=
4295 mp->free = xmalloc ((mp->mem_max+1),sizeof (unsigned char));
4296 mp->was_free = xmalloc ((mp->mem_max+1), sizeof (unsigned char));
4297
4298 @ @<Dealloc variables@>=
4299 xfree(mp->free);
4300 xfree(mp->was_free);
4301
4302 @ @<Allocate or ...@>=
4303 mp->was_mem_end=0; /* indicate that everything was previously free */
4304 mp->was_lo_max=0; mp->was_hi_min=mp->mem_max;
4305 mp->panicking=false;
4306
4307 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
4308 void mp_reallocate_memory(MP mp, int l) ;
4309
4310 @ @c
4311 void mp_reallocate_memory(MP mp, int l) {
4312    XREALLOC(mp->free,     l, unsigned char);
4313    XREALLOC(mp->was_free, l, unsigned char);
4314    if (mp->mem) {
4315          int newarea = l-mp->mem_max;
4316      XREALLOC(mp->mem,      l, memory_word);
4317      memset (mp->mem+(mp->mem_max+1),0,sizeof(memory_word)*(newarea));
4318    } else {
4319      XREALLOC(mp->mem,      l, memory_word);
4320      memset(mp->mem,0,sizeof(memory_word)*(l+1));
4321    }
4322    mp->mem_max = l;
4323    if (mp->ini_version) 
4324      mp->mem_top = l;
4325 }
4326
4327
4328
4329 @ Procedure |check_mem| makes sure that the available space lists of
4330 |mem| are well formed, and it optionally prints out all locations
4331 that are reserved now but were free the last time this procedure was called.
4332
4333 @c 
4334 void mp_check_mem (MP mp,boolean print_locs ) {
4335   pointer p,q,r; /* current locations of interest in |mem| */
4336   boolean clobbered; /* is something amiss? */
4337   for (p=0;p<=mp->lo_mem_max;p++) {
4338     mp->free[p]=false; /* you can probably do this faster */
4339   }
4340   for (p=mp->hi_mem_min;p<= mp->mem_end;p++) {
4341     mp->free[p]=false; /* ditto */
4342   }
4343   @<Check single-word |avail| list@>;
4344   @<Check variable-size |avail| list@>;
4345   @<Check flags of unavailable nodes@>;
4346   @<Check the list of linear dependencies@>;
4347   if ( print_locs ) {
4348     @<Print newly busy locations@>;
4349   }
4350   memcpy(mp->was_free,mp->free, sizeof(char)*(mp->mem_end+1));
4351   mp->was_mem_end=mp->mem_end; 
4352   mp->was_lo_max=mp->lo_mem_max; 
4353   mp->was_hi_min=mp->hi_mem_min;
4354 }
4355
4356 @ @<Check single-word...@>=
4357 p=mp->avail; q=null; clobbered=false;
4358 while ( p!=null ) { 
4359   if ( (p>mp->mem_end)||(p<mp->hi_mem_min) ) clobbered=true;
4360   else if ( mp->free[p] ) clobbered=true;
4361   if ( clobbered ) { 
4362     mp_print_nl(mp, "AVAIL list clobbered at ");
4363 @.AVAIL list clobbered...@>
4364     mp_print_int(mp, q); break;
4365   }
4366   mp->free[p]=true; q=p; p=link(q);
4367 }
4368
4369 @ @<Check variable-size...@>=
4370 p=mp->rover; q=null; clobbered=false;
4371 do {  
4372   if ( (p>=mp->lo_mem_max)||(p<0) ) clobbered=true;
4373   else if ( (rlink(p)>=mp->lo_mem_max)||(rlink(p)<0) ) clobbered=true;
4374   else if (  !(is_empty(p))||(node_size(p)<2)||
4375    (p+node_size(p)>mp->lo_mem_max)|| (llink(rlink(p))!=p) ) clobbered=true;
4376   if ( clobbered ) { 
4377     mp_print_nl(mp, "Double-AVAIL list clobbered at ");
4378 @.Double-AVAIL list clobbered...@>
4379     mp_print_int(mp, q); break;
4380   }
4381   for (q=p;q<=p+node_size(p)-1;q++) { /* mark all locations free */
4382     if ( mp->free[q] ) { 
4383       mp_print_nl(mp, "Doubly free location at ");
4384 @.Doubly free location...@>
4385       mp_print_int(mp, q); break;
4386     }
4387     mp->free[q]=true;
4388   }
4389   q=p; p=rlink(p);
4390 } while (p!=mp->rover)
4391
4392
4393 @ @<Check flags...@>=
4394 p=0;
4395 while ( p<=mp->lo_mem_max ) { /* node |p| should not be empty */
4396   if ( is_empty(p) ) {
4397     mp_print_nl(mp, "Bad flag at "); mp_print_int(mp, p);
4398 @.Bad flag...@>
4399   }
4400   while ( (p<=mp->lo_mem_max) && ! mp->free[p] ) incr(p);
4401   while ( (p<=mp->lo_mem_max) && mp->free[p] ) incr(p);
4402 }
4403
4404 @ @<Print newly busy...@>=
4405
4406   @<Do intialization required before printing new busy locations@>;
4407   mp_print_nl(mp, "New busy locs:");
4408 @.New busy locs@>
4409   for (p=0;p<= mp->lo_mem_max;p++ ) {
4410     if ( ! mp->free[p] && ((p>mp->was_lo_max) || mp->was_free[p]) ) {
4411       @<Indicate that |p| is a new busy location@>;
4412     }
4413   }
4414   for (p=mp->hi_mem_min;p<=mp->mem_end;p++ ) {
4415     if ( ! mp->free[p] &&
4416         ((p<mp->was_hi_min) || (p>mp->was_mem_end) || mp->was_free[p]) ) {
4417       @<Indicate that |p| is a new busy location@>;
4418     }
4419   }
4420   @<Finish printing new busy locations@>;
4421 }
4422
4423 @ There might be many new busy locations so we are careful to print contiguous
4424 blocks compactly.  During this operation |q| is the last new busy location and
4425 |r| is the start of the block containing |q|.
4426
4427 @<Indicate that |p| is a new busy location@>=
4428
4429   if ( p>q+1 ) { 
4430     if ( q>r ) { 
4431       mp_print(mp, ".."); mp_print_int(mp, q);
4432     }
4433     mp_print_char(mp, ' '); mp_print_int(mp, p);
4434     r=p;
4435   }
4436   q=p;
4437 }
4438
4439 @ @<Do intialization required before printing new busy locations@>=
4440 q=mp->mem_max; r=mp->mem_max
4441
4442 @ @<Finish printing new busy locations@>=
4443 if ( q>r ) { 
4444   mp_print(mp, ".."); mp_print_int(mp, q);
4445 }
4446
4447 @ The |search_mem| procedure attempts to answer the question ``Who points
4448 to node~|p|?'' In doing so, it fetches |link| and |info| fields of |mem|
4449 that might not be of type |two_halves|. Strictly speaking, this is
4450 @^dirty \PASCAL@>
4451 undefined in \PASCAL, and it can lead to ``false drops'' (words that seem to
4452 point to |p| purely by coincidence). But for debugging purposes, we want
4453 to rule out the places that do {\sl not\/} point to |p|, so a few false
4454 drops are tolerable.
4455
4456 @c
4457 void mp_search_mem (MP mp, pointer p) { /* look for pointers to |p| */
4458   integer q; /* current position being searched */
4459   for (q=0;q<=mp->lo_mem_max;q++) { 
4460     if ( link(q)==p ){ 
4461       mp_print_nl(mp, "LINK("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4462     }
4463     if ( info(q)==p ) { 
4464       mp_print_nl(mp, "INFO("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4465     }
4466   }
4467   for (q=mp->hi_mem_min;q<=mp->mem_end;q++) {
4468     if ( link(q)==p ) {
4469       mp_print_nl(mp, "LINK("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4470     }
4471     if ( info(q)==p ) {
4472       mp_print_nl(mp, "INFO("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4473     }
4474   }
4475   @<Search |eqtb| for equivalents equal to |p|@>;
4476 }
4477
4478 @* \[12] The command codes.
4479 Before we can go much further, we need to define symbolic names for the internal
4480 code numbers that represent the various commands obeyed by \MP. These codes
4481 are somewhat arbitrary, but not completely so. For example,
4482 some codes have been made adjacent so that |case| statements in the
4483 program need not consider cases that are widely spaced, or so that |case|
4484 statements can be replaced by |if| statements. A command can begin an
4485 expression if and only if its code lies between |min_primary_command| and
4486 |max_primary_command|, inclusive. The first token of a statement that doesn't
4487 begin with an expression has a command code between |min_command| and
4488 |max_statement_command|, inclusive. Anything less than |min_command| is
4489 eliminated during macro expansions, and anything no more than |max_pre_command|
4490 is eliminated when expanding \TeX\ material.  Ranges such as
4491 |min_secondary_command..max_secondary_command| are used when parsing
4492 expressions, but the relative ordering within such a range is generally not
4493 critical.
4494
4495 The ordering of the highest-numbered commands
4496 (|comma<semicolon<end_group<stop|) is crucial for the parsing and
4497 error-recovery methods of this program as is the ordering |if_test<fi_or_else|
4498 for the smallest two commands.  The ordering is also important in the ranges
4499 |numeric_token..plus_or_minus| and |left_brace..ampersand|.
4500
4501 At any rate, here is the list, for future reference.
4502
4503 @d start_tex 1 /* begin \TeX\ material (\&{btex}, \&{verbatimtex}) */
4504 @d etex_marker 2 /* end \TeX\ material (\&{etex}) */
4505 @d mpx_break 3 /* stop reading an \.{MPX} file (\&{mpxbreak}) */
4506 @d max_pre_command mpx_break
4507 @d if_test 4 /* conditional text (\&{if}) */
4508 @d fi_or_else 5 /* delimiters for conditionals (\&{elseif}, \&{else}, \&{fi} */
4509 @d input 6 /* input a source file (\&{input}, \&{endinput}) */
4510 @d iteration 7 /* iterate (\&{for}, \&{forsuffixes}, \&{forever}, \&{endfor}) */
4511 @d repeat_loop 8 /* special command substituted for \&{endfor} */
4512 @d exit_test 9 /* premature exit from a loop (\&{exitif}) */
4513 @d relax 10 /* do nothing (\.{\char`\\}) */
4514 @d scan_tokens 11 /* put a string into the input buffer */
4515 @d expand_after 12 /* look ahead one token */
4516 @d defined_macro 13 /* a macro defined by the user */
4517 @d min_command (defined_macro+1)
4518 @d save_command 14 /* save a list of tokens (\&{save}) */
4519 @d interim_command 15 /* save an internal quantity (\&{interim}) */
4520 @d let_command 16 /* redefine a symbolic token (\&{let}) */
4521 @d new_internal 17 /* define a new internal quantity (\&{newinternal}) */
4522 @d macro_def 18 /* define a macro (\&{def}, \&{vardef}, etc.) */
4523 @d ship_out_command 19 /* output a character (\&{shipout}) */
4524 @d add_to_command 20 /* add to edges (\&{addto}) */
4525 @d bounds_command 21  /* add bounding path to edges (\&{setbounds}, \&{clip}) */
4526 @d tfm_command 22 /* command for font metric info (\&{ligtable}, etc.) */
4527 @d protection_command 23 /* set protection flag (\&{outer}, \&{inner}) */
4528 @d show_command 24 /* diagnostic output (\&{show}, \&{showvariable}, etc.) */
4529 @d mode_command 25 /* set interaction level (\&{batchmode}, etc.) */
4530 @d random_seed 26 /* initialize random number generator (\&{randomseed}) */
4531 @d message_command 27 /* communicate to user (\&{message}, \&{errmessage}) */
4532 @d every_job_command 28 /* designate a starting token (\&{everyjob}) */
4533 @d delimiters 29 /* define a pair of delimiters (\&{delimiters}) */
4534 @d special_command 30 /* output special info (\&{special})
4535                        or font map info (\&{fontmapfile}, \&{fontmapline}) */
4536 @d write_command 31 /* write text to a file (\&{write}) */
4537 @d type_name 32 /* declare a type (\&{numeric}, \&{pair}, etc. */
4538 @d max_statement_command type_name
4539 @d min_primary_command type_name
4540 @d left_delimiter 33 /* the left delimiter of a matching pair */
4541 @d begin_group 34 /* beginning of a group (\&{begingroup}) */
4542 @d nullary 35 /* an operator without arguments (e.g., \&{normaldeviate}) */
4543 @d unary 36 /* an operator with one argument (e.g., \&{sqrt}) */
4544 @d str_op 37 /* convert a suffix to a string (\&{str}) */
4545 @d cycle 38 /* close a cyclic path (\&{cycle}) */
4546 @d primary_binary 39 /* binary operation taking `\&{of}' (e.g., \&{point}) */
4547 @d capsule_token 40 /* a value that has been put into a token list */
4548 @d string_token 41 /* a string constant (e.g., |"hello"|) */
4549 @d internal_quantity 42 /* internal numeric parameter (e.g., \&{pausing}) */
4550 @d min_suffix_token internal_quantity
4551 @d tag_token 43 /* a symbolic token without a primitive meaning */
4552 @d numeric_token 44 /* a numeric constant (e.g., \.{3.14159}) */
4553 @d max_suffix_token numeric_token
4554 @d plus_or_minus 45 /* either `\.+' or `\.-' */
4555 @d max_primary_command plus_or_minus /* should also be |numeric_token+1| */
4556 @d min_tertiary_command plus_or_minus
4557 @d tertiary_secondary_macro 46 /* a macro defined by \&{secondarydef} */
4558 @d tertiary_binary 47 /* an operator at the tertiary level (e.g., `\.{++}') */
4559 @d max_tertiary_command tertiary_binary
4560 @d left_brace 48 /* the operator `\.{\char`\{}' */
4561 @d min_expression_command left_brace
4562 @d path_join 49 /* the operator `\.{..}' */
4563 @d ampersand 50 /* the operator `\.\&' */
4564 @d expression_tertiary_macro 51 /* a macro defined by \&{tertiarydef} */
4565 @d expression_binary 52 /* an operator at the expression level (e.g., `\.<') */
4566 @d equals 53 /* the operator `\.=' */
4567 @d max_expression_command equals
4568 @d and_command 54 /* the operator `\&{and}' */
4569 @d min_secondary_command and_command
4570 @d secondary_primary_macro 55 /* a macro defined by \&{primarydef} */
4571 @d slash 56 /* the operator `\./' */
4572 @d secondary_binary 57 /* an operator at the binary level (e.g., \&{shifted}) */
4573 @d max_secondary_command secondary_binary
4574 @d param_type 58 /* type of parameter (\&{primary}, \&{expr}, \&{suffix}, etc.) */
4575 @d controls 59 /* specify control points explicitly (\&{controls}) */
4576 @d tension 60 /* specify tension between knots (\&{tension}) */
4577 @d at_least 61 /* bounded tension value (\&{atleast}) */
4578 @d curl_command 62 /* specify curl at an end knot (\&{curl}) */
4579 @d macro_special 63 /* special macro operators (\&{quote}, \.{\#\AT!}, etc.) */
4580 @d right_delimiter 64 /* the right delimiter of a matching pair */
4581 @d left_bracket 65 /* the operator `\.[' */
4582 @d right_bracket 66 /* the operator `\.]' */
4583 @d right_brace 67 /* the operator `\.{\char`\}}' */
4584 @d with_option 68 /* option for filling (\&{withpen}, \&{withweight}, etc.) */
4585 @d thing_to_add 69
4586   /* variant of \&{addto} (\&{contour}, \&{doublepath}, \&{also}) */
4587 @d of_token 70 /* the operator `\&{of}' */
4588 @d to_token 71 /* the operator `\&{to}' */
4589 @d step_token 72 /* the operator `\&{step}' */
4590 @d until_token 73 /* the operator `\&{until}' */
4591 @d within_token 74 /* the operator `\&{within}' */
4592 @d lig_kern_token 75
4593   /* the operators `\&{kern}' and `\.{=:}' and `\.{=:\char'174}, etc. */
4594 @d assignment 76 /* the operator `\.{:=}' */
4595 @d skip_to 77 /* the operation `\&{skipto}' */
4596 @d bchar_label 78 /* the operator `\.{\char'174\char'174:}' */
4597 @d double_colon 79 /* the operator `\.{::}' */
4598 @d colon 80 /* the operator `\.:' */
4599 @#
4600 @d comma 81 /* the operator `\.,', must be |colon+1| */
4601 @d end_of_statement (mp->cur_cmd>comma)
4602 @d semicolon 82 /* the operator `\.;', must be |comma+1| */
4603 @d end_group 83 /* end a group (\&{endgroup}), must be |semicolon+1| */
4604 @d stop 84 /* end a job (\&{end}, \&{dump}), must be |end_group+1| */
4605 @d max_command_code stop
4606 @d outer_tag (max_command_code+1) /* protection code added to command code */
4607
4608 @<Types...@>=
4609 typedef int command_code;
4610
4611 @ Variables and capsules in \MP\ have a variety of ``types,''
4612 distinguished by the code numbers defined here. These numbers are also
4613 not completely arbitrary.  Things that get expanded must have types
4614 |>mp_independent|; a type remaining after expansion is numeric if and only if
4615 its code number is at least |numeric_type|; objects containing numeric
4616 parts must have types between |transform_type| and |pair_type|;
4617 all other types must be smaller than |transform_type|; and among the types
4618 that are not unknown or vacuous, the smallest two must be |boolean_type|
4619 and |string_type| in that order.
4620  
4621 @d undefined 0 /* no type has been declared */
4622 @d unknown_tag 1 /* this constant is added to certain type codes below */
4623 @d unknown_types mp_unknown_boolean: case mp_unknown_string:
4624   case mp_unknown_pen: case mp_unknown_picture: case mp_unknown_path
4625
4626 @<Types...@>=
4627 enum mp_variable_type {
4628 mp_vacuous=1, /* no expression was present */
4629 mp_boolean_type, /* \&{boolean} with a known value */
4630 mp_unknown_boolean,
4631 mp_string_type, /* \&{string} with a known value */
4632 mp_unknown_string,
4633 mp_pen_type, /* \&{pen} with a known value */
4634 mp_unknown_pen,
4635 mp_path_type, /* \&{path} with a known value */
4636 mp_unknown_path,
4637 mp_picture_type, /* \&{picture} with a known value */
4638 mp_unknown_picture,
4639 mp_transform_type, /* \&{transform} variable or capsule */
4640 mp_color_type, /* \&{color} variable or capsule */
4641 mp_cmykcolor_type, /* \&{cmykcolor} variable or capsule */
4642 mp_pair_type, /* \&{pair} variable or capsule */
4643 mp_numeric_type, /* variable that has been declared \&{numeric} but not used */
4644 mp_known, /* \&{numeric} with a known value */
4645 mp_dependent, /* a linear combination with |fraction| coefficients */
4646 mp_proto_dependent, /* a linear combination with |scaled| coefficients */
4647 mp_independent, /* \&{numeric} with unknown value */
4648 mp_token_list, /* variable name or suffix argument or text argument */
4649 mp_structured, /* variable with subscripts and attributes */
4650 mp_unsuffixed_macro, /* variable defined with \&{vardef} but no \.{\AT!\#} */
4651 mp_suffixed_macro /* variable defined with \&{vardef} and \.{\AT!\#} */
4652 } ;
4653
4654 @ @<Declarations@>=
4655 void mp_print_type (MP mp,small_number t) ;
4656
4657 @ @<Basic printing procedures@>=
4658 void mp_print_type (MP mp,small_number t) { 
4659   switch (t) {
4660   case mp_vacuous:mp_print(mp, "mp_vacuous"); break;
4661   case mp_boolean_type:mp_print(mp, "boolean"); break;
4662   case mp_unknown_boolean:mp_print(mp, "unknown boolean"); break;
4663   case mp_string_type:mp_print(mp, "string"); break;
4664   case mp_unknown_string:mp_print(mp, "unknown string"); break;
4665   case mp_pen_type:mp_print(mp, "pen"); break;
4666   case mp_unknown_pen:mp_print(mp, "unknown pen"); break;
4667   case mp_path_type:mp_print(mp, "path"); break;
4668   case mp_unknown_path:mp_print(mp, "unknown path"); break;
4669   case mp_picture_type:mp_print(mp, "picture"); break;
4670   case mp_unknown_picture:mp_print(mp, "unknown picture"); break;
4671   case mp_transform_type:mp_print(mp, "transform"); break;
4672   case mp_color_type:mp_print(mp, "color"); break;
4673   case mp_cmykcolor_type:mp_print(mp, "cmykcolor"); break;
4674   case mp_pair_type:mp_print(mp, "pair"); break;
4675   case mp_known:mp_print(mp, "known numeric"); break;
4676   case mp_dependent:mp_print(mp, "dependent"); break;
4677   case mp_proto_dependent:mp_print(mp, "proto-dependent"); break;
4678   case mp_numeric_type:mp_print(mp, "numeric"); break;
4679   case mp_independent:mp_print(mp, "independent"); break;
4680   case mp_token_list:mp_print(mp, "token list"); break;
4681   case mp_structured:mp_print(mp, "mp_structured"); break;
4682   case mp_unsuffixed_macro:mp_print(mp, "unsuffixed macro"); break;
4683   case mp_suffixed_macro:mp_print(mp, "suffixed macro"); break;
4684   default: mp_print(mp, "undefined"); break;
4685   }
4686 }
4687
4688 @ Values inside \MP\ are stored in two-word nodes that have a |name_type|
4689 as well as a |type|. The possibilities for |name_type| are defined
4690 here; they will be explained in more detail later.
4691
4692 @<Types...@>=
4693 enum mp_name_type {
4694  mp_root=0, /* |name_type| at the top level of a variable */
4695  mp_saved_root, /* same, when the variable has been saved */
4696  mp_structured_root, /* |name_type| where a |mp_structured| branch occurs */
4697  mp_subscr, /* |name_type| in a subscript node */
4698  mp_attr, /* |name_type| in an attribute node */
4699  mp_x_part_sector, /* |name_type| in the \&{xpart} of a node */
4700  mp_y_part_sector, /* |name_type| in the \&{ypart} of a node */
4701  mp_xx_part_sector, /* |name_type| in the \&{xxpart} of a node */
4702  mp_xy_part_sector, /* |name_type| in the \&{xypart} of a node */
4703  mp_yx_part_sector, /* |name_type| in the \&{yxpart} of a node */
4704  mp_yy_part_sector, /* |name_type| in the \&{yypart} of a node */
4705  mp_red_part_sector, /* |name_type| in the \&{redpart} of a node */
4706  mp_green_part_sector, /* |name_type| in the \&{greenpart} of a node */
4707  mp_blue_part_sector, /* |name_type| in the \&{bluepart} of a node */
4708  mp_cyan_part_sector, /* |name_type| in the \&{redpart} of a node */
4709  mp_magenta_part_sector, /* |name_type| in the \&{greenpart} of a node */
4710  mp_yellow_part_sector, /* |name_type| in the \&{bluepart} of a node */
4711  mp_black_part_sector, /* |name_type| in the \&{greenpart} of a node */
4712  mp_grey_part_sector, /* |name_type| in the \&{bluepart} of a node */
4713  mp_capsule, /* |name_type| in stashed-away subexpressions */
4714  mp_token  /* |name_type| in a numeric token or string token */
4715 };
4716
4717 @ Primitive operations that produce values have a secondary identification
4718 code in addition to their command code; it's something like genera and species.
4719 For example, `\.*' has the command code |primary_binary|, and its
4720 secondary identification is |times|. The secondary codes start at 30 so that
4721 they don't overlap with the type codes; some type codes (e.g., |mp_string_type|)
4722 are used as operators as well as type identifications.  The relative values
4723 are not critical, except for |true_code..false_code|, |or_op..and_op|,
4724 and |filled_op..bounded_op|.  The restrictions are that
4725 |and_op-false_code=or_op-true_code|, that the ordering of
4726 |x_part...blue_part| must match that of |x_part_sector..mp_blue_part_sector|,
4727 and the ordering of |filled_op..bounded_op| must match that of the code
4728 values they test for.
4729
4730 @d true_code 30 /* operation code for \.{true} */
4731 @d false_code 31 /* operation code for \.{false} */
4732 @d null_picture_code 32 /* operation code for \.{nullpicture} */
4733 @d null_pen_code 33 /* operation code for \.{nullpen} */
4734 @d job_name_op 34 /* operation code for \.{jobname} */
4735 @d read_string_op 35 /* operation code for \.{readstring} */
4736 @d pen_circle 36 /* operation code for \.{pencircle} */
4737 @d normal_deviate 37 /* operation code for \.{normaldeviate} */
4738 @d read_from_op 38 /* operation code for \.{readfrom} */
4739 @d close_from_op 39 /* operation code for \.{closefrom} */
4740 @d odd_op 40 /* operation code for \.{odd} */
4741 @d known_op 41 /* operation code for \.{known} */
4742 @d unknown_op 42 /* operation code for \.{unknown} */
4743 @d not_op 43 /* operation code for \.{not} */
4744 @d decimal 44 /* operation code for \.{decimal} */
4745 @d reverse 45 /* operation code for \.{reverse} */
4746 @d make_path_op 46 /* operation code for \.{makepath} */
4747 @d make_pen_op 47 /* operation code for \.{makepen} */
4748 @d oct_op 48 /* operation code for \.{oct} */
4749 @d hex_op 49 /* operation code for \.{hex} */
4750 @d ASCII_op 50 /* operation code for \.{ASCII} */
4751 @d char_op 51 /* operation code for \.{char} */
4752 @d length_op 52 /* operation code for \.{length} */
4753 @d turning_op 53 /* operation code for \.{turningnumber} */
4754 @d color_model_part 54 /* operation code for \.{colormodel} */
4755 @d x_part 55 /* operation code for \.{xpart} */
4756 @d y_part 56 /* operation code for \.{ypart} */
4757 @d xx_part 57 /* operation code for \.{xxpart} */
4758 @d xy_part 58 /* operation code for \.{xypart} */
4759 @d yx_part 59 /* operation code for \.{yxpart} */
4760 @d yy_part 60 /* operation code for \.{yypart} */
4761 @d red_part 61 /* operation code for \.{redpart} */
4762 @d green_part 62 /* operation code for \.{greenpart} */
4763 @d blue_part 63 /* operation code for \.{bluepart} */
4764 @d cyan_part 64 /* operation code for \.{cyanpart} */
4765 @d magenta_part 65 /* operation code for \.{magentapart} */
4766 @d yellow_part 66 /* operation code for \.{yellowpart} */
4767 @d black_part 67 /* operation code for \.{blackpart} */
4768 @d grey_part 68 /* operation code for \.{greypart} */
4769 @d font_part 69 /* operation code for \.{fontpart} */
4770 @d text_part 70 /* operation code for \.{textpart} */
4771 @d path_part 71 /* operation code for \.{pathpart} */
4772 @d pen_part 72 /* operation code for \.{penpart} */
4773 @d dash_part 73 /* operation code for \.{dashpart} */
4774 @d sqrt_op 74 /* operation code for \.{sqrt} */
4775 @d m_exp_op 75 /* operation code for \.{mexp} */
4776 @d m_log_op 76 /* operation code for \.{mlog} */
4777 @d sin_d_op 77 /* operation code for \.{sind} */
4778 @d cos_d_op 78 /* operation code for \.{cosd} */
4779 @d floor_op 79 /* operation code for \.{floor} */
4780 @d uniform_deviate 80 /* operation code for \.{uniformdeviate} */
4781 @d char_exists_op 81 /* operation code for \.{charexists} */
4782 @d font_size 82 /* operation code for \.{fontsize} */
4783 @d ll_corner_op 83 /* operation code for \.{llcorner} */
4784 @d lr_corner_op 84 /* operation code for \.{lrcorner} */
4785 @d ul_corner_op 85 /* operation code for \.{ulcorner} */
4786 @d ur_corner_op 86 /* operation code for \.{urcorner} */
4787 @d arc_length 87 /* operation code for \.{arclength} */
4788 @d angle_op 88 /* operation code for \.{angle} */
4789 @d cycle_op 89 /* operation code for \.{cycle} */
4790 @d filled_op 90 /* operation code for \.{filled} */
4791 @d stroked_op 91 /* operation code for \.{stroked} */
4792 @d textual_op 92 /* operation code for \.{textual} */
4793 @d clipped_op 93 /* operation code for \.{clipped} */
4794 @d bounded_op 94 /* operation code for \.{bounded} */
4795 @d plus 95 /* operation code for \.+ */
4796 @d minus 96 /* operation code for \.- */
4797 @d times 97 /* operation code for \.* */
4798 @d over 98 /* operation code for \./ */
4799 @d pythag_add 99 /* operation code for \.{++} */
4800 @d pythag_sub 100 /* operation code for \.{+-+} */
4801 @d or_op 101 /* operation code for \.{or} */
4802 @d and_op 102 /* operation code for \.{and} */
4803 @d less_than 103 /* operation code for \.< */
4804 @d less_or_equal 104 /* operation code for \.{<=} */
4805 @d greater_than 105 /* operation code for \.> */
4806 @d greater_or_equal 106 /* operation code for \.{>=} */
4807 @d equal_to 107 /* operation code for \.= */
4808 @d unequal_to 108 /* operation code for \.{<>} */
4809 @d concatenate 109 /* operation code for \.\& */
4810 @d rotated_by 110 /* operation code for \.{rotated} */
4811 @d slanted_by 111 /* operation code for \.{slanted} */
4812 @d scaled_by 112 /* operation code for \.{scaled} */
4813 @d shifted_by 113 /* operation code for \.{shifted} */
4814 @d transformed_by 114 /* operation code for \.{transformed} */
4815 @d x_scaled 115 /* operation code for \.{xscaled} */
4816 @d y_scaled 116 /* operation code for \.{yscaled} */
4817 @d z_scaled 117 /* operation code for \.{zscaled} */
4818 @d in_font 118 /* operation code for \.{infont} */
4819 @d intersect 119 /* operation code for \.{intersectiontimes} */
4820 @d double_dot 120 /* operation code for improper \.{..} */
4821 @d substring_of 121 /* operation code for \.{substring} */
4822 @d min_of substring_of
4823 @d subpath_of 122 /* operation code for \.{subpath} */
4824 @d direction_time_of 123 /* operation code for \.{directiontime} */
4825 @d point_of 124 /* operation code for \.{point} */
4826 @d precontrol_of 125 /* operation code for \.{precontrol} */
4827 @d postcontrol_of 126 /* operation code for \.{postcontrol} */
4828 @d pen_offset_of 127 /* operation code for \.{penoffset} */
4829 @d arc_time_of 128 /* operation code for \.{arctime} */
4830 @d mp_version 129 /* operation code for \.{mpversion} */
4831
4832 @c void mp_print_op (MP mp,quarterword c) { 
4833   if (c<=mp_numeric_type ) {
4834     mp_print_type(mp, c);
4835   } else {
4836     switch (c) {
4837     case true_code:mp_print(mp, "true"); break;
4838     case false_code:mp_print(mp, "false"); break;
4839     case null_picture_code:mp_print(mp, "nullpicture"); break;
4840     case null_pen_code:mp_print(mp, "nullpen"); break;
4841     case job_name_op:mp_print(mp, "jobname"); break;
4842     case read_string_op:mp_print(mp, "readstring"); break;
4843     case pen_circle:mp_print(mp, "pencircle"); break;
4844     case normal_deviate:mp_print(mp, "normaldeviate"); break;
4845     case read_from_op:mp_print(mp, "readfrom"); break;
4846     case close_from_op:mp_print(mp, "closefrom"); break;
4847     case odd_op:mp_print(mp, "odd"); break;
4848     case known_op:mp_print(mp, "known"); break;
4849     case unknown_op:mp_print(mp, "unknown"); break;
4850     case not_op:mp_print(mp, "not"); break;
4851     case decimal:mp_print(mp, "decimal"); break;
4852     case reverse:mp_print(mp, "reverse"); break;
4853     case make_path_op:mp_print(mp, "makepath"); break;
4854     case make_pen_op:mp_print(mp, "makepen"); break;
4855     case oct_op:mp_print(mp, "oct"); break;
4856     case hex_op:mp_print(mp, "hex"); break;
4857     case ASCII_op:mp_print(mp, "ASCII"); break;
4858     case char_op:mp_print(mp, "char"); break;
4859     case length_op:mp_print(mp, "length"); break;
4860     case turning_op:mp_print(mp, "turningnumber"); break;
4861     case x_part:mp_print(mp, "xpart"); break;
4862     case y_part:mp_print(mp, "ypart"); break;
4863     case xx_part:mp_print(mp, "xxpart"); break;
4864     case xy_part:mp_print(mp, "xypart"); break;
4865     case yx_part:mp_print(mp, "yxpart"); break;
4866     case yy_part:mp_print(mp, "yypart"); break;
4867     case red_part:mp_print(mp, "redpart"); break;
4868     case green_part:mp_print(mp, "greenpart"); break;
4869     case blue_part:mp_print(mp, "bluepart"); break;
4870     case cyan_part:mp_print(mp, "cyanpart"); break;
4871     case magenta_part:mp_print(mp, "magentapart"); break;
4872     case yellow_part:mp_print(mp, "yellowpart"); break;
4873     case black_part:mp_print(mp, "blackpart"); break;
4874     case grey_part:mp_print(mp, "greypart"); break;
4875     case color_model_part:mp_print(mp, "colormodel"); break;
4876     case font_part:mp_print(mp, "fontpart"); break;
4877     case text_part:mp_print(mp, "textpart"); break;
4878     case path_part:mp_print(mp, "pathpart"); break;
4879     case pen_part:mp_print(mp, "penpart"); break;
4880     case dash_part:mp_print(mp, "dashpart"); break;
4881     case sqrt_op:mp_print(mp, "sqrt"); break;
4882     case m_exp_op:mp_print(mp, "mexp"); break;
4883     case m_log_op:mp_print(mp, "mlog"); break;
4884     case sin_d_op:mp_print(mp, "sind"); break;
4885     case cos_d_op:mp_print(mp, "cosd"); break;
4886     case floor_op:mp_print(mp, "floor"); break;
4887     case uniform_deviate:mp_print(mp, "uniformdeviate"); break;
4888     case char_exists_op:mp_print(mp, "charexists"); break;
4889     case font_size:mp_print(mp, "fontsize"); break;
4890     case ll_corner_op:mp_print(mp, "llcorner"); break;
4891     case lr_corner_op:mp_print(mp, "lrcorner"); break;
4892     case ul_corner_op:mp_print(mp, "ulcorner"); break;
4893     case ur_corner_op:mp_print(mp, "urcorner"); break;
4894     case arc_length:mp_print(mp, "arclength"); break;
4895     case angle_op:mp_print(mp, "angle"); break;
4896     case cycle_op:mp_print(mp, "cycle"); break;
4897     case filled_op:mp_print(mp, "filled"); break;
4898     case stroked_op:mp_print(mp, "stroked"); break;
4899     case textual_op:mp_print(mp, "textual"); break;
4900     case clipped_op:mp_print(mp, "clipped"); break;
4901     case bounded_op:mp_print(mp, "bounded"); break;
4902     case plus:mp_print_char(mp, '+'); break;
4903     case minus:mp_print_char(mp, '-'); break;
4904     case times:mp_print_char(mp, '*'); break;
4905     case over:mp_print_char(mp, '/'); break;
4906     case pythag_add:mp_print(mp, "++"); break;
4907     case pythag_sub:mp_print(mp, "+-+"); break;
4908     case or_op:mp_print(mp, "or"); break;
4909     case and_op:mp_print(mp, "and"); break;
4910     case less_than:mp_print_char(mp, '<'); break;
4911     case less_or_equal:mp_print(mp, "<="); break;
4912     case greater_than:mp_print_char(mp, '>'); break;
4913     case greater_or_equal:mp_print(mp, ">="); break;
4914     case equal_to:mp_print_char(mp, '='); break;
4915     case unequal_to:mp_print(mp, "<>"); break;
4916     case concatenate:mp_print(mp, "&"); break;
4917     case rotated_by:mp_print(mp, "rotated"); break;
4918     case slanted_by:mp_print(mp, "slanted"); break;
4919     case scaled_by:mp_print(mp, "scaled"); break;
4920     case shifted_by:mp_print(mp, "shifted"); break;
4921     case transformed_by:mp_print(mp, "transformed"); break;
4922     case x_scaled:mp_print(mp, "xscaled"); break;
4923     case y_scaled:mp_print(mp, "yscaled"); break;
4924     case z_scaled:mp_print(mp, "zscaled"); break;
4925     case in_font:mp_print(mp, "infont"); break;
4926     case intersect:mp_print(mp, "intersectiontimes"); break;
4927     case substring_of:mp_print(mp, "substring"); break;
4928     case subpath_of:mp_print(mp, "subpath"); break;
4929     case direction_time_of:mp_print(mp, "directiontime"); break;
4930     case point_of:mp_print(mp, "point"); break;
4931     case precontrol_of:mp_print(mp, "precontrol"); break;
4932     case postcontrol_of:mp_print(mp, "postcontrol"); break;
4933     case pen_offset_of:mp_print(mp, "penoffset"); break;
4934     case arc_time_of:mp_print(mp, "arctime"); break;
4935     case mp_version:mp_print(mp, "mpversion"); break;
4936     default: mp_print(mp, ".."); break;
4937     }
4938   }
4939 }
4940
4941 @ \MP\ also has a bunch of internal parameters that a user might want to
4942 fuss with. Every such parameter has an identifying code number, defined here.
4943
4944 @<Types...@>=
4945 enum mp_given_internal {
4946   mp_tracing_titles=1, /* show titles online when they appear */
4947   mp_tracing_equations, /* show each variable when it becomes known */
4948   mp_tracing_capsules, /* show capsules too */
4949   mp_tracing_choices, /* show the control points chosen for paths */
4950   mp_tracing_specs, /* show path subdivision prior to filling with polygonal a pen */
4951   mp_tracing_commands, /* show commands and operations before they are performed */
4952   mp_tracing_restores, /* show when a variable or internal is restored */
4953   mp_tracing_macros, /* show macros before they are expanded */
4954   mp_tracing_output, /* show digitized edges as they are output */
4955   mp_tracing_stats, /* show memory usage at end of job */
4956   mp_tracing_lost_chars, /* show characters that aren't \&{infont} */
4957   mp_tracing_online, /* show long diagnostics on terminal and in the log file */
4958   mp_year, /* the current year (e.g., 1984) */
4959   mp_month, /* the current month (e.g, 3 $\equiv$ March) */
4960   mp_day, /* the current day of the month */
4961   mp_time, /* the number of minutes past midnight when this job started */
4962   mp_char_code, /* the number of the next character to be output */
4963   mp_char_ext, /* the extension code of the next character to be output */
4964   mp_char_wd, /* the width of the next character to be output */
4965   mp_char_ht, /* the height of the next character to be output */
4966   mp_char_dp, /* the depth of the next character to be output */
4967   mp_char_ic, /* the italic correction of the next character to be output */
4968   mp_design_size, /* the unit of measure used for |mp_char_wd..mp_char_ic|, in points */
4969   mp_pausing, /* positive to display lines on the terminal before they are read */
4970   mp_showstopping, /* positive to stop after each \&{show} command */
4971   mp_fontmaking, /* positive if font metric output is to be produced */
4972   mp_linejoin, /* as in \ps: 0 for mitered, 1 for round, 2 for beveled */
4973   mp_linecap, /* as in \ps: 0 for butt, 1 for round, 2 for square */
4974   mp_miterlimit, /* controls miter length as in \ps */
4975   mp_warning_check, /* controls error message when variable value is large */
4976   mp_boundary_char, /* the right boundary character for ligatures */
4977   mp_prologues, /* positive to output conforming PostScript using built-in fonts */
4978   mp_true_corners, /* positive to make \&{llcorner} etc. ignore \&{setbounds} */
4979   mp_default_color_model, /* the default color model for unspecified items */
4980   mp_restore_clip_color,
4981   mp_procset, /* wether or not create PostScript command shortcuts */
4982   mp_gtroffmode,  /* whether the user specified |-troff| on the command line */
4983 };
4984
4985 @
4986
4987 @d max_given_internal mp_gtroffmode
4988
4989 @<Glob...@>=
4990 scaled *internal;  /* the values of internal quantities */
4991 char **int_name;  /* their names */
4992 int int_ptr;  /* the maximum internal quantity defined so far */
4993 int max_internal; /* current maximum number of internal quantities */
4994 boolean troff_mode; 
4995
4996 @ @<Option variables@>=
4997 int troff_mode; 
4998
4999 @ @<Allocate or initialize ...@>=
5000 mp->max_internal=2*max_given_internal;
5001 mp->internal = xmalloc ((mp->max_internal+1), sizeof(scaled));
5002 mp->int_name = xmalloc ((mp->max_internal+1), sizeof(char *));
5003 mp->troff_mode=(opt->troff_mode>0 ? true : false);
5004
5005 @ @<Exported function ...@>=
5006 int mp_troff_mode(MP mp);
5007
5008 @ @c
5009 int mp_troff_mode(MP mp) { return mp->troff_mode; }
5010
5011 @ @<Set initial ...@>=
5012 for (k=0;k<= mp->max_internal; k++ ) { 
5013    mp->internal[k]=0; 
5014    mp->int_name[k]=NULL; 
5015 }
5016 mp->int_ptr=max_given_internal;
5017
5018 @ The symbolic names for internal quantities are put into \MP's hash table
5019 by using a routine called |primitive|, which will be defined later. Let us
5020 enter them now, so that we don't have to list all those names again
5021 anywhere else.
5022
5023 @<Put each of \MP's primitives into the hash table@>=
5024 mp_primitive(mp, "tracingtitles",internal_quantity,mp_tracing_titles);
5025 @:tracingtitles_}{\&{tracingtitles} primitive@>
5026 mp_primitive(mp, "tracingequations",internal_quantity,mp_tracing_equations);
5027 @:mp_tracing_equations_}{\&{tracingequations} primitive@>
5028 mp_primitive(mp, "tracingcapsules",internal_quantity,mp_tracing_capsules);
5029 @:mp_tracing_capsules_}{\&{tracingcapsules} primitive@>
5030 mp_primitive(mp, "tracingchoices",internal_quantity,mp_tracing_choices);
5031 @:mp_tracing_choices_}{\&{tracingchoices} primitive@>
5032 mp_primitive(mp, "tracingspecs",internal_quantity,mp_tracing_specs);
5033 @:mp_tracing_specs_}{\&{tracingspecs} primitive@>
5034 mp_primitive(mp, "tracingcommands",internal_quantity,mp_tracing_commands);
5035 @:mp_tracing_commands_}{\&{tracingcommands} primitive@>
5036 mp_primitive(mp, "tracingrestores",internal_quantity,mp_tracing_restores);
5037 @:mp_tracing_restores_}{\&{tracingrestores} primitive@>
5038 mp_primitive(mp, "tracingmacros",internal_quantity,mp_tracing_macros);
5039 @:mp_tracing_macros_}{\&{tracingmacros} primitive@>
5040 mp_primitive(mp, "tracingoutput",internal_quantity,mp_tracing_output);
5041 @:mp_tracing_output_}{\&{tracingoutput} primitive@>
5042 mp_primitive(mp, "tracingstats",internal_quantity,mp_tracing_stats);
5043 @:mp_tracing_stats_}{\&{tracingstats} primitive@>
5044 mp_primitive(mp, "tracinglostchars",internal_quantity,mp_tracing_lost_chars);
5045 @:mp_tracing_lost_chars_}{\&{tracinglostchars} primitive@>
5046 mp_primitive(mp, "tracingonline",internal_quantity,mp_tracing_online);
5047 @:mp_tracing_online_}{\&{tracingonline} primitive@>
5048 mp_primitive(mp, "year",internal_quantity,mp_year);
5049 @:mp_year_}{\&{year} primitive@>
5050 mp_primitive(mp, "month",internal_quantity,mp_month);
5051 @:mp_month_}{\&{month} primitive@>
5052 mp_primitive(mp, "day",internal_quantity,mp_day);
5053 @:mp_day_}{\&{day} primitive@>
5054 mp_primitive(mp, "time",internal_quantity,mp_time);
5055 @:time_}{\&{time} primitive@>
5056 mp_primitive(mp, "charcode",internal_quantity,mp_char_code);
5057 @:mp_char_code_}{\&{charcode} primitive@>
5058 mp_primitive(mp, "charext",internal_quantity,mp_char_ext);
5059 @:mp_char_ext_}{\&{charext} primitive@>
5060 mp_primitive(mp, "charwd",internal_quantity,mp_char_wd);
5061 @:mp_char_wd_}{\&{charwd} primitive@>
5062 mp_primitive(mp, "charht",internal_quantity,mp_char_ht);
5063 @:mp_char_ht_}{\&{charht} primitive@>
5064 mp_primitive(mp, "chardp",internal_quantity,mp_char_dp);
5065 @:mp_char_dp_}{\&{chardp} primitive@>
5066 mp_primitive(mp, "charic",internal_quantity,mp_char_ic);
5067 @:mp_char_ic_}{\&{charic} primitive@>
5068 mp_primitive(mp, "designsize",internal_quantity,mp_design_size);
5069 @:mp_design_size_}{\&{designsize} primitive@>
5070 mp_primitive(mp, "pausing",internal_quantity,mp_pausing);
5071 @:mp_pausing_}{\&{pausing} primitive@>
5072 mp_primitive(mp, "showstopping",internal_quantity,mp_showstopping);
5073 @:mp_showstopping_}{\&{showstopping} primitive@>
5074 mp_primitive(mp, "fontmaking",internal_quantity,mp_fontmaking);
5075 @:mp_fontmaking_}{\&{fontmaking} primitive@>
5076 mp_primitive(mp, "linejoin",internal_quantity,mp_linejoin);
5077 @:mp_linejoin_}{\&{linejoin} primitive@>
5078 mp_primitive(mp, "linecap",internal_quantity,mp_linecap);
5079 @:mp_linecap_}{\&{linecap} primitive@>
5080 mp_primitive(mp, "miterlimit",internal_quantity,mp_miterlimit);
5081 @:mp_miterlimit_}{\&{miterlimit} primitive@>
5082 mp_primitive(mp, "warningcheck",internal_quantity,mp_warning_check);
5083 @:mp_warning_check_}{\&{warningcheck} primitive@>
5084 mp_primitive(mp, "boundarychar",internal_quantity,mp_boundary_char);
5085 @:mp_boundary_char_}{\&{boundarychar} primitive@>
5086 mp_primitive(mp, "prologues",internal_quantity,mp_prologues);
5087 @:mp_prologues_}{\&{prologues} primitive@>
5088 mp_primitive(mp, "truecorners",internal_quantity,mp_true_corners);
5089 @:mp_true_corners_}{\&{truecorners} primitive@>
5090 mp_primitive(mp, "mpprocset",internal_quantity,mp_procset);
5091 @:mp_procset_}{\&{mpprocset} primitive@>
5092 mp_primitive(mp, "troffmode",internal_quantity,mp_gtroffmode);
5093 @:troffmode_}{\&{troffmode} primitive@>
5094 mp_primitive(mp, "defaultcolormodel",internal_quantity,mp_default_color_model);
5095 @:mp_default_color_model_}{\&{defaultcolormodel} primitive@>
5096 mp_primitive(mp, "restoreclipcolor",internal_quantity,mp_restore_clip_color);
5097 @:mp_restore_clip_color_}{\&{restoreclipcolor} primitive@>
5098
5099 @ Colors can be specified in four color models. In the special
5100 case of |no_model|, MetaPost does not output any color operator to
5101 the postscript output.
5102
5103 Note: these values are passed directly on to |with_option|. This only
5104 works because the other possible values passed to |with_option| are
5105 8 and 10 respectively (from |with_pen| and |with_picture|).
5106
5107 There is a first state, that is only used for |gs_colormodel|. It flags
5108 the fact that there has not been any kind of color specification by
5109 the user so far in the game.
5110
5111 @<Types...@>=
5112 enum mp_color_model {
5113   mp_no_model=1,
5114   mp_grey_model=3,
5115   mp_rgb_model=5,
5116   mp_cmyk_model=7,
5117   mp_uninitialized_model=9,
5118 };
5119
5120
5121 @ @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>=
5122 mp->internal[mp_default_color_model]=(mp_rgb_model*unity);
5123 mp->internal[mp_restore_clip_color]=unity;
5124
5125 @ Well, we do have to list the names one more time, for use in symbolic
5126 printouts.
5127
5128 @<Initialize table...@>=
5129 mp->int_name[mp_tracing_titles]=xstrdup("tracingtitles");
5130 mp->int_name[mp_tracing_equations]=xstrdup("tracingequations");
5131 mp->int_name[mp_tracing_capsules]=xstrdup("tracingcapsules");
5132 mp->int_name[mp_tracing_choices]=xstrdup("tracingchoices");
5133 mp->int_name[mp_tracing_specs]=xstrdup("tracingspecs");
5134 mp->int_name[mp_tracing_commands]=xstrdup("tracingcommands");
5135 mp->int_name[mp_tracing_restores]=xstrdup("tracingrestores");
5136 mp->int_name[mp_tracing_macros]=xstrdup("tracingmacros");
5137 mp->int_name[mp_tracing_output]=xstrdup("tracingoutput");
5138 mp->int_name[mp_tracing_stats]=xstrdup("tracingstats");
5139 mp->int_name[mp_tracing_lost_chars]=xstrdup("tracinglostchars");
5140 mp->int_name[mp_tracing_online]=xstrdup("tracingonline");
5141 mp->int_name[mp_year]=xstrdup("year");
5142 mp->int_name[mp_month]=xstrdup("month");
5143 mp->int_name[mp_day]=xstrdup("day");
5144 mp->int_name[mp_time]=xstrdup("time");
5145 mp->int_name[mp_char_code]=xstrdup("charcode");
5146 mp->int_name[mp_char_ext]=xstrdup("charext");
5147 mp->int_name[mp_char_wd]=xstrdup("charwd");
5148 mp->int_name[mp_char_ht]=xstrdup("charht");
5149 mp->int_name[mp_char_dp]=xstrdup("chardp");
5150 mp->int_name[mp_char_ic]=xstrdup("charic");
5151 mp->int_name[mp_design_size]=xstrdup("designsize");
5152 mp->int_name[mp_pausing]=xstrdup("pausing");
5153 mp->int_name[mp_showstopping]=xstrdup("showstopping");
5154 mp->int_name[mp_fontmaking]=xstrdup("fontmaking");
5155 mp->int_name[mp_linejoin]=xstrdup("linejoin");
5156 mp->int_name[mp_linecap]=xstrdup("linecap");
5157 mp->int_name[mp_miterlimit]=xstrdup("miterlimit");
5158 mp->int_name[mp_warning_check]=xstrdup("warningcheck");
5159 mp->int_name[mp_boundary_char]=xstrdup("boundarychar");
5160 mp->int_name[mp_prologues]=xstrdup("prologues");
5161 mp->int_name[mp_true_corners]=xstrdup("truecorners");
5162 mp->int_name[mp_default_color_model]=xstrdup("defaultcolormodel");
5163 mp->int_name[mp_procset]=xstrdup("mpprocset");
5164 mp->int_name[mp_gtroffmode]=xstrdup("troffmode");
5165 mp->int_name[mp_restore_clip_color]=xstrdup("restoreclipcolor");
5166
5167 @ The following procedure, which is called just before \MP\ initializes its
5168 input and output, establishes the initial values of the date and time.
5169 @^system dependencies@>
5170
5171 Note that the values are |scaled| integers. Hence \MP\ can no longer
5172 be used after the year 32767.
5173
5174 @c 
5175 void mp_fix_date_and_time (MP mp) { 
5176   time_t clock = time ((time_t *) 0);
5177   struct tm *tmptr = localtime (&clock);
5178   mp->internal[mp_time]=
5179       (tmptr->tm_hour*60+tmptr->tm_min)*unity; /* minutes since midnight */
5180   mp->internal[mp_day]=(tmptr->tm_mday)*unity; /* fourth day of the month */
5181   mp->internal[mp_month]=(tmptr->tm_mon+1)*unity; /* seventh month of the year */
5182   mp->internal[mp_year]=(tmptr->tm_year+1900)*unity; /* Anno Domini */
5183 }
5184
5185 @ @<Declarations@>=
5186 void mp_fix_date_and_time (MP mp) ;
5187
5188 @ \MP\ is occasionally supposed to print diagnostic information that
5189 goes only into the transcript file, unless |mp_tracing_online| is positive.
5190 Now that we have defined |mp_tracing_online| we can define
5191 two routines that adjust the destination of print commands:
5192
5193 @<Declarations@>=
5194 void mp_begin_diagnostic (MP mp) ;
5195 void mp_end_diagnostic (MP mp,boolean blank_line);
5196 void mp_print_diagnostic (MP mp, char *s, char *t, boolean nuline) ;
5197
5198 @ @<Basic printing...@>=
5199 @<Declare a function called |true_line|@>;
5200 void mp_begin_diagnostic (MP mp) { /* prepare to do some tracing */
5201   mp->old_setting=mp->selector;
5202   if ( mp->selector==ps_file_only ) mp->selector=mp->non_ps_setting;
5203   if ((mp->internal[mp_tracing_online]<=0)&&(mp->selector==term_and_log)){ 
5204     decr(mp->selector);
5205     if ( mp->history==mp_spotless ) mp->history=mp_warning_issued;
5206   }
5207 }
5208 @#
5209 void mp_end_diagnostic (MP mp,boolean blank_line) {
5210   /* restore proper conditions after tracing */
5211   mp_print_nl(mp, "");
5212   if ( blank_line ) mp_print_ln(mp);
5213   mp->selector=mp->old_setting;
5214 }
5215
5216 @ The global variable |non_ps_setting| is initialized when it is time to print
5217 on |ps_file|.
5218
5219 @<Glob...@>=
5220 unsigned int old_setting;
5221 unsigned int non_ps_setting;
5222
5223 @ We will occasionally use |begin_diagnostic| in connection with line-number
5224 printing, as follows. (The parameter |s| is typically |"Path"| or
5225 |"Cycle spec"|, etc.)
5226
5227 @<Basic printing...@>=
5228 void mp_print_diagnostic (MP mp, char *s, char *t, boolean nuline) { 
5229   mp_begin_diagnostic(mp);
5230   if ( nuline ) mp_print_nl(mp, s); else mp_print(mp, s);
5231   mp_print(mp, " at line "); 
5232   mp_print_int(mp, mp_true_line(mp));
5233   mp_print(mp, t); mp_print_char(mp, ':');
5234 }
5235
5236 @ The 256 |ASCII_code| characters are grouped into classes by means of
5237 the |char_class| table. Individual class numbers have no semantic
5238 or syntactic significance, except in a few instances defined here.
5239 There's also |max_class|, which can be used as a basis for additional
5240 class numbers in nonstandard extensions of \MP.
5241
5242 @d digit_class 0 /* the class number of \.{0123456789} */
5243 @d period_class 1 /* the class number of `\..' */
5244 @d space_class 2 /* the class number of spaces and nonstandard characters */
5245 @d percent_class 3 /* the class number of `\.\%' */
5246 @d string_class 4 /* the class number of `\."' */
5247 @d right_paren_class 8 /* the class number of `\.)' */
5248 @d isolated_classes 5: case 6: case 7: case 8 /* characters that make length-one tokens only */
5249 @d letter_class 9 /* letters and the underline character */
5250 @d left_bracket_class 17 /* `\.[' */
5251 @d right_bracket_class 18 /* `\.]' */
5252 @d invalid_class 20 /* bad character in the input */
5253 @d max_class 20 /* the largest class number */
5254
5255 @<Glob...@>=
5256 int char_class[256]; /* the class numbers */
5257
5258 @ If changes are made to accommodate non-ASCII character sets, they should
5259 follow the guidelines in Appendix~C of {\sl The {\logos METAFONT\/}book}.
5260 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
5261 @^system dependencies@>
5262
5263 @<Set initial ...@>=
5264 for (k='0';k<='9';k++) 
5265   mp->char_class[k]=digit_class;
5266 mp->char_class['.']=period_class;
5267 mp->char_class[' ']=space_class;
5268 mp->char_class['%']=percent_class;
5269 mp->char_class['"']=string_class;
5270 mp->char_class[',']=5;
5271 mp->char_class[';']=6;
5272 mp->char_class['(']=7;
5273 mp->char_class[')']=right_paren_class;
5274 for (k='A';k<= 'Z';k++ )
5275   mp->char_class[k]=letter_class;
5276 for (k='a';k<='z';k++) 
5277   mp->char_class[k]=letter_class;
5278 mp->char_class['_']=letter_class;
5279 mp->char_class['<']=10;
5280 mp->char_class['=']=10;
5281 mp->char_class['>']=10;
5282 mp->char_class[':']=10;
5283 mp->char_class['|']=10;
5284 mp->char_class['`']=11;
5285 mp->char_class['\'']=11;
5286 mp->char_class['+']=12;
5287 mp->char_class['-']=12;
5288 mp->char_class['/']=13;
5289 mp->char_class['*']=13;
5290 mp->char_class['\\']=13;
5291 mp->char_class['!']=14;
5292 mp->char_class['?']=14;
5293 mp->char_class['#']=15;
5294 mp->char_class['&']=15;
5295 mp->char_class['@@']=15;
5296 mp->char_class['$']=15;
5297 mp->char_class['^']=16;
5298 mp->char_class['~']=16;
5299 mp->char_class['[']=left_bracket_class;
5300 mp->char_class[']']=right_bracket_class;
5301 mp->char_class['{']=19;
5302 mp->char_class['}']=19;
5303 for (k=0;k<' ';k++)
5304   mp->char_class[k]=invalid_class;
5305 mp->char_class['\t']=space_class;
5306 mp->char_class['\f']=space_class;
5307 for (k=127;k<=255;k++)
5308   mp->char_class[k]=invalid_class;
5309
5310 @* \[13] The hash table.
5311 Symbolic tokens are stored and retrieved by means of a fairly standard hash
5312 table algorithm called the method of ``coalescing lists'' (cf.\ Algorithm 6.4C
5313 in {\sl The Art of Computer Programming\/}). Once a symbolic token enters the
5314 table, it is never removed.
5315
5316 The actual sequence of characters forming a symbolic token is
5317 stored in the |str_pool| array together with all the other strings. An
5318 auxiliary array |hash| consists of items with two halfword fields per
5319 word. The first of these, called |next(p)|, points to the next identifier
5320 belonging to the same coalesced list as the identifier corresponding to~|p|;
5321 and the other, called |text(p)|, points to the |str_start| entry for
5322 |p|'s identifier. If position~|p| of the hash table is empty, we have
5323 |text(p)=0|; if position |p| is either empty or the end of a coalesced
5324 hash list, we have |next(p)=0|.
5325
5326 An auxiliary pointer variable called |hash_used| is maintained in such a
5327 way that all locations |p>=hash_used| are nonempty. The global variable
5328 |st_count| tells how many symbolic tokens have been defined, if statistics
5329 are being kept.
5330
5331 The first 256 locations of |hash| are reserved for symbols of length one.
5332
5333 There's a parallel array called |eqtb| that contains the current equivalent
5334 values of each symbolic token. The entries of this array consist of
5335 two halfwords called |eq_type| (a command code) and |equiv| (a secondary
5336 piece of information that qualifies the |eq_type|).
5337
5338 @d next(A)   mp->hash[(A)].lh /* link for coalesced lists */
5339 @d text(A)   mp->hash[(A)].rh /* string number for symbolic token name */
5340 @d eq_type(A)   mp->eqtb[(A)].lh /* the current ``meaning'' of a symbolic token */
5341 @d equiv(A)   mp->eqtb[(A)].rh /* parametric part of a token's meaning */
5342 @d hash_base 257 /* hashing actually starts here */
5343 @d hash_is_full   (mp->hash_used==hash_base) /* are all positions occupied? */
5344
5345 @<Glob...@>=
5346 pointer hash_used; /* allocation pointer for |hash| */
5347 integer st_count; /* total number of known identifiers */
5348
5349 @ Certain entries in the hash table are ``frozen'' and not redefinable,
5350 since they are used in error recovery.
5351
5352 @d hash_top (hash_base+mp->hash_size) /* the first location of the frozen area */
5353 @d frozen_inaccessible hash_top /* |hash| location to protect the frozen area */
5354 @d frozen_repeat_loop (hash_top+1) /* |hash| location of a loop-repeat token */
5355 @d frozen_right_delimiter (hash_top+2) /* |hash| location of a permanent `\.)' */
5356 @d frozen_left_bracket (hash_top+3) /* |hash| location of a permanent `\.[' */
5357 @d frozen_slash (hash_top+4) /* |hash| location of a permanent `\./' */
5358 @d frozen_colon (hash_top+5) /* |hash| location of a permanent `\.:' */
5359 @d frozen_semicolon (hash_top+6) /* |hash| location of a permanent `\.;' */
5360 @d frozen_end_for (hash_top+7) /* |hash| location of a permanent \&{endfor} */
5361 @d frozen_end_def (hash_top+8) /* |hash| location of a permanent \&{enddef} */
5362 @d frozen_fi (hash_top+9) /* |hash| location of a permanent \&{fi} */
5363 @d frozen_end_group (hash_top+10) /* |hash| location of a permanent `\.{endgroup}' */
5364 @d frozen_etex (hash_top+11) /* |hash| location of a permanent \&{etex} */
5365 @d frozen_mpx_break (hash_top+12) /* |hash| location of a permanent \&{mpxbreak} */
5366 @d frozen_bad_vardef (hash_top+13) /* |hash| location of `\.{a bad variable}' */
5367 @d frozen_undefined (hash_top+14) /* |hash| location that never gets defined */
5368 @d hash_end (hash_top+14) /* the actual size of the |hash| and |eqtb| arrays */
5369
5370 @<Glob...@>=
5371 two_halves *hash; /* the hash table */
5372 two_halves *eqtb; /* the equivalents */
5373
5374 @ @<Allocate or initialize ...@>=
5375 mp->hash = xmalloc((hash_end+1),sizeof(two_halves));
5376 mp->eqtb = xmalloc((hash_end+1),sizeof(two_halves));
5377
5378 @ @<Dealloc variables@>=
5379 xfree(mp->hash);
5380 xfree(mp->eqtb);
5381
5382 @ @<Set init...@>=
5383 next(1)=0; text(1)=0; eq_type(1)=tag_token; equiv(1)=null;
5384 for (k=2;k<=hash_end;k++)  { 
5385   mp->hash[k]=mp->hash[1]; mp->eqtb[k]=mp->eqtb[1];
5386 }
5387
5388 @ @<Initialize table entries...@>=
5389 mp->hash_used=frozen_inaccessible; /* nothing is used */
5390 mp->st_count=0;
5391 text(frozen_bad_vardef)=intern("a bad variable");
5392 text(frozen_etex)=intern("etex");
5393 text(frozen_mpx_break)=intern("mpxbreak");
5394 text(frozen_fi)=intern("fi");
5395 text(frozen_end_group)=intern("endgroup");
5396 text(frozen_end_def)=intern("enddef");
5397 text(frozen_end_for)=intern("endfor");
5398 text(frozen_semicolon)=intern(";");
5399 text(frozen_colon)=intern(":");
5400 text(frozen_slash)=intern("/");
5401 text(frozen_left_bracket)=intern("[");
5402 text(frozen_right_delimiter)=intern(")");
5403 text(frozen_inaccessible)=intern(" INACCESSIBLE");
5404 eq_type(frozen_right_delimiter)=right_delimiter;
5405
5406 @ @<Check the ``constant'' values...@>=
5407 if ( hash_end+mp->max_internal>max_halfword ) mp->bad=17;
5408
5409 @ Here is the subroutine that searches the hash table for an identifier
5410 that matches a given string of length~|l| appearing in |buffer[j..
5411 (j+l-1)]|. If the identifier is not found, it is inserted; hence it
5412 will always be found, and the corresponding hash table address
5413 will be returned.
5414
5415 @c 
5416 pointer mp_id_lookup (MP mp,integer j, integer l) { /* search the hash table */
5417   integer h; /* hash code */
5418   pointer p; /* index in |hash| array */
5419   pointer k; /* index in |buffer| array */
5420   if (l==1) {
5421     @<Treat special case of length 1 and |break|@>;
5422   }
5423   @<Compute the hash code |h|@>;
5424   p=h+hash_base; /* we start searching here; note that |0<=h<hash_prime| */
5425   while (true)  { 
5426         if (text(p)>0 && length(text(p))==l && mp_str_eq_buf(mp, text(p),j)) 
5427       break;
5428     if ( next(p)==0 ) {
5429       @<Insert a new symbolic token after |p|, then
5430         make |p| point to it and |break|@>;
5431     }
5432     p=next(p);
5433   }
5434   return p;
5435 };
5436
5437 @ @<Treat special case of length 1...@>=
5438  p=mp->buffer[j]+1; text(p)=p-1; return p;
5439
5440
5441 @ @<Insert a new symbolic...@>=
5442 {
5443 if ( text(p)>0 ) { 
5444   do {  
5445     if ( hash_is_full )
5446       mp_overflow(mp, "hash size",mp->hash_size);
5447 @:MetaPost capacity exceeded hash size}{\quad hash size@>
5448     decr(mp->hash_used);
5449   } while (text(mp->hash_used)!=0); /* search for an empty location in |hash| */
5450   next(p)=mp->hash_used; 
5451   p=mp->hash_used;
5452 }
5453 str_room(l);
5454 for (k=j;k<=j+l-1;k++) {
5455   append_char(mp->buffer[k]);
5456 }
5457 text(p)=mp_make_string(mp); 
5458 mp->str_ref[text(p)]=max_str_ref;
5459 incr(mp->st_count);
5460 break;
5461 }
5462
5463
5464 @ The value of |hash_prime| should be roughly 85\pct! of |hash_size|, and it
5465 should be a prime number.  The theory of hashing tells us to expect fewer
5466 than two table probes, on the average, when the search is successful.
5467 [See J.~S. Vitter, {\sl Journal of the ACM\/ \bf30} (1983), 231--258.]
5468 @^Vitter, Jeffrey Scott@>
5469
5470 @<Compute the hash code |h|@>=
5471 h=mp->buffer[j];
5472 for (k=j+1;k<=j+l-1;k++){ 
5473   h=h+h+mp->buffer[k];
5474   while ( h>=mp->hash_prime ) h=h-mp->hash_prime;
5475 }
5476
5477 @ @<Search |eqtb| for equivalents equal to |p|@>=
5478 for (q=1;q<=hash_end;q++) { 
5479   if ( equiv(q)==p ) { 
5480     mp_print_nl(mp, "EQUIV("); 
5481     mp_print_int(mp, q); 
5482     mp_print_char(mp, ')');
5483   }
5484 }
5485
5486 @ We need to put \MP's ``primitive'' symbolic tokens into the hash
5487 table, together with their command code (which will be the |eq_type|)
5488 and an operand (which will be the |equiv|). The |primitive| procedure
5489 does this, in a way that no \MP\ user can. The global value |cur_sym|
5490 contains the new |eqtb| pointer after |primitive| has acted.
5491
5492 @c 
5493 void mp_primitive (MP mp, char *ss, halfword c, halfword o) {
5494   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
5495   small_number j; /* index into |buffer| */
5496   small_number l; /* length of the string */
5497   str_number s;
5498   s = intern(ss);
5499   k=mp->str_start[s]; l=str_stop(s)-k;
5500   /* we will move |s| into the (empty) |buffer| */
5501   for (j=0;j<=l-1;j++) {
5502     mp->buffer[j]=mp->str_pool[k+j];
5503   }
5504   mp->cur_sym=mp_id_lookup(mp, 0,l);
5505   if ( s>=256 ) { /* we don't want to have the string twice */
5506     mp_flush_string(mp, text(mp->cur_sym)); text(mp->cur_sym)=s;
5507   };
5508   eq_type(mp->cur_sym)=c; 
5509   equiv(mp->cur_sym)=o;
5510 }
5511
5512
5513 @ Many of \MP's primitives need no |equiv|, since they are identifiable
5514 by their |eq_type| alone. These primitives are loaded into the hash table
5515 as follows:
5516
5517 @<Put each of \MP's primitives into the hash table@>=
5518 mp_primitive(mp, "..",path_join,0);
5519 @:.._}{\.{..} primitive@>
5520 mp_primitive(mp, "[",left_bracket,0); mp->eqtb[frozen_left_bracket]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
5521 @:[ }{\.{[} primitive@>
5522 mp_primitive(mp, "]",right_bracket,0);
5523 @:] }{\.{]} primitive@>
5524 mp_primitive(mp, "}",right_brace,0);
5525 @:]]}{\.{\char`\}} primitive@>
5526 mp_primitive(mp, "{",left_brace,0);
5527 @:][}{\.{\char`\{} primitive@>
5528 mp_primitive(mp, ":",colon,0); mp->eqtb[frozen_colon]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
5529 @:: }{\.{:} primitive@>
5530 mp_primitive(mp, "::",double_colon,0);
5531 @::: }{\.{::} primitive@>
5532 mp_primitive(mp, "||:",bchar_label,0);
5533 @:::: }{\.{\char'174\char'174:} primitive@>
5534 mp_primitive(mp, ":=",assignment,0);
5535 @::=_}{\.{:=} primitive@>
5536 mp_primitive(mp, ",",comma,0);
5537 @:, }{\., primitive@>
5538 mp_primitive(mp, ";",semicolon,0); mp->eqtb[frozen_semicolon]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
5539 @:; }{\.; primitive@>
5540 mp_primitive(mp, "\\",relax,0);
5541 @:]]\\}{\.{\char`\\} primitive@>
5542 @#
5543 mp_primitive(mp, "addto",add_to_command,0);
5544 @:add_to_}{\&{addto} primitive@>
5545 mp_primitive(mp, "atleast",at_least,0);
5546 @:at_least_}{\&{atleast} primitive@>
5547 mp_primitive(mp, "begingroup",begin_group,0); mp->bg_loc=mp->cur_sym;
5548 @:begin_group_}{\&{begingroup} primitive@>
5549 mp_primitive(mp, "controls",controls,0);
5550 @:controls_}{\&{controls} primitive@>
5551 mp_primitive(mp, "curl",curl_command,0);
5552 @:curl_}{\&{curl} primitive@>
5553 mp_primitive(mp, "delimiters",delimiters,0);
5554 @:delimiters_}{\&{delimiters} primitive@>
5555 mp_primitive(mp, "endgroup",end_group,0);
5556  mp->eqtb[frozen_end_group]=mp->eqtb[mp->cur_sym]; mp->eg_loc=mp->cur_sym;
5557 @:endgroup_}{\&{endgroup} primitive@>
5558 mp_primitive(mp, "everyjob",every_job_command,0);
5559 @:every_job_}{\&{everyjob} primitive@>
5560 mp_primitive(mp, "exitif",exit_test,0);
5561 @:exit_if_}{\&{exitif} primitive@>
5562 mp_primitive(mp, "expandafter",expand_after,0);
5563 @:expand_after_}{\&{expandafter} primitive@>
5564 mp_primitive(mp, "interim",interim_command,0);
5565 @:interim_}{\&{interim} primitive@>
5566 mp_primitive(mp, "let",let_command,0);
5567 @:let_}{\&{let} primitive@>
5568 mp_primitive(mp, "newinternal",new_internal,0);
5569 @:new_internal_}{\&{newinternal} primitive@>
5570 mp_primitive(mp, "of",of_token,0);
5571 @:of_}{\&{of} primitive@>
5572 mp_primitive(mp, "randomseed",random_seed,0);
5573 @:random_seed_}{\&{randomseed} primitive@>
5574 mp_primitive(mp, "save",save_command,0);
5575 @:save_}{\&{save} primitive@>
5576 mp_primitive(mp, "scantokens",scan_tokens,0);
5577 @:scan_tokens_}{\&{scantokens} primitive@>
5578 mp_primitive(mp, "shipout",ship_out_command,0);
5579 @:ship_out_}{\&{shipout} primitive@>
5580 mp_primitive(mp, "skipto",skip_to,0);
5581 @:skip_to_}{\&{skipto} primitive@>
5582 mp_primitive(mp, "special",special_command,0);
5583 @:special}{\&{special} primitive@>
5584 mp_primitive(mp, "fontmapfile",special_command,1);
5585 @:fontmapfile}{\&{fontmapfile} primitive@>
5586 mp_primitive(mp, "fontmapline",special_command,2);
5587 @:fontmapline}{\&{fontmapline} primitive@>
5588 mp_primitive(mp, "step",step_token,0);
5589 @:step_}{\&{step} primitive@>
5590 mp_primitive(mp, "str",str_op,0);
5591 @:str_}{\&{str} primitive@>
5592 mp_primitive(mp, "tension",tension,0);
5593 @:tension_}{\&{tension} primitive@>
5594 mp_primitive(mp, "to",to_token,0);
5595 @:to_}{\&{to} primitive@>
5596 mp_primitive(mp, "until",until_token,0);
5597 @:until_}{\&{until} primitive@>
5598 mp_primitive(mp, "within",within_token,0);
5599 @:within_}{\&{within} primitive@>
5600 mp_primitive(mp, "write",write_command,0);
5601 @:write_}{\&{write} primitive@>
5602
5603 @ Each primitive has a corresponding inverse, so that it is possible to
5604 display the cryptic numeric contents of |eqtb| in symbolic form.
5605 Every call of |primitive| in this program is therefore accompanied by some
5606 straightforward code that forms part of the |print_cmd_mod| routine
5607 explained below.
5608
5609 @<Cases of |print_cmd_mod| for symbolic printing of primitives@>=
5610 case add_to_command:mp_print(mp, "addto"); break;
5611 case assignment:mp_print(mp, ":="); break;
5612 case at_least:mp_print(mp, "atleast"); break;
5613 case bchar_label:mp_print(mp, "||:"); break;
5614 case begin_group:mp_print(mp, "begingroup"); break;
5615 case colon:mp_print(mp, ":"); break;
5616 case comma:mp_print(mp, ","); break;
5617 case controls:mp_print(mp, "controls"); break;
5618 case curl_command:mp_print(mp, "curl"); break;
5619 case delimiters:mp_print(mp, "delimiters"); break;
5620 case double_colon:mp_print(mp, "::"); break;
5621 case end_group:mp_print(mp, "endgroup"); break;
5622 case every_job_command:mp_print(mp, "everyjob"); break;
5623 case exit_test:mp_print(mp, "exitif"); break;
5624 case expand_after:mp_print(mp, "expandafter"); break;
5625 case interim_command:mp_print(mp, "interim"); break;
5626 case left_brace:mp_print(mp, "{"); break;
5627 case left_bracket:mp_print(mp, "["); break;
5628 case let_command:mp_print(mp, "let"); break;
5629 case new_internal:mp_print(mp, "newinternal"); break;
5630 case of_token:mp_print(mp, "of"); break;
5631 case path_join:mp_print(mp, ".."); break;
5632 case random_seed:mp_print(mp, "randomseed"); break;
5633 case relax:mp_print_char(mp, '\\'); break;
5634 case right_brace:mp_print(mp, "}"); break;
5635 case right_bracket:mp_print(mp, "]"); break;
5636 case save_command:mp_print(mp, "save"); break;
5637 case scan_tokens:mp_print(mp, "scantokens"); break;
5638 case semicolon:mp_print(mp, ";"); break;
5639 case ship_out_command:mp_print(mp, "shipout"); break;
5640 case skip_to:mp_print(mp, "skipto"); break;
5641 case special_command: if ( m==2 ) mp_print(mp, "fontmapline"); else
5642                  if ( m==1 ) mp_print(mp, "fontmapfile"); else
5643                  mp_print(mp, "special"); break;
5644 case step_token:mp_print(mp, "step"); break;
5645 case str_op:mp_print(mp, "str"); break;
5646 case tension:mp_print(mp, "tension"); break;
5647 case to_token:mp_print(mp, "to"); break;
5648 case until_token:mp_print(mp, "until"); break;
5649 case within_token:mp_print(mp, "within"); break;
5650 case write_command:mp_print(mp, "write"); break;
5651
5652 @ We will deal with the other primitives later, at some point in the program
5653 where their |eq_type| and |equiv| values are more meaningful.  For example,
5654 the primitives for macro definitions will be loaded when we consider the
5655 routines that define macros.
5656 It is easy to find where each particular
5657 primitive was treated by looking in the index at the end; for example, the
5658 section where |"def"| entered |eqtb| is listed under `\&{def} primitive'.
5659
5660 @* \[14] Token lists.
5661 A \MP\ token is either symbolic or numeric or a string, or it denotes
5662 a macro parameter or capsule; so there are five corresponding ways to encode it
5663 @^token@>
5664 internally: (1)~A symbolic token whose hash code is~|p|
5665 is represented by the number |p|, in the |info| field of a single-word
5666 node in~|mem|. (2)~A numeric token whose |scaled| value is~|v| is
5667 represented in a two-word node of~|mem|; the |type| field is |known|,
5668 the |name_type| field is |token|, and the |value| field holds~|v|.
5669 The fact that this token appears in a two-word node rather than a
5670 one-word node is, of course, clear from the node address.
5671 (3)~A string token is also represented in a two-word node; the |type|
5672 field is |mp_string_type|, the |name_type| field is |token|, and the
5673 |value| field holds the corresponding |str_number|.  (4)~Capsules have
5674 |name_type=capsule|, and their |type| and |value| fields represent
5675 arbitrary values (in ways to be explained later).  (5)~Macro parameters
5676 are like symbolic tokens in that they appear in |info| fields of
5677 one-word nodes. The $k$th parameter is represented by |expr_base+k| if it
5678 is of type \&{expr}, or by |suffix_base+k| if it is of type \&{suffix}, or
5679 by |text_base+k| if it is of type \&{text}.  (Here |0<=k<param_size|.)
5680 Actual values of these parameters are kept in a separate stack, as we will
5681 see later.  The constants |expr_base|, |suffix_base|, and |text_base| are,
5682 of course, chosen so that there will be no confusion between symbolic
5683 tokens and parameters of various types.
5684
5685 Note that
5686 the `\\{type}' field of a node has nothing to do with ``type'' in a
5687 printer's sense. It's curious that the same word is used in such different ways.
5688
5689 @d type(A)   mp->mem[(A)].hh.b0 /* identifies what kind of value this is */
5690 @d name_type(A)   mp->mem[(A)].hh.b1 /* a clue to the name of this value */
5691 @d token_node_size 2 /* the number of words in a large token node */
5692 @d value_loc(A) ((A)+1) /* the word that contains the |value| field */
5693 @d value(A) mp->mem[value_loc((A))].cint /* the value stored in a large token node */
5694 @d expr_base (hash_end+1) /* code for the zeroth \&{expr} parameter */
5695 @d suffix_base (expr_base+mp->param_size) /* code for the zeroth \&{suffix} parameter */
5696 @d text_base (suffix_base+mp->param_size) /* code for the zeroth \&{text} parameter */
5697
5698 @<Check the ``constant''...@>=
5699 if ( text_base+mp->param_size>max_halfword ) mp->bad=18;
5700
5701 @ We have set aside a two word node beginning at |null| so that we can have
5702 |value(null)=0|.  We will make use of this coincidence later.
5703
5704 @<Initialize table entries...@>=
5705 link(null)=null; value(null)=0;
5706
5707 @ A numeric token is created by the following trivial routine.
5708
5709 @c 
5710 pointer mp_new_num_tok (MP mp,scaled v) {
5711   pointer p; /* the new node */
5712   p=mp_get_node(mp, token_node_size); value(p)=v;
5713   type(p)=mp_known; name_type(p)=mp_token; 
5714   return p;
5715 }
5716
5717 @ A token list is a singly linked list of nodes in |mem|, where
5718 each node contains a token and a link.  Here's a subroutine that gets rid
5719 of a token list when it is no longer needed.
5720
5721 @<Declarations@>=
5722 void mp_token_recycle (MP mp);
5723
5724
5725 @c void mp_flush_token_list (MP mp,pointer p) {
5726   pointer q; /* the node being recycled */
5727   while ( p!=null ) { 
5728     q=p; p=link(p);
5729     if ( q>=mp->hi_mem_min ) {
5730      free_avail(q);
5731     } else { 
5732       switch (type(q)) {
5733       case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
5734         break;
5735       case mp_string_type:
5736         delete_str_ref(value(q));
5737         break;
5738       case unknown_types: case mp_pen_type: case mp_path_type: 
5739       case mp_picture_type: case mp_pair_type: case mp_color_type:
5740       case mp_cmykcolor_type: case mp_transform_type: case mp_dependent:
5741       case mp_proto_dependent: case mp_independent:
5742         mp->g_pointer=q; mp_token_recycle(mp);
5743         break;
5744       default: mp_confusion(mp, "token");
5745 @:this can't happen token}{\quad token@>
5746       }
5747       mp_free_node(mp, q,token_node_size);
5748     }
5749   }
5750 }
5751
5752 @ The procedure |show_token_list|, which prints a symbolic form of
5753 the token list that starts at a given node |p|, illustrates these
5754 conventions. The token list being displayed should not begin with a reference
5755 count. However, the procedure is intended to be fairly robust, so that if the
5756 memory links are awry or if |p| is not really a pointer to a token list,
5757 almost nothing catastrophic can happen.
5758
5759 An additional parameter |q| is also given; this parameter is either null
5760 or it points to a node in the token list where a certain magic computation
5761 takes place that will be explained later. (Basically, |q| is non-null when
5762 we are printing the two-line context information at the time of an error
5763 message; |q| marks the place corresponding to where the second line
5764 should begin.)
5765
5766 The generation will stop, and `\.{\char`\ ETC.}' will be printed, if the length
5767 of printing exceeds a given limit~|l|; the length of printing upon entry is
5768 assumed to be a given amount called |null_tally|. (Note that
5769 |show_token_list| sometimes uses itself recursively to print
5770 variable names within a capsule.)
5771 @^recursion@>
5772
5773 Unusual entries are printed in the form of all-caps tokens
5774 preceded by a space, e.g., `\.{\char`\ BAD}'.
5775
5776 @<Declarations@>=
5777 void mp_print_capsule (MP mp);
5778
5779 @ @<Declare the procedure called |show_token_list|@>=
5780 void mp_show_token_list (MP mp, integer p, integer q, integer l,
5781                          integer null_tally) ;
5782
5783 @ @c
5784 void mp_show_token_list (MP mp, integer p, integer q, integer l,
5785                          integer null_tally) {
5786   small_number class,c; /* the |char_class| of previous and new tokens */
5787   integer r,v; /* temporary registers */
5788   class=percent_class;
5789   mp->tally=null_tally;
5790   while ( (p!=null) && (mp->tally<l) ) { 
5791     if ( p==q ) 
5792       @<Do magic computation@>;
5793     @<Display token |p| and set |c| to its class;
5794       but |return| if there are problems@>;
5795     class=c; p=link(p);
5796   }
5797   if ( p!=null ) 
5798      mp_print(mp, " ETC.");
5799 @.ETC@>
5800   return;
5801 };
5802
5803 @ @<Display token |p| and set |c| to its class...@>=
5804 c=letter_class; /* the default */
5805 if ( (p<0)||(p>mp->mem_end) ) { 
5806   mp_print(mp, " CLOBBERED"); return;
5807 @.CLOBBERED@>
5808 }
5809 if ( p<mp->hi_mem_min ) { 
5810   @<Display two-word token@>;
5811 } else { 
5812   r=info(p);
5813   if ( r>=expr_base ) {
5814      @<Display a parameter token@>;
5815   } else {
5816     if ( r<1 ) {
5817       if ( r==0 ) { 
5818         @<Display a collective subscript@>
5819       } else {
5820         mp_print(mp, " IMPOSSIBLE");
5821 @.IMPOSSIBLE@>
5822       }
5823     } else { 
5824       r=text(r);
5825       if ( (r<0)||(r>mp->max_str_ptr) ) {
5826         mp_print(mp, " NONEXISTENT");
5827 @.NONEXISTENT@>
5828       } else {
5829        @<Print string |r| as a symbolic token
5830         and set |c| to its class@>;
5831       }
5832     }
5833   }
5834 }
5835
5836 @ @<Display two-word token@>=
5837 if ( name_type(p)==mp_token ) {
5838   if ( type(p)==mp_known ) {
5839     @<Display a numeric token@>;
5840   } else if ( type(p)!=mp_string_type ) {
5841     mp_print(mp, " BAD");
5842 @.BAD@>
5843   } else { 
5844     mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp, value(p)); mp_print_char(mp, '"');
5845     c=string_class;
5846   }
5847 } else if ((name_type(p)!=mp_capsule)||(type(p)<mp_vacuous)||(type(p)>mp_independent) ) {
5848   mp_print(mp, " BAD");
5849 } else { 
5850   mp->g_pointer=p; mp_print_capsule(mp); c=right_paren_class;
5851 }
5852
5853 @ @<Display a numeric token@>=
5854 if ( class==digit_class ) 
5855   mp_print_char(mp, ' ');
5856 v=value(p);
5857 if ( v<0 ){ 
5858   if ( class==left_bracket_class ) 
5859     mp_print_char(mp, ' ');
5860   mp_print_char(mp, '['); mp_print_scaled(mp, v); mp_print_char(mp, ']');
5861   c=right_bracket_class;
5862 } else { 
5863   mp_print_scaled(mp, v); c=digit_class;
5864 }
5865
5866
5867 @ Strictly speaking, a genuine token will never have |info(p)=0|.
5868 But we will see later (in the |print_variable_name| routine) that
5869 it is convenient to let |info(p)=0| stand for `\.{[]}'.
5870
5871 @<Display a collective subscript@>=
5872 {
5873 if ( class==left_bracket_class ) 
5874   mp_print_char(mp, ' ');
5875 mp_print(mp, "[]"); c=right_bracket_class;
5876 }
5877
5878 @ @<Display a parameter token@>=
5879 {
5880 if ( r<suffix_base ) { 
5881   mp_print(mp, "(EXPR"); r=r-(expr_base);
5882 @.EXPR@>
5883 } else if ( r<text_base ) { 
5884   mp_print(mp, "(SUFFIX"); r=r-(suffix_base);
5885 @.SUFFIX@>
5886 } else { 
5887   mp_print(mp, "(TEXT"); r=r-(text_base);
5888 @.TEXT@>
5889 }
5890 mp_print_int(mp, r); mp_print_char(mp, ')'); c=right_paren_class;
5891 }
5892
5893
5894 @ @<Print string |r| as a symbolic token...@>=
5895
5896 c=mp->char_class[mp->str_pool[mp->str_start[r]]];
5897 if ( c==class ) {
5898   switch (c) {
5899   case letter_class:mp_print_char(mp, '.'); break;
5900   case isolated_classes: break;
5901   default: mp_print_char(mp, ' '); break;
5902   }
5903 }
5904 mp_print_str(mp, r);
5905 }
5906
5907 @ The following procedures have been declared |forward| with no parameters,
5908 because the author dislikes \PASCAL's convention about |forward| procedures
5909 with parameters. It was necessary to do something, because |show_token_list|
5910 is recursive (although the recursion is limited to one level), and because
5911 |flush_token_list| is syntactically (but not semantically) recursive.
5912 @^recursion@>
5913
5914 @<Declare miscellaneous procedures that were declared |forward|@>=
5915 void mp_print_capsule (MP mp) { 
5916   mp_print_char(mp, '('); mp_print_exp(mp, mp->g_pointer,0); mp_print_char(mp, ')');
5917 };
5918 @#
5919 void mp_token_recycle (MP mp) { 
5920   mp_recycle_value(mp, mp->g_pointer);
5921 };
5922
5923 @ @<Glob...@>=
5924 pointer g_pointer; /* (global) parameter to the |forward| procedures */
5925
5926 @ Macro definitions are kept in \MP's memory in the form of token lists
5927 that have a few extra one-word nodes at the beginning.
5928
5929 The first node contains a reference count that is used to tell when the
5930 list is no longer needed. To emphasize the fact that a reference count is
5931 present, we shall refer to the |info| field of this special node as the
5932 |ref_count| field.
5933 @^reference counts@>
5934
5935 The next node or nodes after the reference count serve to describe the
5936 formal parameters. They either contain a code word that specifies all
5937 of the parameters, or they contain zero or more parameter tokens followed
5938 by the code `|general_macro|'.
5939
5940 @d ref_count info
5941   /* reference count preceding a macro definition or picture header */
5942 @d add_mac_ref(A) incr(ref_count((A))) /* make a new reference to a macro list */
5943 @d general_macro 0 /* preface to a macro defined with a parameter list */
5944 @d primary_macro 1 /* preface to a macro with a \&{primary} parameter */
5945 @d secondary_macro 2 /* preface to a macro with a \&{secondary} parameter */
5946 @d tertiary_macro 3 /* preface to a macro with a \&{tertiary} parameter */
5947 @d expr_macro 4 /* preface to a macro with an undelimited \&{expr} parameter */
5948 @d of_macro 5 /* preface to a macro with
5949   undelimited `\&{expr} |x| \&{of}~|y|' parameters */
5950 @d suffix_macro 6 /* preface to a macro with an undelimited \&{suffix} parameter */
5951 @d text_macro 7 /* preface to a macro with an undelimited \&{text} parameter */
5952
5953 @c 
5954 void mp_delete_mac_ref (MP mp,pointer p) {
5955   /* |p| points to the reference count of a macro list that is
5956     losing one reference */
5957   if ( ref_count(p)==null ) mp_flush_token_list(mp, p);
5958   else decr(ref_count(p));
5959 }
5960
5961 @ The following subroutine displays a macro, given a pointer to its
5962 reference count.
5963
5964 @c 
5965 @<Declare the procedure called |print_cmd_mod|@>;
5966 void mp_show_macro (MP mp, pointer p, integer q, integer l) {
5967   pointer r; /* temporary storage */
5968   p=link(p); /* bypass the reference count */
5969   while ( info(p)>text_macro ){ 
5970     r=link(p); link(p)=null;
5971     mp_show_token_list(mp, p,null,l,0); link(p)=r; p=r;
5972     if ( l>0 ) l=l-mp->tally; else return;
5973   } /* control printing of `\.{ETC.}' */
5974 @.ETC@>
5975   mp->tally=0;
5976   switch(info(p)) {
5977   case general_macro:mp_print(mp, "->"); break;
5978 @.->@>
5979   case primary_macro: case secondary_macro: case tertiary_macro:
5980     mp_print_char(mp, '<');
5981     mp_print_cmd_mod(mp, param_type,info(p)); 
5982     mp_print(mp, ">->");
5983     break;
5984   case expr_macro:mp_print(mp, "<expr>->"); break;
5985   case of_macro:mp_print(mp, "<expr>of<primary>->"); break;
5986   case suffix_macro:mp_print(mp, "<suffix>->"); break;
5987   case text_macro:mp_print(mp, "<text>->"); break;
5988   } /* there are no other cases */
5989   mp_show_token_list(mp, link(p),q,l-mp->tally,0);
5990 }
5991
5992 @* \[15] Data structures for variables.
5993 The variables of \MP\ programs can be simple, like `\.x', or they can
5994 combine the structural properties of arrays and records, like `\.{x20a.b}'.
5995 A \MP\ user assigns a type to a variable like \.{x20a.b} by saying, for
5996 example, `\.{boolean} \.{x20a.b}'. It's time for us to study how such
5997 things are represented inside of the computer.
5998
5999 Each variable value occupies two consecutive words, either in a two-word
6000 node called a value node, or as a two-word subfield of a larger node.  One
6001 of those two words is called the |value| field; it is an integer,
6002 containing either a |scaled| numeric value or the representation of some
6003 other type of quantity. (It might also be subdivided into halfwords, in
6004 which case it is referred to by other names instead of |value|.) The other
6005 word is broken into subfields called |type|, |name_type|, and |link|.  The
6006 |type| field is a quarterword that specifies the variable's type, and
6007 |name_type| is a quarterword from which \MP\ can reconstruct the
6008 variable's name (sometimes by using the |link| field as well).  Thus, only
6009 1.25 words are actually devoted to the value itself; the other
6010 three-quarters of a word are overhead, but they aren't wasted because they
6011 allow \MP\ to deal with sparse arrays and to provide meaningful diagnostics.
6012
6013 In this section we shall be concerned only with the structural aspects of
6014 variables, not their values. Later parts of the program will change the
6015 |type| and |value| fields, but we shall treat those fields as black boxes
6016 whose contents should not be touched.
6017
6018 However, if the |type| field is |mp_structured|, there is no |value| field,
6019 and the second word is broken into two pointer fields called |attr_head|
6020 and |subscr_head|. Those fields point to additional nodes that
6021 contain structural information, as we shall see.
6022
6023 @d subscr_head_loc(A)   (A)+1 /* where |value|, |subscr_head| and |attr_head| are */
6024 @d attr_head(A)   info(subscr_head_loc((A))) /* pointer to attribute info */
6025 @d subscr_head(A)   link(subscr_head_loc((A))) /* pointer to subscript info */
6026 @d value_node_size 2 /* the number of words in a value node */
6027
6028 @ An attribute node is three words long. Two of these words contain |type|
6029 and |value| fields as described above, and the third word contains
6030 additional information:  There is an |attr_loc| field, which contains the
6031 hash address of the token that names this attribute; and there's also a
6032 |parent| field, which points to the value node of |mp_structured| type at the
6033 next higher level (i.e., at the level to which this attribute is
6034 subsidiary).  The |name_type| in an attribute node is `|attr|'.  The
6035 |link| field points to the next attribute with the same parent; these are
6036 arranged in increasing order, so that |attr_loc(link(p))>attr_loc(p)|. The
6037 final attribute node links to the constant |end_attr|, whose |attr_loc|
6038 field is greater than any legal hash address. The |attr_head| in the
6039 parent points to a node whose |name_type| is |mp_structured_root|; this
6040 node represents the null attribute, i.e., the variable that is relevant
6041 when no attributes are attached to the parent. The |attr_head| node is either
6042 a value node, a subscript node, or an attribute node, depending on what
6043 the parent would be if it were not structured; but the subscript and
6044 attribute fields are ignored, so it effectively contains only the data of
6045 a value node. The |link| field in this special node points to an attribute
6046 node whose |attr_loc| field is zero; the latter node represents a collective
6047 subscript `\.{[]}' attached to the parent, and its |link| field points to
6048 the first non-special attribute node (or to |end_attr| if there are none).
6049
6050 A subscript node likewise occupies three words, with |type| and |value| fields
6051 plus extra information; its |name_type| is |subscr|. In this case the
6052 third word is called the |subscript| field, which is a |scaled| integer.
6053 The |link| field points to the subscript node with the next larger
6054 subscript, if any; otherwise the |link| points to the attribute node
6055 for collective subscripts at this level. We have seen that the latter node
6056 contains an upward pointer, so that the parent can be deduced.
6057
6058 The |name_type| in a parent-less value node is |root|, and the |link|
6059 is the hash address of the token that names this value.
6060
6061 In other words, variables have a hierarchical structure that includes
6062 enough threads running around so that the program is able to move easily
6063 between siblings, parents, and children. An example should be helpful:
6064 (The reader is advised to draw a picture while reading the following
6065 description, since that will help to firm up the ideas.)
6066 Suppose that `\.x' and `\.{x.a}' and `\.{x[]b}' and `\.{x5}'
6067 and `\.{x20b}' have been mentioned in a user's program, where
6068 \.{x[]b} has been declared to be of \&{boolean} type. Let |h(x)|, |h(a)|,
6069 and |h(b)| be the hash addresses of \.x, \.a, and~\.b. Then
6070 |eq_type(h(x))=name| and |equiv(h(x))=p|, where |p|~is a two-word value
6071 node with |name_type(p)=root| and |link(p)=h(x)|. We have |type(p)=mp_structured|,
6072 |attr_head(p)=q|, and |subscr_head(p)=r|, where |q| points to a value
6073 node and |r| to a subscript node. (Are you still following this? Use
6074 a pencil to draw a diagram.) The lone variable `\.x' is represented by
6075 |type(q)| and |value(q)|; furthermore
6076 |name_type(q)=mp_structured_root| and |link(q)=q1|, where |q1| points
6077 to an attribute node representing `\.{x[]}'. Thus |name_type(q1)=attr|,
6078 |attr_loc(q1)=collective_subscript=0|, |parent(q1)=p|,
6079 |type(q1)=mp_structured|, |attr_head(q1)=qq|, and |subscr_head(q1)=qq1|;
6080 |qq| is a value node with |type(qq)=mp_numeric_type| (assuming that \.{x5} is
6081 numeric, because |qq| represents `\.{x[]}' with no further attributes),
6082 |name_type(qq)=mp_structured_root|, and
6083 |link(qq)=qq1|. (Now pay attention to the next part.) Node |qq1| is
6084 an attribute node representing `\.{x[][]}', which has never yet
6085 occurred; its |type| field is |undefined|, and its |value| field is
6086 undefined. We have |name_type(qq1)=attr|, |attr_loc(qq1)=collective_subscript|,
6087 |parent(qq1)=q1|, and |link(qq1)=qq2|. Since |qq2| represents
6088 `\.{x[]b}', |type(qq2)=mp_unknown_boolean|; also |attr_loc(qq2)=h(b)|,
6089 |parent(qq2)=q1|, |name_type(qq2)=attr|, |link(qq2)=end_attr|.
6090 (Maybe colored lines will help untangle your picture.)
6091  Node |r| is a subscript node with |type| and |value|
6092 representing `\.{x5}'; |name_type(r)=subscr|, |subscript(r)=5.0|,
6093 and |link(r)=r1| is another subscript node. To complete the picture,
6094 see if you can guess what |link(r1)| is; give up? It's~|q1|.
6095 Furthermore |subscript(r1)=20.0|, |name_type(r1)=subscr|,
6096 |type(r1)=mp_structured|, |attr_head(r1)=qqq|, |subscr_head(r1)=qqq1|,
6097 and we finish things off with three more nodes
6098 |qqq|, |qqq1|, and |qqq2| hung onto~|r1|. (Perhaps you should start again
6099 with a larger sheet of paper.) The value of variable \.{x20b}
6100 appears in node~|qqq2|, as you can well imagine.
6101
6102 If the example in the previous paragraph doesn't make things crystal
6103 clear, a glance at some of the simpler subroutines below will reveal how
6104 things work out in practice.
6105
6106 The only really unusual thing about these conventions is the use of
6107 collective subscript attributes. The idea is to avoid repeating a lot of
6108 type information when many elements of an array are identical macros
6109 (for which distinct values need not be stored) or when they don't have
6110 all of the possible attributes. Branches of the structure below collective
6111 subscript attributes do not carry actual values except for macro identifiers;
6112 branches of the structure below subscript nodes do not carry significant
6113 information in their collective subscript attributes.
6114
6115 @d attr_loc_loc(A) ((A)+2) /* where the |attr_loc| and |parent| fields are */
6116 @d attr_loc(A) info(attr_loc_loc((A))) /* hash address of this attribute */
6117 @d parent(A) link(attr_loc_loc((A))) /* pointer to |mp_structured| variable */
6118 @d subscript_loc(A) ((A)+2) /* where the |subscript| field lives */
6119 @d subscript(A) mp->mem[subscript_loc((A))].sc /* subscript of this variable */
6120 @d attr_node_size 3 /* the number of words in an attribute node */
6121 @d subscr_node_size 3 /* the number of words in a subscript node */
6122 @d collective_subscript 0 /* code for the attribute `\.{[]}' */
6123
6124 @<Initialize table...@>=
6125 attr_loc(end_attr)=hash_end+1; parent(end_attr)=null;
6126
6127 @ Variables of type \&{pair} will have values that point to four-word
6128 nodes containing two numeric values. The first of these values has
6129 |name_type=mp_x_part_sector| and the second has |name_type=mp_y_part_sector|;
6130 the |link| in the first points back to the node whose |value| points
6131 to this four-word node.
6132
6133 Variables of type \&{transform} are similar, but in this case their
6134 |value| points to a 12-word node containing six values, identified by
6135 |x_part_sector|, |y_part_sector|, |mp_xx_part_sector|, |mp_xy_part_sector|,
6136 |mp_yx_part_sector|, and |mp_yy_part_sector|.
6137 Finally, variables of type \&{color} have three values in six words
6138 identified by |mp_red_part_sector|, |mp_green_part_sector|, and |mp_blue_part_sector|.
6139
6140 When an entire structured variable is saved, the |root| indication
6141 is temporarily replaced by |saved_root|.
6142
6143 Some variables have no name; they just are used for temporary storage
6144 while expressions are being evaluated. We call them {\sl capsules}.
6145
6146 @d x_part_loc(A) (A) /* where the \&{xpart} is found in a pair or transform node */
6147 @d y_part_loc(A) ((A)+2) /* where the \&{ypart} is found in a pair or transform node */
6148 @d xx_part_loc(A) ((A)+4) /* where the \&{xxpart} is found in a transform node */
6149 @d xy_part_loc(A) ((A)+6) /* where the \&{xypart} is found in a transform node */
6150 @d yx_part_loc(A) ((A)+8) /* where the \&{yxpart} is found in a transform node */
6151 @d yy_part_loc(A) ((A)+10) /* where the \&{yypart} is found in a transform node */
6152 @d red_part_loc(A) (A) /* where the \&{redpart} is found in a color node */
6153 @d green_part_loc(A) ((A)+2) /* where the \&{greenpart} is found in a color node */
6154 @d blue_part_loc(A) ((A)+4) /* where the \&{bluepart} is found in a color node */
6155 @d cyan_part_loc(A) (A) /* where the \&{cyanpart} is found in a color node */
6156 @d magenta_part_loc(A) ((A)+2) /* where the \&{magentapart} is found in a color node */
6157 @d yellow_part_loc(A) ((A)+4) /* where the \&{yellowpart} is found in a color node */
6158 @d black_part_loc(A) ((A)+6) /* where the \&{blackpart} is found in a color node */
6159 @d grey_part_loc(A) (A) /* where the \&{greypart} is found in a color node */
6160 @#
6161 @d pair_node_size 4 /* the number of words in a pair node */
6162 @d transform_node_size 12 /* the number of words in a transform node */
6163 @d color_node_size 6 /* the number of words in a color node */
6164 @d cmykcolor_node_size 8 /* the number of words in a color node */
6165
6166 @<Glob...@>=
6167 small_number big_node_size[mp_pair_type+1];
6168 small_number sector0[mp_pair_type+1];
6169 small_number sector_offset[mp_black_part_sector+1];
6170
6171 @ The |sector0| array gives for each big node type, |name_type| values
6172 for its first subfield; the |sector_offset| array gives for each
6173 |name_type| value, the offset from the first subfield in words;
6174 and the |big_node_size| array gives the size in words for each type of
6175 big node.
6176
6177 @<Set init...@>=
6178 mp->big_node_size[mp_transform_type]=transform_node_size;
6179 mp->big_node_size[mp_pair_type]=pair_node_size;
6180 mp->big_node_size[mp_color_type]=color_node_size;
6181 mp->big_node_size[mp_cmykcolor_type]=cmykcolor_node_size;
6182 mp->sector0[mp_transform_type]=mp_x_part_sector;
6183 mp->sector0[mp_pair_type]=mp_x_part_sector;
6184 mp->sector0[mp_color_type]=mp_red_part_sector;
6185 mp->sector0[mp_cmykcolor_type]=mp_cyan_part_sector;
6186 for (k=mp_x_part_sector;k<= mp_yy_part_sector;k++ ) {
6187   mp->sector_offset[k]=2*(k-mp_x_part_sector);
6188 }
6189 for (k=mp_red_part_sector;k<= mp_blue_part_sector ; k++) {
6190   mp->sector_offset[k]=2*(k-mp_red_part_sector);
6191 }
6192 for (k=mp_cyan_part_sector;k<= mp_black_part_sector;k++ ) {
6193   mp->sector_offset[k]=2*(k-mp_cyan_part_sector);
6194 }
6195
6196 @ If |type(p)=mp_pair_type| or |mp_transform_type| and if |value(p)=null|, the
6197 procedure call |init_big_node(p)| will allocate a pair or transform node
6198 for~|p|.  The individual parts of such nodes are initially of type
6199 |mp_independent|.
6200
6201 @c 
6202 void mp_init_big_node (MP mp,pointer p) {
6203   pointer q; /* the new node */
6204   small_number s; /* its size */
6205   s=mp->big_node_size[type(p)]; q=mp_get_node(mp, s);
6206   do {  
6207     s=s-2; 
6208     @<Make variable |q+s| newly independent@>;
6209     name_type(q+s)=halfp(s)+mp->sector0[type(p)]; 
6210     link(q+s)=null;
6211   } while (s!=0);
6212   link(q)=p; value(p)=q;
6213 }
6214
6215 @ The |id_transform| function creates a capsule for the
6216 identity transformation.
6217
6218 @c 
6219 pointer mp_id_transform (MP mp) {
6220   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
6221   p=mp_get_node(mp, value_node_size); type(p)=mp_transform_type;
6222   name_type(p)=mp_capsule; value(p)=null; mp_init_big_node(mp, p); q=value(p);
6223   r=q+transform_node_size;
6224   do {  
6225     r=r-2;
6226     type(r)=mp_known; value(r)=0;
6227   } while (r!=q);
6228   value(xx_part_loc(q))=unity; 
6229   value(yy_part_loc(q))=unity;
6230   return p;
6231 }
6232
6233 @ Tokens are of type |tag_token| when they first appear, but they point
6234 to |null| until they are first used as the root of a variable.
6235 The following subroutine establishes the root node on such grand occasions.
6236
6237 @c 
6238 void mp_new_root (MP mp,pointer x) {
6239   pointer p; /* the new node */
6240   p=mp_get_node(mp, value_node_size); type(p)=undefined; name_type(p)=mp_root;
6241   link(p)=x; equiv(x)=p;
6242 }
6243
6244 @ These conventions for variable representation are illustrated by the
6245 |print_variable_name| routine, which displays the full name of a
6246 variable given only a pointer to its two-word value packet.
6247
6248 @<Declarations@>=
6249 void mp_print_variable_name (MP mp, pointer p);
6250
6251 @ @c 
6252 void mp_print_variable_name (MP mp, pointer p) {
6253   pointer q; /* a token list that will name the variable's suffix */
6254   pointer r; /* temporary for token list creation */
6255   while ( name_type(p)>=mp_x_part_sector ) {
6256     @<Preface the output with a part specifier; |return| in the
6257       case of a capsule@>;
6258   }
6259   q=null;
6260   while ( name_type(p)>mp_saved_root ) {
6261     @<Ascend one level, pushing a token onto list |q|
6262      and replacing |p| by its parent@>;
6263   }
6264   r=mp_get_avail(mp); info(r)=link(p); link(r)=q;
6265   if ( name_type(p)==mp_saved_root ) mp_print(mp, "(SAVED)");
6266 @.SAVED@>
6267   mp_show_token_list(mp, r,null,el_gordo,mp->tally); 
6268   mp_flush_token_list(mp, r);
6269 }
6270
6271 @ @<Ascend one level, pushing a token onto list |q|...@>=
6272
6273   if ( name_type(p)==mp_subscr ) { 
6274     r=mp_new_num_tok(mp, subscript(p));
6275     do {  
6276       p=link(p);
6277     } while (name_type(p)!=mp_attr);
6278   } else if ( name_type(p)==mp_structured_root ) {
6279     p=link(p); goto FOUND;
6280   } else { 
6281     if ( name_type(p)!=mp_attr ) mp_confusion(mp, "var");
6282 @:this can't happen var}{\quad var@>
6283     r=mp_get_avail(mp); info(r)=attr_loc(p);
6284   }
6285   link(r)=q; q=r;
6286 FOUND:  
6287   p=parent(p);
6288 }
6289
6290 @ @<Preface the output with a part specifier...@>=
6291 { switch (name_type(p)) {
6292   case mp_x_part_sector: mp_print_char(mp, 'x'); break;
6293   case mp_y_part_sector: mp_print_char(mp, 'y'); break;
6294   case mp_xx_part_sector: mp_print(mp, "xx"); break;
6295   case mp_xy_part_sector: mp_print(mp, "xy"); break;
6296   case mp_yx_part_sector: mp_print(mp, "yx"); break;
6297   case mp_yy_part_sector: mp_print(mp, "yy"); break;
6298   case mp_red_part_sector: mp_print(mp, "red"); break;
6299   case mp_green_part_sector: mp_print(mp, "green"); break;
6300   case mp_blue_part_sector: mp_print(mp, "blue"); break;
6301   case mp_cyan_part_sector: mp_print(mp, "cyan"); break;
6302   case mp_magenta_part_sector: mp_print(mp, "magenta"); break;
6303   case mp_yellow_part_sector: mp_print(mp, "yellow"); break;
6304   case mp_black_part_sector: mp_print(mp, "black"); break;
6305   case mp_grey_part_sector: mp_print(mp, "grey"); break;
6306   case mp_capsule: 
6307     mp_print(mp, "%CAPSULE"); mp_print_int(mp, p-null); return;
6308     break;
6309 @.CAPSULE@>
6310   } /* there are no other cases */
6311   mp_print(mp, "part "); 
6312   p=link(p-mp->sector_offset[name_type(p)]);
6313 }
6314
6315 @ The |interesting| function returns |true| if a given variable is not
6316 in a capsule, or if the user wants to trace capsules.
6317
6318 @c 
6319 boolean mp_interesting (MP mp,pointer p) {
6320   small_number t; /* a |name_type| */
6321   if ( mp->internal[mp_tracing_capsules]>0 ) {
6322     return true;
6323   } else { 
6324     t=name_type(p);
6325     if ( t>=mp_x_part_sector ) if ( t!=mp_capsule )
6326       t=name_type(link(p-mp->sector_offset[t]));
6327     return (t!=mp_capsule);
6328   }
6329 }
6330
6331 @ Now here is a subroutine that converts an unstructured type into an
6332 equivalent structured type, by inserting a |mp_structured| node that is
6333 capable of growing. This operation is done only when |name_type(p)=root|,
6334 |subscr|, or |attr|.
6335
6336 The procedure returns a pointer to the new node that has taken node~|p|'s
6337 place in the structure. Node~|p| itself does not move, nor are its
6338 |value| or |type| fields changed in any way.
6339
6340 @c 
6341 pointer mp_new_structure (MP mp,pointer p) {
6342   pointer q,r=0; /* list manipulation registers */
6343   switch (name_type(p)) {
6344   case mp_root: 
6345     q=link(p); r=mp_get_node(mp, value_node_size); equiv(q)=r;
6346     break;
6347   case mp_subscr: 
6348     @<Link a new subscript node |r| in place of node |p|@>;
6349     break;
6350   case mp_attr: 
6351     @<Link a new attribute node |r| in place of node |p|@>;
6352     break;
6353   default: 
6354     mp_confusion(mp, "struct");
6355 @:this can't happen struct}{\quad struct@>
6356     break;
6357   }
6358   link(r)=link(p); type(r)=mp_structured; name_type(r)=name_type(p);
6359   attr_head(r)=p; name_type(p)=mp_structured_root;
6360   q=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(p)=q; subscr_head(r)=q;
6361   parent(q)=r; type(q)=undefined; name_type(q)=mp_attr; link(q)=end_attr;
6362   attr_loc(q)=collective_subscript; 
6363   return r;
6364 };
6365
6366 @ @<Link a new subscript node |r| in place of node |p|@>=
6367
6368   q=p;
6369   do {  
6370     q=link(q);
6371   } while (name_type(q)!=mp_attr);
6372   q=parent(q); r=subscr_head_loc(q); /* |link(r)=subscr_head(q)| */
6373   do {  
6374     q=r; r=link(r);
6375   } while (r!=p);
6376   r=mp_get_node(mp, subscr_node_size);
6377   link(q)=r; subscript(r)=subscript(p);
6378 }
6379
6380 @ If the attribute is |collective_subscript|, there are two pointers to
6381 node~|p|, so we must change both of them.
6382
6383 @<Link a new attribute node |r| in place of node |p|@>=
6384
6385   q=parent(p); r=attr_head(q);
6386   do {  
6387     q=r; r=link(r);
6388   } while (r!=p);
6389   r=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(q)=r;
6390   mp->mem[attr_loc_loc(r)]=mp->mem[attr_loc_loc(p)]; /* copy |attr_loc| and |parent| */
6391   if ( attr_loc(p)==collective_subscript ) { 
6392     q=subscr_head_loc(parent(p));
6393     while ( link(q)!=p ) q=link(q);
6394     link(q)=r;
6395   }
6396 }
6397
6398 @ The |find_variable| routine is given a pointer~|t| to a nonempty token
6399 list of suffixes; it returns a pointer to the corresponding two-word
6400 value. For example, if |t| points to token \.x followed by a numeric
6401 token containing the value~7, |find_variable| finds where the value of
6402 \.{x7} is stored in memory. This may seem a simple task, and it
6403 usually is, except when \.{x7} has never been referenced before.
6404 Indeed, \.x may never have even been subscripted before; complexities
6405 arise with respect to updating the collective subscript information.
6406
6407 If a macro type is detected anywhere along path~|t|, or if the first
6408 item on |t| isn't a |tag_token|, the value |null| is returned.
6409 Otherwise |p| will be a non-null pointer to a node such that
6410 |undefined<type(p)<mp_structured|.
6411
6412 @d abort_find { return null; }
6413
6414 @c 
6415 pointer mp_find_variable (MP mp,pointer t) {
6416   pointer p,q,r,s; /* nodes in the ``value'' line */
6417   pointer pp,qq,rr,ss; /* nodes in the ``collective'' line */
6418   integer n; /* subscript or attribute */
6419   memory_word save_word; /* temporary storage for a word of |mem| */
6420 @^inner loop@>
6421   p=info(t); t=link(t);
6422   if ( (eq_type(p) % outer_tag) != tag_token ) abort_find;
6423   if ( equiv(p)==null ) mp_new_root(mp, p);
6424   p=equiv(p); pp=p;
6425   while ( t!=null ) { 
6426     @<Make sure that both nodes |p| and |pp| are of |mp_structured| type@>;
6427     if ( t<mp->hi_mem_min ) {
6428       @<Descend one level for the subscript |value(t)|@>
6429     } else {
6430       @<Descend one level for the attribute |info(t)|@>;
6431     }
6432     t=link(t);
6433   }
6434   if ( type(pp)>=mp_structured ) {
6435     if ( type(pp)==mp_structured ) pp=attr_head(pp); else abort_find;
6436   }
6437   if ( type(p)==mp_structured ) p=attr_head(p);
6438   if ( type(p)==undefined ) { 
6439     if ( type(pp)==undefined ) { type(pp)=mp_numeric_type; value(pp)=null; };
6440     type(p)=type(pp); value(p)=null;
6441   };
6442   return p;
6443 }
6444
6445 @ Although |pp| and |p| begin together, they diverge when a subscript occurs;
6446 |pp|~stays in the collective line while |p|~goes through actual subscript
6447 values.
6448
6449 @<Make sure that both nodes |p| and |pp|...@>=
6450 if ( type(pp)!=mp_structured ) { 
6451   if ( type(pp)>mp_structured ) abort_find;
6452   ss=mp_new_structure(mp, pp);
6453   if ( p==pp ) p=ss;
6454   pp=ss;
6455 }; /* now |type(pp)=mp_structured| */
6456 if ( type(p)!=mp_structured ) /* it cannot be |>mp_structured| */
6457   p=mp_new_structure(mp, p) /* now |type(p)=mp_structured| */
6458
6459 @ We want this part of the program to be reasonably fast, in case there are
6460 @^inner loop@>
6461 lots of subscripts at the same level of the data structure. Therefore
6462 we store an ``infinite'' value in the word that appears at the end of the
6463 subscript list, even though that word isn't part of a subscript node.
6464
6465 @<Descend one level for the subscript |value(t)|@>=
6466
6467   n=value(t);
6468   pp=link(attr_head(pp)); /* now |attr_loc(pp)=collective_subscript| */
6469   q=link(attr_head(p)); save_word=mp->mem[subscript_loc(q)];
6470   subscript(q)=el_gordo; s=subscr_head_loc(p); /* |link(s)=subscr_head(p)| */
6471   do {  
6472     r=s; s=link(s);
6473   } while (n>subscript(s));
6474   if ( n==subscript(s) ) {
6475     p=s;
6476   } else { 
6477     p=mp_get_node(mp, subscr_node_size); link(r)=p; link(p)=s;
6478     subscript(p)=n; name_type(p)=mp_subscr; type(p)=undefined;
6479   }
6480   mp->mem[subscript_loc(q)]=save_word;
6481 }
6482
6483 @ @<Descend one level for the attribute |info(t)|@>=
6484
6485   n=info(t);
6486   ss=attr_head(pp);
6487   do {  
6488     rr=ss; ss=link(ss);
6489   } while (n>attr_loc(ss));
6490   if ( n<attr_loc(ss) ) { 
6491     qq=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(rr)=qq; link(qq)=ss;
6492     attr_loc(qq)=n; name_type(qq)=mp_attr; type(qq)=undefined;
6493     parent(qq)=pp; ss=qq;
6494   }
6495   if ( p==pp ) { 
6496     p=ss; pp=ss;
6497   } else { 
6498     pp=ss; s=attr_head(p);
6499     do {  
6500       r=s; s=link(s);
6501     } while (n>attr_loc(s));
6502     if ( n==attr_loc(s) ) {
6503       p=s;
6504     } else { 
6505       q=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(r)=q; link(q)=s;
6506       attr_loc(q)=n; name_type(q)=mp_attr; type(q)=undefined;
6507       parent(q)=p; p=q;
6508     }
6509   }
6510 }
6511
6512 @ Variables lose their former values when they appear in a type declaration,
6513 or when they are defined to be macros or \&{let} equal to something else.
6514 A subroutine will be defined later that recycles the storage associated
6515 with any particular |type| or |value|; our goal now is to study a higher
6516 level process called |flush_variable|, which selectively frees parts of a
6517 variable structure.
6518
6519 This routine has some complexity because of examples such as
6520 `\hbox{\tt numeric x[]a[]b}'
6521 which recycles all variables of the form \.{x[i]a[j]b} (and no others), while
6522 `\hbox{\tt vardef x[]a[]=...}'
6523 discards all variables of the form \.{x[i]a[j]} followed by an arbitrary
6524 suffix, except for the collective node \.{x[]a[]} itself. The obvious way
6525 to handle such examples is to use recursion; so that's what we~do.
6526 @^recursion@>
6527
6528 Parameter |p| points to the root information of the variable;
6529 parameter |t| points to a list of one-word nodes that represent
6530 suffixes, with |info=collective_subscript| for subscripts.
6531
6532 @<Declarations@>=
6533 @<Declare subroutines for printing expressions@>
6534 @<Declare basic dependency-list subroutines@>
6535 @<Declare the recycling subroutines@>
6536 void mp_flush_cur_exp (MP mp,scaled v) ;
6537 @<Declare the procedure called |flush_below_variable|@>
6538
6539 @ @c 
6540 void mp_flush_variable (MP mp,pointer p, pointer t, boolean discard_suffixes) {
6541   pointer q,r; /* list manipulation */
6542   halfword n; /* attribute to match */
6543   while ( t!=null ) { 
6544     if ( type(p)!=mp_structured ) return;
6545     n=info(t); t=link(t);
6546     if ( n==collective_subscript ) { 
6547       r=subscr_head_loc(p); q=link(r); /* |q=subscr_head(p)| */
6548       while ( name_type(q)==mp_subscr ){ 
6549         mp_flush_variable(mp, q,t,discard_suffixes);
6550         if ( t==null ) {
6551           if ( type(q)==mp_structured ) r=q;
6552           else  { link(r)=link(q); mp_free_node(mp, q,subscr_node_size);   }
6553         } else {
6554           r=q;
6555         }
6556         q=link(r);
6557       }
6558     }
6559     p=attr_head(p);
6560     do {  
6561       r=p; p=link(p);
6562     } while (attr_loc(p)<n);
6563     if ( attr_loc(p)!=n ) return;
6564   }
6565   if ( discard_suffixes ) {
6566     mp_flush_below_variable(mp, p);
6567   } else { 
6568     if ( type(p)==mp_structured ) p=attr_head(p);
6569     mp_recycle_value(mp, p);
6570   }
6571 }
6572
6573 @ The next procedure is simpler; it wipes out everything but |p| itself,
6574 which becomes undefined.
6575
6576 @<Declare the procedure called |flush_below_variable|@>=
6577 void mp_flush_below_variable (MP mp, pointer p);
6578
6579 @ @c
6580 void mp_flush_below_variable (MP mp,pointer p) {
6581    pointer q,r; /* list manipulation registers */
6582   if ( type(p)!=mp_structured ) {
6583     mp_recycle_value(mp, p); /* this sets |type(p)=undefined| */
6584   } else { 
6585     q=subscr_head(p);
6586     while ( name_type(q)==mp_subscr ) { 
6587       mp_flush_below_variable(mp, q); r=q; q=link(q);
6588       mp_free_node(mp, r,subscr_node_size);
6589     }
6590     r=attr_head(p); q=link(r); mp_recycle_value(mp, r);
6591     if ( name_type(p)<=mp_saved_root ) mp_free_node(mp, r,value_node_size);
6592     else mp_free_node(mp, r,subscr_node_size);
6593     /* we assume that |subscr_node_size=attr_node_size| */
6594     do {  
6595       mp_flush_below_variable(mp, q); r=q; q=link(q); mp_free_node(mp, r,attr_node_size);
6596     } while (q!=end_attr);
6597     type(p)=undefined;
6598   }
6599 }
6600
6601 @ Just before assigning a new value to a variable, we will recycle the
6602 old value and make the old value undefined. The |und_type| routine
6603 determines what type of undefined value should be given, based on
6604 the current type before recycling.
6605
6606 @c 
6607 small_number mp_und_type (MP mp,pointer p) { 
6608   switch (type(p)) {
6609   case undefined: case mp_vacuous:
6610     return undefined;
6611   case mp_boolean_type: case mp_unknown_boolean:
6612     return mp_unknown_boolean;
6613   case mp_string_type: case mp_unknown_string:
6614     return mp_unknown_string;
6615   case mp_pen_type: case mp_unknown_pen:
6616     return mp_unknown_pen;
6617   case mp_path_type: case mp_unknown_path:
6618     return mp_unknown_path;
6619   case mp_picture_type: case mp_unknown_picture:
6620     return mp_unknown_picture;
6621   case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type:
6622   case mp_pair_type: case mp_numeric_type: 
6623     return type(p);
6624   case mp_known: case mp_dependent: case mp_proto_dependent: case mp_independent:
6625     return mp_numeric_type;
6626   } /* there are no other cases */
6627   return 0;
6628 }
6629
6630 @ The |clear_symbol| routine is used when we want to redefine the equivalent
6631 of a symbolic token. It must remove any variable structure or macro
6632 definition that is currently attached to that symbol. If the |saving|
6633 parameter is true, a subsidiary structure is saved instead of destroyed.
6634
6635 @c 
6636 void mp_clear_symbol (MP mp,pointer p, boolean saving) {
6637   pointer q; /* |equiv(p)| */
6638   q=equiv(p);
6639   switch (eq_type(p) % outer_tag)  {
6640   case defined_macro:
6641   case secondary_primary_macro:
6642   case tertiary_secondary_macro:
6643   case expression_tertiary_macro: 
6644     if ( ! saving ) mp_delete_mac_ref(mp, q);
6645     break;
6646   case tag_token:
6647     if ( q!=null ) {
6648       if ( saving ) {
6649         name_type(q)=mp_saved_root;
6650       } else { 
6651         mp_flush_below_variable(mp, q); mp_free_node(mp,q,value_node_size); 
6652       }
6653     }
6654     break;
6655   default:
6656     break;
6657   }
6658   mp->eqtb[p]=mp->eqtb[frozen_undefined];
6659 };
6660
6661 @* \[16] Saving and restoring equivalents.
6662 The nested structure given by \&{begingroup} and \&{endgroup}
6663 allows |eqtb| entries to be saved and restored, so that temporary changes
6664 can be made without difficulty.  When the user requests a current value to
6665 be saved, \MP\ puts that value into its ``save stack.'' An appearance of
6666 \&{endgroup} ultimately causes the old values to be removed from the save
6667 stack and put back in their former places.
6668
6669 The save stack is a linked list containing three kinds of entries,
6670 distinguished by their |info| fields. If |p| points to a saved item,
6671 then
6672
6673 \smallskip\hang
6674 |info(p)=0| stands for a group boundary; each \&{begingroup} contributes
6675 such an item to the save stack and each \&{endgroup} cuts back the stack
6676 until the most recent such entry has been removed.
6677
6678 \smallskip\hang
6679 |info(p)=q|, where |1<=q<=hash_end|, means that |mem[p+1]| holds the former
6680 contents of |eqtb[q]|. Such save stack entries are generated by \&{save}
6681 commands or suitable \&{interim} commands.
6682
6683 \smallskip\hang
6684 |info(p)=hash_end+q|, where |q>0|, means that |value(p)| is a |scaled|
6685 integer to be restored to internal parameter number~|q|. Such entries
6686 are generated by \&{interim} commands.
6687
6688 \smallskip\noindent
6689 The global variable |save_ptr| points to the top item on the save stack.
6690
6691 @d save_node_size 2 /* number of words per non-boundary save-stack node */
6692 @d saved_equiv(A) mp->mem[(A)+1].hh /* where an |eqtb| entry gets saved */
6693 @d save_boundary_item(A) { (A)=mp_get_avail(mp); info((A))=0;
6694   link((A))=mp->save_ptr; mp->save_ptr=(A);
6695   }
6696
6697 @<Glob...@>=
6698 pointer save_ptr; /* the most recently saved item */
6699
6700 @ @<Set init...@>=mp->save_ptr=null;
6701
6702 @ The |save_variable| routine is given a hash address |q|; it salts this
6703 address in the save stack, together with its current equivalent,
6704 then makes token~|q| behave as though it were brand new.
6705
6706 Nothing is stacked when |save_ptr=null|, however; there's no way to remove
6707 things from the stack when the program is not inside a group, so there's
6708 no point in wasting the space.
6709
6710 @c void mp_save_variable (MP mp,pointer q) {
6711   pointer p; /* temporary register */
6712   if ( mp->save_ptr!=null ){ 
6713     p=mp_get_node(mp, save_node_size); info(p)=q; link(p)=mp->save_ptr;
6714     saved_equiv(p)=mp->eqtb[q]; mp->save_ptr=p;
6715   }
6716   mp_clear_symbol(mp, q,(mp->save_ptr!=null));
6717 }
6718
6719 @ Similarly, |save_internal| is given the location |q| of an internal
6720 quantity like |mp_tracing_pens|. It creates a save stack entry of the
6721 third kind.
6722
6723 @c void mp_save_internal (MP mp,halfword q) {
6724   pointer p; /* new item for the save stack */
6725   if ( mp->save_ptr!=null ){ 
6726      p=mp_get_node(mp, save_node_size); info(p)=hash_end+q;
6727     link(p)=mp->save_ptr; value(p)=mp->internal[q]; mp->save_ptr=p;
6728   }
6729 }
6730
6731 @ At the end of a group, the |unsave| routine restores all of the saved
6732 equivalents in reverse order. This routine will be called only when there
6733 is at least one boundary item on the save stack.
6734
6735 @c 
6736 void mp_unsave (MP mp) {
6737   pointer q; /* index to saved item */
6738   pointer p; /* temporary register */
6739   while ( info(mp->save_ptr)!=0 ) {
6740     q=info(mp->save_ptr);
6741     if ( q>hash_end ) {
6742       if ( mp->internal[mp_tracing_restores]>0 ) {
6743         mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{restoring ");
6744         mp_print(mp, mp->int_name[q-(hash_end)]); mp_print_char(mp, '=');
6745         mp_print_scaled(mp, value(mp->save_ptr)); mp_print_char(mp, '}');
6746         mp_end_diagnostic(mp, false);
6747       }
6748       mp->internal[q-(hash_end)]=value(mp->save_ptr);
6749     } else { 
6750       if ( mp->internal[mp_tracing_restores]>0 ) {
6751         mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{restoring ");
6752         mp_print_text(q); mp_print_char(mp, '}');
6753         mp_end_diagnostic(mp, false);
6754       }
6755       mp_clear_symbol(mp, q,false);
6756       mp->eqtb[q]=saved_equiv(mp->save_ptr);
6757       if ( eq_type(q) % outer_tag==tag_token ) {
6758         p=equiv(q);
6759         if ( p!=null ) name_type(p)=mp_root;
6760       }
6761     }
6762     p=link(mp->save_ptr); 
6763     mp_free_node(mp, mp->save_ptr,save_node_size); mp->save_ptr=p;
6764   }
6765   p=link(mp->save_ptr); free_avail(mp->save_ptr); mp->save_ptr=p;
6766 }
6767
6768 @* \[17] Data structures for paths.
6769 When a \MP\ user specifies a path, \MP\ will create a list of knots
6770 and control points for the associated cubic spline curves. If the
6771 knots are $z_0$, $z_1$, \dots, $z_n$, there are control points
6772 $z_k^+$ and $z_{k+1}^-$ such that the cubic splines between knots
6773 $z_k$ and $z_{k+1}$ are defined by B\'ezier's formula
6774 @:Bezier}{B\'ezier, Pierre Etienne@>
6775 $$\eqalign{z(t)&=B(z_k,z_k^+,z_{k+1}^-,z_{k+1};t)\cr
6776 &=(1-t)^3z_k+3(1-t)^2tz_k^++3(1-t)t^2z_{k+1}^-+t^3z_{k+1}\cr}$$
6777 for |0<=t<=1|.
6778
6779 There is a 8-word node for each knot $z_k$, containing one word of
6780 control information and six words for the |x| and |y| coordinates of
6781 $z_k^-$ and $z_k$ and~$z_k^+$. The control information appears in the
6782 |left_type| and |right_type| fields, which each occupy a quarter of
6783 the first word in the node; they specify properties of the curve as it
6784 enters and leaves the knot. There's also a halfword |link| field,
6785 which points to the following knot, and a final supplementary word (of
6786 which only a quarter is used).
6787
6788 If the path is a closed contour, knots 0 and |n| are identical;
6789 i.e., the |link| in knot |n-1| points to knot~0. But if the path
6790 is not closed, the |left_type| of knot~0 and the |right_type| of knot~|n|
6791 are equal to |endpoint|. In the latter case the |link| in knot~|n| points
6792 to knot~0, and the control points $z_0^-$ and $z_n^+$ are not used.
6793
6794 @d left_type(A)   mp->mem[(A)].hh.b0 /* characterizes the path entering this knot */
6795 @d right_type(A)   mp->mem[(A)].hh.b1 /* characterizes the path leaving this knot */
6796 @d x_coord(A)   mp->mem[(A)+1].sc /* the |x| coordinate of this knot */
6797 @d y_coord(A)   mp->mem[(A)+2].sc /* the |y| coordinate of this knot */
6798 @d left_x(A)   mp->mem[(A)+3].sc /* the |x| coordinate of previous control point */
6799 @d left_y(A)   mp->mem[(A)+4].sc /* the |y| coordinate of previous control point */
6800 @d right_x(A)   mp->mem[(A)+5].sc /* the |x| coordinate of next control point */
6801 @d right_y(A)   mp->mem[(A)+6].sc /* the |y| coordinate of next control point */
6802 @d x_loc(A)   ((A)+1) /* where the |x| coordinate is stored in a knot */
6803 @d y_loc(A)   ((A)+2) /* where the |y| coordinate is stored in a knot */
6804 @d knot_coord(A)   mp->mem[(A)].sc /* |x| or |y| coordinate given |x_loc| or |y_loc| */
6805 @d left_coord(A)   mp->mem[(A)+2].sc
6806   /* coordinate of previous control point given |x_loc| or |y_loc| */
6807 @d right_coord(A)   mp->mem[(A)+4].sc
6808   /* coordinate of next control point given |x_loc| or |y_loc| */
6809 @d knot_node_size 8 /* number of words in a knot node */
6810
6811 @<Types...@>=
6812 enum mp_knot_type {
6813  mp_endpoint=0, /* |left_type| at path beginning and |right_type| at path end */
6814  mp_explicit, /* |left_type| or |right_type| when control points are known */
6815  mp_given, /* |left_type| or |right_type| when a direction is given */
6816  mp_curl, /* |left_type| or |right_type| when a curl is desired */
6817  mp_open, /* |left_type| or |right_type| when \MP\ should choose the direction */
6818  mp_end_cycle
6819 } ;
6820
6821 @ Before the B\'ezier control points have been calculated, the memory
6822 space they will ultimately occupy is taken up by information that can be
6823 used to compute them. There are four cases:
6824
6825 \yskip
6826 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_open|, the curve should leave
6827 the knot in the same direction it entered; \MP\ will figure out a
6828 suitable direction.
6829
6830 \yskip
6831 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_curl|, the curve should leave the
6832 knot in a direction depending on the angle at which it enters the next
6833 knot and on the curl parameter stored in |right_curl|.
6834
6835 \yskip
6836 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_given|, the curve should leave the
6837 knot in a nonzero direction stored as an |angle| in |right_given|.
6838
6839 \yskip
6840 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_explicit|, the B\'ezier control
6841 point for leaving this knot has already been computed; it is in the
6842 |right_x| and |right_y| fields.
6843
6844 \yskip\noindent
6845 The rules for |left_type| are similar, but they refer to the curve entering
6846 the knot, and to \\{left} fields instead of \\{right} fields.
6847
6848 Non-|explicit| control points will be chosen based on ``tension'' parameters
6849 in the |left_tension| and |right_tension| fields. The
6850 `\&{atleast}' option is represented by negative tension values.
6851 @:at_least_}{\&{atleast} primitive@>
6852
6853 For example, the \MP\ path specification
6854 $$\.{z0..z1..tension atleast 1..\{curl 2\}z2..z3\{-1,-2\}..tension
6855   3 and 4..p},$$
6856 where \.p is the path `\.{z4..controls z45 and z54..z5}', will be represented
6857 by the six knots
6858 \def\lodash{\hbox to 1.1em{\thinspace\hrulefill\thinspace}}
6859 $$\vbox{\halign{#\hfil&&\qquad#\hfil\cr
6860 |left_type|&\\{left} info&|x_coord,y_coord|&|right_type|&\\{right} info\cr
6861 \noalign{\yskip}
6862 |endpoint|&\lodash$,\,$\lodash&$x_0,y_0$&|curl|&$1.0,1.0$\cr
6863 |open|&\lodash$,1.0$&$x_1,y_1$&|open|&\lodash$,-1.0$\cr
6864 |curl|&$2.0,-1.0$&$x_2,y_2$&|curl|&$2.0,1.0$\cr
6865 |given|&$d,1.0$&$x_3,y_3$&|given|&$d,3.0$\cr
6866 |open|&\lodash$,4.0$&$x_4,y_4$&|explicit|&$x_{45},y_{45}$\cr
6867 |explicit|&$x_{54},y_{54}$&$x_5,y_5$&|endpoint|&\lodash$,\,$\lodash\cr}}$$
6868 Here |d| is the |angle| obtained by calling |n_arg(-unity,-two)|.
6869 Of course, this example is more complicated than anything a normal user
6870 would ever write.
6871
6872 These types must satisfy certain restrictions because of the form of \MP's
6873 path syntax:
6874 (i)~|open| type never appears in the same node together with |endpoint|,
6875 |given|, or |curl|.
6876 (ii)~The |right_type| of a node is |explicit| if and only if the
6877 |left_type| of the following node is |explicit|.
6878 (iii)~|endpoint| types occur only at the ends, as mentioned above.
6879
6880 @d left_curl left_x /* curl information when entering this knot */
6881 @d left_given left_x /* given direction when entering this knot */
6882 @d left_tension left_y /* tension information when entering this knot */
6883 @d right_curl right_x /* curl information when leaving this knot */
6884 @d right_given right_x /* given direction when leaving this knot */
6885 @d right_tension right_y /* tension information when leaving this knot */
6886
6887 @ Knots can be user-supplied, or they can be created by program code,
6888 like the |split_cubic| function, or |copy_path|. The distinction is
6889 needed for the cleanup routine that runs after |split_cubic|, because
6890 it should only delete knots it has previously inserted, and never
6891 anything that was user-supplied. In order to be able to differentiate
6892 one knot from another, we will set |originator(p):=mp_metapost_user| when
6893 it appeared in the actual metapost program, and
6894 |originator(p):=mp_program_code| in all other cases.
6895
6896 @d originator(A)   mp->mem[(A)+7].hh.b0 /* the creator of this knot */
6897
6898 @<Types...@>=
6899 enum {
6900   mp_program_code=0, /* not created by a user */
6901   mp_metapost_user, /* created by a user */
6902 };
6903
6904 @ Here is a routine that prints a given knot list
6905 in symbolic form. It illustrates the conventions discussed above,
6906 and checks for anomalies that might arise while \MP\ is being debugged.
6907
6908 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
6909 void mp_pr_path (MP mp,pointer h);
6910
6911 @ @c
6912 void mp_pr_path (MP mp,pointer h) {
6913   pointer p,q; /* for list traversal */
6914   p=h;
6915   do {  
6916     q=link(p);
6917     if ( (p==null)||(q==null) ) { 
6918       mp_print_nl(mp, "???"); return; /* this won't happen */
6919 @.???@>
6920     }
6921     @<Print information for adjacent knots |p| and |q|@>;
6922   DONE1:
6923     p=q;
6924     if ( (p!=h)||(left_type(h)!=mp_endpoint) ) {
6925       @<Print two dots, followed by |given| or |curl| if present@>;
6926     }
6927   } while (p!=h);
6928   if ( left_type(h)!=mp_endpoint ) 
6929     mp_print(mp, "cycle");
6930 }
6931
6932 @ @<Print information for adjacent knots...@>=
6933 mp_print_two(mp, x_coord(p),y_coord(p));
6934 switch (right_type(p)) {
6935 case mp_endpoint: 
6936   if ( left_type(p)==mp_open ) mp_print(mp, "{open?}"); /* can't happen */
6937 @.open?@>
6938   if ( (left_type(q)!=mp_endpoint)||(q!=h) ) q=null; /* force an error */
6939   goto DONE1;
6940   break;
6941 case mp_explicit: 
6942   @<Print control points between |p| and |q|, then |goto done1|@>;
6943   break;
6944 case mp_open: 
6945   @<Print information for a curve that begins |open|@>;
6946   break;
6947 case mp_curl:
6948 case mp_given: 
6949   @<Print information for a curve that begins |curl| or |given|@>;
6950   break;
6951 default:
6952   mp_print(mp, "???"); /* can't happen */
6953 @.???@>
6954   break;
6955 }
6956 if ( left_type(q)<=mp_explicit ) {
6957   mp_print(mp, "..control?"); /* can't happen */
6958 @.control?@>
6959 } else if ( (right_tension(p)!=unity)||(left_tension(q)!=unity) ) {
6960   @<Print tension between |p| and |q|@>;
6961 }
6962
6963 @ Since |n_sin_cos| produces |fraction| results, which we will print as if they
6964 were |scaled|, the magnitude of a |given| direction vector will be~4096.
6965
6966 @<Print two dots...@>=
6967
6968   mp_print_nl(mp, " ..");
6969   if ( left_type(p)==mp_given ) { 
6970     mp_n_sin_cos(mp, left_given(p)); mp_print_char(mp, '{');
6971     mp_print_scaled(mp, mp->n_cos); mp_print_char(mp, ',');
6972     mp_print_scaled(mp, mp->n_sin); mp_print_char(mp, '}');
6973   } else if ( left_type(p)==mp_curl ){ 
6974     mp_print(mp, "{curl "); 
6975     mp_print_scaled(mp, left_curl(p)); mp_print_char(mp, '}');
6976   }
6977 }
6978
6979 @ @<Print tension between |p| and |q|@>=
6980
6981   mp_print(mp, "..tension ");
6982   if ( right_tension(p)<0 ) mp_print(mp, "atleast");
6983   mp_print_scaled(mp, abs(right_tension(p)));
6984   if ( right_tension(p)!=left_tension(q) ){ 
6985     mp_print(mp, " and ");
6986     if ( left_tension(q)<0 ) mp_print(mp, "atleast");
6987     mp_print_scaled(mp, abs(left_tension(q)));
6988   }
6989 }
6990
6991 @ @<Print control points between |p| and |q|, then |goto done1|@>=
6992
6993   mp_print(mp, "..controls "); 
6994   mp_print_two(mp, right_x(p),right_y(p)); 
6995   mp_print(mp, " and ");
6996   if ( left_type(q)!=mp_explicit ) { 
6997     mp_print(mp, "??"); /* can't happen */
6998 @.??@>
6999   } else {
7000     mp_print_two(mp, left_x(q),left_y(q));
7001   }
7002   goto DONE1;
7003 }
7004
7005 @ @<Print information for a curve that begins |open|@>=
7006 if ( (left_type(p)!=mp_explicit)&&(left_type(p)!=mp_open) ) {
7007   mp_print(mp, "{open?}"); /* can't happen */
7008 @.open?@>
7009 }
7010
7011 @ A curl of 1 is shown explicitly, so that the user sees clearly that
7012 \MP's default curl is present.
7013
7014 The code here uses the fact that |left_curl==left_given| and
7015 |right_curl==right_given|.
7016
7017 @<Print information for a curve that begins |curl|...@>=
7018
7019   if ( left_type(p)==mp_open )  
7020     mp_print(mp, "??"); /* can't happen */
7021 @.??@>
7022   if ( right_type(p)==mp_curl ) { 
7023     mp_print(mp, "{curl "); mp_print_scaled(mp, right_curl(p));
7024   } else { 
7025     mp_n_sin_cos(mp, right_given(p)); mp_print_char(mp, '{');
7026     mp_print_scaled(mp, mp->n_cos); mp_print_char(mp, ','); 
7027     mp_print_scaled(mp, mp->n_sin);
7028   }
7029   mp_print_char(mp, '}');
7030 }
7031
7032 @ It is convenient to have another version of |pr_path| that prints the path
7033 as a diagnostic message.
7034
7035 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
7036 void mp_print_path (MP mp,pointer h, char *s, boolean nuline) { 
7037   mp_print_diagnostic(mp, "Path", s, nuline); mp_print_ln(mp);
7038 @.Path at line...@>
7039   mp_pr_path(mp, h);
7040   mp_end_diagnostic(mp, true);
7041 }
7042
7043 @ If we want to duplicate a knot node, we can say |copy_knot|:
7044
7045 @c 
7046 pointer mp_copy_knot (MP mp,pointer p) {
7047   pointer q; /* the copy */
7048   int k; /* runs through the words of a knot node */
7049   q=mp_get_node(mp, knot_node_size);
7050   for (k=0;k<knot_node_size;k++) {
7051     mp->mem[q+k]=mp->mem[p+k];
7052   }
7053   originator(q)=originator(p);
7054   return q;
7055 }
7056
7057 @ The |copy_path| routine makes a clone of a given path.
7058
7059 @c 
7060 pointer mp_copy_path (MP mp, pointer p) {
7061   pointer q,pp,qq; /* for list manipulation */
7062   q=mp_copy_knot(mp, p);
7063   qq=q; pp=link(p);
7064   while ( pp!=p ) { 
7065     link(qq)=mp_copy_knot(mp, pp);
7066     qq=link(qq);
7067     pp=link(pp);
7068   }
7069   link(qq)=q;
7070   return q;
7071 }
7072
7073
7074 @ Just before |ship_out|, knot lists are exported for printing.
7075
7076 @d gr_left_type(A)  (A)->left_type_field 
7077 @d gr_right_type(A) (A)->right_type_field
7078 @d gr_x_coord(A)    (A)->x_coord_field   
7079 @d gr_y_coord(A)    (A)->y_coord_field   
7080 @d gr_left_x(A)     (A)->left_x_field    
7081 @d gr_left_y(A)     (A)->left_y_field    
7082 @d gr_right_x(A)    (A)->right_x_field   
7083 @d gr_right_y(A)    (A)->right_y_field   
7084 @d gr_next_knot(A)  (A)->next_field
7085 @d gr_originator(A) (A)->originator_field
7086
7087 @c 
7088 struct mp_knot *mp_export_knot (MP mp,pointer p) {
7089   struct mp_knot *q; /* the copy */
7090   if (p==null)
7091      return NULL;
7092   q = mp_xmalloc(mp, 1, sizeof (struct mp_knot));
7093   memset(q,0,sizeof (struct mp_knot));
7094   gr_left_type(q)  = left_type(p);
7095   gr_right_type(q) = right_type(p);
7096   gr_x_coord(q)    = x_coord(p);
7097   gr_y_coord(q)    = y_coord(p);
7098   gr_left_x(q)     = left_x(p);
7099   gr_left_y(q)     = left_y(p);
7100   gr_right_x(q)    = right_x(p);
7101   gr_right_y(q)    = right_y(p);
7102   gr_originator(q) = originator(p);
7103   return q;
7104 }
7105
7106 @ The |export_knot_list| routine therefore also makes a clone 
7107 of a given path.
7108
7109 @c 
7110 struct mp_knot *mp_export_knot_list (MP mp, pointer p) {
7111   struct mp_knot *q, *qq; /* for list manipulation */
7112   pointer pp; /* for list manipulation */
7113   if (p==null)
7114      return NULL;
7115   q=mp_export_knot(mp, p);
7116   qq=q; pp=link(p);
7117   while ( pp!=p ) { 
7118     gr_next_knot(qq)=mp_export_knot(mp, pp);
7119     qq=gr_next_knot(qq);
7120     pp=link(pp);
7121   }
7122   gr_next_knot(qq)=q;
7123   return q;
7124 }
7125
7126
7127 @ Similarly, there's a way to copy the {\sl reverse\/} of a path. This procedure
7128 returns a pointer to the first node of the copy, if the path is a cycle,
7129 but to the final node of a non-cyclic copy. The global
7130 variable |path_tail| will point to the final node of the original path;
7131 this trick makes it easier to implement `\&{doublepath}'.
7132
7133 All node types are assumed to be |endpoint| or |explicit| only.
7134
7135 @c 
7136 pointer mp_htap_ypoc (MP mp,pointer p) {
7137   pointer q,pp,qq,rr; /* for list manipulation */
7138   q=mp_get_node(mp, knot_node_size); /* this will correspond to |p| */
7139   qq=q; pp=p;
7140   while (1) { 
7141     right_type(qq)=left_type(pp); left_type(qq)=right_type(pp);
7142     x_coord(qq)=x_coord(pp); y_coord(qq)=y_coord(pp);
7143     right_x(qq)=left_x(pp); right_y(qq)=left_y(pp);
7144     left_x(qq)=right_x(pp); left_y(qq)=right_y(pp);
7145     originator(qq)=originator(pp);
7146     if ( link(pp)==p ) { 
7147       link(q)=qq; mp->path_tail=pp; return q;
7148     }
7149     rr=mp_get_node(mp, knot_node_size); link(rr)=qq; qq=rr; pp=link(pp);
7150   }
7151 }
7152
7153 @ @<Glob...@>=
7154 pointer path_tail; /* the node that links to the beginning of a path */
7155
7156 @ When a cyclic list of knot nodes is no longer needed, it can be recycled by
7157 calling the following subroutine.
7158
7159 @<Declare the recycling subroutines@>=
7160 void mp_toss_knot_list (MP mp,pointer p) ;
7161
7162 @ @c
7163 void mp_toss_knot_list (MP mp,pointer p) {
7164   pointer q; /* the node being freed */
7165   pointer r; /* the next node */
7166   q=p;
7167   do {  
7168     r=link(q); 
7169     mp_free_node(mp, q,knot_node_size); q=r;
7170   } while (q!=p);
7171 }
7172
7173 @* \[18] Choosing control points.
7174 Now we must actually delve into one of \MP's more difficult routines,
7175 the |make_choices| procedure that chooses angles and control points for
7176 the splines of a curve when the user has not specified them explicitly.
7177 The parameter to |make_choices| points to a list of knots and
7178 path information, as described above.
7179
7180 A path decomposes into independent segments at ``breakpoint'' knots,
7181 which are knots whose left and right angles are both prespecified in
7182 some way (i.e., their |left_type| and |right_type| aren't both open).
7183
7184 @c 
7185 @<Declare the procedure called |solve_choices|@>;
7186 void mp_make_choices (MP mp,pointer knots) {
7187   pointer h; /* the first breakpoint */
7188   pointer p,q; /* consecutive breakpoints being processed */
7189   @<Other local variables for |make_choices|@>;
7190   check_arith; /* make sure that |arith_error=false| */
7191   if ( mp->internal[mp_tracing_choices]>0 )
7192     mp_print_path(mp, knots,", before choices",true);
7193   @<If consecutive knots are equal, join them explicitly@>;
7194   @<Find the first breakpoint, |h|, on the path;
7195     insert an artificial breakpoint if the path is an unbroken cycle@>;
7196   p=h;
7197   do {  
7198     @<Fill in the control points between |p| and the next breakpoint,
7199       then advance |p| to that breakpoint@>;
7200   } while (p!=h);
7201   if ( mp->internal[mp_tracing_choices]>0 )
7202     mp_print_path(mp, knots,", after choices",true);
7203   if ( mp->arith_error ) {
7204     @<Report an unexpected problem during the choice-making@>;
7205   }
7206 }
7207
7208 @ @<Report an unexpected problem during the choice...@>=
7209
7210   print_err("Some number got too big");
7211 @.Some number got too big@>
7212   help2("The path that I just computed is out of range.")
7213        ("So it will probably look funny. Proceed, for a laugh.");
7214   mp_put_get_error(mp); mp->arith_error=false;
7215 }
7216
7217 @ Two knots in a row with the same coordinates will always be joined
7218 by an explicit ``curve'' whose control points are identical with the
7219 knots.
7220
7221 @<If consecutive knots are equal, join them explicitly@>=
7222 p=knots;
7223 do {  
7224   q=link(p);
7225   if ( x_coord(p)==x_coord(q) && y_coord(p)==y_coord(q) && right_type(p)>mp_explicit ) { 
7226     right_type(p)=mp_explicit;
7227     if ( left_type(p)==mp_open ) { 
7228       left_type(p)=mp_curl; left_curl(p)=unity;
7229     }
7230     left_type(q)=mp_explicit;
7231     if ( right_type(q)==mp_open ) { 
7232       right_type(q)=mp_curl; right_curl(q)=unity;
7233     }
7234     right_x(p)=x_coord(p); left_x(q)=x_coord(p);
7235     right_y(p)=y_coord(p); left_y(q)=y_coord(p);
7236   }
7237   p=q;
7238 } while (p!=knots)
7239
7240 @ If there are no breakpoints, it is necessary to compute the direction
7241 angles around an entire cycle. In this case the |left_type| of the first
7242 node is temporarily changed to |end_cycle|.
7243
7244 @<Find the first breakpoint, |h|, on the path...@>=
7245 h=knots;
7246 while (1) { 
7247   if ( left_type(h)!=mp_open ) break;
7248   if ( right_type(h)!=mp_open ) break;
7249   h=link(h);
7250   if ( h==knots ) { 
7251     left_type(h)=mp_end_cycle; break;
7252   }
7253 }
7254
7255 @ If |right_type(p)<given| and |q=link(p)|, we must have
7256 |right_type(p)=left_type(q)=mp_explicit| or |endpoint|.
7257
7258 @<Fill in the control points between |p| and the next breakpoint...@>=
7259 q=link(p);
7260 if ( right_type(p)>=mp_given ) { 
7261   while ( (left_type(q)==mp_open)&&(right_type(q)==mp_open) ) q=link(q);
7262   @<Fill in the control information between
7263     consecutive breakpoints |p| and |q|@>;
7264 } else if ( right_type(p)==mp_endpoint ) {
7265   @<Give reasonable values for the unused control points between |p| and~|q|@>;
7266 }
7267 p=q
7268
7269 @ This step makes it possible to transform an explicitly computed path without
7270 checking the |left_type| and |right_type| fields.
7271
7272 @<Give reasonable values for the unused control points between |p| and~|q|@>=
7273
7274   right_x(p)=x_coord(p); right_y(p)=y_coord(p);
7275   left_x(q)=x_coord(q); left_y(q)=y_coord(q);
7276 }
7277
7278 @ Before we can go further into the way choices are made, we need to
7279 consider the underlying theory. The basic ideas implemented in |make_choices|
7280 are due to John Hobby, who introduced the notion of ``mock curvature''
7281 @^Hobby, John Douglas@>
7282 at a knot. Angles are chosen so that they preserve mock curvature when
7283 a knot is passed, and this has been found to produce excellent results.
7284
7285 It is convenient to introduce some notations that simplify the necessary
7286 formulas. Let $d_{k,k+1}=\vert z\k-z_k\vert$ be the (nonzero) distance
7287 between knots |k| and |k+1|; and let
7288 $${z\k-z_k\over z_k-z_{k-1}}={d_{k,k+1}\over d_{k-1,k}}e^{i\psi_k}$$
7289 so that a polygonal line from $z_{k-1}$ to $z_k$ to $z\k$ turns left
7290 through an angle of~$\psi_k$. We assume that $\vert\psi_k\vert\L180^\circ$.
7291 The control points for the spline from $z_k$ to $z\k$ will be denoted by
7292 $$\eqalign{z_k^+&=z_k+
7293   \textstyle{1\over3}\rho_k e^{i\theta_k}(z\k-z_k),\cr
7294  z\k^-&=z\k-
7295   \textstyle{1\over3}\sigma\k e^{-i\phi\k}(z\k-z_k),\cr}$$
7296 where $\rho_k$ and $\sigma\k$ are nonnegative ``velocity ratios'' at the
7297 beginning and end of the curve, while $\theta_k$ and $\phi\k$ are the
7298 corresponding ``offset angles.'' These angles satisfy the condition
7299 $$\theta_k+\phi_k+\psi_k=0,\eqno(*)$$
7300 whenever the curve leaves an intermediate knot~|k| in the direction that
7301 it enters.
7302
7303 @ Let $\alpha_k$ and $\beta\k$ be the reciprocals of the ``tension'' of
7304 the curve at its beginning and ending points. This means that
7305 $\rho_k=\alpha_k f(\theta_k,\phi\k)$ and $\sigma\k=\beta\k f(\phi\k,\theta_k)$,
7306 where $f(\theta,\phi)$ is \MP's standard velocity function defined in
7307 the |velocity| subroutine. The cubic spline $B(z_k^{\phantom+},z_k^+,
7308 z\k^-,z\k^{\phantom+};t)$
7309 has curvature
7310 @^curvature@>
7311 $${2\sigma\k\sin(\theta_k+\phi\k)-6\sin\theta_k\over\rho_k^2d_{k,k+1}}
7312 \qquad{\rm and}\qquad
7313 {2\rho_k\sin(\theta_k+\phi\k)-6\sin\phi\k\over\sigma\k^2d_{k,k+1}}$$
7314 at |t=0| and |t=1|, respectively. The mock curvature is the linear
7315 @^mock curvature@>
7316 approximation to this true curvature that arises in the limit for
7317 small $\theta_k$ and~$\phi\k$, if second-order terms are discarded.
7318 The standard velocity function satisfies
7319 $$f(\theta,\phi)=1+O(\theta^2+\theta\phi+\phi^2);$$
7320 hence the mock curvatures are respectively
7321 $${2\beta\k(\theta_k+\phi\k)-6\theta_k\over\alpha_k^2d_{k,k+1}}
7322 \qquad{\rm and}\qquad
7323 {2\alpha_k(\theta_k+\phi\k)-6\phi\k\over\beta\k^2d_{k,k+1}}.\eqno(**)$$
7324
7325 @ The turning angles $\psi_k$ are given, and equation $(*)$ above
7326 determines $\phi_k$ when $\theta_k$ is known, so the task of
7327 angle selection is essentially to choose appropriate values for each
7328 $\theta_k$. When equation~$(*)$ is used to eliminate $\phi$~variables
7329 from $(**)$, we obtain a system of linear equations of the form
7330 $$A_k\theta_{k-1}+(B_k+C_k)\theta_k+D_k\theta\k=-B_k\psi_k-D_k\psi\k,$$
7331 where
7332 $$A_k={\alpha_{k-1}\over\beta_k^2d_{k-1,k}},
7333 \qquad B_k={3-\alpha_{k-1}\over\beta_k^2d_{k-1,k}},
7334 \qquad C_k={3-\beta\k\over\alpha_k^2d_{k,k+1}},
7335 \qquad D_k={\beta\k\over\alpha_k^2d_{k,k+1}}.$$
7336 The tensions are always $3\over4$ or more, hence each $\alpha$ and~$\beta$
7337 will be at most $4\over3$. It follows that $B_k\G{5\over4}A_k$ and
7338 $C_k\G{5\over4}D_k$; hence the equations are diagonally dominant;
7339 hence they have a unique solution. Moreover, in most cases the tensions
7340 are equal to~1, so that $B_k=2A_k$ and $C_k=2D_k$. This makes the
7341 solution numerically stable, and there is an exponential damping
7342 effect: The data at knot $k\pm j$ affects the angle at knot~$k$ by
7343 a factor of~$O(2^{-j})$.
7344
7345 @ However, we still must consider the angles at the starting and ending
7346 knots of a non-cyclic path. These angles might be given explicitly, or
7347 they might be specified implicitly in terms of an amount of ``curl.''
7348
7349 Let's assume that angles need to be determined for a non-cyclic path
7350 starting at $z_0$ and ending at~$z_n$. Then equations of the form
7351 $$A_k\theta_{k-1}+(B_k+C_k)\theta_k+D_k\theta_{k+1}=R_k$$
7352 have been given for $0<k<n$, and it will be convenient to introduce
7353 equations of the same form for $k=0$ and $k=n$, where
7354 $$A_0=B_0=C_n=D_n=0.$$
7355 If $\theta_0$ is supposed to have a given value $E_0$, we simply
7356 define $C_0=0$, $D_0=0$, and $R_0=E_0$. Otherwise a curl
7357 parameter, $\gamma_0$, has been specified at~$z_0$; this means
7358 that the mock curvature at $z_0$ should be $\gamma_0$ times the
7359 mock curvature at $z_1$; i.e.,
7360 $${2\beta_1(\theta_0+\phi_1)-6\theta_0\over\alpha_0^2d_{01}}
7361 =\gamma_0{2\alpha_0(\theta_0+\phi_1)-6\phi_1\over\beta_1^2d_{01}}.$$
7362 This equation simplifies to
7363 $$(\alpha_0\chi_0+3-\beta_1)\theta_0+
7364  \bigl((3-\alpha_0)\chi_0+\beta_1\bigr)\theta_1=
7365  -\bigl((3-\alpha_0)\chi_0+\beta_1\bigr)\psi_1,$$
7366 where $\chi_0=\alpha_0^2\gamma_0/\beta_1^2$; so we can set $C_0=
7367 \chi_0\alpha_0+3-\beta_1$, $D_0=(3-\alpha_0)\chi_0+\beta_1$, $R_0=-D_0\psi_1$.
7368 It can be shown that $C_0>0$ and $C_0B_1-A_1D_0>0$ when $\gamma_0\G0$,
7369 hence the linear equations remain nonsingular.
7370
7371 Similar considerations apply at the right end, when the final angle $\phi_n$
7372 may or may not need to be determined. It is convenient to let $\psi_n=0$,
7373 hence $\theta_n=-\phi_n$. We either have an explicit equation $\theta_n=E_n$,
7374 or we have
7375 $$\bigl((3-\beta_n)\chi_n+\alpha_{n-1}\bigr)\theta_{n-1}+
7376 (\beta_n\chi_n+3-\alpha_{n-1})\theta_n=0,\qquad
7377   \chi_n={\beta_n^2\gamma_n\over\alpha_{n-1}^2}.$$
7378
7379 When |make_choices| chooses angles, it must compute the coefficients of
7380 these linear equations, then solve the equations. To compute the coefficients,
7381 it is necessary to compute arctangents of the given turning angles~$\psi_k$.
7382 When the equations are solved, the chosen directions $\theta_k$ are put
7383 back into the form of control points by essentially computing sines and
7384 cosines.
7385
7386 @ OK, we are ready to make the hard choices of |make_choices|.
7387 Most of the work is relegated to an auxiliary procedure
7388 called |solve_choices|, which has been introduced to keep
7389 |make_choices| from being extremely long.
7390
7391 @<Fill in the control information between...@>=
7392 @<Calculate the turning angles $\psi_k$ and the distances $d_{k,k+1}$;
7393   set $n$ to the length of the path@>;
7394 @<Remove |open| types at the breakpoints@>;
7395 mp_solve_choices(mp, p,q,n)
7396
7397 @ It's convenient to precompute quantities that will be needed several
7398 times later. The values of |delta_x[k]| and |delta_y[k]| will be the
7399 coordinates of $z\k-z_k$, and the magnitude of this vector will be
7400 |delta[k]=@t$d_{k,k+1}$@>|. The path angle $\psi_k$ between $z_k-z_{k-1}$
7401 and $z\k-z_k$ will be stored in |psi[k]|.
7402
7403 @<Glob...@>=
7404 int path_size; /* maximum number of knots between breakpoints of a path */
7405 scaled *delta_x;
7406 scaled *delta_y;
7407 scaled *delta; /* knot differences */
7408 angle  *psi; /* turning angles */
7409
7410 @ @<Allocate or initialize ...@>=
7411 mp->delta_x = NULL;
7412 mp->delta_y = NULL;
7413 mp->delta = NULL;
7414 mp->psi = NULL;
7415
7416 @ @<Dealloc variables@>=
7417 xfree(mp->delta_x);
7418 xfree(mp->delta_y);
7419 xfree(mp->delta);
7420 xfree(mp->psi);
7421
7422 @ @<Other local variables for |make_choices|@>=
7423   int k,n; /* current and final knot numbers */
7424   pointer s,t; /* registers for list traversal */
7425   scaled delx,dely; /* directions where |open| meets |explicit| */
7426   fraction sine,cosine; /* trig functions of various angles */
7427
7428 @ @<Calculate the turning angles...@>=
7429 {
7430 RESTART:
7431   k=0; s=p; n=mp->path_size;
7432   do {  
7433     t=link(s);
7434     mp->delta_x[k]=x_coord(t)-x_coord(s);
7435     mp->delta_y[k]=y_coord(t)-y_coord(s);
7436     mp->delta[k]=mp_pyth_add(mp, mp->delta_x[k],mp->delta_y[k]);
7437     if ( k>0 ) { 
7438       sine=mp_make_fraction(mp, mp->delta_y[k-1],mp->delta[k-1]);
7439       cosine=mp_make_fraction(mp, mp->delta_x[k-1],mp->delta[k-1]);
7440       mp->psi[k]=mp_n_arg(mp, mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],cosine)+
7441         mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],sine),
7442         mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],cosine)-
7443           mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],sine));
7444     }
7445     incr(k); s=t;
7446     if ( k==mp->path_size ) {
7447       mp_reallocate_paths(mp, mp->path_size+(mp->path_size>>2));
7448       goto RESTART; /* retry, loop size has changed */
7449     }
7450     if ( s==q ) n=k;
7451   } while (!((k>=n)&&(left_type(s)!=mp_end_cycle)));
7452   if ( k==n ) mp->psi[n]=0; else mp->psi[k]=mp->psi[1];
7453 }
7454
7455 @ When we get to this point of the code, |right_type(p)| is either
7456 |given| or |curl| or |open|. If it is |open|, we must have
7457 |left_type(p)=mp_end_cycle| or |left_type(p)=mp_explicit|. In the latter
7458 case, the |open| type is converted to |given|; however, if the
7459 velocity coming into this knot is zero, the |open| type is
7460 converted to a |curl|, since we don't know the incoming direction.
7461
7462 Similarly, |left_type(q)| is either |given| or |curl| or |open| or
7463 |mp_end_cycle|. The |open| possibility is reduced either to |given| or to |curl|.
7464
7465 @<Remove |open| types at the breakpoints@>=
7466 if ( left_type(q)==mp_open ) { 
7467   delx=right_x(q)-x_coord(q); dely=right_y(q)-y_coord(q);
7468   if ( (delx==0)&&(dely==0) ) { 
7469     left_type(q)=mp_curl; left_curl(q)=unity;
7470   } else { 
7471     left_type(q)=mp_given; left_given(q)=mp_n_arg(mp, delx,dely);
7472   }
7473 }
7474 if ( (right_type(p)==mp_open)&&(left_type(p)==mp_explicit) ) { 
7475   delx=x_coord(p)-left_x(p); dely=y_coord(p)-left_y(p);
7476   if ( (delx==0)&&(dely==0) ) { 
7477     right_type(p)=mp_curl; right_curl(p)=unity;
7478   } else { 
7479     right_type(p)=mp_given; right_given(p)=mp_n_arg(mp, delx,dely);
7480   }
7481 }
7482
7483 @ Linear equations need to be solved whenever |n>1|; and also when |n=1|
7484 and exactly one of the breakpoints involves a curl. The simplest case occurs
7485 when |n=1| and there is a curl at both breakpoints; then we simply draw
7486 a straight line.
7487
7488 But before coding up the simple cases, we might as well face the general case,
7489 since we must deal with it sooner or later, and since the general case
7490 is likely to give some insight into the way simple cases can be handled best.
7491
7492 When there is no cycle, the linear equations to be solved form a tridiagonal
7493 system, and we can apply the standard technique of Gaussian elimination
7494 to convert that system to a sequence of equations of the form
7495 $$\theta_0+u_0\theta_1=v_0,\quad
7496 \theta_1+u_1\theta_2=v_1,\quad\ldots,\quad
7497 \theta_{n-1}+u_{n-1}\theta_n=v_{n-1},\quad
7498 \theta_n=v_n.$$
7499 It is possible to do this diagonalization while generating the equations.
7500 Once $\theta_n$ is known, it is easy to determine $\theta_{n-1}$, \dots,
7501 $\theta_1$, $\theta_0$; thus, the equations will be solved.
7502
7503 The procedure is slightly more complex when there is a cycle, but the
7504 basic idea will be nearly the same. In the cyclic case the right-hand
7505 sides will be $v_k+w_k\theta_0$ instead of simply $v_k$, and we will start
7506 the process off with $u_0=v_0=0$, $w_0=1$. The final equation will be not
7507 $\theta_n=v_n$ but $\theta_n+u_n\theta_1=v_n+w_n\theta_0$; an appropriate
7508 ending routine will take account of the fact that $\theta_n=\theta_0$ and
7509 eliminate the $w$'s from the system, after which the solution can be
7510 obtained as before.
7511
7512 When $u_k$, $v_k$, and $w_k$ are being computed, the three pointer
7513 variables |r|, |s|,~|t| will point respectively to knots |k-1|, |k|,
7514 and~|k+1|. The $u$'s and $w$'s are scaled by $2^{28}$, i.e., they are
7515 of type |fraction|; the $\theta$'s and $v$'s are of type |angle|.
7516
7517 @<Glob...@>=
7518 angle *theta; /* values of $\theta_k$ */
7519 fraction *uu; /* values of $u_k$ */
7520 angle *vv; /* values of $v_k$ */
7521 fraction *ww; /* values of $w_k$ */
7522
7523 @ @<Allocate or initialize ...@>=
7524 mp->theta = NULL;
7525 mp->uu = NULL;
7526 mp->vv = NULL;
7527 mp->ww = NULL;
7528
7529 @ @<Dealloc variables@>=
7530 xfree(mp->theta);
7531 xfree(mp->uu);
7532 xfree(mp->vv);
7533 xfree(mp->ww);
7534
7535 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
7536 void mp_reallocate_paths (MP mp, int l);
7537
7538 @ @c
7539 void mp_reallocate_paths (MP mp, int l) {
7540   XREALLOC (mp->delta_x, l, scaled);
7541   XREALLOC (mp->delta_y, l, scaled);
7542   XREALLOC (mp->delta,   l, scaled);
7543   XREALLOC (mp->psi,     l, angle);
7544   XREALLOC (mp->theta,   l, angle);
7545   XREALLOC (mp->uu,      l, fraction);
7546   XREALLOC (mp->vv,      l, angle);
7547   XREALLOC (mp->ww,      l, fraction);
7548   mp->path_size = l;
7549 }
7550
7551 @ Our immediate problem is to get the ball rolling by setting up the
7552 first equation or by realizing that no equations are needed, and to fit
7553 this initialization into a framework suitable for the overall computation.
7554
7555 @<Declare the procedure called |solve_choices|@>=
7556 @<Declare subroutines needed by |solve_choices|@>;
7557 void mp_solve_choices (MP mp,pointer p, pointer q, halfword n) {
7558   int k; /* current knot number */
7559   pointer r,s,t; /* registers for list traversal */
7560   @<Other local variables for |solve_choices|@>;
7561   k=0; s=p; r=0;
7562   while (1) { 
7563     t=link(s);
7564     if ( k==0 ) {
7565       @<Get the linear equations started; or |return|
7566         with the control points in place, if linear equations
7567         needn't be solved@>
7568     } else  { 
7569       switch (left_type(s)) {
7570       case mp_end_cycle: case mp_open:
7571         @<Set up equation to match mock curvatures
7572           at $z_k$; then |goto found| with $\theta_n$
7573           adjusted to equal $\theta_0$, if a cycle has ended@>;
7574         break;
7575       case mp_curl:
7576         @<Set up equation for a curl at $\theta_n$
7577           and |goto found|@>;
7578         break;
7579       case mp_given:
7580         @<Calculate the given value of $\theta_n$
7581           and |goto found|@>;
7582         break;
7583       } /* there are no other cases */
7584     }
7585     r=s; s=t; incr(k);
7586   }
7587 FOUND:
7588   @<Finish choosing angles and assigning control points@>;
7589 }
7590
7591 @ On the first time through the loop, we have |k=0| and |r| is not yet
7592 defined. The first linear equation, if any, will have $A_0=B_0=0$.
7593
7594 @<Get the linear equations started...@>=
7595 switch (right_type(s)) {
7596 case mp_given: 
7597   if ( left_type(t)==mp_given ) {
7598     @<Reduce to simple case of two givens  and |return|@>
7599   } else {
7600     @<Set up the equation for a given value of $\theta_0$@>;
7601   }
7602   break;
7603 case mp_curl: 
7604   if ( left_type(t)==mp_curl ) {
7605     @<Reduce to simple case of straight line and |return|@>
7606   } else {
7607     @<Set up the equation for a curl at $\theta_0$@>;
7608   }
7609   break;
7610 case mp_open: 
7611   mp->uu[0]=0; mp->vv[0]=0; mp->ww[0]=fraction_one;
7612   /* this begins a cycle */
7613   break;
7614 } /* there are no other cases */
7615
7616 @ The general equation that specifies equality of mock curvature at $z_k$ is
7617 $$A_k\theta_{k-1}+(B_k+C_k)\theta_k+D_k\theta\k=-B_k\psi_k-D_k\psi\k,$$
7618 as derived above. We want to combine this with the already-derived equation
7619 $\theta_{k-1}+u_{k-1}\theta_k=v_{k-1}+w_{k-1}\theta_0$ in order to obtain
7620 a new equation
7621 $\theta_k+u_k\theta\k=v_k+w_k\theta_0$. This can be done by dividing the
7622 equation
7623 $$(B_k-u_{k-1}A_k+C_k)\theta_k+D_k\theta\k=-B_k\psi_k-D_k\psi\k-A_kv_{k-1}
7624     -A_kw_{k-1}\theta_0$$
7625 by $B_k-u_{k-1}A_k+C_k$. The trick is to do this carefully with
7626 fixed-point arithmetic, avoiding the chance of overflow while retaining
7627 suitable precision.
7628
7629 The calculations will be performed in several registers that
7630 provide temporary storage for intermediate quantities.
7631
7632 @<Other local variables for |solve_choices|@>=
7633 fraction aa,bb,cc,ff,acc; /* temporary registers */
7634 scaled dd,ee; /* likewise, but |scaled| */
7635 scaled lt,rt; /* tension values */
7636
7637 @ @<Set up equation to match mock curvatures...@>=
7638 { @<Calculate the values $\\{aa}=A_k/B_k$, $\\{bb}=D_k/C_k$,
7639     $\\{dd}=(3-\alpha_{k-1})d_{k,k+1}$, $\\{ee}=(3-\beta\k)d_{k-1,k}$,
7640     and $\\{cc}=(B_k-u_{k-1}A_k)/B_k$@>;
7641   @<Calculate the ratio $\\{ff}=C_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)$@>;
7642   mp->uu[k]=mp_take_fraction(mp, ff,bb);
7643   @<Calculate the values of $v_k$ and $w_k$@>;
7644   if ( left_type(s)==mp_end_cycle ) {
7645     @<Adjust $\theta_n$ to equal $\theta_0$ and |goto found|@>;
7646   }
7647 }
7648
7649 @ Since tension values are never less than 3/4, the values |aa| and
7650 |bb| computed here are never more than 4/5.
7651
7652 @<Calculate the values $\\{aa}=...@>=
7653 if ( abs(right_tension(r))==unity) { 
7654   aa=fraction_half; dd=2*mp->delta[k];
7655 } else { 
7656   aa=mp_make_fraction(mp, unity,3*abs(right_tension(r))-unity);
7657   dd=mp_take_fraction(mp, mp->delta[k],
7658     fraction_three-mp_make_fraction(mp, unity,abs(right_tension(r))));
7659 }
7660 if ( abs(left_tension(t))==unity ){ 
7661   bb=fraction_half; ee=2*mp->delta[k-1];
7662 } else { 
7663   bb=mp_make_fraction(mp, unity,3*abs(left_tension(t))-unity);
7664   ee=mp_take_fraction(mp, mp->delta[k-1],
7665     fraction_three-mp_make_fraction(mp, unity,abs(left_tension(t))));
7666 }
7667 cc=fraction_one-mp_take_fraction(mp, mp->uu[k-1],aa)
7668
7669 @ The ratio to be calculated in this step can be written in the form
7670 $$\beta_k^2\cdot\\{ee}\over\beta_k^2\cdot\\{ee}+\alpha_k^2\cdot
7671   \\{cc}\cdot\\{dd},$$
7672 because of the quantities just calculated. The values of |dd| and |ee|
7673 will not be needed after this step has been performed.
7674
7675 @<Calculate the ratio $\\{ff}=C_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)$@>=
7676 dd=mp_take_fraction(mp, dd,cc); lt=abs(left_tension(s)); rt=abs(right_tension(s));
7677 if ( lt!=rt ) { /* $\beta_k^{-1}\ne\alpha_k^{-1}$ */
7678   if ( lt<rt ) { 
7679     ff=mp_make_fraction(mp, lt,rt);
7680     ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff); /* $\alpha_k^2/\beta_k^2$ */
7681     dd=mp_take_fraction(mp, dd,ff);
7682   } else { 
7683     ff=mp_make_fraction(mp, rt,lt);
7684     ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff); /* $\beta_k^2/\alpha_k^2$ */
7685     ee=mp_take_fraction(mp, ee,ff);
7686   }
7687 }
7688 ff=mp_make_fraction(mp, ee,ee+dd)
7689
7690 @ The value of $u_{k-1}$ will be |<=1| except when $k=1$ and the previous
7691 equation was specified by a curl. In that case we must use a special
7692 method of computation to prevent overflow.
7693
7694 Fortunately, the calculations turn out to be even simpler in this ``hard''
7695 case. The curl equation makes $w_0=0$ and $v_0=-u_0\psi_1$, hence
7696 $-B_1\psi_1-A_1v_0=-(B_1-u_0A_1)\psi_1=-\\{cc}\cdot B_1\psi_1$.
7697
7698 @<Calculate the values of $v_k$ and $w_k$@>=
7699 acc=-mp_take_fraction(mp, mp->psi[k+1],mp->uu[k]);
7700 if ( right_type(r)==mp_curl ) { 
7701   mp->ww[k]=0;
7702   mp->vv[k]=acc-mp_take_fraction(mp, mp->psi[1],fraction_one-ff);
7703 } else { 
7704   ff=mp_make_fraction(mp, fraction_one-ff,cc); /* this is
7705     $B_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)<5$ */
7706   acc=acc-mp_take_fraction(mp, mp->psi[k],ff);
7707   ff=mp_take_fraction(mp, ff,aa); /* this is $A_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)$ */
7708   mp->vv[k]=acc-mp_take_fraction(mp, mp->vv[k-1],ff);
7709   if ( mp->ww[k-1]==0 ) mp->ww[k]=0;
7710   else mp->ww[k]=-mp_take_fraction(mp, mp->ww[k-1],ff);
7711 }
7712
7713 @ When a complete cycle has been traversed, we have $\theta_k+u_k\theta\k=
7714 v_k+w_k\theta_0$, for |1<=k<=n|. We would like to determine the value of
7715 $\theta_n$ and reduce the system to the form $\theta_k+u_k\theta\k=v_k$
7716 for |0<=k<n|, so that the cyclic case can be finished up just as if there
7717 were no cycle.
7718
7719 The idea in the following code is to observe that
7720 $$\eqalign{\theta_n&=v_n+w_n\theta_0-u_n\theta_1=\cdots\cr
7721 &=v_n+w_n\theta_0-u_n\bigl(v_1+w_1\theta_0-u_1(v_2+\cdots
7722   -u_{n-2}(v_{n-1}+w_{n-1}\theta_0-u_{n-1}\theta_0))\bigr),\cr}$$
7723 so we can solve for $\theta_n=\theta_0$.
7724
7725 @<Adjust $\theta_n$ to equal $\theta_0$ and |goto found|@>=
7726
7727 aa=0; bb=fraction_one; /* we have |k=n| */
7728 do {  decr(k);
7729 if ( k==0 ) k=n;
7730   aa=mp->vv[k]-mp_take_fraction(mp, aa,mp->uu[k]);
7731   bb=mp->ww[k]-mp_take_fraction(mp, bb,mp->uu[k]);
7732 } while (k!=n); /* now $\theta_n=\\{aa}+\\{bb}\cdot\theta_n$ */
7733 aa=mp_make_fraction(mp, aa,fraction_one-bb);
7734 mp->theta[n]=aa; mp->vv[0]=aa;
7735 for (k=1;k<=n-1;k++) {
7736   mp->vv[k]=mp->vv[k]+mp_take_fraction(mp, aa,mp->ww[k]);
7737 }
7738 goto FOUND;
7739 }
7740
7741 @ @d reduce_angle(A) if ( abs((A))>one_eighty_deg ) {
7742   if ( (A)>0 ) (A)=(A)-three_sixty_deg; else (A)=(A)+three_sixty_deg; }
7743
7744 @<Calculate the given value of $\theta_n$...@>=
7745
7746   mp->theta[n]=left_given(s)-mp_n_arg(mp, mp->delta_x[n-1],mp->delta_y[n-1]);
7747   reduce_angle(mp->theta[n]);
7748   goto FOUND;
7749 }
7750
7751 @ @<Set up the equation for a given value of $\theta_0$@>=
7752
7753   mp->vv[0]=right_given(s)-mp_n_arg(mp, mp->delta_x[0],mp->delta_y[0]);
7754   reduce_angle(mp->vv[0]);
7755   mp->uu[0]=0; mp->ww[0]=0;
7756 }
7757
7758 @ @<Set up the equation for a curl at $\theta_0$@>=
7759 { cc=right_curl(s); lt=abs(left_tension(t)); rt=abs(right_tension(s));
7760   if ( (rt==unity)&&(lt==unity) )
7761     mp->uu[0]=mp_make_fraction(mp, cc+cc+unity,cc+two);
7762   else 
7763     mp->uu[0]=mp_curl_ratio(mp, cc,rt,lt);
7764   mp->vv[0]=-mp_take_fraction(mp, mp->psi[1],mp->uu[0]); mp->ww[0]=0;
7765 }
7766
7767 @ @<Set up equation for a curl at $\theta_n$...@>=
7768 { cc=left_curl(s); lt=abs(left_tension(s)); rt=abs(right_tension(r));
7769   if ( (rt==unity)&&(lt==unity) )
7770     ff=mp_make_fraction(mp, cc+cc+unity,cc+two);
7771   else 
7772     ff=mp_curl_ratio(mp, cc,lt,rt);
7773   mp->theta[n]=-mp_make_fraction(mp, mp_take_fraction(mp, mp->vv[n-1],ff),
7774     fraction_one-mp_take_fraction(mp, ff,mp->uu[n-1]));
7775   goto FOUND;
7776 }
7777
7778 @ The |curl_ratio| subroutine has three arguments, which our previous notation
7779 encourages us to call $\gamma$, $\alpha^{-1}$, and $\beta^{-1}$. It is
7780 a somewhat tedious program to calculate
7781 $${(3-\alpha)\alpha^2\gamma+\beta^3\over
7782   \alpha^3\gamma+(3-\beta)\beta^2},$$
7783 with the result reduced to 4 if it exceeds 4. (This reduction of curl
7784 is necessary only if the curl and tension are both large.)
7785 The values of $\alpha$ and $\beta$ will be at most~4/3.
7786
7787 @<Declare subroutines needed by |solve_choices|@>=
7788 fraction mp_curl_ratio (MP mp,scaled gamma, scaled a_tension, 
7789                         scaled b_tension) {
7790   fraction alpha,beta,num,denom,ff; /* registers */
7791   alpha=mp_make_fraction(mp, unity,a_tension);
7792   beta=mp_make_fraction(mp, unity,b_tension);
7793   if ( alpha<=beta ) {
7794     ff=mp_make_fraction(mp, alpha,beta); ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff);
7795     gamma=mp_take_fraction(mp, gamma,ff);
7796     beta=beta / 010000; /* convert |fraction| to |scaled| */
7797     denom=mp_take_fraction(mp, gamma,alpha)+three-beta;
7798     num=mp_take_fraction(mp, gamma,fraction_three-alpha)+beta;
7799   } else { 
7800     ff=mp_make_fraction(mp, beta,alpha); ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff);
7801     beta=mp_take_fraction(mp, beta,ff) / 010000; /* convert |fraction| to |scaled| */
7802     denom=mp_take_fraction(mp, gamma,alpha)+(ff / 1365)-beta;
7803       /* $1365\approx 2^{12}/3$ */
7804     num=mp_take_fraction(mp, gamma,fraction_three-alpha)+beta;
7805   }
7806   if ( num>=denom+denom+denom+denom ) return fraction_four;
7807   else return mp_make_fraction(mp, num,denom);
7808 }
7809
7810 @ We're in the home stretch now.
7811
7812 @<Finish choosing angles and assigning control points@>=
7813 for (k=n-1;k>=0;k--) {
7814   mp->theta[k]=mp->vv[k]-mp_take_fraction(mp,mp->theta[k+1],mp->uu[k]);
7815 }
7816 s=p; k=0;
7817 do {  
7818   t=link(s);
7819   mp_n_sin_cos(mp, mp->theta[k]); mp->st=mp->n_sin; mp->ct=mp->n_cos;
7820   mp_n_sin_cos(mp, -mp->psi[k+1]-mp->theta[k+1]); mp->sf=mp->n_sin; mp->cf=mp->n_cos;
7821   mp_set_controls(mp, s,t,k);
7822   incr(k); s=t;
7823 } while (k!=n)
7824
7825 @ The |set_controls| routine actually puts the control points into
7826 a pair of consecutive nodes |p| and~|q|. Global variables are used to
7827 record the values of $\sin\theta$, $\cos\theta$, $\sin\phi$, and
7828 $\cos\phi$ needed in this calculation.
7829
7830 @<Glob...@>=
7831 fraction st;
7832 fraction ct;
7833 fraction sf;
7834 fraction cf; /* sines and cosines */
7835
7836 @ @<Declare subroutines needed by |solve_choices|@>=
7837 void mp_set_controls (MP mp,pointer p, pointer q, integer k) {
7838   fraction rr,ss; /* velocities, divided by thrice the tension */
7839   scaled lt,rt; /* tensions */
7840   fraction sine; /* $\sin(\theta+\phi)$ */
7841   lt=abs(left_tension(q)); rt=abs(right_tension(p));
7842   rr=mp_velocity(mp, mp->st,mp->ct,mp->sf,mp->cf,rt);
7843   ss=mp_velocity(mp, mp->sf,mp->cf,mp->st,mp->ct,lt);
7844   if ( (right_tension(p)<0)||(left_tension(q)<0) ) {
7845     @<Decrease the velocities,
7846       if necessary, to stay inside the bounding triangle@>;
7847   }
7848   right_x(p)=x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, 
7849                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->ct)-
7850                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->st),rr);
7851   right_y(p)=y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, 
7852                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->ct)+
7853                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->st),rr);
7854   left_x(q)=x_coord(q)-mp_take_fraction(mp, 
7855                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->cf)+
7856                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->sf),ss);
7857   left_y(q)=y_coord(q)-mp_take_fraction(mp, 
7858                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->cf)-
7859                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->sf),ss);
7860   right_type(p)=mp_explicit; left_type(q)=mp_explicit;
7861 }
7862
7863 @ The boundedness conditions $\\{rr}\L\sin\phi\,/\sin(\theta+\phi)$ and
7864 $\\{ss}\L\sin\theta\,/\sin(\theta+\phi)$ are to be enforced if $\sin\theta$,
7865 $\sin\phi$, and $\sin(\theta+\phi)$ all have the same sign. Otherwise
7866 there is no ``bounding triangle.''
7867 @:at_least_}{\&{atleast} primitive@>
7868
7869 @<Decrease the velocities, if necessary...@>=
7870 if (((mp->st>=0)&&(mp->sf>=0))||((mp->st<=0)&&(mp->sf<=0)) ) {
7871   sine=mp_take_fraction(mp, abs(mp->st),mp->cf)+
7872                             mp_take_fraction(mp, abs(mp->sf),mp->ct);
7873   if ( sine>0 ) {
7874     sine=mp_take_fraction(mp, sine,fraction_one+unity); /* safety factor */
7875     if ( right_tension(p)<0 )
7876      if ( mp_ab_vs_cd(mp, abs(mp->sf),fraction_one,rr,sine)<0 )
7877       rr=mp_make_fraction(mp, abs(mp->sf),sine);
7878     if ( left_tension(q)<0 )
7879      if ( mp_ab_vs_cd(mp, abs(mp->st),fraction_one,ss,sine)<0 )
7880       ss=mp_make_fraction(mp, abs(mp->st),sine);
7881   }
7882 }
7883
7884 @ Only the simple cases remain to be handled.
7885
7886 @<Reduce to simple case of two givens and |return|@>=
7887
7888   aa=mp_n_arg(mp, mp->delta_x[0],mp->delta_y[0]);
7889   mp_n_sin_cos(mp, right_given(p)-aa); mp->ct=mp->n_cos; mp->st=mp->n_sin;
7890   mp_n_sin_cos(mp, left_given(q)-aa); mp->cf=mp->n_cos; mp->sf=-mp->n_sin;
7891   mp_set_controls(mp, p,q,0); return;
7892 }
7893
7894 @ @<Reduce to simple case of straight line and |return|@>=
7895
7896   right_type(p)=mp_explicit; left_type(q)=mp_explicit;
7897   lt=abs(left_tension(q)); rt=abs(right_tension(p));
7898   if ( rt==unity ) {
7899     if ( mp->delta_x[0]>=0 ) right_x(p)=x_coord(p)+((mp->delta_x[0]+1) / 3);
7900     else right_x(p)=x_coord(p)+((mp->delta_x[0]-1) / 3);
7901     if ( mp->delta_y[0]>=0 ) right_y(p)=y_coord(p)+((mp->delta_y[0]+1) / 3);
7902     else right_y(p)=y_coord(p)+((mp->delta_y[0]-1) / 3);
7903   } else { 
7904     ff=mp_make_fraction(mp, unity,3*rt); /* $\alpha/3$ */
7905     right_x(p)=x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[0],ff);
7906     right_y(p)=y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[0],ff);
7907   }
7908   if ( lt==unity ) {
7909     if ( mp->delta_x[0]>=0 ) left_x(q)=x_coord(q)-((mp->delta_x[0]+1) / 3);
7910     else left_x(q)=x_coord(q)-((mp->delta_x[0]-1) / 3);
7911     if ( mp->delta_y[0]>=0 ) left_y(q)=y_coord(q)-((mp->delta_y[0]+1) / 3);
7912     else left_y(q)=y_coord(q)-((mp->delta_y[0]-1) / 3);
7913   } else  { 
7914     ff=mp_make_fraction(mp, unity,3*lt); /* $\beta/3$ */
7915     left_x(q)=x_coord(q)-mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[0],ff);
7916     left_y(q)=y_coord(q)-mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[0],ff);
7917   }
7918   return;
7919 }
7920
7921 @* \[19] Measuring paths.
7922 \MP's \&{llcorner}, \&{lrcorner}, \&{ulcorner}, and \&{urcorner} operators
7923 allow the user to measure the bounding box of anything that can go into a
7924 picture.  It's easy to get rough bounds on the $x$ and $y$ extent of a path
7925 by just finding the bounding box of the knots and the control points. We
7926 need a more accurate version of the bounding box, but we can still use the
7927 easy estimate to save time by focusing on the interesting parts of the path.
7928
7929 @ Computing an accurate bounding box involves a theme that will come up again
7930 and again. Given a Bernshte{\u\i}n polynomial
7931 @^Bernshte{\u\i}n, Serge{\u\i} Natanovich@>
7932 $$B(z_0,z_1,\ldots,z_n;t)=\sum_k{n\choose k}t^k(1-t)^{n-k}z_k,$$
7933 we can conveniently bisect its range as follows:
7934
7935 \smallskip
7936 \textindent{1)} Let $z_k^{(0)}=z_k$, for |0<=k<=n|.
7937
7938 \smallskip
7939 \textindent{2)} Let $z_k^{(j+1)}={1\over2}(z_k^{(j)}+z\k^{(j)})$, for
7940 |0<=k<n-j|, for |0<=j<n|.
7941
7942 \smallskip\noindent
7943 Then
7944 $$B(z_0,z_1,\ldots,z_n;t)=B(z_0^{(0)},z_0^{(1)},\ldots,z_0^{(n)};2t)
7945  =B(z_0^{(n)},z_1^{(n-1)},\ldots,z_n^{(0)};2t-1).$$
7946 This formula gives us the coefficients of polynomials to use over the ranges
7947 $0\L t\L{1\over2}$ and ${1\over2}\L t\L1$.
7948
7949 @ Now here's a subroutine that's handy for all sorts of path computations:
7950 Given a quadratic polynomial $B(a,b,c;t)$, the |crossing_point| function
7951 returns the unique |fraction| value |t| between 0 and~1 at which
7952 $B(a,b,c;t)$ changes from positive to negative, or returns
7953 |t=fraction_one+1| if no such value exists. If |a<0| (so that $B(a,b,c;t)$
7954 is already negative at |t=0|), |crossing_point| returns the value zero.
7955
7956 @d no_crossing {  return (fraction_one+1); }
7957 @d one_crossing { return fraction_one; }
7958 @d zero_crossing { return 0; }
7959 @d mp_crossing_point(M,A,B,C) mp_do_crossing_point(A,B,C)
7960
7961 @c fraction mp_do_crossing_point (integer a, integer b, integer c) {
7962   integer d; /* recursive counter */
7963   integer x,xx,x0,x1,x2; /* temporary registers for bisection */
7964   if ( a<0 ) zero_crossing;
7965   if ( c>=0 ) { 
7966     if ( b>=0 ) {
7967       if ( c>0 ) { no_crossing; }
7968       else if ( (a==0)&&(b==0) ) { no_crossing;} 
7969       else { one_crossing; } 
7970     }
7971     if ( a==0 ) zero_crossing;
7972   } else if ( a==0 ) {
7973     if ( b<=0 ) zero_crossing;
7974   }
7975   @<Use bisection to find the crossing point, if one exists@>;
7976 }
7977
7978 @ The general bisection method is quite simple when $n=2$, hence
7979 |crossing_point| does not take much time. At each stage in the
7980 recursion we have a subinterval defined by |l| and~|j| such that
7981 $B(a,b,c;2^{-l}(j+t))=B(x_0,x_1,x_2;t)$, and we want to ``zero in'' on
7982 the subinterval where $x_0\G0$ and $\min(x_1,x_2)<0$.
7983
7984 It is convenient for purposes of calculation to combine the values
7985 of |l| and~|j| in a single variable $d=2^l+j$, because the operation
7986 of bisection then corresponds simply to doubling $d$ and possibly
7987 adding~1. Furthermore it proves to be convenient to modify
7988 our previous conventions for bisection slightly, maintaining the
7989 variables $X_0=2^lx_0$, $X_1=2^l(x_0-x_1)$, and $X_2=2^l(x_1-x_2)$.
7990 With these variables the conditions $x_0\ge0$ and $\min(x_1,x_2)<0$ are
7991 equivalent to $\max(X_1,X_1+X_2)>X_0\ge0$.
7992
7993 The following code maintains the invariant relations
7994 $0\L|x0|<\max(|x1|,|x1|+|x2|)$,
7995 $\vert|x1|\vert<2^{30}$, $\vert|x2|\vert<2^{30}$;
7996 it has been constructed in such a way that no arithmetic overflow
7997 will occur if the inputs satisfy
7998 $a<2^{30}$, $\vert a-b\vert<2^{30}$, and $\vert b-c\vert<2^{30}$.
7999
8000 @<Use bisection to find the crossing point...@>=
8001 d=1; x0=a; x1=a-b; x2=b-c;
8002 do {  
8003   x=half(x1+x2);
8004   if ( x1-x0>x0 ) { 
8005     x2=x; x0+=x0; d+=d;  
8006   } else { 
8007     xx=x1+x-x0;
8008     if ( xx>x0 ) { 
8009       x2=x; x0+=x0; d+=d;
8010     }  else { 
8011       x0=x0-xx;
8012       if ( x<=x0 ) { if ( x+x2<=x0 ) no_crossing; }
8013       x1=x; d=d+d+1;
8014     }
8015   }
8016 } while (d<fraction_one);
8017 return (d-fraction_one)
8018
8019 @ Here is a routine that computes the $x$ or $y$ coordinate of the point on
8020 a cubic corresponding to the |fraction| value~|t|.
8021
8022 It is convenient to define a \.{WEB} macro |t_of_the_way| such that
8023 |t_of_the_way(a,b)| expands to |a-(a-b)*t|, i.e., to |t[a,b]|.
8024
8025 @d t_of_the_way(A,B) ((A)-mp_take_fraction(mp,((A)-(B)),t))
8026
8027 @c scaled mp_eval_cubic (MP mp,pointer p, pointer q, fraction t) {
8028   scaled x1,x2,x3; /* intermediate values */
8029   x1=t_of_the_way(knot_coord(p),right_coord(p));
8030   x2=t_of_the_way(right_coord(p),left_coord(q));
8031   x3=t_of_the_way(left_coord(q),knot_coord(q));
8032   x1=t_of_the_way(x1,x2);
8033   x2=t_of_the_way(x2,x3);
8034   return t_of_the_way(x1,x2);
8035 }
8036
8037 @ The actual bounding box information is stored in global variables.
8038 Since it is convenient to address the $x$ and $y$ information
8039 separately, we define arrays indexed by |x_code..y_code| and use
8040 macros to give them more convenient names.
8041
8042 @<Types...@>=
8043 enum mp_bb_code  {
8044   mp_x_code=0, /* index for |minx| and |maxx| */
8045   mp_y_code /* index for |miny| and |maxy| */
8046 } ;
8047
8048
8049 @d minx mp->bbmin[mp_x_code]
8050 @d maxx mp->bbmax[mp_x_code]
8051 @d miny mp->bbmin[mp_y_code]
8052 @d maxy mp->bbmax[mp_y_code]
8053
8054 @<Glob...@>=
8055 scaled bbmin[mp_y_code+1];
8056 scaled bbmax[mp_y_code+1]; 
8057 /* the result of procedures that compute bounding box information */
8058
8059 @ Now we're ready for the key part of the bounding box computation.
8060 The |bound_cubic| procedure updates |bbmin[c]| and |bbmax[c]| based on
8061 $$B(\hbox{|knot_coord(p)|}, \hbox{|right_coord(p)|},
8062     \hbox{|left_coord(q)|}, \hbox{|knot_coord(q)|};t)
8063 $$
8064 for $0<t\le1$.  In other words, the procedure adjusts the bounds to
8065 accommodate |knot_coord(q)| and any extremes over the range $0<t<1$.
8066 The |c| parameter is |x_code| or |y_code|.
8067
8068 @c void mp_bound_cubic (MP mp,pointer p, pointer q, small_number c) {
8069   boolean wavy; /* whether we need to look for extremes */
8070   scaled del1,del2,del3,del,dmax; /* proportional to the control
8071      points of a quadratic derived from a cubic */
8072   fraction t,tt; /* where a quadratic crosses zero */
8073   scaled x; /* a value that |bbmin[c]| and |bbmax[c]| must accommodate */
8074   x=knot_coord(q);
8075   @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>;
8076   @<Check the control points against the bounding box and set |wavy:=true|
8077     if any of them lie outside@>;
8078   if ( wavy ) {
8079     del1=right_coord(p)-knot_coord(p);
8080     del2=left_coord(q)-right_coord(p);
8081     del3=knot_coord(q)-left_coord(q);
8082     @<Scale up |del1|, |del2|, and |del3| for greater accuracy;
8083       also set |del| to the first nonzero element of |(del1,del2,del3)|@>;
8084     if ( del<0 ) {
8085       negate(del1); negate(del2); negate(del3);
8086     };
8087     t=mp_crossing_point(mp, del1,del2,del3);
8088     if ( t<fraction_one ) {
8089       @<Test the extremes of the cubic against the bounding box@>;
8090     }
8091   }
8092 }
8093
8094 @ @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>=
8095 if ( x<mp->bbmin[c] ) mp->bbmin[c]=x;
8096 if ( x>mp->bbmax[c] ) mp->bbmax[c]=x
8097
8098 @ @<Check the control points against the bounding box and set...@>=
8099 wavy=true;
8100 if ( mp->bbmin[c]<=right_coord(p) )
8101   if ( right_coord(p)<=mp->bbmax[c] )
8102     if ( mp->bbmin[c]<=left_coord(q) )
8103       if ( left_coord(q)<=mp->bbmax[c] )
8104         wavy=false
8105
8106 @ If |del1=del2=del3=0|, it's impossible to obey the title of this
8107 section. We just set |del=0| in that case.
8108
8109 @<Scale up |del1|, |del2|, and |del3| for greater accuracy...@>=
8110 if ( del1!=0 ) del=del1;
8111 else if ( del2!=0 ) del=del2;
8112 else del=del3;
8113 if ( del!=0 ) {
8114   dmax=abs(del1);
8115   if ( abs(del2)>dmax ) dmax=abs(del2);
8116   if ( abs(del3)>dmax ) dmax=abs(del3);
8117   while ( dmax<fraction_half ) {
8118     dmax+=dmax; del1+=del1; del2+=del2; del3+=del3;
8119   }
8120 }
8121
8122 @ Since |crossing_point| has tried to choose |t| so that
8123 $B(|del1|,|del2|,|del3|;\tau)$ crosses zero at $\tau=|t|$ with negative
8124 slope, the value of |del2| computed below should not be positive.
8125 But rounding error could make it slightly positive in which case we
8126 must cut it to zero to avoid confusion.
8127
8128 @<Test the extremes of the cubic against the bounding box@>=
8129
8130   x=mp_eval_cubic(mp, p,q,t);
8131   @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>;
8132   del2=t_of_the_way(del2,del3);
8133     /* now |0,del2,del3| represent the derivative on the remaining interval */
8134   if ( del2>0 ) del2=0;
8135   tt=mp_crossing_point(mp, 0,-del2,-del3);
8136   if ( tt<fraction_one ) {
8137     @<Test the second extreme against the bounding box@>;
8138   }
8139 }
8140
8141 @ @<Test the second extreme against the bounding box@>=
8142 {
8143    x=mp_eval_cubic(mp, p,q,t_of_the_way(tt,fraction_one));
8144   @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>;
8145 }
8146
8147 @ Finding the bounding box of a path is basically a matter of applying
8148 |bound_cubic| twice for each pair of adjacent knots.
8149
8150 @c void mp_path_bbox (MP mp,pointer h) {
8151   pointer p,q; /* a pair of adjacent knots */
8152    minx=x_coord(h); miny=y_coord(h);
8153   maxx=minx; maxy=miny;
8154   p=h;
8155   do {  
8156     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) return;
8157     q=link(p);
8158     mp_bound_cubic(mp, x_loc(p),x_loc(q),mp_x_code);
8159     mp_bound_cubic(mp, y_loc(p),y_loc(q),mp_y_code);
8160     p=q;
8161   } while (p!=h);
8162 }
8163
8164 @ Another important way to measure a path is to find its arc length.  This
8165 is best done by using the general bisection algorithm to subdivide the path
8166 until obtaining ``well behaved'' subpaths whose arc lengths can be approximated
8167 by simple means.
8168
8169 Since the arc length is the integral with respect to time of the magnitude of
8170 the velocity, it is natural to use Simpson's rule for the approximation.
8171 @^Simpson's rule@>
8172 If $\dot B(t)$ is the spline velocity, Simpson's rule gives
8173 $$ \vb\dot B(0)\vb + 4\vb\dot B({1\over2})\vb + \vb\dot B(1)\vb \over 6 $$
8174 for the arc length of a path of length~1.  For a cubic spline
8175 $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$, the time derivative $\dot B(t)$ is
8176 $3B(dz_0,dz_1,dz_2;t)$, where $dz_i=z_{i+1}-z_i$.  Hence the arc length
8177 approximation is
8178 $$ {\vb dz_0\vb \over 2} + 2\vb dz_{02}\vb + {\vb dz_2\vb \over 2}, $$
8179 where
8180 $$ dz_{02}={1\over2}\left({dz_0+dz_1\over 2}+{dz_1+dz_2\over 2}\right)$$
8181 is the result of the bisection algorithm.
8182
8183 @ The remaining problem is how to decide when a subpath is ``well behaved.''
8184 This could be done via the theoretical error bound for Simpson's rule,
8185 @^Simpson's rule@>
8186 but this is impractical because it requires an estimate of the fourth
8187 derivative of the quantity being integrated.  It is much easier to just perform
8188 a bisection step and see how much the arc length estimate changes.  Since the
8189 error for Simpson's rule is proportional to the fourth power of the sample
8190 spacing, the remaining error is typically about $1\over16$ of the amount of
8191 the change.  We say ``typically'' because the error has a pseudo-random behavior
8192 that could cause the two estimates to agree when each contain large errors.
8193
8194 To protect against disasters such as undetected cusps, the bisection process
8195 should always continue until all the $dz_i$ vectors belong to a single
8196 $90^\circ$ sector.  This ensures that no point on the spline can have velocity
8197 less than 70\% of the minimum of $\vb dz_0\vb$, $\vb dz_1\vb$ and $\vb dz_2\vb$.
8198 If such a spline happens to produce an erroneous arc length estimate that
8199 is little changed by bisection, the amount of the error is likely to be fairly
8200 small.  We will try to arrange things so that freak accidents of this type do
8201 not destroy the inverse relationship between the \&{arclength} and
8202 \&{arctime} operations.
8203 @:arclength_}{\&{arclength} primitive@>
8204 @:arctime_}{\&{arctime} primitive@>
8205
8206 @ The \&{arclength} and \&{arctime} operations are both based on a recursive
8207 @^recursion@>
8208 function that finds the arc length of a cubic spline given $dz_0$, $dz_1$,
8209 $dz_2$. This |arc_test| routine also takes an arc length goal |a_goal| and
8210 returns the time when the arc length reaches |a_goal| if there is such a time.
8211 Thus the return value is either an arc length less than |a_goal| or, if the
8212 arc length would be at least |a_goal|, it returns a time value decreased by
8213 |two|.  This allows the caller to use the sign of the result to distinguish
8214 between arc lengths and time values.  On certain types of overflow, it is
8215 possible for |a_goal| and the result of |arc_test| both to be |el_gordo|.
8216 Otherwise, the result is always less than |a_goal|.
8217
8218 Rather than halving the control point coordinates on each recursive call to
8219 |arc_test|, it is better to keep them proportional to velocity on the original
8220 curve and halve the results instead.  This means that recursive calls can
8221 potentially use larger error tolerances in their arc length estimates.  How
8222 much larger depends on to what extent the errors behave as though they are
8223 independent of each other.  To save computing time, we use optimistic assumptions
8224 and increase the tolerance by a factor of about $\sqrt2$ for each recursive
8225 call.
8226
8227 In addition to the tolerance parameter, |arc_test| should also have parameters
8228 for ${1\over3}\vb\dot B(0)\vb$, ${2\over3}\vb\dot B({1\over2})\vb$, and
8229 ${1\over3}\vb\dot B(1)\vb$.  These quantities are relatively expensive to compute
8230 and they are needed in different instances of |arc_test|.
8231
8232 @c @t\4@>@<Declare subroutines needed by |arc_test|@>;
8233 scaled mp_arc_test (MP mp, scaled dx0, scaled dy0, scaled dx1, scaled dy1, 
8234                     scaled dx2, scaled dy2, scaled  v0, scaled v02, 
8235                     scaled v2, scaled a_goal, scaled tol) {
8236   boolean simple; /* are the control points confined to a $90^\circ$ sector? */
8237   scaled dx01, dy01, dx12, dy12, dx02, dy02;  /* bisection results */
8238   scaled v002, v022;
8239     /* twice the velocity magnitudes at $t={1\over4}$ and $t={3\over4}$ */
8240   scaled arc; /* best arc length estimate before recursion */
8241   @<Other local variables in |arc_test|@>;
8242   @<Bisect the B\'ezier quadratic given by |dx0|, |dy0|, |dx1|, |dy1|,
8243     |dx2|, |dy2|@>;
8244   @<Initialize |v002|, |v022|, and the arc length estimate |arc|; if it overflows
8245     set |arc_test| and |return|@>;
8246   @<Test if the control points are confined to one quadrant or rotating them
8247     $45^\circ$ would put them in one quadrant.  Then set |simple| appropriately@>;
8248   if ( simple && (abs(arc-v02-halfp(v0+v2)) <= tol) ) {
8249     if ( arc < a_goal ) {
8250       return arc;
8251     } else {
8252        @<Estimate when the arc length reaches |a_goal| and set |arc_test| to
8253          that time minus |two|@>;
8254     }
8255   } else {
8256     @<Use one or two recursive calls to compute the |arc_test| function@>;
8257   }
8258 }
8259
8260 @ The |tol| value should by multiplied by $\sqrt 2$ before making recursive
8261 calls, but $1.5$ is an adequate approximation.  It is best to avoid using
8262 |make_fraction| in this inner loop.
8263 @^inner loop@>
8264
8265 @<Use one or two recursive calls to compute the |arc_test| function@>=
8266
8267   @<Set |a_new| and |a_aux| so their sum is |2*a_goal| and |a_new| is as
8268     large as possible@>;
8269   tol = tol + halfp(tol);
8270   a = mp_arc_test(mp, dx0,dy0, dx01,dy01, dx02,dy02, v0, v002, 
8271                   halfp(v02), a_new, tol);
8272   if ( a<0 )  {
8273      return (-halfp(two-a));
8274   } else { 
8275     @<Update |a_new| to reduce |a_new+a_aux| by |a|@>;
8276     b = mp_arc_test(mp, dx02,dy02, dx12,dy12, dx2,dy2,
8277                     halfp(v02), v022, v2, a_new, tol);
8278     if ( b<0 )  
8279       return (-halfp(-b) - half_unit);
8280     else  
8281       return (a + half(b-a));
8282   }
8283 }
8284
8285 @ @<Other local variables in |arc_test|@>=
8286 scaled a,b; /* results of recursive calls */
8287 scaled a_new,a_aux; /* the sum of these gives the |a_goal| */
8288
8289 @ @<Set |a_new| and |a_aux| so their sum is |2*a_goal| and |a_new| is...@>=
8290 a_aux = el_gordo - a_goal;
8291 if ( a_goal > a_aux ) {
8292   a_aux = a_goal - a_aux;
8293   a_new = el_gordo;
8294 } else { 
8295   a_new = a_goal + a_goal;
8296   a_aux = 0;
8297 }
8298
8299 @ There is no need to maintain |a_aux| at this point so we use it as a temporary
8300 to force the additions and subtractions to be done in an order that avoids
8301 overflow.
8302
8303 @<Update |a_new| to reduce |a_new+a_aux| by |a|@>=
8304 if ( a > a_aux ) {
8305   a_aux = a_aux - a;
8306   a_new = a_new + a_aux;
8307 }
8308
8309 @ This code assumes all {\it dx} and {\it dy} variables have magnitude less than
8310 |fraction_four|.  To simplify the rest of the |arc_test| routine, we strengthen
8311 this assumption by requiring the norm of each $({\it dx},{\it dy})$ pair to obey
8312 this bound.  Note that recursive calls will maintain this invariant.
8313
8314 @<Bisect the B\'ezier quadratic given by |dx0|, |dy0|, |dx1|, |dy1|,...@>=
8315 dx01 = half(dx0 + dx1);
8316 dx12 = half(dx1 + dx2);
8317 dx02 = half(dx01 + dx12);
8318 dy01 = half(dy0 + dy1);
8319 dy12 = half(dy1 + dy2);
8320 dy02 = half(dy01 + dy12)
8321
8322 @ We should be careful to keep |arc<el_gordo| so that calling |arc_test| with
8323 |a_goal=el_gordo| is guaranteed to yield the arc length.
8324
8325 @<Initialize |v002|, |v022|, and the arc length estimate |arc|;...@>=
8326 v002 = mp_pyth_add(mp, dx01+half(dx0+dx02), dy01+half(dy0+dy02));
8327 v022 = mp_pyth_add(mp, dx12+half(dx02+dx2), dy12+half(dy02+dy2));
8328 tmp = halfp(v02+2);
8329 arc1 = v002 + half(halfp(v0+tmp) - v002);
8330 arc = v022 + half(halfp(v2+tmp) - v022);
8331 if ( (arc < el_gordo-arc1) )  {
8332   arc = arc+arc1;
8333 } else { 
8334   mp->arith_error = true;
8335   if ( a_goal==el_gordo )  return (el_gordo);
8336   else return (-two);
8337 }
8338
8339 @ @<Other local variables in |arc_test|@>=
8340 scaled tmp, tmp2; /* all purpose temporary registers */
8341 scaled arc1; /* arc length estimate for the first half */
8342
8343 @ @<Test if the control points are confined to one quadrant or rotating...@>=
8344 simple = ((dx0>=0) && (dx1>=0) && (dx2>=0)) ||
8345          ((dx0<=0) && (dx1<=0) && (dx2<=0));
8346 if ( simple )
8347   simple = ((dy0>=0) && (dy1>=0) && (dy2>=0)) ||
8348            ((dy0<=0) && (dy1<=0) && (dy2<=0));
8349 if ( ! simple ) {
8350   simple = ((dx0>=dy0) && (dx1>=dy1) && (dx2>=dy2)) ||
8351            ((dx0<=dy0) && (dx1<=dy1) && (dx2<=dy2));
8352   if ( simple ) 
8353     simple = ((-dx0>=dy0) && (-dx1>=dy1) && (-dx2>=dy2)) ||
8354              ((-dx0<=dy0) && (-dx1<=dy1) && (-dx2<=dy2));
8355 }
8356
8357 @ Since Simpson's rule is based on approximating the integrand by a parabola,
8358 @^Simpson's rule@>
8359 it is appropriate to use the same approximation to decide when the integral
8360 reaches the intermediate value |a_goal|.  At this point
8361 $$\eqalign{
8362     {\vb\dot B(0)\vb\over 3} &= \hbox{|v0|}, \qquad
8363     {\vb\dot B({1\over4})\vb\over 3} = {\hbox{|v002|}\over 2}, \qquad
8364     {\vb\dot B({1\over2})\vb\over 3} = {\hbox{|v02|}\over 2}, \cr
8365     {\vb\dot B({3\over4})\vb\over 3} &= {\hbox{|v022|}\over 2}, \qquad
8366     {\vb\dot B(1)\vb\over 3} = \hbox{|v2|} \cr
8367 }
8368 $$
8369 and
8370 $$ {\vb\dot B(t)\vb\over 3} \approx
8371   \cases{B\left(\hbox{|v0|},
8372       \hbox{|v002|}-{1\over 2}\hbox{|v0|}-{1\over 4}\hbox{|v02|},
8373       {1\over 2}\hbox{|v02|}; 2t \right)&
8374     if $t\le{1\over 2}$\cr
8375   B\left({1\over 2}\hbox{|v02|},
8376       \hbox{|v022|}-{1\over 4}\hbox{|v02|}-{1\over 2}\hbox{|v2|},
8377       \hbox{|v2|}; 2t-1 \right)&
8378     if $t\ge{1\over 2}$.\cr}
8379  \eqno (*)
8380 $$
8381 We can integrate $\vb\dot B(t)\vb$ by using
8382 $$\int 3B(a,b,c;\tau)\,dt =
8383   {B(0,a,a+b,a+b+c;\tau) + {\rm constant} \over {d\tau\over dt}}.
8384 $$
8385
8386 This construction allows us to find the time when the arc length reaches
8387 |a_goal| by solving a cubic equation of the form
8388 $$ B(0,a,a+b,a+b+c;\tau) = x, $$
8389 where $\tau$ is $2t$ or $2t+1$, $x$ is |a_goal| or |a_goal-arc1|, and $a$, $b$,
8390 and $c$ are the Bernshte{\u\i}n coefficients from $(*)$ divided by
8391 @^Bernshte{\u\i}n, Serge{\u\i} Natanovich@>
8392 $d\tau\over dt$.  We shall define a function |solve_rising_cubic| that finds
8393 $\tau$ given $a$, $b$, $c$, and $x$.
8394
8395 @<Estimate when the arc length reaches |a_goal| and set |arc_test| to...@>=
8396
8397   tmp = (v02 + 2) / 4;
8398   if ( a_goal<=arc1 ) {
8399     tmp2 = halfp(v0);
8400     return 
8401       (halfp(mp_solve_rising_cubic(mp, tmp2, arc1-tmp2-tmp, tmp, a_goal))- two);
8402   } else { 
8403     tmp2 = halfp(v2);
8404     return ((half_unit - two) +
8405       halfp(mp_solve_rising_cubic(mp, tmp, arc-arc1-tmp-tmp2, tmp2, a_goal-arc1)));
8406   }
8407 }
8408
8409 @ Here is the |solve_rising_cubic| routine that finds the time~$t$ when
8410 $$ B(0, a, a+b, a+b+c; t) = x. $$
8411 This routine is based on |crossing_point| but is simplified by the
8412 assumptions that $B(a,b,c;t)\ge0$ for $0\le t\le1$ and that |0<=x<=a+b+c|.
8413 If rounding error causes this condition to be violated slightly, we just ignore
8414 it and proceed with binary search.  This finds a time when the function value
8415 reaches |x| and the slope is positive.
8416
8417 @<Declare subroutines needed by |arc_test|@>=
8418 scaled mp_solve_rising_cubic (MP mp,scaled a, scaled b,  scaled c, scaled x) {
8419   scaled ab, bc, ac; /* bisection results */
8420   integer t; /* $2^k+q$ where unscaled answer is in $[q2^{-k},(q+1)2^{-k})$ */
8421   integer xx; /* temporary for updating |x| */
8422   if ( (a<0) || (c<0) ) mp_confusion(mp, "rising?");
8423 @:this can't happen rising?}{\quad rising?@>
8424   if ( x<=0 ) {
8425         return 0;
8426   } else if ( x >= a+b+c ) {
8427     return unity;
8428   } else { 
8429     t = 1;
8430     @<Rescale if necessary to make sure |a|, |b|, and |c| are all less than
8431       |el_gordo div 3|@>;
8432     do {  
8433       t+=t;
8434       @<Subdivide the B\'ezier quadratic defined by |a|, |b|, |c|@>;
8435       xx = x - a - ab - ac;
8436       if ( xx < -x ) { x+=x; b=ab; c=ac;  }
8437       else { x = x + xx;  a=ac; b=mp->bc; t = t+1; };
8438     } while (t < unity);
8439     return (t - unity);
8440   }
8441 }
8442
8443 @ @<Subdivide the B\'ezier quadratic defined by |a|, |b|, |c|@>=
8444 ab = half(a+b);
8445 bc = half(b+c);
8446 ac = half(ab+bc)
8447
8448 @ @d one_third_el_gordo 05252525252 /* upper bound on |a|, |b|, and |c| */
8449
8450 @<Rescale if necessary to make sure |a|, |b|, and |c| are all less than...@>=
8451 while ((a>one_third_el_gordo)||(b>one_third_el_gordo)||(c>one_third_el_gordo)) { 
8452   a = halfp(a);
8453   b = half(b);
8454   c = halfp(c);
8455   x = halfp(x);
8456 }
8457
8458 @ It is convenient to have a simpler interface to |arc_test| that requires no
8459 unnecessary arguments and ensures that each $({\it dx},{\it dy})$ pair has
8460 length less than |fraction_four|.
8461
8462 @d arc_tol   16  /* quit when change in arc length estimate reaches this */
8463
8464 @c scaled mp_do_arc_test (MP mp,scaled dx0, scaled dy0, scaled dx1, 
8465                           scaled dy1, scaled dx2, scaled dy2, scaled a_goal) {
8466   scaled v0,v1,v2; /* length of each $({\it dx},{\it dy})$ pair */
8467   scaled v02; /* twice the norm of the quadratic at $t={1\over2}$ */
8468   v0 = mp_pyth_add(mp, dx0,dy0);
8469   v1 = mp_pyth_add(mp, dx1,dy1);
8470   v2 = mp_pyth_add(mp, dx2,dy2);
8471   if ( (v0>=fraction_four) || (v1>=fraction_four) || (v2>=fraction_four) ) { 
8472     mp->arith_error = true;
8473     if ( a_goal==el_gordo )  return el_gordo;
8474     else return (-two);
8475   } else { 
8476     v02 = mp_pyth_add(mp, dx1+half(dx0+dx2), dy1+half(dy0+dy2));
8477     return (mp_arc_test(mp, dx0,dy0, dx1,dy1, dx2,dy2,
8478                                  v0, v02, v2, a_goal, arc_tol));
8479   }
8480 }
8481
8482 @ Now it is easy to find the arc length of an entire path.
8483
8484 @c scaled mp_get_arc_length (MP mp,pointer h) {
8485   pointer p,q; /* for traversing the path */
8486   scaled a,a_tot; /* current and total arc lengths */
8487   a_tot = 0;
8488   p = h;
8489   while ( right_type(p)!=mp_endpoint ){ 
8490     q = link(p);
8491     a = mp_do_arc_test(mp, right_x(p)-x_coord(p), right_y(p)-y_coord(p),
8492       left_x(q)-right_x(p), left_y(q)-right_y(p),
8493       x_coord(q)-left_x(q), y_coord(q)-left_y(q), el_gordo);
8494     a_tot = mp_slow_add(mp, a, a_tot);
8495     if ( q==h ) break;  else p=q;
8496   }
8497   check_arith;
8498   return a_tot;
8499 }
8500
8501 @ The inverse operation of finding the time on a path~|h| when the arc length
8502 reaches some value |arc0| can also be accomplished via |do_arc_test|.  Some care
8503 is required to handle very large times or negative times on cyclic paths.  For
8504 non-cyclic paths, |arc0| values that are negative or too large cause
8505 |get_arc_time| to return 0 or the length of path~|h|.
8506
8507 If |arc0| is greater than the arc length of a cyclic path~|h|, the result is a
8508 time value greater than the length of the path.  Since it could be much greater,
8509 we must be prepared to compute the arc length of path~|h| and divide this into
8510 |arc0| to find how many multiples of the length of path~|h| to add.
8511
8512 @c scaled mp_get_arc_time (MP mp,pointer h, scaled  arc0) {
8513   pointer p,q; /* for traversing the path */
8514   scaled t_tot; /* accumulator for the result */
8515   scaled t; /* the result of |do_arc_test| */
8516   scaled arc; /* portion of |arc0| not used up so far */
8517   integer n; /* number of extra times to go around the cycle */
8518   if ( arc0<0 ) {
8519     @<Deal with a negative |arc0| value and |return|@>;
8520   }
8521   if ( arc0==el_gordo ) decr(arc0);
8522   t_tot = 0;
8523   arc = arc0;
8524   p = h;
8525   while ( (right_type(p)!=mp_endpoint) && (arc>0) ) {
8526     q = link(p);
8527     t = mp_do_arc_test(mp, right_x(p)-x_coord(p), right_y(p)-y_coord(p),
8528       left_x(q)-right_x(p), left_y(q)-right_y(p),
8529       x_coord(q)-left_x(q), y_coord(q)-left_y(q), arc);
8530     @<Update |arc| and |t_tot| after |do_arc_test| has just returned |t|@>;
8531     if ( q==h ) {
8532       @<Update |t_tot| and |arc| to avoid going around the cyclic
8533         path too many times but set |arith_error:=true| and |goto done| on
8534         overflow@>;
8535     }
8536     p = q;
8537   }
8538   check_arith;
8539   return t_tot;
8540 }
8541
8542 @ @<Update |arc| and |t_tot| after |do_arc_test| has just returned |t|@>=
8543 if ( t<0 ) { t_tot = t_tot + t + two;  arc = 0;  }
8544 else { t_tot = t_tot + unity;  arc = arc - t;  }
8545
8546 @ @<Deal with a negative |arc0| value and |return|@>=
8547
8548   if ( left_type(h)==mp_endpoint ) {
8549     t_tot=0;
8550   } else { 
8551     p = mp_htap_ypoc(mp, h);
8552     t_tot = -mp_get_arc_time(mp, p, -arc0);
8553     mp_toss_knot_list(mp, p);
8554   }
8555   check_arith;
8556   return t_tot;
8557 }
8558
8559 @ @<Update |t_tot| and |arc| to avoid going around the cyclic...@>=
8560 if ( arc>0 ) { 
8561   n = arc / (arc0 - arc);
8562   arc = arc - n*(arc0 - arc);
8563   if ( t_tot > el_gordo / (n+1) ) { 
8564     mp->arith_error = true;
8565     t_tot = el_gordo;
8566     break;
8567   }
8568   t_tot = (n + 1)*t_tot;
8569 }
8570
8571 @* \[20] Data structures for pens.
8572 A Pen in \MP\ can be either elliptical or polygonal.  Elliptical pens result
8573 in \ps\ \&{stroke} commands, while anything drawn with a polygonal pen is
8574 @:stroke}{\&{stroke} command@>
8575 converted into an area fill as described in the next part of this program.
8576 The mathematics behind this process is based on simple aspects of the theory
8577 of tracings developed by Leo Guibas, Lyle Ramshaw, and Jorge Stolfi
8578 [``A kinematic framework for computational geometry,'' Proc.\ IEEE Symp.\
8579 Foundations of Computer Science {\bf 24} (1983), 100--111].
8580
8581 Polygonal pens are created from paths via \MP's \&{makepen} primitive.
8582 @:makepen_}{\&{makepen} primitive@>
8583 This path representation is almost sufficient for our purposes except that
8584 a pen path should always be a convex polygon with the vertices in
8585 counter-clockwise order.
8586 Since we will need to scan pen polygons both forward and backward, a pen
8587 should be represented as a doubly linked ring of knot nodes.  There is
8588 room for the extra back pointer because we do not need the
8589 |left_type| or |right_type| fields.  In fact, we don't need the |left_x|,
8590 |left_y|, |right_x|, or |right_y| fields either but we leave these alone
8591 so that certain procedures can operate on both pens and paths.  In particular,
8592 pens can be copied using |copy_path| and recycled using |toss_knot_list|.
8593
8594 @d knil info
8595   /* this replaces the |left_type| and |right_type| fields in a pen knot */
8596
8597 @ The |make_pen| procedure turns a path into a pen by initializing
8598 the |knil| pointers and making sure the knots form a convex polygon.
8599 Thus each cubic in the given path becomes a straight line and the control
8600 points are ignored.  If the path is not cyclic, the ends are connected by a
8601 straight line.
8602
8603 @d copy_pen(A) mp_make_pen(mp, mp_copy_path(mp, (A)),false)
8604
8605 @c @<Declare a function called |convex_hull|@>;
8606 pointer mp_make_pen (MP mp,pointer h, boolean need_hull) {
8607   pointer p,q; /* two consecutive knots */
8608   q=h;
8609   do {  
8610     p=q; q=link(q);
8611     knil(q)=p;
8612   } while (q!=h);
8613   if ( need_hull ){ 
8614     h=mp_convex_hull(mp, h);
8615     @<Make sure |h| isn't confused with an elliptical pen@>;
8616   }
8617   return h;
8618 }
8619
8620 @ The only information required about an elliptical pen is the overall
8621 transformation that has been applied to the original \&{pencircle}.
8622 @:pencircle_}{\&{pencircle} primitive@>
8623 Since it suffices to keep track of how the three points $(0,0)$, $(1,0)$,
8624 and $(0,1)$ are transformed, an elliptical pen can be stored in a single
8625 knot node and transformed as if it were a path.
8626
8627 @d pen_is_elliptical(A) ((A)==link((A)))
8628
8629 @c pointer mp_get_pen_circle (MP mp,scaled diam) {
8630   pointer h; /* the knot node to return */
8631   h=mp_get_node(mp, knot_node_size);
8632   link(h)=h; knil(h)=h;
8633   originator(h)=mp_program_code;
8634   x_coord(h)=0; y_coord(h)=0;
8635   left_x(h)=diam; left_y(h)=0;
8636   right_x(h)=0; right_y(h)=diam;
8637   return h;
8638 }
8639
8640 @ If the polygon being returned by |make_pen| has only one vertex, it will
8641 be interpreted as an elliptical pen.  This is no problem since a degenerate
8642 polygon can equally well be thought of as a degenerate ellipse.  We need only
8643 initialize the |left_x|, |left_y|, |right_x|, and |right_y| fields.
8644
8645 @<Make sure |h| isn't confused with an elliptical pen@>=
8646 if ( pen_is_elliptical( h) ){ 
8647   left_x(h)=x_coord(h); left_y(h)=y_coord(h);
8648   right_x(h)=x_coord(h); right_y(h)=y_coord(h);
8649 }
8650
8651 @ We have to cheat a little here but most operations on pens only use
8652 the first three words in each knot node.
8653 @^data structure assumptions@>
8654
8655 @<Initialize a pen at |test_pen| so that it fits in nine words@>=
8656 x_coord(test_pen)=-half_unit;
8657 y_coord(test_pen)=0;
8658 x_coord(test_pen+3)=half_unit;
8659 y_coord(test_pen+3)=0;
8660 x_coord(test_pen+6)=0;
8661 y_coord(test_pen+6)=unity;
8662 link(test_pen)=test_pen+3;
8663 link(test_pen+3)=test_pen+6;
8664 link(test_pen+6)=test_pen;
8665 knil(test_pen)=test_pen+6;
8666 knil(test_pen+3)=test_pen;
8667 knil(test_pen+6)=test_pen+3
8668
8669 @ Printing a polygonal pen is very much like printing a path
8670
8671 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
8672 void mp_pr_pen (MP mp,pointer h) {
8673   pointer p,q; /* for list traversal */
8674   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8675     @<Print the elliptical pen |h|@>;
8676   } else { 
8677     p=h;
8678     do {  
8679       mp_print_two(mp, x_coord(p),y_coord(p));
8680       mp_print_nl(mp, " .. ");
8681       @<Advance |p| making sure the links are OK and |return| if there is
8682         a problem@>;
8683      } while (p!=h);
8684      mp_print(mp, "cycle");
8685   }
8686 }
8687
8688 @ @<Advance |p| making sure the links are OK and |return| if there is...@>=
8689 q=link(p);
8690 if ( (q==null) || (knil(q)!=p) ) { 
8691   mp_print_nl(mp, "???"); return; /* this won't happen */
8692 @.???@>
8693 }
8694 p=q
8695
8696 @ @<Print the elliptical pen |h|@>=
8697
8698 mp_print(mp, "pencircle transformed (");
8699 mp_print_scaled(mp, x_coord(h));
8700 mp_print_char(mp, ',');
8701 mp_print_scaled(mp, y_coord(h));
8702 mp_print_char(mp, ',');
8703 mp_print_scaled(mp, left_x(h)-x_coord(h));
8704 mp_print_char(mp, ',');
8705 mp_print_scaled(mp, right_x(h)-x_coord(h));
8706 mp_print_char(mp, ',');
8707 mp_print_scaled(mp, left_y(h)-y_coord(h));
8708 mp_print_char(mp, ',');
8709 mp_print_scaled(mp, right_y(h)-y_coord(h));
8710 mp_print_char(mp, ')');
8711 }
8712
8713 @ Here us another version of |pr_pen| that prints the pen as a diagnostic
8714 message.
8715
8716 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
8717 void mp_print_pen (MP mp,pointer h, char *s, boolean nuline) { 
8718   mp_print_diagnostic(mp, "Pen",s,nuline); mp_print_ln(mp);
8719 @.Pen at line...@>
8720   mp_pr_pen(mp, h);
8721   mp_end_diagnostic(mp, true);
8722 }
8723
8724 @ Making a polygonal pen into a path involves restoring the |left_type| and
8725 |right_type| fields and setting the control points so as to make a polygonal
8726 path.
8727
8728 @c 
8729 void mp_make_path (MP mp,pointer h) {
8730   pointer p; /* for traversing the knot list */
8731   small_number k; /* a loop counter */
8732   @<Other local variables in |make_path|@>;
8733   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8734     @<Make the elliptical pen |h| into a path@>;
8735   } else { 
8736     p=h;
8737     do {  
8738       left_type(p)=mp_explicit;
8739       right_type(p)=mp_explicit;
8740       @<copy the coordinates of knot |p| into its control points@>;
8741        p=link(p);
8742     } while (p!=h);
8743   }
8744 }
8745
8746 @ @<copy the coordinates of knot |p| into its control points@>=
8747 left_x(p)=x_coord(p);
8748 left_y(p)=y_coord(p);
8749 right_x(p)=x_coord(p);
8750 right_y(p)=y_coord(p)
8751
8752 @ We need an eight knot path to get a good approximation to an ellipse.
8753
8754 @<Make the elliptical pen |h| into a path@>=
8755
8756   @<Extract the transformation parameters from the elliptical pen~|h|@>;
8757   p=h;
8758   for (k=0;k<=7;k++ ) { 
8759     @<Initialize |p| as the |k|th knot of a circle of unit diameter,
8760       transforming it appropriately@>;
8761     if ( k==7 ) link(p)=h;  else link(p)=mp_get_node(mp, knot_node_size);
8762     p=link(p);
8763   }
8764 }
8765
8766 @ @<Extract the transformation parameters from the elliptical pen~|h|@>=
8767 center_x=x_coord(h);
8768 center_y=y_coord(h);
8769 width_x=left_x(h)-center_x;
8770 width_y=left_y(h)-center_y;
8771 height_x=right_x(h)-center_x;
8772 height_y=right_y(h)-center_y
8773
8774 @ @<Other local variables in |make_path|@>=
8775 scaled center_x,center_y; /* translation parameters for an elliptical pen */
8776 scaled width_x,width_y; /* the effect of a unit change in $x$ */
8777 scaled height_x,height_y; /* the effect of a unit change in $y$ */
8778 scaled dx,dy; /* the vector from knot |p| to its right control point */
8779 integer kk;
8780   /* |k| advanced $270^\circ$ around the ring (cf. $\sin\theta=\cos(\theta+270)$) */
8781
8782 @ The only tricky thing here are the tables |half_cos| and |d_cos| used to
8783 find the point $k/8$ of the way around the circle and the direction vector
8784 to use there.
8785
8786 @<Initialize |p| as the |k|th knot of a circle of unit diameter,...@>=
8787 kk=(k+6)% 8;
8788 x_coord(p)=center_x+mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[k],width_x)
8789            +mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[kk],height_x);
8790 y_coord(p)=center_y+mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[k],width_y)
8791            +mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[kk],height_y);
8792 dx=-mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[kk],width_x)
8793    +mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[k],height_x);
8794 dy=-mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[kk],width_y)
8795    +mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[k],height_y);
8796 right_x(p)=x_coord(p)+dx;
8797 right_y(p)=y_coord(p)+dy;
8798 left_x(p)=x_coord(p)-dx;
8799 left_y(p)=y_coord(p)-dy;
8800 left_type(p)=mp_explicit;
8801 right_type(p)=mp_explicit;
8802 originator(p)=mp_program_code
8803
8804 @ @<Glob...@>=
8805 fraction half_cos[8]; /* ${1\over2}\cos(45k)$ */
8806 fraction d_cos[8]; /* a magic constant times $\cos(45k)$ */
8807
8808 @ The magic constant for |d_cos| is the distance between $({1\over2},0)$ and
8809 $({1\over4}\sqrt2,{1\over4}\sqrt2)$ times the result of the |velocity|
8810 function for $\theta=\phi=22.5^\circ$.  This comes out to be
8811 $$ d = {\sqrt{2-\sqrt2}\over 3+3\cos22.5^\circ}
8812   \approx 0.132608244919772.
8813 $$
8814
8815 @<Set init...@>=
8816 mp->half_cos[0]=fraction_half;
8817 mp->half_cos[1]=94906266; /* $2^{26}\sqrt2\approx94906265.62$ */
8818 mp->half_cos[2]=0;
8819 mp->d_cos[0]=35596755; /* $2^{28}d\approx35596754.69$ */
8820 mp->d_cos[1]=25170707; /* $2^{27}\sqrt2\,d\approx25170706.63$ */
8821 mp->d_cos[2]=0;
8822 for (k=3;k<= 4;k++ ) { 
8823   mp->half_cos[k]=-mp->half_cos[4-k];
8824   mp->d_cos[k]=-mp->d_cos[4-k];
8825 }
8826 for (k=5;k<= 7;k++ ) { 
8827   mp->half_cos[k]=mp->half_cos[8-k];
8828   mp->d_cos[k]=mp->d_cos[8-k];
8829 }
8830
8831 @ The |convex_hull| function forces a pen polygon to be convex when it is
8832 returned by |make_pen| and after any subsequent transformation where rounding
8833 error might allow the convexity to be lost.
8834 The convex hull algorithm used here is described by F.~P. Preparata and
8835 M.~I. Shamos [{\sl Computational Geometry}, Springer-Verlag, 1985].
8836
8837 @<Declare a function called |convex_hull|@>=
8838 @<Declare a procedure called |move_knot|@>;
8839 pointer mp_convex_hull (MP mp,pointer h) { /* Make a polygonal pen convex */
8840   pointer l,r; /* the leftmost and rightmost knots */
8841   pointer p,q; /* knots being scanned */
8842   pointer s; /* the starting point for an upcoming scan */
8843   scaled dx,dy; /* a temporary pointer */
8844   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8845      return h;
8846   } else { 
8847     @<Set |l| to the leftmost knot in polygon~|h|@>;
8848     @<Set |r| to the rightmost knot in polygon~|h|@>;
8849     if ( l!=r ) { 
8850       s=link(r);
8851       @<Find any knots on the path from |l| to |r| above the |l|-|r| line and
8852         move them past~|r|@>;
8853       @<Find any knots on the path from |s| to |l| below the |l|-|r| line and
8854         move them past~|l|@>;
8855       @<Sort the path from |l| to |r| by increasing $x$@>;
8856       @<Sort the path from |r| to |l| by decreasing $x$@>;
8857     }
8858     if ( l!=link(l) ) {
8859       @<Do a Gramm scan and remove vertices where there is no left turn@>;
8860     }
8861     return l;
8862   }
8863 }
8864
8865 @ All comparisons are done primarily on $x$ and secondarily on $y$.
8866
8867 @<Set |l| to the leftmost knot in polygon~|h|@>=
8868 l=h;
8869 p=link(h);
8870 while ( p!=h ) { 
8871   if ( x_coord(p)<=x_coord(l) )
8872     if ( (x_coord(p)<x_coord(l)) || (y_coord(p)<y_coord(l)) )
8873       l=p;
8874   p=link(p);
8875 }
8876
8877 @ @<Set |r| to the rightmost knot in polygon~|h|@>=
8878 r=h;
8879 p=link(h);
8880 while ( p!=h ) { 
8881   if ( x_coord(p)>=x_coord(r) )
8882     if ( (x_coord(p)>x_coord(r)) || (y_coord(p)>y_coord(r)) )
8883       r=p;
8884   p=link(p);
8885 }
8886
8887 @ @<Find any knots on the path from |l| to |r| above the |l|-|r| line...@>=
8888 dx=x_coord(r)-x_coord(l);
8889 dy=y_coord(r)-y_coord(l);
8890 p=link(l);
8891 while ( p!=r ) { 
8892   q=link(p);
8893   if ( mp_ab_vs_cd(mp, dx,y_coord(p)-y_coord(l),dy,x_coord(p)-x_coord(l))>0 )
8894     mp_move_knot(mp, p, r);
8895   p=q;
8896 }
8897
8898 @ The |move_knot| procedure removes |p| from a doubly linked list and inserts
8899 it after |q|.
8900
8901 @ @<Declare a procedure called |move_knot|@>=
8902 void mp_move_knot (MP mp,pointer p, pointer q) { 
8903   link(knil(p))=link(p);
8904   knil(link(p))=knil(p);
8905   knil(p)=q;
8906   link(p)=link(q);
8907   link(q)=p;
8908   knil(link(p))=p;
8909 }
8910
8911 @ @<Find any knots on the path from |s| to |l| below the |l|-|r| line...@>=
8912 p=s;
8913 while ( p!=l ) { 
8914   q=link(p);
8915   if ( mp_ab_vs_cd(mp, dx,y_coord(p)-y_coord(l),dy,x_coord(p)-x_coord(l))<0 )
8916     mp_move_knot(mp, p,l);
8917   p=q;
8918 }
8919
8920 @ The list is likely to be in order already so we just do linear insertions.
8921 Secondary comparisons on $y$ ensure that the sort is consistent with the
8922 choice of |l| and |r|.
8923
8924 @<Sort the path from |l| to |r| by increasing $x$@>=
8925 p=link(l);
8926 while ( p!=r ) { 
8927   q=knil(p);
8928   while ( x_coord(q)>x_coord(p) ) q=knil(q);
8929   while ( x_coord(q)==x_coord(p) ) {
8930     if ( y_coord(q)>y_coord(p) ) q=knil(q); else break;
8931   }
8932   if ( q==knil(p) ) p=link(p);
8933   else { p=link(p); mp_move_knot(mp, knil(p),q); };
8934 }
8935
8936 @ @<Sort the path from |r| to |l| by decreasing $x$@>=
8937 p=link(r);
8938 while ( p!=l ){ 
8939   q=knil(p);
8940   while ( x_coord(q)<x_coord(p) ) q=knil(q);
8941   while ( x_coord(q)==x_coord(p) ) {
8942     if ( y_coord(q)<y_coord(p) ) q=knil(q); else break;
8943   }
8944   if ( q==knil(p) ) p=link(p);
8945   else { p=link(p); mp_move_knot(mp, knil(p),q); };
8946 }
8947
8948 @ The condition involving |ab_vs_cd| tests if there is not a left turn
8949 at knot |q|.  There usually will be a left turn so we streamline the case
8950 where the |then| clause is not executed.
8951
8952 @<Do a Gramm scan and remove vertices where there...@>=
8953
8954 p=l; q=link(l);
8955 while (1) { 
8956   dx=x_coord(q)-x_coord(p);
8957   dy=y_coord(q)-y_coord(p);
8958   p=q; q=link(q);
8959   if ( p==l ) break;
8960   if ( p!=r )
8961     if ( mp_ab_vs_cd(mp, dx,y_coord(q)-y_coord(p),dy,x_coord(q)-x_coord(p))<=0 ) {
8962       @<Remove knot |p| and back up |p| and |q| but don't go past |l|@>;
8963     }
8964   }
8965 }
8966
8967 @ @<Remove knot |p| and back up |p| and |q| but don't go past |l|@>=
8968
8969 s=knil(p);
8970 mp_free_node(mp, p,knot_node_size);
8971 link(s)=q; knil(q)=s;
8972 if ( s==l ) p=s;
8973 else { p=knil(s); q=s; };
8974 }
8975
8976 @ The |find_offset| procedure sets global variables |(cur_x,cur_y)| to the
8977 offset associated with the given direction |(x,y)|.  If two different offsets
8978 apply, it chooses one of them.
8979
8980 @c 
8981 void mp_find_offset (MP mp,scaled x, scaled y, pointer h) {
8982   pointer p,q; /* consecutive knots */
8983   scaled wx,wy,hx,hy;
8984   /* the transformation matrix for an elliptical pen */
8985   fraction xx,yy; /* untransformed offset for an elliptical pen */
8986   fraction d; /* a temporary register */
8987   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8988     @<Find the offset for |(x,y)| on the elliptical pen~|h|@>
8989   } else { 
8990     q=h;
8991     do {  
8992       p=q; q=link(q);
8993     } while (!(mp_ab_vs_cd(mp, x_coord(q)-x_coord(p),y, y_coord(q)-y_coord(p),x)>=0));
8994     do {  
8995       p=q; q=link(q);
8996     } while (!(mp_ab_vs_cd(mp, x_coord(q)-x_coord(p),y, y_coord(q)-y_coord(p),x)<=0));
8997     mp->cur_x=x_coord(p);
8998     mp->cur_y=y_coord(p);
8999   }
9000 }
9001
9002 @ @<Glob...@>=
9003 scaled cur_x;
9004 scaled cur_y; /* all-purpose return value registers */
9005
9006 @ @<Find the offset for |(x,y)| on the elliptical pen~|h|@>=
9007 if ( (x==0) && (y==0) ) {
9008   mp->cur_x=x_coord(h); mp->cur_y=y_coord(h);  
9009 } else { 
9010   @<Find the non-constant part of the transformation for |h|@>;
9011   while ( (abs(x)<fraction_half) && (abs(y)<fraction_half) ){ 
9012     x+=x; y+=y;  
9013   };
9014   @<Make |(xx,yy)| the offset on the untransformed \&{pencircle} for the
9015     untransformed version of |(x,y)|@>;
9016   mp->cur_x=x_coord(h)+mp_take_fraction(mp, xx,wx)+mp_take_fraction(mp, yy,hx);
9017   mp->cur_y=y_coord(h)+mp_take_fraction(mp, xx,wy)+mp_take_fraction(mp, yy,hy);
9018 }
9019
9020 @ @<Find the non-constant part of the transformation for |h|@>=
9021 wx=left_x(h)-x_coord(h);
9022 wy=left_y(h)-y_coord(h);
9023 hx=right_x(h)-x_coord(h);
9024 hy=right_y(h)-y_coord(h)
9025
9026 @ @<Make |(xx,yy)| the offset on the untransformed \&{pencircle} for the...@>=
9027 yy=-(mp_take_fraction(mp, x,hy)+mp_take_fraction(mp, y,-hx));
9028 xx=mp_take_fraction(mp, x,-wy)+mp_take_fraction(mp, y,wx);
9029 d=mp_pyth_add(mp, xx,yy);
9030 if ( d>0 ) { 
9031   xx=half(mp_make_fraction(mp, xx,d));
9032   yy=half(mp_make_fraction(mp, yy,d));
9033 }
9034
9035 @ Finding the bounding box of a pen is easy except if the pen is elliptical.
9036 But we can handle that case by just calling |find_offset| twice.  The answer
9037 is stored in the global variables |minx|, |maxx|, |miny|, and |maxy|.
9038
9039 @c 
9040 void mp_pen_bbox (MP mp,pointer h) {
9041   pointer p; /* for scanning the knot list */
9042   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
9043     @<Find the bounding box of an elliptical pen@>;
9044   } else { 
9045     minx=x_coord(h); maxx=minx;
9046     miny=y_coord(h); maxy=miny;
9047     p=link(h);
9048     while ( p!=h ) {
9049       if ( x_coord(p)<minx ) minx=x_coord(p);
9050       if ( y_coord(p)<miny ) miny=y_coord(p);
9051       if ( x_coord(p)>maxx ) maxx=x_coord(p);
9052       if ( y_coord(p)>maxy ) maxy=y_coord(p);
9053       p=link(p);
9054     }
9055   }
9056 }
9057
9058 @ @<Find the bounding box of an elliptical pen@>=
9059
9060 mp_find_offset(mp, 0,fraction_one,h);
9061 maxx=mp->cur_x;
9062 minx=2*x_coord(h)-mp->cur_x;
9063 mp_find_offset(mp, -fraction_one,0,h);
9064 maxy=mp->cur_y;
9065 miny=2*y_coord(h)-mp->cur_y;
9066 }
9067
9068 @* \[21] Edge structures.
9069 Now we come to \MP's internal scheme for representing pictures.
9070 The representation is very different from \MF's edge structures
9071 because \MP\ pictures contain \ps\ graphics objects instead of pixel
9072 images.  However, the basic idea is somewhat similar in that shapes
9073 are represented via their boundaries.
9074
9075 The main purpose of edge structures is to keep track of graphical objects
9076 until it is time to translate them into \ps.  Since \MP\ does not need to
9077 know anything about an edge structure other than how to translate it into
9078 \ps\ and how to find its bounding box, edge structures can be just linked
9079 lists of graphical objects.  \MP\ has no easy way to determine whether
9080 two such objects overlap, but it suffices to draw the first one first and
9081 let the second one overwrite it if necessary.
9082
9083 @<Types...@>=
9084 enum mp_graphical_object_code {
9085   @<Graphical object codes@>
9086 };
9087
9088 @ Let's consider the types of graphical objects one at a time.
9089 First of all, a filled contour is represented by a eight-word node.  The first
9090 word contains |type| and |link| fields, and the next six words contain a
9091 pointer to a cyclic path and the value to use for \ps' \&{currentrgbcolor}
9092 parameter.  If a pen is used for filling |pen_p|, |ljoin_val| and |miterlim_val|
9093 give the relevant information.
9094
9095 @d path_p(A) link((A)+1)
9096   /* a pointer to the path that needs filling */
9097 @d pen_p(A) info((A)+1)
9098   /* a pointer to the pen to fill or stroke with */
9099 @d color_model(A) type((A)+2) /*  the color model  */
9100 @d obj_red_loc(A) ((A)+3)  /* the first of three locations for the color */
9101 @d obj_cyan_loc obj_red_loc  /* the first of four locations for the color */
9102 @d obj_grey_loc obj_red_loc  /* the location for the color */
9103 @d red_val(A) mp->mem[(A)+3].sc
9104   /* the red component of the color in the range $0\ldots1$ */
9105 @d cyan_val red_val
9106 @d grey_val red_val
9107 @d green_val(A) mp->mem[(A)+4].sc
9108   /* the green component of the color in the range $0\ldots1$ */
9109 @d magenta_val green_val
9110 @d blue_val(A) mp->mem[(A)+5].sc
9111   /* the blue component of the color in the range $0\ldots1$ */
9112 @d yellow_val blue_val
9113 @d black_val(A) mp->mem[(A)+6].sc
9114   /* the blue component of the color in the range $0\ldots1$ */
9115 @d ljoin_val(A) name_type((A))  /* the value of \&{linejoin} */
9116 @:mp_linejoin_}{\&{linejoin} primitive@>
9117 @d miterlim_val(A) mp->mem[(A)+7].sc  /* the value of \&{miterlimit} */
9118 @:mp_miterlimit_}{\&{miterlimit} primitive@>
9119 @d obj_color_part(A) mp->mem[(A)+3-red_part].sc
9120   /* interpret an object pointer that has been offset by |red_part..blue_part| */
9121 @d pre_script(A) mp->mem[(A)+8].hh.lh
9122 @d post_script(A) mp->mem[(A)+8].hh.rh
9123 @d fill_node_size 9
9124
9125 @ @<Graphical object codes@>=
9126 mp_fill_code=1,
9127
9128 @ @c 
9129 pointer mp_new_fill_node (MP mp,pointer p) {
9130   /* make a fill node for cyclic path |p| and color black */
9131   pointer t; /* the new node */
9132   t=mp_get_node(mp, fill_node_size);
9133   type(t)=mp_fill_code;
9134   path_p(t)=p;
9135   pen_p(t)=null; /* |null| means don't use a pen */
9136   red_val(t)=0;
9137   green_val(t)=0;
9138   blue_val(t)=0;
9139   black_val(t)=0;
9140   color_model(t)=mp_uninitialized_model;
9141   pre_script(t)=null;
9142   post_script(t)=null;
9143   @<Set the |ljoin_val| and |miterlim_val| fields in object |t|@>;
9144   return t;
9145 }
9146
9147 @ @<Set the |ljoin_val| and |miterlim_val| fields in object |t|@>=
9148 if ( mp->internal[mp_linejoin]>unity ) ljoin_val(t)=2;
9149 else if ( mp->internal[mp_linejoin]>0 ) ljoin_val(t)=1;
9150 else ljoin_val(t)=0;
9151 if ( mp->internal[mp_miterlimit]<unity )
9152   miterlim_val(t)=unity;
9153 else
9154   miterlim_val(t)=mp->internal[mp_miterlimit]
9155
9156 @ A stroked path is represented by an eight-word node that is like a filled
9157 contour node except that it contains the current \&{linecap} value, a scale
9158 factor for the dash pattern, and a pointer that is non-null if the stroke
9159 is to be dashed.  The purpose of the scale factor is to allow a picture to
9160 be transformed without touching the picture that |dash_p| points to.
9161
9162 @d dash_p(A) link((A)+9)
9163   /* a pointer to the edge structure that gives the dash pattern */
9164 @d lcap_val(A) type((A)+9)
9165   /* the value of \&{linecap} */
9166 @:mp_linecap_}{\&{linecap} primitive@>
9167 @d dash_scale(A) mp->mem[(A)+10].sc /* dash lengths are scaled by this factor */
9168 @d stroked_node_size 11
9169
9170 @ @<Graphical object codes@>=
9171 mp_stroked_code=2,
9172
9173 @ @c 
9174 pointer mp_new_stroked_node (MP mp,pointer p) {
9175   /* make a stroked node for path |p| with |pen_p(p)| temporarily |null| */
9176   pointer t; /* the new node */
9177   t=mp_get_node(mp, stroked_node_size);
9178   type(t)=mp_stroked_code;
9179   path_p(t)=p; pen_p(t)=null;
9180   dash_p(t)=null;
9181   dash_scale(t)=unity;
9182   red_val(t)=0;
9183   green_val(t)=0;
9184   blue_val(t)=0;
9185   black_val(t)=0;
9186   color_model(t)=mp_uninitialized_model;
9187   pre_script(t)=null;
9188   post_script(t)=null;
9189   @<Set the |ljoin_val| and |miterlim_val| fields in object |t|@>;
9190   if ( mp->internal[mp_linecap]>unity ) lcap_val(t)=2;
9191   else if ( mp->internal[mp_linecap]>0 ) lcap_val(t)=1;
9192   else lcap_val(t)=0;
9193   return t;
9194 }
9195
9196 @ When a dashed line is computed in a transformed coordinate system, the dash
9197 lengths get scaled like the pen shape and we need to compensate for this.  Since
9198 there is no unique scale factor for an arbitrary transformation, we use the
9199 the square root of the determinant.  The properties of the determinant make it
9200 easier to maintain the |dash_scale|.  The computation is fairly straight-forward
9201 except for the initialization of the scale factor |s|.  The factor of 64 is
9202 needed because |square_rt| scales its result by $2^8$ while we need $2^{14}$
9203 to counteract the effect of |take_fraction|.
9204
9205 @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>=
9206 scaled mp_sqrt_det (MP mp,scaled a, scaled b, scaled c, scaled d) {
9207   scaled maxabs; /* $max(|a|,|b|,|c|,|d|)$ */
9208   integer s; /* amount by which the result of |square_rt| needs to be scaled */
9209   @<Initialize |maxabs|@>;
9210   s=64;
9211   while ( (maxabs<fraction_one) && (s>1) ){ 
9212     a+=a; b+=b; c+=c; d+=d;
9213     maxabs+=maxabs; s=halfp(s);
9214   }
9215   return s*mp_square_rt(mp, abs(mp_take_fraction(mp, a,d)-mp_take_fraction(mp, b,c)));
9216 }
9217 @#
9218 scaled mp_get_pen_scale (MP mp,pointer p) { 
9219   return mp_sqrt_det(mp, 
9220     left_x(p)-x_coord(p), right_x(p)-x_coord(p),
9221     left_y(p)-y_coord(p), right_y(p)-y_coord(p));
9222 }
9223
9224 @ @<Internal library ...@>=
9225 scaled mp_sqrt_det (MP mp,scaled a, scaled b, scaled c, scaled d) ;
9226
9227
9228 @ @<Initialize |maxabs|@>=
9229 maxabs=abs(a);
9230 if ( abs(b)>maxabs ) maxabs=abs(b);
9231 if ( abs(c)>maxabs ) maxabs=abs(c);
9232 if ( abs(d)>maxabs ) maxabs=abs(d)
9233
9234 @ When a picture contains text, this is represented by a fourteen-word node
9235 where the color information and |type| and |link| fields are augmented by
9236 additional fields that describe the text and  how it is transformed.
9237 The |path_p| and |pen_p| pointers are replaced by a number that identifies
9238 the font and a string number that gives the text to be displayed.
9239 The |width|, |height|, and |depth| fields
9240 give the dimensions of the text at its design size, and the remaining six
9241 words give a transformation to be applied to the text.  The |new_text_node|
9242 function initializes everything to default values so that the text comes out
9243 black with its reference point at the origin.
9244
9245 @d text_p(A) link((A)+1)  /* a string pointer for the text to display */
9246 @d font_n(A) info((A)+1)  /* the font number */
9247 @d width_val(A) mp->mem[(A)+7].sc  /* unscaled width of the text */
9248 @d height_val(A) mp->mem[(A)+9].sc  /* unscaled height of the text */
9249 @d depth_val(A) mp->mem[(A)+10].sc  /* unscaled depth of the text */
9250 @d text_tx_loc(A) ((A)+11)
9251   /* the first of six locations for transformation parameters */
9252 @d tx_val(A) mp->mem[(A)+11].sc  /* $x$ shift amount */
9253 @d ty_val(A) mp->mem[(A)+12].sc  /* $y$ shift amount */
9254 @d txx_val(A) mp->mem[(A)+13].sc  /* |txx| transformation parameter */
9255 @d txy_val(A) mp->mem[(A)+14].sc  /* |txy| transformation parameter */
9256 @d tyx_val(A) mp->mem[(A)+15].sc  /* |tyx| transformation parameter */
9257 @d tyy_val(A) mp->mem[(A)+16].sc  /* |tyy| transformation parameter */
9258 @d text_trans_part(A) mp->mem[(A)+11-x_part].sc
9259     /* interpret a text node pointer that has been offset by |x_part..yy_part| */
9260 @d text_node_size 17
9261
9262 @ @<Graphical object codes@>=
9263 mp_text_code=3,
9264
9265 @ @c @<Declare text measuring subroutines@>;
9266 pointer mp_new_text_node (MP mp,char *f,str_number s) {
9267   /* make a text node for font |f| and text string |s| */
9268   pointer t; /* the new node */
9269   t=mp_get_node(mp, text_node_size);
9270   type(t)=mp_text_code;
9271   text_p(t)=s;
9272   font_n(t)=mp_find_font(mp, f); /* this identifies the font */
9273   red_val(t)=0;
9274   green_val(t)=0;
9275   blue_val(t)=0;
9276   black_val(t)=0;
9277   color_model(t)=mp_uninitialized_model;
9278   pre_script(t)=null;
9279   post_script(t)=null;
9280   tx_val(t)=0; ty_val(t)=0;
9281   txx_val(t)=unity; txy_val(t)=0;
9282   tyx_val(t)=0; tyy_val(t)=unity;
9283   mp_set_text_box(mp, t); /* this finds the bounding box */
9284   return t;
9285 }
9286
9287 @ The last two types of graphical objects that can occur in an edge structure
9288 are clipping paths and \&{setbounds} paths.  These are slightly more difficult
9289 @:set_bounds_}{\&{setbounds} primitive@>
9290 to implement because we must keep track of exactly what is being clipped or
9291 bounded when pictures get merged together.  For this reason, each clipping or
9292 \&{setbounds} operation is represented by a pair of nodes:  first comes a
9293 two-word node whose |path_p| gives the relevant path, then there is the list
9294 of objects to clip or bound followed by a two-word node whose second word is
9295 unused.
9296
9297 Using at least two words for each graphical object node allows them all to be
9298 allocated and deallocated similarly with a global array |gr_object_size| to
9299 give the size in words for each object type.
9300
9301 @d start_clip_size 2
9302 @d start_bounds_size 2
9303 @d stop_clip_size 2 /* the second word is not used here */
9304 @d stop_bounds_size 2 /* the second word is not used here */
9305 @#
9306 @d stop_type(A) ((A)+2)
9307   /* matching |type| for |start_clip_code| or |start_bounds_code| */
9308 @d has_color(A) (type((A))<mp_start_clip_code)
9309   /* does a graphical object have color fields? */
9310 @d has_pen(A) (type((A))<mp_text_code)
9311   /* does a graphical object have a |pen_p| field? */
9312 @d is_start_or_stop(A) (type((A))>=mp_start_clip_code)
9313 @d is_stop(A) (type((A))>=mp_stop_clip_code)
9314
9315 @ @<Graphical object codes@>=
9316 mp_start_clip_code=4, /* |type| of a node that starts clipping */
9317 mp_start_bounds_code=5, /* |type| of a node that gives a \&{setbounds} path */
9318 mp_stop_clip_code=6, /* |type| of a node that stops clipping */
9319 mp_stop_bounds_code=7, /* |type| of a node that stops \&{setbounds} */
9320
9321
9322 @ @c 
9323 pointer mp_new_bounds_node (MP mp,pointer p, small_number  c) {
9324   /* make a node of type |c| where |p| is the clipping or \&{setbounds} path */
9325   pointer t; /* the new node */
9326   t=mp_get_node(mp, mp->gr_object_size[c]);
9327   type(t)=c;
9328   path_p(t)=p;
9329   return t;
9330 };
9331
9332 @ We need an array to keep track of the sizes of graphical objects.
9333
9334 @<Glob...@>=
9335 small_number gr_object_size[mp_stop_bounds_code+1];
9336
9337 @ @<Set init...@>=
9338 mp->gr_object_size[mp_fill_code]=fill_node_size;
9339 mp->gr_object_size[mp_stroked_code]=stroked_node_size;
9340 mp->gr_object_size[mp_text_code]=text_node_size;
9341 mp->gr_object_size[mp_start_clip_code]=start_clip_size;
9342 mp->gr_object_size[mp_stop_clip_code]=stop_clip_size;
9343 mp->gr_object_size[mp_start_bounds_code]=start_bounds_size;
9344 mp->gr_object_size[mp_stop_bounds_code]=stop_bounds_size;
9345
9346 @ All the essential information in an edge structure is encoded as a linked list
9347 of graphical objects as we have just seen, but it is helpful to add some
9348 redundant information.  A single edge structure might be used as a dash pattern
9349 many times, and it would be nice to avoid scanning the same structure
9350 repeatedly.  Thus, an edge structure known to be a suitable dash pattern
9351 has a header that gives a list of dashes in a sorted order designed for rapid
9352 translation into \ps.
9353
9354 Each dash is represented by a three-word node containing the initial and final
9355 $x$~coordinates as well as the usual |link| field.  The |link| fields points to
9356 the dash node with the next higher $x$-coordinates and the final link points
9357 to a special location called |null_dash|.  (There should be no overlap between
9358 dashes).  Since the $y$~coordinate of the dash pattern is needed to determine
9359 the period of repetition, this needs to be stored in the edge header along
9360 with a pointer to the list of dash nodes.
9361
9362 @d start_x(A) mp->mem[(A)+1].sc  /* the starting $x$~coordinate in a dash node */
9363 @d stop_x(A) mp->mem[(A)+2].sc  /* the ending $x$~coordinate in a dash node */
9364 @d dash_node_size 3
9365 @d dash_list link
9366   /* in an edge header this points to the first dash node */
9367 @d dash_y(A) mp->mem[(A)+1].sc  /* $y$ value for the dash list in an edge header */
9368
9369 @ It is also convenient for an edge header to contain the bounding
9370 box information needed by the \&{llcorner} and \&{urcorner} operators
9371 so that this does not have to be recomputed unnecessarily.  This is done by
9372 adding fields for the $x$~and $y$ extremes as well as a pointer that indicates
9373 how far the bounding box computation has gotten.  Thus if the user asks for
9374 the bounding box and then adds some more text to the picture before asking
9375 for more bounding box information, the second computation need only look at
9376 the additional text.
9377
9378 When the bounding box has not been computed, the |bblast| pointer points
9379 to a dummy link at the head of the graphical object list while the |minx_val|
9380 and |miny_val| fields contain |el_gordo| and the |maxx_val| and |maxy_val|
9381 fields contain |-el_gordo|.
9382
9383 Since the bounding box of pictures containing objects of type
9384 |mp_start_bounds_code| depends on the value of \&{truecorners}, the bounding box
9385 @:mp_true_corners_}{\&{truecorners} primitive@>
9386 data might not be valid for all values of this parameter.  Hence, the |bbtype|
9387 field is needed to keep track of this.
9388
9389 @d minx_val(A) mp->mem[(A)+2].sc
9390 @d miny_val(A) mp->mem[(A)+3].sc
9391 @d maxx_val(A) mp->mem[(A)+4].sc
9392 @d maxy_val(A) mp->mem[(A)+5].sc
9393 @d bblast(A) link((A)+6)  /* last item considered in bounding box computation */
9394 @d bbtype(A) info((A)+6)  /* tells how bounding box data depends on \&{truecorners} */
9395 @d dummy_loc(A) ((A)+7)  /* where the object list begins in an edge header */
9396 @d no_bounds 0
9397   /* |bbtype| value when bounding box data is valid for all \&{truecorners} values */
9398 @d bounds_set 1
9399   /* |bbtype| value when bounding box data is for \&{truecorners}${}\le 0$ */
9400 @d bounds_unset 2
9401   /* |bbtype| value when bounding box data is for \&{truecorners}${}>0$ */
9402
9403 @c 
9404 void mp_init_bbox (MP mp,pointer h) {
9405   /* Initialize the bounding box information in edge structure |h| */
9406   bblast(h)=dummy_loc(h);
9407   bbtype(h)=no_bounds;
9408   minx_val(h)=el_gordo;
9409   miny_val(h)=el_gordo;
9410   maxx_val(h)=-el_gordo;
9411   maxy_val(h)=-el_gordo;
9412 }
9413
9414 @ The only other entries in an edge header are a reference count in the first
9415 word and a pointer to the tail of the object list in the last word.
9416
9417 @d obj_tail(A) info((A)+7)  /* points to the last entry in the object list */
9418 @d edge_header_size 8
9419
9420 @c 
9421 void mp_init_edges (MP mp,pointer h) {
9422   /* initialize an edge header to null values */
9423   dash_list(h)=null_dash;
9424   obj_tail(h)=dummy_loc(h);
9425   link(dummy_loc(h))=null;
9426   ref_count(h)=null;
9427   mp_init_bbox(mp, h);
9428 }
9429
9430 @ Here is how edge structures are deleted.  The process can be recursive because
9431 of the need to dereference edge structures that are used as dash patterns.
9432 @^recursion@>
9433
9434 @d add_edge_ref(A) incr(ref_count(A))
9435 @d delete_edge_ref(A) { 
9436    if ( ref_count((A))==null ) 
9437      mp_toss_edges(mp, A);
9438    else 
9439      decr(ref_count(A)); 
9440    }
9441
9442 @<Declare the recycling subroutines@>=
9443 void mp_flush_dash_list (MP mp,pointer h);
9444 pointer mp_toss_gr_object (MP mp,pointer p) ;
9445 void mp_toss_edges (MP mp,pointer h) ;
9446
9447 @ @c void mp_toss_edges (MP mp,pointer h) {
9448   pointer p,q;  /* pointers that scan the list being recycled */
9449   pointer r; /* an edge structure that object |p| refers to */
9450   mp_flush_dash_list(mp, h);
9451   q=link(dummy_loc(h));
9452   while ( (q!=null) ) { 
9453     p=q; q=link(q);
9454     r=mp_toss_gr_object(mp, p);
9455     if ( r!=null ) delete_edge_ref(r);
9456   }
9457   mp_free_node(mp, h,edge_header_size);
9458 }
9459 void mp_flush_dash_list (MP mp,pointer h) {
9460   pointer p,q;  /* pointers that scan the list being recycled */
9461   q=dash_list(h);
9462   while ( q!=null_dash ) { 
9463     p=q; q=link(q);
9464     mp_free_node(mp, p,dash_node_size);
9465   }
9466   dash_list(h)=null_dash;
9467 }
9468 pointer mp_toss_gr_object (MP mp,pointer p) {
9469   /* returns an edge structure that needs to be dereferenced */
9470   pointer e; /* the edge structure to return */
9471   e=null;
9472   @<Prepare to recycle graphical object |p|@>;
9473   mp_free_node(mp, p,mp->gr_object_size[type(p)]);
9474   return e;
9475 }
9476
9477 @ @<Prepare to recycle graphical object |p|@>=
9478 switch (type(p)) {
9479 case mp_fill_code: 
9480   mp_toss_knot_list(mp, path_p(p));
9481   if ( pen_p(p)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(p));
9482   if ( pre_script(p)!=null ) delete_str_ref(pre_script(p));
9483   if ( post_script(p)!=null ) delete_str_ref(post_script(p));
9484   break;
9485 case mp_stroked_code: 
9486   mp_toss_knot_list(mp, path_p(p));
9487   if ( pen_p(p)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(p));
9488   if ( pre_script(p)!=null ) delete_str_ref(pre_script(p));
9489   if ( post_script(p)!=null ) delete_str_ref(post_script(p));
9490   e=dash_p(p);
9491   break;
9492 case mp_text_code: 
9493   delete_str_ref(text_p(p));
9494   if ( pre_script(p)!=null ) delete_str_ref(pre_script(p));
9495   if ( post_script(p)!=null ) delete_str_ref(post_script(p));
9496   break;
9497 case mp_start_clip_code:
9498 case mp_start_bounds_code: 
9499   mp_toss_knot_list(mp, path_p(p));
9500   break;
9501 case mp_stop_clip_code:
9502 case mp_stop_bounds_code: 
9503   break;
9504 } /* there are no other cases */
9505
9506 @ If we use |add_edge_ref| to ``copy'' edge structures, the real copying needs
9507 to be done before making a significant change to an edge structure.  Much of
9508 the work is done in a separate routine |copy_objects| that copies a list of
9509 graphical objects into a new edge header.
9510
9511 @c @<Declare a function called |copy_objects|@>;
9512 pointer mp_private_edges (MP mp,pointer h) {
9513   /* make a private copy of the edge structure headed by |h| */
9514   pointer hh;  /* the edge header for the new copy */
9515   pointer p,pp;  /* pointers for copying the dash list */
9516   if ( ref_count(h)==null ) {
9517     return h;
9518   } else { 
9519     decr(ref_count(h));
9520     hh=mp_copy_objects(mp, link(dummy_loc(h)),null);
9521     @<Copy the dash list from |h| to |hh|@>;
9522     @<Copy the bounding box information from |h| to |hh| and make |bblast(hh)|
9523       point into the new object list@>;
9524     return hh;
9525   }
9526 }
9527
9528 @ Here we use the fact that |dash_list(hh)=link(hh)|.
9529 @^data structure assumptions@>
9530
9531 @<Copy the dash list from |h| to |hh|@>=
9532 pp=hh; p=dash_list(h);
9533 while ( (p!=null_dash) ) { 
9534   link(pp)=mp_get_node(mp, dash_node_size);
9535   pp=link(pp);
9536   start_x(pp)=start_x(p);
9537   stop_x(pp)=stop_x(p);
9538   p=link(p);
9539 }
9540 link(pp)=null_dash;
9541 dash_y(hh)=dash_y(h)
9542
9543
9544 @ |h| is an edge structure
9545
9546 @d gr_start_x(A)    (A)->start_x_field
9547 @d gr_stop_x(A)     (A)->stop_x_field
9548 @d gr_dash_link(A)  (A)->next_field
9549
9550 @d gr_dash_list(A)  (A)->list_field
9551 @d gr_dash_y(A)     (A)->y_field
9552
9553 @c
9554 struct mp_dash_list *mp_export_dashes (MP mp, pointer h) {
9555   struct mp_dash_list *dl;
9556   struct mp_dash_item *dh, *di;
9557   pointer p;
9558   if (h==null ||  dash_list(h)==null_dash) 
9559         return NULL;
9560   p = dash_list(h);
9561   dl = mp_xmalloc(mp,1,sizeof(struct mp_dash_list));
9562   gr_dash_list(dl) = NULL;
9563   gr_dash_y(dl) = dash_y(h);
9564   dh = NULL;
9565   while (p != null_dash) { 
9566     di=mp_xmalloc(mp,1,sizeof(struct mp_dash_item));
9567     gr_dash_link(di) = NULL;
9568     gr_start_x(di) = start_x(p);
9569     gr_stop_x(di) = stop_x(p);
9570     if (dh==NULL) {
9571       gr_dash_list(dl) = di;
9572     } else {
9573       gr_dash_link(dh) = di;
9574     }
9575     dh = di;
9576     p=link(p);
9577   }
9578   return dl;
9579 }
9580
9581
9582 @ @<Copy the bounding box information from |h| to |hh|...@>=
9583 minx_val(hh)=minx_val(h);
9584 miny_val(hh)=miny_val(h);
9585 maxx_val(hh)=maxx_val(h);
9586 maxy_val(hh)=maxy_val(h);
9587 bbtype(hh)=bbtype(h);
9588 p=dummy_loc(h); pp=dummy_loc(hh);
9589 while ((p!=bblast(h)) ) { 
9590   if ( p==null ) mp_confusion(mp, "bblast");
9591 @:this can't happen bblast}{\quad bblast@>
9592   p=link(p); pp=link(pp);
9593 }
9594 bblast(hh)=pp
9595
9596 @ Here is the promised routine for copying graphical objects into a new edge
9597 structure.  It starts copying at object~|p| and stops just before object~|q|.
9598 If |q| is null, it copies the entire sublist headed at |p|.  The resulting edge
9599 structure requires further initialization by |init_bbox|.
9600
9601 @<Declare a function called |copy_objects|@>=
9602 pointer mp_copy_objects (MP mp, pointer p, pointer q) {
9603   pointer hh;  /* the new edge header */
9604   pointer pp;  /* the last newly copied object */
9605   small_number k;  /* temporary register */
9606   hh=mp_get_node(mp, edge_header_size);
9607   dash_list(hh)=null_dash;
9608   ref_count(hh)=null;
9609   pp=dummy_loc(hh);
9610   while ( (p!=q) ) {
9611     @<Make |link(pp)| point to a copy of object |p|, and update |p| and |pp|@>;
9612   }
9613   obj_tail(hh)=pp;
9614   link(pp)=null;
9615   return hh;
9616 }
9617
9618 @ @<Make |link(pp)| point to a copy of object |p|, and update |p| and |pp|@>=
9619 { k=mp->gr_object_size[type(p)];
9620   link(pp)=mp_get_node(mp, k);
9621   pp=link(pp);
9622   while ( (k>0) ) { decr(k); mp->mem[pp+k]=mp->mem[p+k];  };
9623   @<Fix anything in graphical object |pp| that should differ from the
9624     corresponding field in |p|@>;
9625   p=link(p);
9626 }
9627
9628 @ @<Fix anything in graphical object |pp| that should differ from the...@>=
9629 switch (type(p)) {
9630 case mp_start_clip_code:
9631 case mp_start_bounds_code: 
9632   path_p(pp)=mp_copy_path(mp, path_p(p));
9633   break;
9634 case mp_fill_code: 
9635   path_p(pp)=mp_copy_path(mp, path_p(p));
9636   if ( pen_p(p)!=null ) pen_p(pp)=copy_pen(pen_p(p));
9637   break;
9638 case mp_stroked_code: 
9639   path_p(pp)=mp_copy_path(mp, path_p(p));
9640   pen_p(pp)=copy_pen(pen_p(p));
9641   if ( dash_p(p)!=null ) add_edge_ref(dash_p(pp));
9642   break;
9643 case mp_text_code: 
9644   add_str_ref(text_p(pp));
9645   break;
9646 case mp_stop_clip_code:
9647 case mp_stop_bounds_code: 
9648   break;
9649 }  /* there are no other cases */
9650
9651 @ Here is one way to find an acceptable value for the second argument to
9652 |copy_objects|.  Given a non-null graphical object list, |skip_1component|
9653 skips past one picture component, where a ``picture component'' is a single
9654 graphical object, or a start bounds or start clip object and everything up
9655 through the matching stop bounds or stop clip object.  The macro version avoids
9656 procedure call overhead and error handling: |skip_component(p)(e)| advances |p|
9657 unless |p| points to a stop bounds or stop clip node, in which case it executes
9658 |e| instead.
9659
9660 @d skip_component(A)
9661     if ( ! is_start_or_stop((A)) ) (A)=link((A));
9662     else if ( ! is_stop((A)) ) (A)=mp_skip_1component(mp, (A));
9663     else 
9664
9665 @c 
9666 pointer mp_skip_1component (MP mp,pointer p) {
9667   integer lev; /* current nesting level */
9668   lev=0;
9669   do {  
9670    if ( is_start_or_stop(p) ) {
9671      if ( is_stop(p) ) decr(lev);  else incr(lev);
9672    }
9673    p=link(p);
9674   } while (lev!=0);
9675   return p;
9676 }
9677
9678 @ Here is a diagnostic routine for printing an edge structure in symbolic form.
9679
9680 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
9681 @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>;
9682 void mp_print_edges (MP mp,pointer h, char *s, boolean nuline) {
9683   pointer p;  /* a graphical object to be printed */
9684   pointer hh,pp;  /* temporary pointers */
9685   scaled scf;  /* a scale factor for the dash pattern */
9686   boolean ok_to_dash;  /* |false| for polygonal pen strokes */
9687   mp_print_diagnostic(mp, "Edge structure",s,nuline);
9688   p=dummy_loc(h);
9689   while ( link(p)!=null ) { 
9690     p=link(p);
9691     mp_print_ln(mp);
9692     switch (type(p)) {
9693       @<Cases for printing graphical object node |p|@>;
9694     default: 
9695           mp_print(mp, "[unknown object type!]");
9696           break;
9697     }
9698   }
9699   mp_print_nl(mp, "End edges");
9700   if ( p!=obj_tail(h) ) mp_print(mp, "?");
9701 @.End edges?@>
9702   mp_end_diagnostic(mp, true);
9703 }
9704
9705 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9706 case mp_fill_code: 
9707   mp_print(mp, "Filled contour ");
9708   mp_print_obj_color(mp, p);
9709   mp_print_char(mp, ':'); mp_print_ln(mp);
9710   mp_pr_path(mp, path_p(p)); mp_print_ln(mp);
9711   if ( (pen_p(p)!=null) ) {
9712     @<Print join type for graphical object |p|@>;
9713     mp_print(mp, " with pen"); mp_print_ln(mp);
9714     mp_pr_pen(mp, pen_p(p));
9715   }
9716   break;
9717
9718 @ @<Print join type for graphical object |p|@>=
9719 switch (ljoin_val(p)) {
9720 case 0:
9721   mp_print(mp, "mitered joins limited ");
9722   mp_print_scaled(mp, miterlim_val(p));
9723   break;
9724 case 1:
9725   mp_print(mp, "round joins");
9726   break;
9727 case 2:
9728   mp_print(mp, "beveled joins");
9729   break;
9730 default: 
9731   mp_print(mp, "?? joins");
9732 @.??@>
9733   break;
9734 }
9735
9736 @ For stroked nodes, we need to print |lcap_val(p)| as well.
9737
9738 @<Print join and cap types for stroked node |p|@>=
9739 switch (lcap_val(p)) {
9740 case 0:mp_print(mp, "butt"); break;
9741 case 1:mp_print(mp, "round"); break;
9742 case 2:mp_print(mp, "square"); break;
9743 default: mp_print(mp, "??"); break;
9744 @.??@>
9745 }
9746 mp_print(mp, " ends, ");
9747 @<Print join type for graphical object |p|@>
9748
9749 @ Here is a routine that prints the color of a graphical object if it isn't
9750 black (the default color).
9751
9752 @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>=
9753 @<Declare a procedure called |print_compact_node|@>;
9754 void mp_print_obj_color (MP mp,pointer p) { 
9755   if ( color_model(p)==mp_grey_model ) {
9756     if ( grey_val(p)>0 ) { 
9757       mp_print(mp, "greyed ");
9758       mp_print_compact_node(mp, obj_grey_loc(p),1);
9759     };
9760   } else if ( color_model(p)==mp_cmyk_model ) {
9761     if ( (cyan_val(p)>0) || (magenta_val(p)>0) || 
9762          (yellow_val(p)>0) || (black_val(p)>0) ) { 
9763       mp_print(mp, "processcolored ");
9764       mp_print_compact_node(mp, obj_cyan_loc(p),4);
9765     };
9766   } else if ( color_model(p)==mp_rgb_model ) {
9767     if ( (red_val(p)>0) || (green_val(p)>0) || (blue_val(p)>0) ) { 
9768       mp_print(mp, "colored "); 
9769       mp_print_compact_node(mp, obj_red_loc(p),3);
9770     };
9771   }
9772 }
9773
9774 @ We also need a procedure for printing consecutive scaled values as if they
9775 were a known big node.
9776
9777 @<Declare a procedure called |print_compact_node|@>=
9778 void mp_print_compact_node (MP mp,pointer p, small_number k) {
9779   pointer q;  /* last location to print */
9780   q=p+k-1;
9781   mp_print_char(mp, '(');
9782   while ( p<=q ){ 
9783     mp_print_scaled(mp, mp->mem[p].sc);
9784     if ( p<q ) mp_print_char(mp, ',');
9785     incr(p);
9786   }
9787   mp_print_char(mp, ')');
9788 }
9789
9790 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9791 case mp_stroked_code: 
9792   mp_print(mp, "Filled pen stroke ");
9793   mp_print_obj_color(mp, p);
9794   mp_print_char(mp, ':'); mp_print_ln(mp);
9795   mp_pr_path(mp, path_p(p));
9796   if ( dash_p(p)!=null ) { 
9797     mp_print_nl(mp, "dashed (");
9798     @<Finish printing the dash pattern that |p| refers to@>;
9799   }
9800   mp_print_ln(mp);
9801   @<Print join and cap types for stroked node |p|@>;
9802   mp_print(mp, " with pen"); mp_print_ln(mp);
9803   if ( pen_p(p)==null ) mp_print(mp, "???"); /* shouldn't happen */
9804 @.???@>
9805   else mp_pr_pen(mp, pen_p(p));
9806   break;
9807
9808 @ Normally, the  |dash_list| field in an edge header is set to |null_dash|
9809 when it is not known to define a suitable dash pattern.  This is disallowed
9810 here because the |dash_p| field should never point to such an edge header.
9811 Note that memory is allocated for |start_x(null_dash)| and we are free to
9812 give it any convenient value.
9813
9814 @<Finish printing the dash pattern that |p| refers to@>=
9815 ok_to_dash=pen_is_elliptical(pen_p(p));
9816 if ( ! ok_to_dash ) scf=unity; else scf=dash_scale(p);
9817 hh=dash_p(p);
9818 pp=dash_list(hh);
9819 if ( (pp==null_dash) || (dash_y(hh)<0) ) {
9820   mp_print(mp, " ??");
9821 } else { start_x(null_dash)=start_x(pp)+dash_y(hh);
9822   while ( pp!=null_dash ) { 
9823     mp_print(mp, "on ");
9824     mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, stop_x(pp)-start_x(pp),scf));
9825     mp_print(mp, " off ");
9826     mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, start_x(link(pp))-stop_x(pp),scf));
9827     pp = link(pp);
9828     if ( pp!=null_dash ) mp_print_char(mp, ' ');
9829   }
9830   mp_print(mp, ") shifted ");
9831   mp_print_scaled(mp, -mp_take_scaled(mp, mp_dash_offset(mp, hh),scf));
9832   if ( ! ok_to_dash || (dash_y(hh)==0) ) mp_print(mp, " (this will be ignored)");
9833 }
9834
9835 @ @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>=
9836 scaled mp_dash_offset (MP mp,pointer h) {
9837   scaled x;  /* the answer */
9838   if (dash_list(h)==null_dash || dash_y(h)<0) mp_confusion(mp, "dash0");
9839 @:this can't happen dash0}{\quad dash0@>
9840   if ( dash_y(h)==0 ) {
9841     x=0; 
9842   } else { 
9843     x=-(start_x(dash_list(h)) % dash_y(h));
9844     if ( x<0 ) x=x+dash_y(h);
9845   }
9846   return x;
9847 }
9848
9849 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9850 case mp_text_code: 
9851   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp,text_p(p));
9852   mp_print(mp, "\" infont \""); mp_print(mp, mp->font_name[font_n(p)]);
9853   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_ln(mp);
9854   mp_print_obj_color(mp, p);
9855   mp_print(mp, "transformed ");
9856   mp_print_compact_node(mp, text_tx_loc(p),6);
9857   break;
9858
9859 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9860 case mp_start_clip_code: 
9861   mp_print(mp, "clipping path:");
9862   mp_print_ln(mp);
9863   mp_pr_path(mp, path_p(p));
9864   break;
9865 case mp_stop_clip_code: 
9866   mp_print(mp, "stop clipping");
9867   break;
9868
9869 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9870 case mp_start_bounds_code: 
9871   mp_print(mp, "setbounds path:");
9872   mp_print_ln(mp);
9873   mp_pr_path(mp, path_p(p));
9874   break;
9875 case mp_stop_bounds_code: 
9876   mp_print(mp, "end of setbounds");
9877   break;
9878
9879 @ To initialize the |dash_list| field in an edge header~|h|, we need a
9880 subroutine that scans an edge structure and tries to interpret it as a dash
9881 pattern.  This can only be done when there are no filled regions or clipping
9882 paths and all the pen strokes have the same color.  The first step is to let
9883 $y_0$ be the initial $y$~coordinate of the first pen stroke.  Then we implicitly
9884 project all the pen stroke paths onto the line $y=y_0$ and require that there
9885 be no retracing.  If the resulting paths cover a range of $x$~coordinates of
9886 length $\Delta x$, we set |dash_y(h)| to the length of the dash pattern by
9887 finding the maximum of $\Delta x$ and the absolute value of~$y_0$.
9888
9889 @c @<Declare a procedure called |x_retrace_error|@>;
9890 pointer mp_make_dashes (MP mp,pointer h) { /* returns |h| or |null| */
9891   pointer p;  /* this scans the stroked nodes in the object list */
9892   pointer p0;  /* if not |null| this points to the first stroked node */
9893   pointer pp,qq,rr;  /* pointers into |path_p(p)| */
9894   pointer d,dd;  /* pointers used to create the dash list */
9895   @<Other local variables in |make_dashes|@>;
9896   scaled y0=0;  /* the initial $y$ coordinate */
9897   if ( dash_list(h)!=null_dash ) 
9898         return h;
9899   p0=null;
9900   p=link(dummy_loc(h));
9901   while ( p!=null ) { 
9902     if ( type(p)!=mp_stroked_code ) {
9903       @<Compain that the edge structure contains a node of the wrong type
9904         and |goto not_found|@>;
9905     }
9906     pp=path_p(p);
9907     if ( p0==null ){ p0=p; y0=y_coord(pp);  };
9908     @<Make |d| point to a new dash node created from stroke |p| and path |pp|
9909       or |goto not_found| if there is an error@>;
9910     @<Insert |d| into the dash list and |goto not_found| if there is an error@>;
9911     p=link(p);
9912   }
9913   if ( dash_list(h)==null_dash ) 
9914     goto NOT_FOUND; /* No error message */
9915   @<Scan |dash_list(h)| and deal with any dashes that are themselves dashed@>;
9916   @<Set |dash_y(h)| and merge the first and last dashes if necessary@>;
9917   return h;
9918 NOT_FOUND: 
9919   @<Flush the dash list, recycle |h| and return |null|@>;
9920 };
9921
9922 @ @<Compain that the edge structure contains a node of the wrong type...@>=
9923
9924 print_err("Picture is too complicated to use as a dash pattern");
9925 help3("When you say `dashed p', picture p should not contain any")
9926   ("text, filled regions, or clipping paths.  This time it did")
9927   ("so I'll just make it a solid line instead.");
9928 mp_put_get_error(mp);
9929 goto NOT_FOUND;
9930 }
9931
9932 @ A similar error occurs when monotonicity fails.
9933
9934 @<Declare a procedure called |x_retrace_error|@>=
9935 void mp_x_retrace_error (MP mp) { 
9936 print_err("Picture is too complicated to use as a dash pattern");
9937 help3("When you say `dashed p', every path in p should be monotone")
9938   ("in x and there must be no overlapping.  This failed")
9939   ("so I'll just make it a solid line instead.");
9940 mp_put_get_error(mp);
9941 }
9942
9943 @ We stash |p| in |info(d)| if |dash_p(p)<>0| so that subsequent processing can
9944 handle the case where the pen stroke |p| is itself dashed.
9945
9946 @<Make |d| point to a new dash node created from stroke |p| and path...@>=
9947 @<Make sure |p| and |p0| are the same color and |goto not_found| if there is
9948   an error@>;
9949 rr=pp;
9950 if ( link(pp)!=pp ) {
9951   do {  
9952     qq=rr; rr=link(rr);
9953     @<Check for retracing between knots |qq| and |rr| and |goto not_found|
9954       if there is a problem@>;
9955   } while (right_type(rr)!=mp_endpoint);
9956 }
9957 d=mp_get_node(mp, dash_node_size);
9958 if ( dash_p(p)==0 ) info(d)=0;  else info(d)=p;
9959 if ( x_coord(pp)<x_coord(rr) ) { 
9960   start_x(d)=x_coord(pp);
9961   stop_x(d)=x_coord(rr);
9962 } else { 
9963   start_x(d)=x_coord(rr);
9964   stop_x(d)=x_coord(pp);
9965 }
9966
9967 @ We also need to check for the case where the segment from |qq| to |rr| is
9968 monotone in $x$ but is reversed relative to the path from |pp| to |qq|.
9969
9970 @<Check for retracing between knots |qq| and |rr| and |goto not_found|...@>=
9971 x0=x_coord(qq);
9972 x1=right_x(qq);
9973 x2=left_x(rr);
9974 x3=x_coord(rr);
9975 if ( (x0>x1) || (x1>x2) || (x2>x3) ) {
9976   if ( (x0<x1) || (x1<x2) || (x2<x3) ) {
9977     if ( mp_ab_vs_cd(mp, x2-x1,x2-x1,x1-x0,x3-x2)>0 ) {
9978       mp_x_retrace_error(mp); goto NOT_FOUND;
9979     }
9980   }
9981 }
9982 if ( (x_coord(pp)>x0) || (x0>x3) ) {
9983   if ( (x_coord(pp)<x0) || (x0<x3) ) {
9984     mp_x_retrace_error(mp); goto NOT_FOUND;
9985   }
9986 }
9987
9988 @ @<Other local variables in |make_dashes|@>=
9989   scaled x0,x1,x2,x3;  /* $x$ coordinates of the segment from |qq| to |rr| */
9990
9991 @ @<Make sure |p| and |p0| are the same color and |goto not_found|...@>=
9992 if ( (red_val(p)!=red_val(p0)) || (black_val(p)!=black_val(p0)) ||
9993   (green_val(p)!=green_val(p0)) || (blue_val(p)!=blue_val(p0)) ) {
9994   print_err("Picture is too complicated to use as a dash pattern");
9995   help3("When you say `dashed p', everything in picture p should")
9996     ("be the same color.  I can\'t handle your color changes")
9997     ("so I'll just make it a solid line instead.");
9998   mp_put_get_error(mp);
9999   goto NOT_FOUND;
10000 }
10001
10002 @ @<Insert |d| into the dash list and |goto not_found| if there is an error@>=
10003 start_x(null_dash)=stop_x(d);
10004 dd=h; /* this makes |link(dd)=dash_list(h)| */
10005 while ( start_x(link(dd))<stop_x(d) )
10006   dd=link(dd);
10007 if ( dd!=h ) {
10008   if ( (stop_x(dd)>start_x(d)) )
10009     { mp_x_retrace_error(mp); goto NOT_FOUND;  };
10010 }
10011 link(d)=link(dd);
10012 link(dd)=d
10013
10014 @ @<Set |dash_y(h)| and merge the first and last dashes if necessary@>=
10015 d=dash_list(h);
10016 while ( (link(d)!=null_dash) )
10017   d=link(d);
10018 dd=dash_list(h);
10019 dash_y(h)=stop_x(d)-start_x(dd);
10020 if ( abs(y0)>dash_y(h) ) {
10021   dash_y(h)=abs(y0);
10022 } else if ( d!=dd ) { 
10023   dash_list(h)=link(dd);
10024   stop_x(d)=stop_x(dd)+dash_y(h);
10025   mp_free_node(mp, dd,dash_node_size);
10026 }
10027
10028 @ We get here when the argument is a null picture or when there is an error.
10029 Recovering from an error involves making |dash_list(h)| empty to indicate
10030 that |h| is not known to be a valid dash pattern.  We also dereference |h|
10031 since it is not being used for the return value.
10032
10033 @<Flush the dash list, recycle |h| and return |null|@>=
10034 mp_flush_dash_list(mp, h);
10035 delete_edge_ref(h);
10036 return null
10037
10038 @ Having carefully saved the dashed stroked nodes in the
10039 corresponding dash nodes, we must be prepared to break up these dashes into
10040 smaller dashes.
10041
10042 @<Scan |dash_list(h)| and deal with any dashes that are themselves dashed@>=
10043 d=h;  /* now |link(d)=dash_list(h)| */
10044 while ( link(d)!=null_dash ) {
10045   ds=info(link(d));
10046   if ( ds==null ) { 
10047     d=link(d);
10048   } else {
10049     hh=dash_p(ds);
10050     hsf=dash_scale(ds);
10051     if ( (hh==null) ) mp_confusion(mp, "dash1");
10052 @:this can't happen dash0}{\quad dash1@>
10053     if ( dash_y(hh)==0 ) {
10054       d=link(d);
10055     } else { 
10056       if ( dash_list(hh)==null ) mp_confusion(mp, "dash1");
10057 @:this can't happen dash0}{\quad dash1@>
10058       @<Replace |link(d)| by a dashed version as determined by edge header
10059           |hh| and scale factor |ds|@>;
10060     }
10061   }
10062 }
10063
10064 @ @<Other local variables in |make_dashes|@>=
10065 pointer dln;  /* |link(d)| */
10066 pointer hh;  /* an edge header that tells how to break up |dln| */
10067 scaled hsf;  /* the dash pattern from |hh| gets scaled by this */
10068 pointer ds;  /* the stroked node from which |hh| and |hsf| are derived */
10069 scaled xoff;  /* added to $x$ values in |dash_list(hh)| to match |dln| */
10070
10071 @ @<Replace |link(d)| by a dashed version as determined by edge header...@>=
10072 dln=link(d);
10073 dd=dash_list(hh);
10074 xoff=start_x(dln)-mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd))-
10075         mp_take_scaled(mp, hsf,mp_dash_offset(mp, hh));
10076 start_x(null_dash)=mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd))
10077                    +mp_take_scaled(mp, hsf,dash_y(hh));
10078 stop_x(null_dash)=start_x(null_dash);
10079 @<Advance |dd| until finding the first dash that overlaps |dln| when
10080   offset by |xoff|@>;
10081 while ( start_x(dln)<=stop_x(dln) ) {
10082   @<If |dd| has `fallen off the end', back up to the beginning and fix |xoff|@>;
10083   @<Insert a dash between |d| and |dln| for the overlap with the offset version
10084     of |dd|@>;
10085   dd=link(dd);
10086   start_x(dln)=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd));
10087 }
10088 link(d)=link(dln);
10089 mp_free_node(mp, dln,dash_node_size)
10090
10091 @ The name of this module is a bit of a lie because we actually just find the
10092 first |dd| where |take_scaled (hsf, stop_x(dd))| is large enough to make an
10093 overlap possible.  It could be that the unoffset version of dash |dln| falls
10094 in the gap between |dd| and its predecessor.
10095
10096 @<Advance |dd| until finding the first dash that overlaps |dln| when...@>=
10097 while ( xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,stop_x(dd))<start_x(dln) ) {
10098   dd=link(dd);
10099 }
10100
10101 @ @<If |dd| has `fallen off the end', back up to the beginning and fix...@>=
10102 if ( dd==null_dash ) { 
10103   dd=dash_list(hh);
10104   xoff=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,dash_y(hh));
10105 }
10106
10107 @ At this point we already know that
10108 |start_x(dln)<=xoff+take_scaled(hsf,stop_x(dd))|.
10109
10110 @<Insert a dash between |d| and |dln| for the overlap with the offset...@>=
10111 if ( (xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd)))<=stop_x(dln) ) {
10112   link(d)=mp_get_node(mp, dash_node_size);
10113   d=link(d);
10114   link(d)=dln;
10115   if ( start_x(dln)>(xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd))))
10116     start_x(d)=start_x(dln);
10117   else 
10118     start_x(d)=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd));
10119   if ( stop_x(dln)<(xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,stop_x(dd)))) 
10120     stop_x(d)=stop_x(dln);
10121   else 
10122     stop_x(d)=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,stop_x(dd));
10123 }
10124
10125 @ The next major task is to update the bounding box information in an edge
10126 header~|h|. This is done via a procedure |adjust_bbox| that enlarges an edge
10127 header's bounding box to accommodate the box computed by |path_bbox| or
10128 |pen_bbox|. (This is stored in global variables |minx|, |miny|, |maxx|, and
10129 |maxy|.)
10130
10131 @c void mp_adjust_bbox (MP mp,pointer h) { 
10132   if ( minx<minx_val(h) ) minx_val(h)=minx;
10133   if ( miny<miny_val(h) ) miny_val(h)=miny;
10134   if ( maxx>maxx_val(h) ) maxx_val(h)=maxx;
10135   if ( maxy>maxy_val(h) ) maxy_val(h)=maxy;
10136 }
10137
10138 @ Here is a special routine for updating the bounding box information in
10139 edge header~|h| to account for the squared-off ends of a non-cyclic path~|p|
10140 that is to be stroked with the pen~|pp|.
10141
10142 @c void mp_box_ends (MP mp, pointer p, pointer pp, pointer h) {
10143   pointer q;  /* a knot node adjacent to knot |p| */
10144   fraction dx,dy;  /* a unit vector in the direction out of the path at~|p| */
10145   scaled d;  /* a factor for adjusting the length of |(dx,dy)| */
10146   scaled z;  /* a coordinate being tested against the bounding box */
10147   scaled xx,yy;  /* the extreme pen vertex in the |(dx,dy)| direction */
10148   integer i; /* a loop counter */
10149   if ( right_type(p)!=mp_endpoint ) { 
10150     q=link(p);
10151     while (1) { 
10152       @<Make |(dx,dy)| the final direction for the path segment from
10153         |q| to~|p|; set~|d|@>;
10154       d=mp_pyth_add(mp, dx,dy);
10155       if ( d>0 ) { 
10156          @<Normalize the direction |(dx,dy)| and find the pen offset |(xx,yy)|@>;
10157          for (i=1;i<= 2;i++) { 
10158            @<Use |(dx,dy)| to generate a vertex of the square end cap and
10159              update the bounding box to accommodate it@>;
10160            dx=-dx; dy=-dy; 
10161         }
10162       }
10163       if ( right_type(p)==mp_endpoint ) {
10164          return;
10165       } else {
10166         @<Advance |p| to the end of the path and make |q| the previous knot@>;
10167       } 
10168     }
10169   }
10170 }
10171
10172 @ @<Make |(dx,dy)| the final direction for the path segment from...@>=
10173 if ( q==link(p) ) { 
10174   dx=x_coord(p)-right_x(p);
10175   dy=y_coord(p)-right_y(p);
10176   if ( (dx==0)&&(dy==0) ) {
10177     dx=x_coord(p)-left_x(q);
10178     dy=y_coord(p)-left_y(q);
10179   }
10180 } else { 
10181   dx=x_coord(p)-left_x(p);
10182   dy=y_coord(p)-left_y(p);
10183   if ( (dx==0)&&(dy==0) ) {
10184     dx=x_coord(p)-right_x(q);
10185     dy=y_coord(p)-right_y(q);
10186   }
10187 }
10188 dx=x_coord(p)-x_coord(q);
10189 dy=y_coord(p)-y_coord(q)
10190
10191 @ @<Normalize the direction |(dx,dy)| and find the pen offset |(xx,yy)|@>=
10192 dx=mp_make_fraction(mp, dx,d);
10193 dy=mp_make_fraction(mp, dy,d);
10194 mp_find_offset(mp, -dy,dx,pp);
10195 xx=mp->cur_x; yy=mp->cur_y
10196
10197 @ @<Use |(dx,dy)| to generate a vertex of the square end cap and...@>=
10198 mp_find_offset(mp, dx,dy,pp);
10199 d=mp_take_fraction(mp, xx-mp->cur_x,dx)+mp_take_fraction(mp, yy-mp->cur_y,dy);
10200 if ( ((d<0)&&(i==1)) || ((d>0)&&(i==2))) 
10201   mp_confusion(mp, "box_ends");
10202 @:this can't happen box ends}{\quad\\{box\_ends}@>
10203 z=x_coord(p)+mp->cur_x+mp_take_fraction(mp, d,dx);
10204 if ( z<minx_val(h) ) minx_val(h)=z;
10205 if ( z>maxx_val(h) ) maxx_val(h)=z;
10206 z=y_coord(p)+mp->cur_y+mp_take_fraction(mp, d,dy);
10207 if ( z<miny_val(h) ) miny_val(h)=z;
10208 if ( z>maxy_val(h) ) maxy_val(h)=z
10209
10210 @ @<Advance |p| to the end of the path and make |q| the previous knot@>=
10211 do {  
10212   q=p;
10213   p=link(p);
10214 } while (right_type(p)!=mp_endpoint)
10215
10216 @ The major difficulty in finding the bounding box of an edge structure is the
10217 effect of clipping paths.  We treat them conservatively by only clipping to the
10218 clipping path's bounding box, but this still
10219 requires recursive calls to |set_bbox| in order to find the bounding box of
10220 @^recursion@>
10221 the objects to be clipped.  Such calls are distinguished by the fact that the
10222 boolean parameter |top_level| is false.
10223
10224 @c void mp_set_bbox (MP mp,pointer h, boolean top_level) {
10225   pointer p;  /* a graphical object being considered */
10226   scaled sminx,sminy,smaxx,smaxy;
10227   /* for saving the bounding box during recursive calls */
10228   scaled x0,x1,y0,y1;  /* temporary registers */
10229   integer lev;  /* nesting level for |mp_start_bounds_code| nodes */
10230   @<Wipe out any existing bounding box information if |bbtype(h)| is
10231   incompatible with |internal[mp_true_corners]|@>;
10232   while ( link(bblast(h))!=null ) { 
10233     p=link(bblast(h));
10234     bblast(h)=p;
10235     switch (type(p)) {
10236     case mp_stop_clip_code: 
10237       if ( top_level ) mp_confusion(mp, "bbox");  else return;
10238 @:this can't happen bbox}{\quad bbox@>
10239       break;
10240     @<Other cases for updating the bounding box based on the type of object |p|@>;
10241     } /* all cases are enumerated above */
10242   }
10243   if ( ! top_level ) mp_confusion(mp, "bbox");
10244 }
10245
10246 @ @<Internal library declarations@>=
10247 void mp_set_bbox (MP mp,pointer h, boolean top_level);
10248
10249 @ @<Wipe out any existing bounding box information if |bbtype(h)| is...@>=
10250 switch (bbtype(h)) {
10251 case no_bounds: 
10252   break;
10253 case bounds_set: 
10254   if ( mp->internal[mp_true_corners]>0 ) mp_init_bbox(mp, h);
10255   break;
10256 case bounds_unset: 
10257   if ( mp->internal[mp_true_corners]<=0 ) mp_init_bbox(mp, h);
10258   break;
10259 } /* there are no other cases */
10260
10261 @ @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10262 case mp_fill_code: 
10263   mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10264   if ( pen_p(p)!=null ) { 
10265     x0=minx; y0=miny;
10266     x1=maxx; y1=maxy;
10267     mp_pen_bbox(mp, pen_p(p));
10268     minx=minx+x0;
10269     miny=miny+y0;
10270     maxx=maxx+x1;
10271     maxy=maxy+y1;
10272   }
10273   mp_adjust_bbox(mp, h);
10274   break;
10275
10276 @ @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10277 case mp_start_bounds_code: 
10278   if ( mp->internal[mp_true_corners]>0 ) {
10279     bbtype(h)=bounds_unset;
10280   } else { 
10281     bbtype(h)=bounds_set;
10282     mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10283     mp_adjust_bbox(mp, h);
10284     @<Scan to the matching |mp_stop_bounds_code| node and update |p| and
10285       |bblast(h)|@>;
10286   }
10287   break;
10288 case mp_stop_bounds_code: 
10289   if ( mp->internal[mp_true_corners]<=0 ) mp_confusion(mp, "bbox2");
10290 @:this can't happen bbox2}{\quad bbox2@>
10291   break;
10292
10293 @ @<Scan to the matching |mp_stop_bounds_code| node and update |p| and...@>=
10294 lev=1;
10295 while ( lev!=0 ) { 
10296   if ( link(p)==null ) mp_confusion(mp, "bbox2");
10297 @:this can't happen bbox2}{\quad bbox2@>
10298   p=link(p);
10299   if ( type(p)==mp_start_bounds_code ) incr(lev);
10300   else if ( type(p)==mp_stop_bounds_code ) decr(lev);
10301 }
10302 bblast(h)=p
10303
10304 @ It saves a lot of grief here to be slightly conservative and not account for
10305 omitted parts of dashed lines.  We also don't worry about the material omitted
10306 when using butt end caps.  The basic computation is for round end caps and
10307 |box_ends| augments it for square end caps.
10308
10309 @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10310 case mp_stroked_code: 
10311   mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10312   x0=minx; y0=miny;
10313   x1=maxx; y1=maxy;
10314   mp_pen_bbox(mp, pen_p(p));
10315   minx=minx+x0;
10316   miny=miny+y0;
10317   maxx=maxx+x1;
10318   maxy=maxy+y1;
10319   mp_adjust_bbox(mp, h);
10320   if ( (left_type(path_p(p))==mp_endpoint)&&(lcap_val(p)==2) )
10321     mp_box_ends(mp, path_p(p), pen_p(p), h);
10322   break;
10323
10324 @ The height width and depth information stored in a text node determines a
10325 rectangle that needs to be transformed according to the transformation
10326 parameters stored in the text node.
10327
10328 @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10329 case mp_text_code: 
10330   x1=mp_take_scaled(mp, txx_val(p),width_val(p));
10331   y0=mp_take_scaled(mp, txy_val(p),-depth_val(p));
10332   y1=mp_take_scaled(mp, txy_val(p),height_val(p));
10333   minx=tx_val(p);
10334   maxx=minx;
10335   if ( y0<y1 ) { minx=minx+y0; maxx=maxx+y1;  }
10336   else         { minx=minx+y1; maxx=maxx+y0;  }
10337   if ( x1<0 ) minx=minx+x1;  else maxx=maxx+x1;
10338   x1=mp_take_scaled(mp, tyx_val(p),width_val(p));
10339   y0=mp_take_scaled(mp, tyy_val(p),-depth_val(p));
10340   y1=mp_take_scaled(mp, tyy_val(p),height_val(p));
10341   miny=ty_val(p);
10342   maxy=miny;
10343   if ( y0<y1 ) { miny=miny+y0; maxy=maxy+y1;  }
10344   else         { miny=miny+y1; maxy=maxy+y0;  }
10345   if ( x1<0 ) miny=miny+x1;  else maxy=maxy+x1;
10346   mp_adjust_bbox(mp, h);
10347   break;
10348
10349 @ This case involves a recursive call that advances |bblast(h)| to the node of
10350 type |mp_stop_clip_code| that matches |p|.
10351
10352 @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10353 case mp_start_clip_code: 
10354   mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10355   x0=minx; y0=miny;
10356   x1=maxx; y1=maxy;
10357   sminx=minx_val(h); sminy=miny_val(h);
10358   smaxx=maxx_val(h); smaxy=maxy_val(h);
10359   @<Reinitialize the bounding box in header |h| and call |set_bbox| recursively
10360     starting at |link(p)|@>;
10361   @<Clip the bounding box in |h| to the rectangle given by |x0|, |x1|,
10362     |y0|, |y1|@>;
10363   minx=sminx; miny=sminy;
10364   maxx=smaxx; maxy=smaxy;
10365   mp_adjust_bbox(mp, h);
10366   break;
10367
10368 @ @<Reinitialize the bounding box in header |h| and call |set_bbox|...@>=
10369 minx_val(h)=el_gordo;
10370 miny_val(h)=el_gordo;
10371 maxx_val(h)=-el_gordo;
10372 maxy_val(h)=-el_gordo;
10373 mp_set_bbox(mp, h,false)
10374
10375 @ @<Clip the bounding box in |h| to the rectangle given by |x0|, |x1|,...@>=
10376 if ( minx_val(h)<x0 ) minx_val(h)=x0;
10377 if ( miny_val(h)<y0 ) miny_val(h)=y0;
10378 if ( maxx_val(h)>x1 ) maxx_val(h)=x1;
10379 if ( maxy_val(h)>y1 ) maxy_val(h)=y1
10380
10381 @* \[22] Finding an envelope.
10382 When \MP\ has a path and a polygonal pen, it needs to express the desired
10383 shape in terms of things \ps\ can understand.  The present task is to compute
10384 a new path that describes the region to be filled.  It is convenient to
10385 define this as a two step process where the first step is determining what
10386 offset to use for each segment of the path.
10387
10388 @ Given a pointer |c| to a cyclic path,
10389 and a pointer~|h| to the first knot of a pen polygon,
10390 the |offset_prep| routine changes the path into cubics that are
10391 associated with particular pen offsets. Thus if the cubic between |p|
10392 and~|q| is associated with the |k|th offset and the cubic between |q| and~|r|
10393 has offset |l| then |info(q)=zero_off+l-k|. (The constant |zero_off| is added
10394 to because |l-k| could be negative.)
10395
10396 After overwriting the type information with offset differences, we no longer
10397 have a true path so we refer to the knot list returned by |offset_prep| as an
10398 ``envelope spec.''
10399 @^envelope spec@>
10400 Since an envelope spec only determines relative changes in pen offsets,
10401 |offset_prep| sets a global variable |spec_offset| to the relative change from
10402 |h| to the first offset.
10403
10404 @d zero_off 16384 /* added to offset changes to make them positive */
10405
10406 @<Glob...@>=
10407 integer spec_offset; /* number of pen edges between |h| and the initial offset */
10408
10409 @ @c @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>;
10410 pointer mp_offset_prep (MP mp,pointer c, pointer h) {
10411   halfword n; /* the number of vertices in the pen polygon */
10412   pointer p,q,q0,r,w, ww; /* for list manipulation */
10413   integer k_needed; /* amount to be added to |info(p)| when it is computed */
10414   pointer w0; /* a pointer to pen offset to use just before |p| */
10415   scaled dxin,dyin; /* the direction into knot |p| */
10416   integer turn_amt; /* change in pen offsets for the current cubic */
10417   @<Other local variables for |offset_prep|@>;
10418   dx0=0; dy0=0;
10419   @<Initialize the pen size~|n|@>;
10420   @<Initialize the incoming direction and pen offset at |c|@>;
10421   p=c; k_needed=0;
10422   do {  
10423     q=link(p);
10424     @<Split the cubic between |p| and |q|, if necessary, into cubics
10425       associated with single offsets, after which |q| should
10426       point to the end of the final such cubic@>;
10427   NOT_FOUND:
10428     @<Advance |p| to node |q|, removing any ``dead'' cubics that
10429       might have been introduced by the splitting process@>;
10430   } while (q!=c);
10431   @<Fix the offset change in |info(c)| and set |c| to the return value of
10432     |offset_prep|@>;
10433   return c;
10434 }
10435
10436 @ We shall want to keep track of where certain knots on the cyclic path
10437 wind up in the envelope spec.  It doesn't suffice just to keep pointers to
10438 knot nodes because some nodes are deleted while removing dead cubics.  Thus
10439 |offset_prep| updates the following pointers
10440
10441 @<Glob...@>=
10442 pointer spec_p1;
10443 pointer spec_p2; /* pointers to distinguished knots */
10444
10445 @ @<Set init...@>=
10446 mp->spec_p1=null; mp->spec_p2=null;
10447
10448 @ @<Initialize the pen size~|n|@>=
10449 n=0; p=h;
10450 do {  
10451   incr(n);
10452   p=link(p);
10453 } while (p!=h)
10454
10455 @ Since the true incoming direction isn't known yet, we just pick a direction
10456 consistent with the pen offset~|h|.  If this is wrong, it can be corrected
10457 later.
10458
10459 @<Initialize the incoming direction and pen offset at |c|@>=
10460 dxin=x_coord(link(h))-x_coord(knil(h));
10461 dyin=y_coord(link(h))-y_coord(knil(h));
10462 if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
10463   dxin=y_coord(knil(h))-y_coord(h);
10464   dyin=x_coord(h)-x_coord(knil(h));
10465 }
10466 w0=h
10467
10468 @ We must be careful not to remove the only cubic in a cycle.
10469
10470 But we must also be careful for another reason. If the user-supplied
10471 path starts with a set of degenerate cubics, the target node |q| can
10472 be collapsed to the initial node |p| which might be the same as the
10473 initial node |c| of the curve. This would cause the |offset_prep| routine
10474 to bail out too early, causing distress later on. (See for example
10475 the testcase reported by Bogus\l{}aw Jackowski in tracker id 267, case 52c
10476 on Sarovar.)
10477
10478 @<Advance |p| to node |q|, removing any ``dead'' cubics...@>=
10479 q0=q;
10480 do { 
10481   r=link(p);
10482   if ( x_coord(p)==right_x(p) && y_coord(p)==right_y(p) &&
10483        x_coord(p)==left_x(r)  && y_coord(p)==left_y(r) &&
10484        x_coord(p)==x_coord(r) && y_coord(p)==y_coord(r) &&
10485        r!=p ) {
10486       @<Remove the cubic following |p| and update the data structures
10487         to merge |r| into |p|@>;
10488   }
10489   p=r;
10490 } while (p!=q);
10491 /* Check if we removed too much */
10492 if(q!=q0)
10493   q = link(q)
10494
10495 @ @<Remove the cubic following |p| and update the data structures...@>=
10496 { k_needed=info(p)-zero_off;
10497   if ( r==q ) { 
10498     q=p;
10499   } else { 
10500     info(p)=k_needed+info(r);
10501     k_needed=0;
10502   };
10503   if ( r==c ) { info(p)=info(c); c=p; };
10504   if ( r==mp->spec_p1 ) mp->spec_p1=p;
10505   if ( r==mp->spec_p2 ) mp->spec_p2=p;
10506   r=p; mp_remove_cubic(mp, p);
10507 }
10508
10509 @ Not setting the |info| field of the newly created knot allows the splitting
10510 routine to work for paths.
10511
10512 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10513 void mp_split_cubic (MP mp,pointer p, fraction t) { /* splits the cubic after |p| */
10514   scaled v; /* an intermediate value */
10515   pointer q,r; /* for list manipulation */
10516   q=link(p); r=mp_get_node(mp, knot_node_size); link(p)=r; link(r)=q;
10517   originator(r)=mp_program_code;
10518   left_type(r)=mp_explicit; right_type(r)=mp_explicit;
10519   v=t_of_the_way(right_x(p),left_x(q));
10520   right_x(p)=t_of_the_way(x_coord(p),right_x(p));
10521   left_x(q)=t_of_the_way(left_x(q),x_coord(q));
10522   left_x(r)=t_of_the_way(right_x(p),v);
10523   right_x(r)=t_of_the_way(v,left_x(q));
10524   x_coord(r)=t_of_the_way(left_x(r),right_x(r));
10525   v=t_of_the_way(right_y(p),left_y(q));
10526   right_y(p)=t_of_the_way(y_coord(p),right_y(p));
10527   left_y(q)=t_of_the_way(left_y(q),y_coord(q));
10528   left_y(r)=t_of_the_way(right_y(p),v);
10529   right_y(r)=t_of_the_way(v,left_y(q));
10530   y_coord(r)=t_of_the_way(left_y(r),right_y(r));
10531 }
10532
10533 @ This does not set |info(p)| or |right_type(p)|.
10534
10535 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10536 void mp_remove_cubic (MP mp,pointer p) { /* removes the dead cubic following~|p| */
10537   pointer q; /* the node that disappears */
10538   q=link(p); link(p)=link(q);
10539   right_x(p)=right_x(q); right_y(p)=right_y(q);
10540   mp_free_node(mp, q,knot_node_size);
10541 }
10542
10543 @ Let $d\prec d'$ mean that the counter-clockwise angle from $d$ to~$d'$ is
10544 strictly between zero and $180^\circ$.  Then we can define $d\preceq d'$ to
10545 mean that the angle could be zero or $180^\circ$. If $w_k=(u_k,v_k)$ is the
10546 $k$th pen offset, the $k$th pen edge direction is defined by the formula
10547 $$d_k=(u\k-u_k,\,v\k-v_k).$$
10548 When listed by increasing $k$, these directions occur in counter-clockwise
10549 order so that $d_k\preceq d\k$ for all~$k$.
10550 The goal of |offset_prep| is to find an offset index~|k| to associate with
10551 each cubic, such that the direction $d(t)$ of the cubic satisfies
10552 $$d_{k-1}\preceq d(t)\preceq d_k\qquad\hbox{for $0\le t\le 1$.}\eqno(*)$$
10553 We may have to split a cubic into many pieces before each
10554 piece corresponds to a unique offset.
10555
10556 @<Split the cubic between |p| and |q|, if necessary, into cubics...@>=
10557 info(p)=zero_off+k_needed;
10558 k_needed=0;
10559 @<Prepare for derivative computations;
10560   |goto not_found| if the current cubic is dead@>;
10561 @<Find the initial direction |(dx,dy)|@>;
10562 @<Update |info(p)| and find the offset $w_k$ such that
10563   $d_{k-1}\preceq(\\{dx},\\{dy})\prec d_k$; also advance |w0| for
10564   the direction change at |p|@>;
10565 @<Find the final direction |(dxin,dyin)|@>;
10566 @<Decide on the net change in pen offsets and set |turn_amt|@>;
10567 @<Complete the offset splitting process@>;
10568 w0=mp_pen_walk(mp, w0,turn_amt)
10569
10570 @ @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10571 pointer mp_pen_walk (MP mp,pointer w, integer k) {
10572   /* walk |k| steps around a pen from |w| */
10573   while ( k>0 ) { w=link(w); decr(k);  };
10574   while ( k<0 ) { w=knil(w); incr(k);  };
10575   return w;
10576 }
10577
10578 @ The direction of a cubic $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)=\bigl(x(t),y(t)\bigr)$ can be
10579 calculated from the quadratic polynomials
10580 ${1\over3}x'(t)=B(x_1-x_0,x_2-x_1,x_3-x_2;t)$ and
10581 ${1\over3}y'(t)=B(y_1-y_0,y_2-y_1,y_3-y_2;t)$.
10582 Since we may be calculating directions from several cubics
10583 split from the current one, it is desirable to do these calculations
10584 without losing too much precision. ``Scaled up'' values of the
10585 derivatives, which will be less tainted by accumulated errors than
10586 derivatives found from the cubics themselves, are maintained in
10587 local variables |x0|, |x1|, and |x2|, representing $X_0=2^l(x_1-x_0)$,
10588 $X_1=2^l(x_2-x_1)$, and $X_2=2^l(x_3-x_2)$; similarly |y0|, |y1|, and~|y2|
10589 represent $Y_0=2^l(y_1-y_0)$, $Y_1=2^l(y_2-y_1)$, and $Y_2=2^l(y_3-y_2)$.
10590
10591 @<Other local variables for |offset_prep|@>=
10592 integer x0,x1,x2,y0,y1,y2; /* representatives of derivatives */
10593 integer t0,t1,t2; /* coefficients of polynomial for slope testing */
10594 integer du,dv,dx,dy; /* for directions of the pen and the curve */
10595 integer dx0,dy0; /* initial direction for the first cubic in the curve */
10596 integer max_coef; /* used while scaling */
10597 integer x0a,x1a,x2a,y0a,y1a,y2a; /* intermediate values */
10598 fraction t; /* where the derivative passes through zero */
10599 fraction s; /* a temporary value */
10600
10601 @ @<Prepare for derivative computations...@>=
10602 x0=right_x(p)-x_coord(p);
10603 x2=x_coord(q)-left_x(q);
10604 x1=left_x(q)-right_x(p);
10605 y0=right_y(p)-y_coord(p); y2=y_coord(q)-left_y(q);
10606 y1=left_y(q)-right_y(p);
10607 max_coef=abs(x0);
10608 if ( abs(x1)>max_coef ) max_coef=abs(x1);
10609 if ( abs(x2)>max_coef ) max_coef=abs(x2);
10610 if ( abs(y0)>max_coef ) max_coef=abs(y0);
10611 if ( abs(y1)>max_coef ) max_coef=abs(y1);
10612 if ( abs(y2)>max_coef ) max_coef=abs(y2);
10613 if ( max_coef==0 ) goto NOT_FOUND;
10614 while ( max_coef<fraction_half ) {
10615   double(max_coef);
10616   double(x0); double(x1); double(x2);
10617   double(y0); double(y1); double(y2);
10618 }
10619
10620 @ Let us first solve a special case of the problem: Suppose we
10621 know an index~$k$ such that either (i)~$d(t)\succeq d_{k-1}$ for all~$t$
10622 and $d(0)\prec d_k$, or (ii)~$d(t)\preceq d_k$ for all~$t$ and
10623 $d(0)\succ d_{k-1}$.
10624 Then, in a sense, we're halfway done, since one of the two relations
10625 in $(*)$ is satisfied, and the other couldn't be satisfied for
10626 any other value of~|k|.
10627
10628 Actually, the conditions can be relaxed somewhat since a relation such as
10629 $d(t)\succeq d_{k-1}$ restricts $d(t)$ to a half plane when all that really
10630 matters is whether $d(t)$ crosses the ray in the $d_{k-1}$ direction from
10631 the origin.  The condition for case~(i) becomes $d_{k-1}\preceq d(0)\prec d_k$
10632 and $d(t)$ never crosses the $d_{k-1}$ ray in the clockwise direction.
10633 Case~(ii) is similar except $d(t)$ cannot cross the $d_k$ ray in the
10634 counterclockwise direction.
10635
10636 The |fin_offset_prep| subroutine solves the stated subproblem.
10637 It has a parameter called |rise| that is |1| in
10638 case~(i), |-1| in case~(ii). Parameters |x0| through |y2| represent
10639 the derivative of the cubic following |p|.
10640 The |w| parameter should point to offset~$w_k$ and |info(p)| should already
10641 be set properly.  The |turn_amt| parameter gives the absolute value of the
10642 overall net change in pen offsets.
10643
10644 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10645 void mp_fin_offset_prep (MP mp,pointer p, pointer w, integer 
10646   x0,integer x1, integer x2, integer y0, integer y1, integer y2, 
10647   integer rise, integer turn_amt)  {
10648   pointer ww; /* for list manipulation */
10649   scaled du,dv; /* for slope calculation */
10650   integer t0,t1,t2; /* test coefficients */
10651   fraction t; /* place where the derivative passes a critical slope */
10652   fraction s; /* slope or reciprocal slope */
10653   integer v; /* intermediate value for updating |x0..y2| */
10654   pointer q; /* original |link(p)| */
10655   q=link(p);
10656   while (1)  { 
10657     if ( rise>0 ) ww=link(w); /* a pointer to $w\k$ */
10658     else  ww=knil(w); /* a pointer to $w_{k-1}$ */
10659     @<Compute test coefficients |(t0,t1,t2)|
10660       for $d(t)$ versus $d_k$ or $d_{k-1}$@>;
10661     t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,t2);
10662     if ( t>=fraction_one ) {
10663       if ( turn_amt>0 ) t=fraction_one;  else return;
10664     }
10665     @<Split the cubic at $t$,
10666       and split off another cubic if the derivative crosses back@>;
10667     w=ww;
10668   }
10669 }
10670
10671 @ We want $B(\\{t0},\\{t1},\\{t2};t)$ to be the dot product of $d(t)$ with a
10672 $-90^\circ$ rotation of the vector from |w| to |ww|.  This makes the resulting
10673 function cross from positive to negative when $d_{k-1}\preceq d(t)\preceq d_k$
10674 begins to fail.
10675
10676 @<Compute test coefficients |(t0,t1,t2)| for $d(t)$ versus...@>=
10677 du=x_coord(ww)-x_coord(w); dv=y_coord(ww)-y_coord(w);
10678 if ( abs(du)>=abs(dv) ) {
10679   s=mp_make_fraction(mp, dv,du);
10680   t0=mp_take_fraction(mp, x0,s)-y0;
10681   t1=mp_take_fraction(mp, x1,s)-y1;
10682   t2=mp_take_fraction(mp, x2,s)-y2;
10683   if ( du<0 ) { negate(t0); negate(t1); negate(t2);  }
10684 } else { 
10685   s=mp_make_fraction(mp, du,dv);
10686   t0=x0-mp_take_fraction(mp, y0,s);
10687   t1=x1-mp_take_fraction(mp, y1,s);
10688   t2=x2-mp_take_fraction(mp, y2,s);
10689   if ( dv<0 ) { negate(t0); negate(t1); negate(t2);  }
10690 }
10691 if ( t0<0 ) t0=0 /* should be positive without rounding error */
10692
10693 @ The curve has crossed $d_k$ or $d_{k-1}$; its initial segment satisfies
10694 $(*)$, and it might cross again, yielding another solution of $(*)$.
10695
10696 @<Split the cubic at $t$, and split off another...@>=
10697
10698 mp_split_cubic(mp, p,t); p=link(p); info(p)=zero_off+rise;
10699 decr(turn_amt);
10700 v=t_of_the_way(x0,x1); x1=t_of_the_way(x1,x2);
10701 x0=t_of_the_way(v,x1);
10702 v=t_of_the_way(y0,y1); y1=t_of_the_way(y1,y2);
10703 y0=t_of_the_way(v,y1);
10704 if ( turn_amt<0 ) {
10705   t1=t_of_the_way(t1,t2);
10706   if ( t1>0 ) t1=0; /* without rounding error, |t1| would be |<=0| */
10707   t=mp_crossing_point(mp, 0,-t1,-t2);
10708   if ( t>fraction_one ) t=fraction_one;
10709   incr(turn_amt);
10710   if ( (t==fraction_one)&&(link(p)!=q) ) {
10711     info(link(p))=info(link(p))-rise;
10712   } else { 
10713     mp_split_cubic(mp, p,t); info(link(p))=zero_off-rise;
10714     v=t_of_the_way(x1,x2); x1=t_of_the_way(x0,x1);
10715     x2=t_of_the_way(x1,v);
10716     v=t_of_the_way(y1,y2); y1=t_of_the_way(y0,y1);
10717     y2=t_of_the_way(y1,v);
10718   }
10719 }
10720 }
10721
10722 @ Now we must consider the general problem of |offset_prep|, when
10723 nothing is known about a given cubic. We start by finding its
10724 direction in the vicinity of |t=0|.
10725
10726 If $z'(t)=0$, the given cubic is numerically unstable but |offset_prep|
10727 has not yet introduced any more numerical errors.  Thus we can compute
10728 the true initial direction for the given cubic, even if it is almost
10729 degenerate.
10730
10731 @<Find the initial direction |(dx,dy)|@>=
10732 dx=x0; dy=y0;
10733 if ( dx==0 && dy==0 ) { 
10734   dx=x1; dy=y1;
10735   if ( dx==0 && dy==0 ) { 
10736     dx=x2; dy=y2;
10737   }
10738 }
10739 if ( p==c ) { dx0=dx; dy0=dy;  }
10740
10741 @ @<Find the final direction |(dxin,dyin)|@>=
10742 dxin=x2; dyin=y2;
10743 if ( dxin==0 && dyin==0 ) {
10744   dxin=x1; dyin=y1;
10745   if ( dxin==0 && dyin==0 ) {
10746     dxin=x0; dyin=y0;
10747   }
10748 }
10749
10750 @ The next step is to bracket the initial direction between consecutive
10751 edges of the pen polygon.  We must be careful to turn clockwise only if
10752 this makes the turn less than $180^\circ$. (A $180^\circ$ turn must be
10753 counter-clockwise in order to make \&{doublepath} envelopes come out
10754 @:double_path_}{\&{doublepath} primitive@>
10755 right.) This code depends on |w0| being the offset for |(dxin,dyin)|.
10756
10757 @<Update |info(p)| and find the offset $w_k$ such that...@>=
10758 turn_amt=mp_get_turn_amt(mp,w0,dx,dy,(mp_ab_vs_cd(mp, dy,dxin,dx,dyin)>=0));
10759 w=mp_pen_walk(mp, w0, turn_amt);
10760 w0=w;
10761 info(p)=info(p)+turn_amt
10762
10763 @ Decide how many pen offsets to go away from |w| in order to find the offset
10764 for |(dx,dy)|, going counterclockwise if |ccw| is |true|.  This assumes that
10765 |w| is the offset for some direction $(x',y')$ from which the angle to |(dx,dy)|
10766 in the sense determined by |ccw| is less than or equal to $180^\circ$.
10767
10768 If the pen polygon has only two edges, they could both be parallel
10769 to |(dx,dy)|.  In this case, we must be careful to stop after crossing the first
10770 such edge in order to avoid an infinite loop.
10771
10772 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10773 integer mp_get_turn_amt (MP mp,pointer w, scaled  dx,
10774                          scaled dy, boolean  ccw) {
10775   pointer ww; /* a neighbor of knot~|w| */
10776   integer s; /* turn amount so far */
10777   integer t; /* |ab_vs_cd| result */
10778   s=0;
10779   if ( ccw ) { 
10780     ww=link(w);
10781     do {  
10782       t=mp_ab_vs_cd(mp, dy,(x_coord(ww)-x_coord(w)),
10783                         dx,(y_coord(ww)-y_coord(w)));
10784       if ( t<0 ) break;
10785       incr(s);
10786       w=ww; ww=link(ww);
10787     } while (t>0);
10788   } else { 
10789     ww=knil(w);
10790     while ( mp_ab_vs_cd(mp, dy,(x_coord(w)-x_coord(ww)),
10791                             dx,(y_coord(w)-y_coord(ww))) < 0) { 
10792       decr(s);
10793       w=ww; ww=knil(ww);
10794     }
10795   }
10796   return s;
10797 }
10798
10799 @ When we're all done, the final offset is |w0| and the final curve direction
10800 is |(dxin,dyin)|.  With this knowledge of the incoming direction at |c|, we
10801 can correct |info(c)| which was erroneously based on an incoming offset
10802 of~|h|.
10803
10804 @d fix_by(A) info(c)=info(c)+(A)
10805
10806 @<Fix the offset change in |info(c)| and set |c| to the return value of...@>=
10807 mp->spec_offset=info(c)-zero_off;
10808 if ( link(c)==c ) {
10809   info(c)=zero_off+n;
10810 } else { 
10811   fix_by(k_needed);
10812   while ( w0!=h ) { fix_by(1); w0=link(w0);  };
10813   while ( info(c)<=zero_off-n ) fix_by(n);
10814   while ( info(c)>zero_off ) fix_by(-n);
10815   if ( (info(c)!=zero_off)&&(mp_ab_vs_cd(mp, dy0,dxin,dx0,dyin)>=0) ) fix_by(n);
10816 }
10817 return c
10818
10819 @ Finally we want to reduce the general problem to situations that
10820 |fin_offset_prep| can handle. We split the cubic into at most three parts
10821 with respect to $d_{k-1}$, and apply |fin_offset_prep| to each part.
10822
10823 @<Complete the offset splitting process@>=
10824 ww=knil(w);
10825 @<Compute test coeff...@>;
10826 @<Find the first |t| where $d(t)$ crosses $d_{k-1}$ or set
10827   |t:=fraction_one+1|@>;
10828 if ( t>fraction_one ) {
10829   mp_fin_offset_prep(mp, p,w,x0,x1,x2,y0,y1,y2,1,turn_amt);
10830 } else {
10831   mp_split_cubic(mp, p,t); r=link(p);
10832   x1a=t_of_the_way(x0,x1); x1=t_of_the_way(x1,x2);
10833   x2a=t_of_the_way(x1a,x1);
10834   y1a=t_of_the_way(y0,y1); y1=t_of_the_way(y1,y2);
10835   y2a=t_of_the_way(y1a,y1);
10836   mp_fin_offset_prep(mp, p,w,x0,x1a,x2a,y0,y1a,y2a,1,0); x0=x2a; y0=y2a;
10837   info(r)=zero_off-1;
10838   if ( turn_amt>=0 ) {
10839     t1=t_of_the_way(t1,t2);
10840     if ( t1>0 ) t1=0;
10841     t=mp_crossing_point(mp, 0,-t1,-t2);
10842     if ( t>fraction_one ) t=fraction_one;
10843     @<Split off another rising cubic for |fin_offset_prep|@>;
10844     mp_fin_offset_prep(mp, r,ww,x0,x1,x2,y0,y1,y2,-1,0);
10845   } else {
10846     mp_fin_offset_prep(mp, r,ww,x0,x1,x2,y0,y1,y2,-1,(-1-turn_amt));
10847   }
10848 }
10849
10850 @ @<Split off another rising cubic for |fin_offset_prep|@>=
10851 mp_split_cubic(mp, r,t); info(link(r))=zero_off+1;
10852 x1a=t_of_the_way(x1,x2); x1=t_of_the_way(x0,x1);
10853 x0a=t_of_the_way(x1,x1a);
10854 y1a=t_of_the_way(y1,y2); y1=t_of_the_way(y0,y1);
10855 y0a=t_of_the_way(y1,y1a);
10856 mp_fin_offset_prep(mp, link(r),w,x0a,x1a,x2,y0a,y1a,y2,1,turn_amt);
10857 x2=x0a; y2=y0a
10858
10859 @ At this point, the direction of the incoming pen edge is |(-du,-dv)|.
10860 When the component of $d(t)$ perpendicular to |(-du,-dv)| crosses zero, we
10861 need to decide whether the directions are parallel or antiparallel.  We
10862 can test this by finding the dot product of $d(t)$ and |(-du,-dv)|, but this
10863 should be avoided when the value of |turn_amt| already determines the
10864 answer.  If |t2<0|, there is one crossing and it is antiparallel only if
10865 |turn_amt>=0|.  If |turn_amt<0|, there should always be at least one
10866 crossing and the first crossing cannot be antiparallel.
10867
10868 @<Find the first |t| where $d(t)$ crosses $d_{k-1}$ or set...@>=
10869 t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,t2);
10870 if ( turn_amt>=0 ) {
10871   if ( t2<0 ) {
10872     t=fraction_one+1;
10873   } else { 
10874     u0=t_of_the_way(x0,x1);
10875     u1=t_of_the_way(x1,x2);
10876     ss=mp_take_fraction(mp, -du,t_of_the_way(u0,u1));
10877     v0=t_of_the_way(y0,y1);
10878     v1=t_of_the_way(y1,y2);
10879     ss=ss+mp_take_fraction(mp, -dv,t_of_the_way(v0,v1));
10880     if ( ss<0 ) t=fraction_one+1;
10881   }
10882 } else if ( t>fraction_one ) {
10883   t=fraction_one;
10884 }
10885
10886 @ @<Other local variables for |offset_prep|@>=
10887 integer u0,u1,v0,v1; /* intermediate values for $d(t)$ calculation */
10888 integer ss = 0; /* the part of the dot product computed so far */
10889 int d_sign; /* sign of overall change in direction for this cubic */
10890
10891 @ If the cubic almost has a cusp, it is a numerically ill-conditioned
10892 problem to decide which way it loops around but that's OK as long we're
10893 consistent.  To make \&{doublepath} envelopes work properly, reversing
10894 the path should always change the sign of |turn_amt|.
10895
10896 @<Decide on the net change in pen offsets and set |turn_amt|@>=
10897 d_sign=mp_ab_vs_cd(mp, dx,dyin, dxin,dy);
10898 if ( d_sign==0 ) {
10899   @<Check rotation direction based on node position@>
10900 }
10901 if ( d_sign==0 ) {
10902   if ( dx==0 ) {
10903     if ( dy>0 ) d_sign=1;  else d_sign=-1;
10904   } else {
10905     if ( dx>0 ) d_sign=1;  else d_sign=-1; 
10906   }
10907 }
10908 @<Make |ss| negative if and only if the total change in direction is
10909   more than $180^\circ$@>;
10910 turn_amt=mp_get_turn_amt(mp, w, dxin, dyin, (d_sign>0));
10911 if ( ss<0 ) turn_amt=turn_amt-d_sign*n
10912
10913 @ We check rotation direction by looking at the vector connecting the current
10914 node with the next. If its angle with incoming and outgoing tangents has the
10915 same sign, we pick this as |d_sign|, since it means we have a flex, not a cusp.
10916 Otherwise we proceed to the cusp code.
10917
10918 @<Check rotation direction based on node position@>=
10919 u0=x_coord(q)-x_coord(p);
10920 u1=y_coord(q)-y_coord(p);
10921 d_sign = half(mp_ab_vs_cd(mp, dx, u1, u0, dy)+
10922   mp_ab_vs_cd(mp, u0, dyin, dxin, u1));
10923
10924 @ In order to be invariant under path reversal, the result of this computation
10925 should not change when |x0|, |y0|, $\ldots$ are all negated and |(x0,y0)| is
10926 then swapped with |(x2,y2)|.  We make use of the identities
10927 |take_fraction(-a,-b)=take_fraction(a,b)| and
10928 |t_of_the_way(-a,-b)=-(t_of_the_way(a,b))|.
10929
10930 @<Make |ss| negative if and only if the total change in direction is...@>=
10931 t0=half(mp_take_fraction(mp, x0,y2))-half(mp_take_fraction(mp, x2,y0));
10932 t1=half(mp_take_fraction(mp, x1,(y0+y2)))-half(mp_take_fraction(mp, y1,(x0+x2)));
10933 if ( t0==0 ) t0=d_sign; /* path reversal always negates |d_sign| */
10934 if ( t0>0 ) {
10935   t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,-t0);
10936   u0=t_of_the_way(x0,x1);
10937   u1=t_of_the_way(x1,x2);
10938   v0=t_of_the_way(y0,y1);
10939   v1=t_of_the_way(y1,y2);
10940 } else { 
10941   t=mp_crossing_point(mp, -t0,t1,t0);
10942   u0=t_of_the_way(x2,x1);
10943   u1=t_of_the_way(x1,x0);
10944   v0=t_of_the_way(y2,y1);
10945   v1=t_of_the_way(y1,y0);
10946 }
10947 ss=mp_take_fraction(mp, (x0+x2),t_of_the_way(u0,u1))+
10948    mp_take_fraction(mp, (y0+y2),t_of_the_way(v0,v1))
10949
10950 @ Here's a routine that prints an envelope spec in symbolic form.  It assumes
10951 that the |cur_pen| has not been walked around to the first offset.
10952
10953 @c 
10954 void mp_print_spec (MP mp,pointer cur_spec, pointer cur_pen, char *s) {
10955   pointer p,q; /* list traversal */
10956   pointer w; /* the current pen offset */
10957   mp_print_diagnostic(mp, "Envelope spec",s,true);
10958   p=cur_spec; w=mp_pen_walk(mp, cur_pen,mp->spec_offset);
10959   mp_print_ln(mp);
10960   mp_print_two(mp, x_coord(cur_spec),y_coord(cur_spec));
10961   mp_print(mp, " % beginning with offset ");
10962   mp_print_two(mp, x_coord(w),y_coord(w));
10963   do { 
10964     while (1) {  
10965       q=link(p);
10966       @<Print the cubic between |p| and |q|@>;
10967       p=q;
10968           if ((p==cur_spec) || (info(p)!=zero_off)) 
10969         break;
10970     }
10971     if ( info(p)!=zero_off ) {
10972       @<Update |w| as indicated by |info(p)| and print an explanation@>;
10973     }
10974   } while (p!=cur_spec);
10975   mp_print_nl(mp, " & cycle");
10976   mp_end_diagnostic(mp, true);
10977 }
10978
10979 @ @<Update |w| as indicated by |info(p)| and print an explanation@>=
10980
10981   w=mp_pen_walk(mp, w, (info(p)-zero_off));
10982   mp_print(mp, " % ");
10983   if ( info(p)>zero_off ) mp_print(mp, "counter");
10984   mp_print(mp, "clockwise to offset ");
10985   mp_print_two(mp, x_coord(w),y_coord(w));
10986 }
10987
10988 @ @<Print the cubic between |p| and |q|@>=
10989
10990   mp_print_nl(mp, "   ..controls ");
10991   mp_print_two(mp, right_x(p),right_y(p));
10992   mp_print(mp, " and ");
10993   mp_print_two(mp, left_x(q),left_y(q));
10994   mp_print_nl(mp, " ..");
10995   mp_print_two(mp, x_coord(q),y_coord(q));
10996 }
10997
10998 @ Once we have an envelope spec, the remaining task to construct the actual
10999 envelope by offsetting each cubic as determined by the |info| fields in
11000 the knots.  First we use |offset_prep| to convert the |c| into an envelope
11001 spec. Then we add the offsets so that |c| becomes a cyclic path that represents
11002 the envelope.
11003
11004 The |ljoin| and |miterlim| parameters control the treatment of points where the
11005 pen offset changes, and |lcap| controls the endpoints of a \&{doublepath}.
11006 The endpoints are easily located because |c| is given in undoubled form
11007 and then doubled in this procedure.  We use |spec_p1| and |spec_p2| to keep
11008 track of the endpoints and treat them like very sharp corners.
11009 Butt end caps are treated like beveled joins; round end caps are treated like
11010 round joins; and square end caps are achieved by setting |join_type:=3|.
11011
11012 None of these parameters apply to inside joins where the convolution tracing
11013 has retrograde lines.  In such cases we use a simple connect-the-endpoints
11014 approach that is achieved by setting |join_type:=2|.
11015
11016 @c @<Declare a function called |insert_knot|@>;
11017 pointer mp_make_envelope (MP mp,pointer c, pointer h, small_number ljoin,
11018   small_number lcap, scaled miterlim) {
11019   pointer p,q,r,q0; /* for manipulating the path */
11020   int join_type=0; /* codes |0..3| for mitered, round, beveled, or square */
11021   pointer w,w0; /* the pen knot for the current offset */
11022   scaled qx,qy; /* unshifted coordinates of |q| */
11023   halfword k,k0; /* controls pen edge insertion */
11024   @<Other local variables for |make_envelope|@>;
11025   dxin=0; dyin=0; dxout=0; dyout=0;
11026   mp->spec_p1=null; mp->spec_p2=null;
11027   @<If endpoint, double the path |c|, and set |spec_p1| and |spec_p2|@>;
11028   @<Use |offset_prep| to compute the envelope spec then walk |h| around to
11029     the initial offset@>;
11030   w=h;
11031   p=c;
11032   do {  
11033     q=link(p); q0=q;
11034     qx=x_coord(q); qy=y_coord(q);
11035     k=info(q);
11036     k0=k; w0=w;
11037     if ( k!=zero_off ) {
11038       @<Set |join_type| to indicate how to handle offset changes at~|q|@>;
11039     }
11040     @<Add offset |w| to the cubic from |p| to |q|@>;
11041     while ( k!=zero_off ) { 
11042       @<Step |w| and move |k| one step closer to |zero_off|@>;
11043       if ( (join_type==1)||(k==zero_off) )
11044          q=mp_insert_knot(mp, q,qx+x_coord(w),qy+y_coord(w));
11045     };
11046     if ( q!=link(p) ) {
11047       @<Set |p=link(p)| and add knots between |p| and |q| as
11048         required by |join_type|@>;
11049     }
11050     p=q;
11051   } while (q0!=c);
11052   return c;
11053 }
11054
11055 @ @<Use |offset_prep| to compute the envelope spec then walk |h| around to...@>=
11056 c=mp_offset_prep(mp, c,h);
11057 if ( mp->internal[mp_tracing_specs]>0 ) 
11058   mp_print_spec(mp, c,h,"");
11059 h=mp_pen_walk(mp, h,mp->spec_offset)
11060
11061 @ Mitered and squared-off joins depend on path directions that are difficult to
11062 compute for degenerate cubics.  The envelope spec computed by |offset_prep| can
11063 have degenerate cubics only if the entire cycle collapses to a single
11064 degenerate cubic.  Setting |join_type:=2| in this case makes the computed
11065 envelope degenerate as well.
11066
11067 @<Set |join_type| to indicate how to handle offset changes at~|q|@>=
11068 if ( k<zero_off ) {
11069   join_type=2;
11070 } else {
11071   if ( (q!=mp->spec_p1)&&(q!=mp->spec_p2) ) join_type=ljoin;
11072   else if ( lcap==2 ) join_type=3;
11073   else join_type=2-lcap;
11074   if ( (join_type==0)||(join_type==3) ) {
11075     @<Set the incoming and outgoing directions at |q|; in case of
11076       degeneracy set |join_type:=2|@>;
11077     if ( join_type==0 ) {
11078       @<If |miterlim| is less than the secant of half the angle at |q|
11079         then set |join_type:=2|@>;
11080     }
11081   }
11082 }
11083
11084 @ @<If |miterlim| is less than the secant of half the angle at |q|...@>=
11085
11086   tmp=mp_take_fraction(mp, miterlim,fraction_half+
11087       half(mp_take_fraction(mp, dxin,dxout)+mp_take_fraction(mp, dyin,dyout)));
11088   if ( tmp<unity )
11089     if ( mp_take_scaled(mp, miterlim,tmp)<unity ) join_type=2;
11090 }
11091
11092 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
11093 fraction dxin,dyin,dxout,dyout; /* directions at |q| when square or mitered */
11094 scaled tmp; /* a temporary value */
11095
11096 @ The coordinates of |p| have already been shifted unless |p| is the first
11097 knot in which case they get shifted at the very end.
11098
11099 @<Add offset |w| to the cubic from |p| to |q|@>=
11100 right_x(p)=right_x(p)+x_coord(w);
11101 right_y(p)=right_y(p)+y_coord(w);
11102 left_x(q)=left_x(q)+x_coord(w);
11103 left_y(q)=left_y(q)+y_coord(w);
11104 x_coord(q)=x_coord(q)+x_coord(w);
11105 y_coord(q)=y_coord(q)+y_coord(w);
11106 left_type(q)=mp_explicit;
11107 right_type(q)=mp_explicit
11108
11109 @ @<Step |w| and move |k| one step closer to |zero_off|@>=
11110 if ( k>zero_off ){ w=link(w); decr(k);  }
11111 else { w=knil(w); incr(k);  }
11112
11113 @ The cubic from |q| to the new knot at |(x,y)| becomes a line segment and
11114 the |right_x| and |right_y| fields of |r| are set from |q|.  This is done in
11115 case the cubic containing these control points is ``yet to be examined.''
11116
11117 @<Declare a function called |insert_knot|@>=
11118 pointer mp_insert_knot (MP mp,pointer q, scaled x, scaled y) {
11119   /* returns the inserted knot */
11120   pointer r; /* the new knot */
11121   r=mp_get_node(mp, knot_node_size);
11122   link(r)=link(q); link(q)=r;
11123   right_x(r)=right_x(q);
11124   right_y(r)=right_y(q);
11125   x_coord(r)=x;
11126   y_coord(r)=y;
11127   right_x(q)=x_coord(q);
11128   right_y(q)=y_coord(q);
11129   left_x(r)=x_coord(r);
11130   left_y(r)=y_coord(r);
11131   left_type(r)=mp_explicit;
11132   right_type(r)=mp_explicit;
11133   originator(r)=mp_program_code;
11134   return r;
11135 }
11136
11137 @ After setting |p:=link(p)|, either |join_type=1| or |q=link(p)|.
11138
11139 @<Set |p=link(p)| and add knots between |p| and |q| as...@>=
11140
11141   p=link(p);
11142   if ( (join_type==0)||(join_type==3) ) {
11143     if ( join_type==0 ) {
11144       @<Insert a new knot |r| between |p| and |q| as required for a mitered join@>
11145     } else {
11146       @<Make |r| the last of two knots inserted between |p| and |q| to form a
11147         squared join@>;
11148     }
11149     if ( r!=null ) { 
11150       right_x(r)=x_coord(r);
11151       right_y(r)=y_coord(r);
11152     }
11153   }
11154 }
11155
11156 @ For very small angles, adding a knot is unnecessary and would cause numerical
11157 problems, so we just set |r:=null| in that case.
11158
11159 @<Insert a new knot |r| between |p| and |q| as required for a mitered join@>=
11160
11161   det=mp_take_fraction(mp, dyout,dxin)-mp_take_fraction(mp, dxout,dyin);
11162   if ( abs(det)<26844 ) { 
11163      r=null; /* sine $<10^{-4}$ */
11164   } else { 
11165     tmp=mp_take_fraction(mp, x_coord(q)-x_coord(p),dyout)-
11166         mp_take_fraction(mp, y_coord(q)-y_coord(p),dxout);
11167     tmp=mp_make_fraction(mp, tmp,det);
11168     r=mp_insert_knot(mp, p,x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxin),
11169       y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyin));
11170   }
11171 }
11172
11173 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
11174 fraction det; /* a determinant used for mitered join calculations */
11175
11176 @ @<Make |r| the last of two knots inserted between |p| and |q| to form a...@>=
11177
11178   ht_x=y_coord(w)-y_coord(w0);
11179   ht_y=x_coord(w0)-x_coord(w);
11180   while ( (abs(ht_x)<fraction_half)&&(abs(ht_y)<fraction_half) ) { 
11181     ht_x+=ht_x; ht_y+=ht_y;
11182   }
11183   @<Scan the pen polygon between |w0| and |w| and make |max_ht| the range dot
11184     product with |(ht_x,ht_y)|@>;
11185   tmp=mp_make_fraction(mp, max_ht,mp_take_fraction(mp, dxin,ht_x)+
11186                                   mp_take_fraction(mp, dyin,ht_y));
11187   r=mp_insert_knot(mp, p,x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxin),
11188                          y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyin));
11189   tmp=mp_make_fraction(mp, max_ht,mp_take_fraction(mp, dxout,ht_x)+
11190                                   mp_take_fraction(mp, dyout,ht_y));
11191   r=mp_insert_knot(mp, r,x_coord(q)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxout),
11192                          y_coord(q)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyout));
11193 }
11194
11195 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
11196 fraction ht_x,ht_y; /* perpendicular to the segment from |p| to |q| */
11197 scaled max_ht; /* maximum height of the pen polygon above the |w0|-|w| line */
11198 halfword kk; /* keeps track of the pen vertices being scanned */
11199 pointer ww; /* the pen vertex being tested */
11200
11201 @ The dot product of the vector from |w0| to |ww| with |(ht_x,ht_y)| ranges
11202 from zero to |max_ht|.
11203
11204 @<Scan the pen polygon between |w0| and |w| and make |max_ht| the range...@>=
11205 max_ht=0;
11206 kk=zero_off;
11207 ww=w;
11208 while (1)  { 
11209   @<Step |ww| and move |kk| one step closer to |k0|@>;
11210   if ( kk==k0 ) break;
11211   tmp=mp_take_fraction(mp, (x_coord(ww)-x_coord(w0)),ht_x)+
11212       mp_take_fraction(mp, (y_coord(ww)-y_coord(w0)),ht_y);
11213   if ( tmp>max_ht ) max_ht=tmp;
11214 }
11215
11216
11217 @ @<Step |ww| and move |kk| one step closer to |k0|@>=
11218 if ( kk>k0 ) { ww=link(ww); decr(kk);  }
11219 else { ww=knil(ww); incr(kk);  }
11220
11221 @ @<If endpoint, double the path |c|, and set |spec_p1| and |spec_p2|@>=
11222 if ( left_type(c)==mp_endpoint ) { 
11223   mp->spec_p1=mp_htap_ypoc(mp, c);
11224   mp->spec_p2=mp->path_tail;
11225   originator(mp->spec_p1)=mp_program_code;
11226   link(mp->spec_p2)=link(mp->spec_p1);
11227   link(mp->spec_p1)=c;
11228   mp_remove_cubic(mp, mp->spec_p1);
11229   c=mp->spec_p1;
11230   if ( c!=link(c) ) {
11231     originator(mp->spec_p2)=mp_program_code;
11232     mp_remove_cubic(mp, mp->spec_p2);
11233   } else {
11234     @<Make |c| look like a cycle of length one@>;
11235   }
11236 }
11237
11238 @ @<Make |c| look like a cycle of length one@>=
11239
11240   left_type(c)=mp_explicit; right_type(c)=mp_explicit;
11241   left_x(c)=x_coord(c); left_y(c)=y_coord(c);
11242   right_x(c)=x_coord(c); right_y(c)=y_coord(c);
11243 }
11244
11245 @ In degenerate situations we might have to look at the knot preceding~|q|.
11246 That knot is |p| but if |p<>c|, its coordinates have already been offset by |w|.
11247
11248 @<Set the incoming and outgoing directions at |q|; in case of...@>=
11249 dxin=x_coord(q)-left_x(q);
11250 dyin=y_coord(q)-left_y(q);
11251 if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
11252   dxin=x_coord(q)-right_x(p);
11253   dyin=y_coord(q)-right_y(p);
11254   if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
11255     dxin=x_coord(q)-x_coord(p);
11256     dyin=y_coord(q)-y_coord(p);
11257     if ( p!=c ) { /* the coordinates of |p| have been offset by |w| */
11258       dxin=dxin+x_coord(w);
11259       dyin=dyin+y_coord(w);
11260     }
11261   }
11262 }
11263 tmp=mp_pyth_add(mp, dxin,dyin);
11264 if ( tmp==0 ) {
11265   join_type=2;
11266 } else { 
11267   dxin=mp_make_fraction(mp, dxin,tmp);
11268   dyin=mp_make_fraction(mp, dyin,tmp);
11269   @<Set the outgoing direction at |q|@>;
11270 }
11271
11272 @ If |q=c| then the coordinates of |r| and the control points between |q|
11273 and~|r| have already been offset by |h|.
11274
11275 @<Set the outgoing direction at |q|@>=
11276 dxout=right_x(q)-x_coord(q);
11277 dyout=right_y(q)-y_coord(q);
11278 if ( (dxout==0)&&(dyout==0) ) {
11279   r=link(q);
11280   dxout=left_x(r)-x_coord(q);
11281   dyout=left_y(r)-y_coord(q);
11282   if ( (dxout==0)&&(dyout==0) ) {
11283     dxout=x_coord(r)-x_coord(q);
11284     dyout=y_coord(r)-y_coord(q);
11285   }
11286 }
11287 if ( q==c ) {
11288   dxout=dxout-x_coord(h);
11289   dyout=dyout-y_coord(h);
11290 }
11291 tmp=mp_pyth_add(mp, dxout,dyout);
11292 if ( tmp==0 ) mp_confusion(mp, "degenerate spec");
11293 @:this can't happen degerate spec}{\quad degenerate spec@>
11294 dxout=mp_make_fraction(mp, dxout,tmp);
11295 dyout=mp_make_fraction(mp, dyout,tmp)
11296
11297 @* \[23] Direction and intersection times.
11298 A path of length $n$ is defined parametrically by functions $x(t)$ and
11299 $y(t)$, for |0<=t<=n|; we can regard $t$ as the ``time'' at which the path
11300 reaches the point $\bigl(x(t),y(t)\bigr)$.  In this section of the program
11301 we shall consider operations that determine special times associated with
11302 given paths: the first time that a path travels in a given direction, and
11303 a pair of times at which two paths cross each other.
11304
11305 @ Let's start with the easier task. The function |find_direction_time| is
11306 given a direction |(x,y)| and a path starting at~|h|. If the path never
11307 travels in direction |(x,y)|, the direction time will be~|-1|; otherwise
11308 it will be nonnegative.
11309
11310 Certain anomalous cases can arise: If |(x,y)=(0,0)|, so that the given
11311 direction is undefined, the direction time will be~0. If $\bigl(x'(t),
11312 y'(t)\bigr)=(0,0)$, so that the path direction is undefined, it will be
11313 assumed to match any given direction at time~|t|.
11314
11315 The routine solves this problem in nondegenerate cases by rotating the path
11316 and the given direction so that |(x,y)=(1,0)|; i.e., the main task will be
11317 to find when a given path first travels ``due east.''
11318
11319 @c 
11320 scaled mp_find_direction_time (MP mp,scaled x, scaled y, pointer h) {
11321   scaled max; /* $\max\bigl(\vert x\vert,\vert y\vert\bigr)$ */
11322   pointer p,q; /* for list traversal */
11323   scaled n; /* the direction time at knot |p| */
11324   scaled tt; /* the direction time within a cubic */
11325   @<Other local variables for |find_direction_time|@>;
11326   @<Normalize the given direction for better accuracy;
11327     but |return| with zero result if it's zero@>;
11328   n=0; p=h; phi=0;
11329   while (1) { 
11330     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) break;
11331     q=link(p);
11332     @<Rotate the cubic between |p| and |q|; then
11333       |goto found| if the rotated cubic travels due east at some time |tt|;
11334       but |break| if an entire cyclic path has been traversed@>;
11335     p=q; n=n+unity;
11336   }
11337   return (-unity);
11338 FOUND: 
11339   return (n+tt);
11340 }
11341
11342 @ @<Normalize the given direction for better accuracy...@>=
11343 if ( abs(x)<abs(y) ) { 
11344   x=mp_make_fraction(mp, x,abs(y));
11345   if ( y>0 ) y=fraction_one; else y=-fraction_one;
11346 } else if ( x==0 ) { 
11347   return 0;
11348 } else  { 
11349   y=mp_make_fraction(mp, y,abs(x));
11350   if ( x>0 ) x=fraction_one; else x=-fraction_one;
11351 }
11352
11353 @ Since we're interested in the tangent directions, we work with the
11354 derivative $${\textstyle1\over3}B'(x_0,x_1,x_2,x_3;t)=
11355 B(x_1-x_0,x_2-x_1,x_3-x_2;t)$$ instead of
11356 $B(x_0,x_1,x_2,x_3;t)$ itself. The derived coefficients are also scaled up
11357 in order to achieve better accuracy.
11358
11359 The given path may turn abruptly at a knot, and it might pass the critical
11360 tangent direction at such a time. Therefore we remember the direction |phi|
11361 in which the previous rotated cubic was traveling. (The value of |phi| will be
11362 undefined on the first cubic, i.e., when |n=0|.)
11363
11364 @<Rotate the cubic between |p| and |q|; then...@>=
11365 tt=0;
11366 @<Set local variables |x1,x2,x3| and |y1,y2,y3| to multiples of the control
11367   points of the rotated derivatives@>;
11368 if ( y1==0 ) if ( x1>=0 ) goto FOUND;
11369 if ( n>0 ) { 
11370   @<Exit to |found| if an eastward direction occurs at knot |p|@>;
11371   if ( p==h ) break;
11372   };
11373 if ( (x3!=0)||(y3!=0) ) phi=mp_n_arg(mp, x3,y3);
11374 @<Exit to |found| if the curve whose derivatives are specified by
11375   |x1,x2,x3,y1,y2,y3| travels eastward at some time~|tt|@>
11376
11377 @ @<Other local variables for |find_direction_time|@>=
11378 scaled x1,x2,x3,y1,y2,y3;  /* multiples of rotated derivatives */
11379 angle theta,phi; /* angles of exit and entry at a knot */
11380 fraction t; /* temp storage */
11381
11382 @ @<Set local variables |x1,x2,x3| and |y1,y2,y3| to multiples...@>=
11383 x1=right_x(p)-x_coord(p); x2=left_x(q)-right_x(p);
11384 x3=x_coord(q)-left_x(q);
11385 y1=right_y(p)-y_coord(p); y2=left_y(q)-right_y(p);
11386 y3=y_coord(q)-left_y(q);
11387 max=abs(x1);
11388 if ( abs(x2)>max ) max=abs(x2);
11389 if ( abs(x3)>max ) max=abs(x3);
11390 if ( abs(y1)>max ) max=abs(y1);
11391 if ( abs(y2)>max ) max=abs(y2);
11392 if ( abs(y3)>max ) max=abs(y3);
11393 if ( max==0 ) goto FOUND;
11394 while ( max<fraction_half ){ 
11395   max+=max; x1+=x1; x2+=x2; x3+=x3;
11396   y1+=y1; y2+=y2; y3+=y3;
11397 }
11398 t=x1; x1=mp_take_fraction(mp, x1,x)+mp_take_fraction(mp, y1,y);
11399 y1=mp_take_fraction(mp, y1,x)-mp_take_fraction(mp, t,y);
11400 t=x2; x2=mp_take_fraction(mp, x2,x)+mp_take_fraction(mp, y2,y);
11401 y2=mp_take_fraction(mp, y2,x)-mp_take_fraction(mp, t,y);
11402 t=x3; x3=mp_take_fraction(mp, x3,x)+mp_take_fraction(mp, y3,y);
11403 y3=mp_take_fraction(mp, y3,x)-mp_take_fraction(mp, t,y)
11404
11405 @ @<Exit to |found| if an eastward direction occurs at knot |p|@>=
11406 theta=mp_n_arg(mp, x1,y1);
11407 if ( theta>=0 ) if ( phi<=0 ) if ( phi>=theta-one_eighty_deg ) goto FOUND;
11408 if ( theta<=0 ) if ( phi>=0 ) if ( phi<=theta+one_eighty_deg ) goto FOUND
11409
11410 @ In this step we want to use the |crossing_point| routine to find the
11411 roots of the quadratic equation $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$.
11412 Several complications arise: If the quadratic equation has a double root,
11413 the curve never crosses zero, and |crossing_point| will find nothing;
11414 this case occurs iff $y_1y_3=y_2^2$ and $y_1y_2<0$. If the quadratic
11415 equation has simple roots, or only one root, we may have to negate it
11416 so that $B(y_1,y_2,y_3;t)$ crosses from positive to negative at its first root.
11417 And finally, we need to do special things if $B(y_1,y_2,y_3;t)$ is
11418 identically zero.
11419
11420 @ @<Exit to |found| if the curve whose derivatives are specified by...@>=
11421 if ( x1<0 ) if ( x2<0 ) if ( x3<0 ) goto DONE;
11422 if ( mp_ab_vs_cd(mp, y1,y3,y2,y2)==0 ) {
11423   @<Handle the test for eastward directions when $y_1y_3=y_2^2$;
11424     either |goto found| or |goto done|@>;
11425 }
11426 if ( y1<=0 ) {
11427   if ( y1<0 ) { y1=-y1; y2=-y2; y3=-y3; }
11428   else if ( y2>0 ){ y2=-y2; y3=-y3; };
11429 }
11430 @<Check the places where $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$ to see if
11431   $B(x_1,x_2,x_3;t)\ge0$@>;
11432 DONE:
11433
11434 @ The quadratic polynomial $B(y_1,y_2,y_3;t)$ begins |>=0| and has at most
11435 two roots, because we know that it isn't identically zero.
11436
11437 It must be admitted that the |crossing_point| routine is not perfectly accurate;
11438 rounding errors might cause it to find a root when $y_1y_3>y_2^2$, or to
11439 miss the roots when $y_1y_3<y_2^2$. The rotation process is itself
11440 subject to rounding errors. Yet this code optimistically tries to
11441 do the right thing.
11442
11443 @d we_found_it { tt=(t+04000) / 010000; goto FOUND; }
11444
11445 @<Check the places where $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$...@>=
11446 t=mp_crossing_point(mp, y1,y2,y3);
11447 if ( t>fraction_one ) goto DONE;
11448 y2=t_of_the_way(y2,y3);
11449 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11450 x2=t_of_the_way(x2,x3);
11451 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11452 if ( x1>=0 ) we_found_it;
11453 if ( y2>0 ) y2=0;
11454 tt=t; t=mp_crossing_point(mp, 0,-y2,-y3);
11455 if ( t>fraction_one ) goto DONE;
11456 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11457 x2=t_of_the_way(x2,x3);
11458 if ( t_of_the_way(x1,x2)>=0 ) { 
11459   t=t_of_the_way(tt,fraction_one); we_found_it;
11460 }
11461
11462 @ @<Handle the test for eastward directions when $y_1y_3=y_2^2$;
11463     either |goto found| or |goto done|@>=
11464
11465   if ( mp_ab_vs_cd(mp, y1,y2,0,0)<0 ) {
11466     t=mp_make_fraction(mp, y1,y1-y2);
11467     x1=t_of_the_way(x1,x2);
11468     x2=t_of_the_way(x2,x3);
11469     if ( t_of_the_way(x1,x2)>=0 ) we_found_it;
11470   } else if ( y3==0 ) {
11471     if ( y1==0 ) {
11472       @<Exit to |found| if the derivative $B(x_1,x_2,x_3;t)$ becomes |>=0|@>;
11473     } else if ( x3>=0 ) {
11474       tt=unity; goto FOUND;
11475     }
11476   }
11477   goto DONE;
11478 }
11479
11480 @ At this point we know that the derivative of |y(t)| is identically zero,
11481 and that |x1<0|; but either |x2>=0| or |x3>=0|, so there's some hope of
11482 traveling east.
11483
11484 @<Exit to |found| if the derivative $B(x_1,x_2,x_3;t)$ becomes |>=0|...@>=
11485
11486   t=mp_crossing_point(mp, -x1,-x2,-x3);
11487   if ( t<=fraction_one ) we_found_it;
11488   if ( mp_ab_vs_cd(mp, x1,x3,x2,x2)<=0 ) { 
11489     t=mp_make_fraction(mp, x1,x1-x2); we_found_it;
11490   }
11491 }
11492
11493 @ The intersection of two cubics can be found by an interesting variant
11494 of the general bisection scheme described in the introduction to
11495 |crossing_point|.\
11496 Given $w(t)=B(w_0,w_1,w_2,w_3;t)$ and $z(t)=B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$,
11497 we wish to find a pair of times $(t_1,t_2)$ such that $w(t_1)=z(t_2)$,
11498 if an intersection exists. First we find the smallest rectangle that
11499 encloses the points $\{w_0,w_1,w_2,w_3\}$ and check that it overlaps
11500 the smallest rectangle that encloses
11501 $\{z_0,z_1,z_2,z_3\}$; if not, the cubics certainly don't intersect.
11502 But if the rectangles do overlap, we bisect the intervals, getting
11503 new cubics $w'$ and~$w''$, $z'$~and~$z''$; the intersection routine first
11504 tries for an intersection between $w'$ and~$z'$, then (if unsuccessful)
11505 between $w'$ and~$z''$, then (if still unsuccessful) between $w''$ and~$z'$,
11506 finally (if thrice unsuccessful) between $w''$ and~$z''$. After $l$~successful
11507 levels of bisection we will have determined the intersection times $t_1$
11508 and~$t_2$ to $l$~bits of accuracy.
11509
11510 \def\submin{_{\rm min}} \def\submax{_{\rm max}}
11511 As before, it is better to work with the numbers $W_k=2^l(w_k-w_{k-1})$
11512 and $Z_k=2^l(z_k-z_{k-1})$ rather than the coefficients $w_k$ and $z_k$
11513 themselves. We also need one other quantity, $\Delta=2^l(w_0-z_0)$,
11514 to determine when the enclosing rectangles overlap. Here's why:
11515 The $x$~coordinates of~$w(t)$ are between $u\submin$ and $u\submax$,
11516 and the $x$~coordinates of~$z(t)$ are between $x\submin$ and $x\submax$,
11517 if we write $w_k=(u_k,v_k)$ and $z_k=(x_k,y_k)$ and $u\submin=
11518 \min(u_0,u_1,u_2,u_3)$, etc. These intervals of $x$~coordinates
11519 overlap if and only if $u\submin\L x\submax$ and
11520 $x\submin\L u\submax$. Letting
11521 $$U\submin=\min(0,U_1,U_1+U_2,U_1+U_2+U_3),\;
11522   U\submax=\max(0,U_1,U_1+U_2,U_1+U_2+U_3),$$
11523 we have $u\submin=2^lu_0+U\submin$, etc.; the condition for overlap
11524 reduces to
11525 $$X\submin-U\submax\L 2^l(u_0-x_0)\L X\submax-U\submin.$$
11526 Thus we want to maintain the quantity $2^l(u_0-x_0)$; similarly,
11527 the quantity $2^l(v_0-y_0)$ accounts for the $y$~coordinates. The
11528 coordinates of $\Delta=2^l(w_0-z_0)$ must stay bounded as $l$ increases,
11529 because of the overlap condition; i.e., we know that $X\submin$,
11530 $X\submax$, and their relatives are bounded, hence $X\submax-
11531 U\submin$ and $X\submin-U\submax$ are bounded.
11532
11533 @ Incidentally, if the given cubics intersect more than once, the process
11534 just sketched will not necessarily find the lexicographically smallest pair
11535 $(t_1,t_2)$. The solution actually obtained will be smallest in ``shuffled
11536 order''; i.e., if $t_1=(.a_1a_2\ldots a_{16})_2$ and
11537 $t_2=(.b_1b_2\ldots b_{16})_2$, then we will minimize
11538 $a_1b_1a_2b_2\ldots a_{16}b_{16}$, not
11539 $a_1a_2\ldots a_{16}b_1b_2\ldots b_{16}$.
11540 Shuffled order agrees with lexicographic order if all pairs of solutions
11541 $(t_1,t_2)$ and $(t_1',t_2')$ have the property that $t_1<t_1'$ iff
11542 $t_2<t_2'$; but in general, lexicographic order can be quite different,
11543 and the bisection algorithm would be substantially less efficient if it were
11544 constrained by lexicographic order.
11545
11546 For example, suppose that an overlap has been found for $l=3$ and
11547 $(t_1,t_2)= (.101,.011)$ in binary, but that no overlap is produced by
11548 either of the alternatives $(.1010,.0110)$, $(.1010,.0111)$ at level~4.
11549 Then there is probably an intersection in one of the subintervals
11550 $(.1011,.011x)$; but lexicographic order would require us to explore
11551 $(.1010,.1xxx)$ and $(.1011,.00xx)$ and $(.1011,.010x)$ first. We wouldn't
11552 want to store all of the subdivision data for the second path, so the
11553 subdivisions would have to be regenerated many times. Such inefficiencies
11554 would be associated with every `1' in the binary representation of~$t_1$.
11555
11556 @ The subdivision process introduces rounding errors, hence we need to
11557 make a more liberal test for overlap. It is not hard to show that the
11558 computed values of $U_i$ differ from the truth by at most~$l$, on
11559 level~$l$, hence $U\submin$ and $U\submax$ will be at most $3l$ in error.
11560 If $\beta$ is an upper bound on the absolute error in the computed
11561 components of $\Delta=(|delx|,|dely|)$ on level~$l$, we will replace
11562 the test `$X\submin-U\submax\L|delx|$' by the more liberal test
11563 `$X\submin-U\submax\L|delx|+|tol|$', where $|tol|=6l+\beta$.
11564
11565 More accuracy is obtained if we try the algorithm first with |tol=0|;
11566 the more liberal tolerance is used only if an exact approach fails.
11567 It is convenient to do this double-take by letting `3' in the preceding
11568 paragraph be a parameter, which is first 0, then 3.
11569
11570 @<Glob...@>=
11571 unsigned int tol_step; /* either 0 or 3, usually */
11572
11573 @ We shall use an explicit stack to implement the recursive bisection
11574 method described above. The |bisect_stack| array will contain numerous 5-word
11575 packets like $(U_1,U_2,U_3,U\submin,U\submax)$, as well as 20-word packets
11576 comprising the 5-word packets for $U$, $V$, $X$, and~$Y$.
11577
11578 The following macros define the allocation of stack positions to
11579 the quantities needed for bisection-intersection.
11580
11581 @d stack_1(A) mp->bisect_stack[(A)] /* $U_1$, $V_1$, $X_1$, or $Y_1$ */
11582 @d stack_2(A) mp->bisect_stack[(A)+1] /* $U_2$, $V_2$, $X_2$, or $Y_2$ */
11583 @d stack_3(A) mp->bisect_stack[(A)+2] /* $U_3$, $V_3$, $X_3$, or $Y_3$ */
11584 @d stack_min(A) mp->bisect_stack[(A)+3]
11585   /* $U\submin$, $V\submin$, $X\submin$, or $Y\submin$ */
11586 @d stack_max(A) mp->bisect_stack[(A)+4]
11587   /* $U\submax$, $V\submax$, $X\submax$, or $Y\submax$ */
11588 @d int_packets 20 /* number of words to represent $U_k$, $V_k$, $X_k$, and $Y_k$ */
11589 @#
11590 @d u_packet(A) ((A)-5)
11591 @d v_packet(A) ((A)-10)
11592 @d x_packet(A) ((A)-15)
11593 @d y_packet(A) ((A)-20)
11594 @d l_packets (mp->bisect_ptr-int_packets)
11595 @d r_packets mp->bisect_ptr
11596 @d ul_packet u_packet(l_packets) /* base of $U'_k$ variables */
11597 @d vl_packet v_packet(l_packets) /* base of $V'_k$ variables */
11598 @d xl_packet x_packet(l_packets) /* base of $X'_k$ variables */
11599 @d yl_packet y_packet(l_packets) /* base of $Y'_k$ variables */
11600 @d ur_packet u_packet(r_packets) /* base of $U''_k$ variables */
11601 @d vr_packet v_packet(r_packets) /* base of $V''_k$ variables */
11602 @d xr_packet x_packet(r_packets) /* base of $X''_k$ variables */
11603 @d yr_packet y_packet(r_packets) /* base of $Y''_k$ variables */
11604 @#
11605 @d u1l stack_1(ul_packet) /* $U'_1$ */
11606 @d u2l stack_2(ul_packet) /* $U'_2$ */
11607 @d u3l stack_3(ul_packet) /* $U'_3$ */
11608 @d v1l stack_1(vl_packet) /* $V'_1$ */
11609 @d v2l stack_2(vl_packet) /* $V'_2$ */
11610 @d v3l stack_3(vl_packet) /* $V'_3$ */
11611 @d x1l stack_1(xl_packet) /* $X'_1$ */
11612 @d x2l stack_2(xl_packet) /* $X'_2$ */
11613 @d x3l stack_3(xl_packet) /* $X'_3$ */
11614 @d y1l stack_1(yl_packet) /* $Y'_1$ */
11615 @d y2l stack_2(yl_packet) /* $Y'_2$ */
11616 @d y3l stack_3(yl_packet) /* $Y'_3$ */
11617 @d u1r stack_1(ur_packet) /* $U''_1$ */
11618 @d u2r stack_2(ur_packet) /* $U''_2$ */
11619 @d u3r stack_3(ur_packet) /* $U''_3$ */
11620 @d v1r stack_1(vr_packet) /* $V''_1$ */
11621 @d v2r stack_2(vr_packet) /* $V''_2$ */
11622 @d v3r stack_3(vr_packet) /* $V''_3$ */
11623 @d x1r stack_1(xr_packet) /* $X''_1$ */
11624 @d x2r stack_2(xr_packet) /* $X''_2$ */
11625 @d x3r stack_3(xr_packet) /* $X''_3$ */
11626 @d y1r stack_1(yr_packet) /* $Y''_1$ */
11627 @d y2r stack_2(yr_packet) /* $Y''_2$ */
11628 @d y3r stack_3(yr_packet) /* $Y''_3$ */
11629 @#
11630 @d stack_dx mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr] /* stacked value of |delx| */
11631 @d stack_dy mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+1] /* stacked value of |dely| */
11632 @d stack_tol mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+2] /* stacked value of |tol| */
11633 @d stack_uv mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+3] /* stacked value of |uv| */
11634 @d stack_xy mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+4] /* stacked value of |xy| */
11635 @d int_increment (int_packets+int_packets+5) /* number of stack words per level */
11636
11637 @<Glob...@>=
11638 integer *bisect_stack;
11639 unsigned int bisect_ptr;
11640
11641 @ @<Allocate or initialize ...@>=
11642 mp->bisect_stack = xmalloc((bistack_size+1),sizeof(integer));
11643
11644 @ @<Dealloc variables@>=
11645 xfree(mp->bisect_stack);
11646
11647 @ @<Check the ``constant''...@>=
11648 if ( int_packets+17*int_increment>bistack_size ) mp->bad=19;
11649
11650 @ Computation of the min and max is a tedious but fairly fast sequence of
11651 instructions; exactly four comparisons are made in each branch.
11652
11653 @d set_min_max(A) 
11654   if ( stack_1((A))<0 ) {
11655     if ( stack_3((A))>=0 ) {
11656       if ( stack_2((A))<0 ) stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11657       else stack_min((A))=stack_1((A));
11658       stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11659       if ( stack_max((A))<0 ) stack_max((A))=0;
11660     } else { 
11661       stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11662       if ( stack_min((A))>stack_1((A)) ) stack_min((A))=stack_1((A));
11663       stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11664       if ( stack_max((A))<0 ) stack_max((A))=0;
11665     }
11666   } else if ( stack_3((A))<=0 ) {
11667     if ( stack_2((A))>0 ) stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11668     else stack_max((A))=stack_1((A));
11669     stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11670     if ( stack_min((A))>0 ) stack_min((A))=0;
11671   } else  { 
11672     stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11673     if ( stack_max((A))<stack_1((A)) ) stack_max((A))=stack_1((A));
11674     stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11675     if ( stack_min((A))>0 ) stack_min((A))=0;
11676   }
11677
11678 @ It's convenient to keep the current values of $l$, $t_1$, and $t_2$ in
11679 the integer form $2^l+2^lt_1$ and $2^l+2^lt_2$. The |cubic_intersection|
11680 routine uses global variables |cur_t| and |cur_tt| for this purpose;
11681 after successful completion, |cur_t| and |cur_tt| will contain |unity|
11682 plus the |scaled| values of $t_1$ and~$t_2$.
11683
11684 The values of |cur_t| and |cur_tt| will be set to zero if |cubic_intersection|
11685 finds no intersection. The routine gives up and gives an approximate answer
11686 if it has backtracked
11687 more than 5000 times (otherwise there are cases where several minutes
11688 of fruitless computation would be possible).
11689
11690 @d max_patience 5000
11691
11692 @<Glob...@>=
11693 integer cur_t;integer cur_tt; /* controls and results of |cubic_intersection| */
11694 integer time_to_go; /* this many backtracks before giving up */
11695 integer max_t; /* maximum of $2^{l+1}$ so far achieved */
11696
11697 @ The given cubics $B(w_0,w_1,w_2,w_3;t)$ and
11698 $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$ are specified in adjacent knot nodes |(p,link(p))|
11699 and |(pp,link(pp))|, respectively.
11700
11701 @c void mp_cubic_intersection (MP mp,pointer p, pointer pp) {
11702   pointer q,qq; /* |link(p)|, |link(pp)| */
11703   mp->time_to_go=max_patience; mp->max_t=2;
11704   @<Initialize for intersections at level zero@>;
11705 CONTINUE:
11706   while (1) { 
11707     if ( mp->delx-mp->tol<=stack_max(x_packet(mp->xy))-stack_min(u_packet(mp->uv)))
11708     if ( mp->delx+mp->tol>=stack_min(x_packet(mp->xy))-stack_max(u_packet(mp->uv)))
11709     if ( mp->dely-mp->tol<=stack_max(y_packet(mp->xy))-stack_min(v_packet(mp->uv)))
11710     if ( mp->dely+mp->tol>=stack_min(y_packet(mp->xy))-stack_max(v_packet(mp->uv))) 
11711     { 
11712       if ( mp->cur_t>=mp->max_t ){ 
11713         if ( mp->max_t==two ) { /* we've done 17 bisections */ 
11714            mp->cur_t=halfp(mp->cur_t+1); mp->cur_tt=halfp(mp->cur_tt+1); return;
11715         }
11716         mp->max_t+=mp->max_t; mp->appr_t=mp->cur_t; mp->appr_tt=mp->cur_tt;
11717       }
11718       @<Subdivide for a new level of intersection@>;
11719       goto CONTINUE;
11720     }
11721     if ( mp->time_to_go>0 ) {
11722       decr(mp->time_to_go);
11723     } else { 
11724       while ( mp->appr_t<unity ) { 
11725         mp->appr_t+=mp->appr_t; mp->appr_tt+=mp->appr_tt;
11726       }
11727       mp->cur_t=mp->appr_t; mp->cur_tt=mp->appr_tt; return;
11728     }
11729     @<Advance to the next pair |(cur_t,cur_tt)|@>;
11730   }
11731 }
11732
11733 @ The following variables are global, although they are used only by
11734 |cubic_intersection|, because it is necessary on some machines to
11735 split |cubic_intersection| up into two procedures.
11736
11737 @<Glob...@>=
11738 integer delx;integer dely; /* the components of $\Delta=2^l(w_0-z_0)$ */
11739 integer tol; /* bound on the uncertainly in the overlap test */
11740 unsigned int uv;
11741 unsigned int xy; /* pointers to the current packets of interest */
11742 integer three_l; /* |tol_step| times the bisection level */
11743 integer appr_t;integer appr_tt; /* best approximations known to the answers */
11744
11745 @ We shall assume that the coordinates are sufficiently non-extreme that
11746 integer overflow will not occur.
11747
11748 @<Initialize for intersections at level zero@>=
11749 q=link(p); qq=link(pp); mp->bisect_ptr=int_packets;
11750 u1r=right_x(p)-x_coord(p); u2r=left_x(q)-right_x(p);
11751 u3r=x_coord(q)-left_x(q); set_min_max(ur_packet);
11752 v1r=right_y(p)-y_coord(p); v2r=left_y(q)-right_y(p);
11753 v3r=y_coord(q)-left_y(q); set_min_max(vr_packet);
11754 x1r=right_x(pp)-x_coord(pp); x2r=left_x(qq)-right_x(pp);
11755 x3r=x_coord(qq)-left_x(qq); set_min_max(xr_packet);
11756 y1r=right_y(pp)-y_coord(pp); y2r=left_y(qq)-right_y(pp);
11757 y3r=y_coord(qq)-left_y(qq); set_min_max(yr_packet);
11758 mp->delx=x_coord(p)-x_coord(pp); mp->dely=y_coord(p)-y_coord(pp);
11759 mp->tol=0; mp->uv=r_packets; mp->xy=r_packets; 
11760 mp->three_l=0; mp->cur_t=1; mp->cur_tt=1
11761
11762 @ @<Subdivide for a new level of intersection@>=
11763 stack_dx=mp->delx; stack_dy=mp->dely; stack_tol=mp->tol; 
11764 stack_uv=mp->uv; stack_xy=mp->xy;
11765 mp->bisect_ptr=mp->bisect_ptr+int_increment;
11766 mp->cur_t+=mp->cur_t; mp->cur_tt+=mp->cur_tt;
11767 u1l=stack_1(u_packet(mp->uv)); u3r=stack_3(u_packet(mp->uv));
11768 u2l=half(u1l+stack_2(u_packet(mp->uv)));
11769 u2r=half(u3r+stack_2(u_packet(mp->uv)));
11770 u3l=half(u2l+u2r); u1r=u3l;
11771 set_min_max(ul_packet); set_min_max(ur_packet);
11772 v1l=stack_1(v_packet(mp->uv)); v3r=stack_3(v_packet(mp->uv));
11773 v2l=half(v1l+stack_2(v_packet(mp->uv)));
11774 v2r=half(v3r+stack_2(v_packet(mp->uv)));
11775 v3l=half(v2l+v2r); v1r=v3l;
11776 set_min_max(vl_packet); set_min_max(vr_packet);
11777 x1l=stack_1(x_packet(mp->xy)); x3r=stack_3(x_packet(mp->xy));
11778 x2l=half(x1l+stack_2(x_packet(mp->xy)));
11779 x2r=half(x3r+stack_2(x_packet(mp->xy)));
11780 x3l=half(x2l+x2r); x1r=x3l;
11781 set_min_max(xl_packet); set_min_max(xr_packet);
11782 y1l=stack_1(y_packet(mp->xy)); y3r=stack_3(y_packet(mp->xy));
11783 y2l=half(y1l+stack_2(y_packet(mp->xy)));
11784 y2r=half(y3r+stack_2(y_packet(mp->xy)));
11785 y3l=half(y2l+y2r); y1r=y3l;
11786 set_min_max(yl_packet); set_min_max(yr_packet);
11787 mp->uv=l_packets; mp->xy=l_packets;
11788 mp->delx+=mp->delx; mp->dely+=mp->dely;
11789 mp->tol=mp->tol-mp->three_l+mp->tol_step; 
11790 mp->tol+=mp->tol; mp->three_l=mp->three_l+mp->tol_step
11791
11792 @ @<Advance to the next pair |(cur_t,cur_tt)|@>=
11793 NOT_FOUND: 
11794 if ( odd(mp->cur_tt) ) {
11795   if ( odd(mp->cur_t) ) {
11796      @<Descend to the previous level and |goto not_found|@>;
11797   } else { 
11798     incr(mp->cur_t);
11799     mp->delx=mp->delx+stack_1(u_packet(mp->uv))+stack_2(u_packet(mp->uv))
11800       +stack_3(u_packet(mp->uv));
11801     mp->dely=mp->dely+stack_1(v_packet(mp->uv))+stack_2(v_packet(mp->uv))
11802       +stack_3(v_packet(mp->uv));
11803     mp->uv=mp->uv+int_packets; /* switch from |l_packet| to |r_packet| */
11804     decr(mp->cur_tt); mp->xy=mp->xy-int_packets; 
11805          /* switch from |r_packet| to |l_packet| */
11806     mp->delx=mp->delx+stack_1(x_packet(mp->xy))+stack_2(x_packet(mp->xy))
11807       +stack_3(x_packet(mp->xy));
11808     mp->dely=mp->dely+stack_1(y_packet(mp->xy))+stack_2(y_packet(mp->xy))
11809       +stack_3(y_packet(mp->xy));
11810   }
11811 } else { 
11812   incr(mp->cur_tt); mp->tol=mp->tol+mp->three_l;
11813   mp->delx=mp->delx-stack_1(x_packet(mp->xy))-stack_2(x_packet(mp->xy))
11814     -stack_3(x_packet(mp->xy));
11815   mp->dely=mp->dely-stack_1(y_packet(mp->xy))-stack_2(y_packet(mp->xy))
11816     -stack_3(y_packet(mp->xy));
11817   mp->xy=mp->xy+int_packets; /* switch from |l_packet| to |r_packet| */
11818 }
11819
11820 @ @<Descend to the previous level...@>=
11821
11822   mp->cur_t=halfp(mp->cur_t); mp->cur_tt=halfp(mp->cur_tt);
11823   if ( mp->cur_t==0 ) return;
11824   mp->bisect_ptr=mp->bisect_ptr-int_increment; 
11825   mp->three_l=mp->three_l-mp->tol_step;
11826   mp->delx=stack_dx; mp->dely=stack_dy; mp->tol=stack_tol; 
11827   mp->uv=stack_uv; mp->xy=stack_xy;
11828   goto NOT_FOUND;
11829 }
11830
11831 @ The |path_intersection| procedure is much simpler.
11832 It invokes |cubic_intersection| in lexicographic order until finding a
11833 pair of cubics that intersect. The final intersection times are placed in
11834 |cur_t| and~|cur_tt|.
11835
11836 @c void mp_path_intersection (MP mp,pointer h, pointer hh) {
11837   pointer p,pp; /* link registers that traverse the given paths */
11838   integer n,nn; /* integer parts of intersection times, minus |unity| */
11839   @<Change one-point paths into dead cycles@>;
11840   mp->tol_step=0;
11841   do {  
11842     n=-unity; p=h;
11843     do {  
11844       if ( right_type(p)!=mp_endpoint ) { 
11845         nn=-unity; pp=hh;
11846         do {  
11847           if ( right_type(pp)!=mp_endpoint )  { 
11848             mp_cubic_intersection(mp, p,pp);
11849             if ( mp->cur_t>0 ) { 
11850               mp->cur_t=mp->cur_t+n; mp->cur_tt=mp->cur_tt+nn; 
11851               return;
11852             }
11853           }
11854           nn=nn+unity; pp=link(pp);
11855         } while (pp!=hh);
11856       }
11857       n=n+unity; p=link(p);
11858     } while (p!=h);
11859     mp->tol_step=mp->tol_step+3;
11860   } while (mp->tol_step<=3);
11861   mp->cur_t=-unity; mp->cur_tt=-unity;
11862 }
11863
11864 @ @<Change one-point paths...@>=
11865 if ( right_type(h)==mp_endpoint ) {
11866   right_x(h)=x_coord(h); left_x(h)=x_coord(h);
11867   right_y(h)=y_coord(h); left_y(h)=y_coord(h); right_type(h)=mp_explicit;
11868 }
11869 if ( right_type(hh)==mp_endpoint ) {
11870   right_x(hh)=x_coord(hh); left_x(hh)=x_coord(hh);
11871   right_y(hh)=y_coord(hh); left_y(hh)=y_coord(hh); right_type(hh)=mp_explicit;
11872 }
11873
11874 @* \[24] Dynamic linear equations.
11875 \MP\ users define variables implicitly by stating equations that should be
11876 satisfied; the computer is supposed to be smart enough to solve those equations.
11877 And indeed, the computer tries valiantly to do so, by distinguishing five
11878 different types of numeric values:
11879
11880 \smallskip\hang
11881 |type(p)=mp_known| is the nice case, when |value(p)| is the |scaled| value
11882 of the variable whose address is~|p|.
11883
11884 \smallskip\hang
11885 |type(p)=mp_dependent| means that |value(p)| is not present, but |dep_list(p)|
11886 points to a {\sl dependency list\/} that expresses the value of variable~|p|
11887 as a |scaled| number plus a sum of independent variables with |fraction|
11888 coefficients.
11889
11890 \smallskip\hang
11891 |type(p)=mp_independent| means that |value(p)=64s+m|, where |s>0| is a ``serial
11892 number'' reflecting the time this variable was first used in an equation;
11893 also |0<=m<64|, and each dependent variable
11894 that refers to this one is actually referring to the future value of
11895 this variable times~$2^m$. (Usually |m=0|, but higher degrees of
11896 scaling are sometimes needed to keep the coefficients in dependency lists
11897 from getting too large. The value of~|m| will always be even.)
11898
11899 \smallskip\hang
11900 |type(p)=mp_numeric_type| means that variable |p| hasn't appeared in an
11901 equation before, but it has been explicitly declared to be numeric.
11902
11903 \smallskip\hang
11904 |type(p)=undefined| means that variable |p| hasn't appeared before.
11905
11906 \smallskip\noindent
11907 We have actually discussed these five types in the reverse order of their
11908 history during a computation: Once |known|, a variable never again
11909 becomes |dependent|; once |dependent|, it almost never again becomes
11910 |mp_independent|; once |mp_independent|, it never again becomes |mp_numeric_type|;
11911 and once |mp_numeric_type|, it never again becomes |undefined| (except
11912 of course when the user specifically decides to scrap the old value
11913 and start again). A backward step may, however, take place: Sometimes
11914 a |dependent| variable becomes |mp_independent| again, when one of the
11915 independent variables it depends on is reverting to |undefined|.
11916
11917
11918 The next patch detects overflow of independent-variable serial
11919 numbers. Diagnosed and patched by Thorsten Dahlheimer.
11920
11921 @d s_scale 64 /* the serial numbers are multiplied by this factor */
11922 @d max_indep_vars 0177777777 /* $2^{25}-1$ */
11923 @d max_serial_no 017777777700 /* |max_indep_vars*s_scale| */
11924 @d new_indep(A)  /* create a new independent variable */
11925   { if ( mp->serial_no==max_serial_no )
11926     mp_fatal_error(mp, "variable instance identifiers exhausted");
11927   type((A))=mp_independent; mp->serial_no=mp->serial_no+s_scale;
11928   value((A))=mp->serial_no;
11929   }
11930
11931 @<Glob...@>=
11932 integer serial_no; /* the most recent serial number, times |s_scale| */
11933
11934 @ @<Make variable |q+s| newly independent@>=new_indep(q+s)
11935
11936 @ But how are dependency lists represented? It's simple: The linear combination
11937 $\alpha_1v_1+\cdots+\alpha_kv_k+\beta$ appears in |k+1| value nodes. If
11938 |q=dep_list(p)| points to this list, and if |k>0|, then |value(q)=
11939 @t$\alpha_1$@>| (which is a |fraction|); |info(q)| points to the location
11940 of $\alpha_1$; and |link(p)| points to the dependency list
11941 $\alpha_2v_2+\cdots+\alpha_kv_k+\beta$. On the other hand if |k=0|,
11942 then |value(q)=@t$\beta$@>| (which is |scaled|) and |info(q)=null|.
11943 The independent variables $v_1$, \dots,~$v_k$ have been sorted so that
11944 they appear in decreasing order of their |value| fields (i.e., of
11945 their serial numbers). \ (It is convenient to use decreasing order,
11946 since |value(null)=0|. If the independent variables were not sorted by
11947 serial number but by some other criterion, such as their location in |mem|,
11948 the equation-solving mechanism would be too system-dependent, because
11949 the ordering can affect the computed results.)
11950
11951 The |link| field in the node that contains the constant term $\beta$ is
11952 called the {\sl final link\/} of the dependency list. \MP\ maintains
11953 a doubly-linked master list of all dependency lists, in terms of a permanently
11954 allocated node
11955 in |mem| called |dep_head|. If there are no dependencies, we have
11956 |link(dep_head)=dep_head| and |prev_dep(dep_head)=dep_head|;
11957 otherwise |link(dep_head)| points to the first dependent variable, say~|p|,
11958 and |prev_dep(p)=dep_head|. We have |type(p)=mp_dependent|, and |dep_list(p)|
11959 points to its dependency list. If the final link of that dependency list
11960 occurs in location~|q|, then |link(q)| points to the next dependent
11961 variable (say~|r|); and we have |prev_dep(r)=q|, etc.
11962
11963 @d dep_list(A) link(value_loc((A)))
11964   /* half of the |value| field in a |dependent| variable */
11965 @d prev_dep(A) info(value_loc((A)))
11966   /* the other half; makes a doubly linked list */
11967 @d dep_node_size 2 /* the number of words per dependency node */
11968
11969 @<Initialize table entries...@>= mp->serial_no=0;
11970 link(dep_head)=dep_head; prev_dep(dep_head)=dep_head;
11971 info(dep_head)=null; dep_list(dep_head)=null;
11972
11973 @ Actually the description above contains a little white lie. There's
11974 another kind of variable called |mp_proto_dependent|, which is
11975 just like a |dependent| one except that the $\alpha$ coefficients
11976 in its dependency list are |scaled| instead of being fractions.
11977 Proto-dependency lists are mixed with dependency lists in the
11978 nodes reachable from |dep_head|.
11979
11980 @ Here is a procedure that prints a dependency list in symbolic form.
11981 The second parameter should be either |dependent| or |mp_proto_dependent|,
11982 to indicate the scaling of the coefficients.
11983
11984 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
11985 void mp_print_dependency (MP mp,pointer p, small_number t) {
11986   integer v; /* a coefficient */
11987   pointer pp,q; /* for list manipulation */
11988   pp=p;
11989   while (1) { 
11990     v=abs(value(p)); q=info(p);
11991     if ( q==null ) { /* the constant term */
11992       if ( (v!=0)||(p==pp) ) {
11993          if ( value(p)>0 ) if ( p!=pp ) mp_print_char(mp, '+');
11994          mp_print_scaled(mp, value(p));
11995       }
11996       return;
11997     }
11998     @<Print the coefficient, unless it's $\pm1.0$@>;
11999     if ( type(q)!=mp_independent ) mp_confusion(mp, "dep");
12000 @:this can't happen dep}{\quad dep@>
12001     mp_print_variable_name(mp, q); v=value(q) % s_scale;
12002     while ( v>0 ) { mp_print(mp, "*4"); v=v-2; }
12003     p=link(p);
12004   }
12005 }
12006
12007 @ @<Print the coefficient, unless it's $\pm1.0$@>=
12008 if ( value(p)<0 ) mp_print_char(mp, '-');
12009 else if ( p!=pp ) mp_print_char(mp, '+');
12010 if ( t==mp_dependent ) v=mp_round_fraction(mp, v);
12011 if ( v!=unity ) mp_print_scaled(mp, v)
12012
12013 @ The maximum absolute value of a coefficient in a given dependency list
12014 is returned by the following simple function.
12015
12016 @c fraction mp_max_coef (MP mp,pointer p) {
12017   fraction x; /* the maximum so far */
12018   x=0;
12019   while ( info(p)!=null ) {
12020     if ( abs(value(p))>x ) x=abs(value(p));
12021     p=link(p);
12022   }
12023   return x;
12024 }
12025
12026 @ One of the main operations needed on dependency lists is to add a multiple
12027 of one list to the other; we call this |p_plus_fq|, where |p| and~|q| point
12028 to dependency lists and |f| is a fraction.
12029
12030 If the coefficient of any independent variable becomes |coef_bound| or
12031 more, in absolute value, this procedure changes the type of that variable
12032 to `|independent_needing_fix|', and sets the global variable |fix_needed|
12033 to~|true|. The value of $|coef_bound|=\mu$ is chosen so that
12034 $\mu^2+\mu<8$; this means that the numbers we deal with won't
12035 get too large. (Instead of the ``optimum'' $\mu=(\sqrt{33}-1)/2\approx
12036 2.3723$, the safer value 7/3 is taken as the threshold.)
12037
12038 The changes mentioned in the preceding paragraph are actually done only if
12039 the global variable |watch_coefs| is |true|. But it usually is; in fact,
12040 it is |false| only when \MP\ is making a dependency list that will soon
12041 be equated to zero.
12042
12043 Several procedures that act on dependency lists, including |p_plus_fq|,
12044 set the global variable |dep_final| to the final (constant term) node of
12045 the dependency list that they produce.
12046
12047 @d coef_bound 04525252525 /* |fraction| approximation to 7/3 */
12048 @d independent_needing_fix 0
12049
12050 @<Glob...@>=
12051 boolean fix_needed; /* does at least one |independent| variable need scaling? */
12052 boolean watch_coefs; /* should we scale coefficients that exceed |coef_bound|? */
12053 pointer dep_final; /* location of the constant term and final link */
12054
12055 @ @<Set init...@>=
12056 mp->fix_needed=false; mp->watch_coefs=true;
12057
12058 @ The |p_plus_fq| procedure has a fourth parameter, |t|, that should be
12059 set to |mp_proto_dependent| if |p| is a proto-dependency list. In this
12060 case |f| will be |scaled|, not a |fraction|. Similarly, the fifth parameter~|tt|
12061 should be |mp_proto_dependent| if |q| is a proto-dependency list.
12062
12063 List |q| is unchanged by the operation; but list |p| is totally destroyed.
12064
12065 The final link of the dependency list or proto-dependency list returned
12066 by |p_plus_fq| is the same as the original final link of~|p|. Indeed, the
12067 constant term of the result will be located in the same |mem| location
12068 as the original constant term of~|p|.
12069
12070 Coefficients of the result are assumed to be zero if they are less than
12071 a certain threshold. This compensates for inevitable rounding errors,
12072 and tends to make more variables `|known|'. The threshold is approximately
12073 $10^{-5}$ in the case of normal dependency lists, $10^{-4}$ for
12074 proto-dependencies.
12075
12076 @d fraction_threshold 2685 /* a |fraction| coefficient less than this is zeroed */
12077 @d half_fraction_threshold 1342 /* half of |fraction_threshold| */
12078 @d scaled_threshold 8 /* a |scaled| coefficient less than this is zeroed */
12079 @d half_scaled_threshold 4 /* half of |scaled_threshold| */
12080
12081 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12082 pointer mp_p_plus_fq ( MP mp, pointer p, integer f, 
12083                       pointer q, small_number t, small_number tt) ;
12084
12085 @ @c
12086 pointer mp_p_plus_fq ( MP mp, pointer p, integer f, 
12087                       pointer q, small_number t, small_number tt) {
12088   pointer pp,qq; /* |info(p)| and |info(q)|, respectively */
12089   pointer r,s; /* for list manipulation */
12090   integer mp_threshold; /* defines a neighborhood of zero */
12091   integer v; /* temporary register */
12092   if ( t==mp_dependent ) mp_threshold=fraction_threshold;
12093   else mp_threshold=scaled_threshold;
12094   r=temp_head; pp=info(p); qq=info(q);
12095   while (1) {
12096     if ( pp==qq ) {
12097       if ( pp==null ) {
12098        break;
12099       } else {
12100         @<Contribute a term from |p|, plus |f| times the
12101           corresponding term from |q|@>
12102       }
12103     } else if ( value(pp)<value(qq) ) {
12104       @<Contribute a term from |q|, multiplied by~|f|@>
12105     } else { 
12106      link(r)=p; r=p; p=link(p); pp=info(p);
12107     }
12108   }
12109   if ( t==mp_dependent )
12110     value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),mp_take_fraction(mp, value(q),f));
12111   else  
12112     value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),mp_take_scaled(mp, value(q),f));
12113   link(r)=p; mp->dep_final=p; 
12114   return link(temp_head);
12115 }
12116
12117 @ @<Contribute a term from |p|, plus |f|...@>=
12118
12119   if ( tt==mp_dependent ) v=value(p)+mp_take_fraction(mp, f,value(q));
12120   else v=value(p)+mp_take_scaled(mp, f,value(q));
12121   value(p)=v; s=p; p=link(p);
12122   if ( abs(v)<mp_threshold ) {
12123     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
12124   } else {
12125     if ( (abs(v)>=coef_bound)  && mp->watch_coefs ) { 
12126       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
12127     }
12128     link(r)=s; r=s;
12129   };
12130   pp=info(p); q=link(q); qq=info(q);
12131 }
12132
12133 @ @<Contribute a term from |q|, multiplied by~|f|@>=
12134
12135   if ( tt==mp_dependent ) v=mp_take_fraction(mp, f,value(q));
12136   else v=mp_take_scaled(mp, f,value(q));
12137   if ( abs(v)>halfp(mp_threshold) ) { 
12138     s=mp_get_node(mp, dep_node_size); info(s)=qq; value(s)=v;
12139     if ( (abs(v)>=coef_bound) && mp->watch_coefs ) { 
12140       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
12141     }
12142     link(r)=s; r=s;
12143   }
12144   q=link(q); qq=info(q);
12145 }
12146
12147 @ It is convenient to have another subroutine for the special case
12148 of |p_plus_fq| when |f=1.0|. In this routine lists |p| and |q| are
12149 both of the same type~|t| (either |dependent| or |mp_proto_dependent|).
12150
12151 @c pointer mp_p_plus_q (MP mp,pointer p, pointer q, small_number t) {
12152   pointer pp,qq; /* |info(p)| and |info(q)|, respectively */
12153   pointer r,s; /* for list manipulation */
12154   integer mp_threshold; /* defines a neighborhood of zero */
12155   integer v; /* temporary register */
12156   if ( t==mp_dependent ) mp_threshold=fraction_threshold;
12157   else mp_threshold=scaled_threshold;
12158   r=temp_head; pp=info(p); qq=info(q);
12159   while (1) {
12160     if ( pp==qq ) {
12161       if ( pp==null ) {
12162         break;
12163       } else {
12164         @<Contribute a term from |p|, plus the
12165           corresponding term from |q|@>
12166       }
12167     } else if ( value(pp)<value(qq) ) {
12168       s=mp_get_node(mp, dep_node_size); info(s)=qq; value(s)=value(q);
12169       q=link(q); qq=info(q); link(r)=s; r=s;
12170     } else { 
12171       link(r)=p; r=p; p=link(p); pp=info(p);
12172     }
12173   }
12174   value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),value(q));
12175   link(r)=p; mp->dep_final=p; 
12176   return link(temp_head);
12177 }
12178
12179 @ @<Contribute a term from |p|, plus the...@>=
12180
12181   v=value(p)+value(q);
12182   value(p)=v; s=p; p=link(p); pp=info(p);
12183   if ( abs(v)<mp_threshold ) {
12184     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
12185   } else { 
12186     if ( (abs(v)>=coef_bound ) && mp->watch_coefs ) {
12187       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
12188     }
12189     link(r)=s; r=s;
12190   }
12191   q=link(q); qq=info(q);
12192 }
12193
12194 @ A somewhat simpler routine will multiply a dependency list
12195 by a given constant~|v|. The constant is either a |fraction| less than
12196 |fraction_one|, or it is |scaled|. In the latter case we might be forced to
12197 convert a dependency list to a proto-dependency list.
12198 Parameters |t0| and |t1| are the list types before and after;
12199 they should agree unless |t0=mp_dependent| and |t1=mp_proto_dependent|
12200 and |v_is_scaled=true|.
12201
12202 @c pointer mp_p_times_v (MP mp,pointer p, integer v, small_number t0,
12203                          small_number t1, boolean v_is_scaled) {
12204   pointer r,s; /* for list manipulation */
12205   integer w; /* tentative coefficient */
12206   integer mp_threshold;
12207   boolean scaling_down;
12208   if ( t0!=t1 ) scaling_down=true; else scaling_down=! v_is_scaled;
12209   if ( t1==mp_dependent ) mp_threshold=half_fraction_threshold;
12210   else mp_threshold=half_scaled_threshold;
12211   r=temp_head;
12212   while ( info(p)!=null ) {    
12213     if ( scaling_down ) w=mp_take_fraction(mp, v,value(p));
12214     else w=mp_take_scaled(mp, v,value(p));
12215     if ( abs(w)<=mp_threshold ) { 
12216       s=link(p); mp_free_node(mp, p,dep_node_size); p=s;
12217     } else {
12218       if ( abs(w)>=coef_bound ) { 
12219         mp->fix_needed=true; type(info(p))=independent_needing_fix;
12220       }
12221       link(r)=p; r=p; value(p)=w; p=link(p);
12222     }
12223   }
12224   link(r)=p;
12225   if ( v_is_scaled ) value(p)=mp_take_scaled(mp, value(p),v);
12226   else value(p)=mp_take_fraction(mp, value(p),v);
12227   return link(temp_head);
12228 };
12229
12230 @ Similarly, we sometimes need to divide a dependency list
12231 by a given |scaled| constant.
12232
12233 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12234 pointer mp_p_over_v (MP mp,pointer p, scaled v, small_number 
12235   t0, small_number t1) ;
12236
12237 @ @c
12238 pointer mp_p_over_v (MP mp,pointer p, scaled v, small_number 
12239   t0, small_number t1) {
12240   pointer r,s; /* for list manipulation */
12241   integer w; /* tentative coefficient */
12242   integer mp_threshold;
12243   boolean scaling_down;
12244   if ( t0!=t1 ) scaling_down=true; else scaling_down=false;
12245   if ( t1==mp_dependent ) mp_threshold=half_fraction_threshold;
12246   else mp_threshold=half_scaled_threshold;
12247   r=temp_head;
12248   while ( info( p)!=null ) {
12249     if ( scaling_down ) {
12250       if ( abs(v)<02000000 ) w=mp_make_scaled(mp, value(p),v*010000);
12251       else w=mp_make_scaled(mp, mp_round_fraction(mp, value(p)),v);
12252     } else {
12253       w=mp_make_scaled(mp, value(p),v);
12254     }
12255     if ( abs(w)<=mp_threshold ) {
12256       s=link(p); mp_free_node(mp, p,dep_node_size); p=s;
12257     } else { 
12258       if ( abs(w)>=coef_bound ) {
12259          mp->fix_needed=true; type(info(p))=independent_needing_fix;
12260       }
12261       link(r)=p; r=p; value(p)=w; p=link(p);
12262     }
12263   }
12264   link(r)=p; value(p)=mp_make_scaled(mp, value(p),v);
12265   return link(temp_head);
12266 };
12267
12268 @ Here's another utility routine for dependency lists. When an independent
12269 variable becomes dependent, we want to remove it from all existing
12270 dependencies. The |p_with_x_becoming_q| function computes the
12271 dependency list of~|p| after variable~|x| has been replaced by~|q|.
12272
12273 This procedure has basically the same calling conventions as |p_plus_fq|:
12274 List~|q| is unchanged; list~|p| is destroyed; the constant node and the
12275 final link are inherited from~|p|; and the fourth parameter tells whether
12276 or not |p| is |mp_proto_dependent|. However, the global variable |dep_final|
12277 is not altered if |x| does not occur in list~|p|.
12278
12279 @c pointer mp_p_with_x_becoming_q (MP mp,pointer p,
12280            pointer x, pointer q, small_number t) {
12281   pointer r,s; /* for list manipulation */
12282   integer v; /* coefficient of |x| */
12283   integer sx; /* serial number of |x| */
12284   s=p; r=temp_head; sx=value(x);
12285   while ( value(info(s))>sx ) { r=s; s=link(s); };
12286   if ( info(s)!=x ) { 
12287     return p;
12288   } else { 
12289     link(temp_head)=p; link(r)=link(s); v=value(s);
12290     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
12291     return mp_p_plus_fq(mp, link(temp_head),v,q,t,mp_dependent);
12292   }
12293 }
12294
12295 @ Here's a simple procedure that reports an error when a variable
12296 has just received a known value that's out of the required range.
12297
12298 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12299 void mp_val_too_big (MP mp,scaled x) ;
12300
12301 @ @c void mp_val_too_big (MP mp,scaled x) { 
12302   if ( mp->internal[mp_warning_check]>0 ) { 
12303     print_err("Value is too large ("); mp_print_scaled(mp, x); mp_print_char(mp, ')');
12304 @.Value is too large@>
12305     help4("The equation I just processed has given some variable")
12306       ("a value of 4096 or more. Continue and I'll try to cope")
12307       ("with that big value; but it might be dangerous.")
12308       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
12309     mp_error(mp);
12310   }
12311 }
12312
12313 @ When a dependent variable becomes known, the following routine
12314 removes its dependency list. Here |p| points to the variable, and
12315 |q| points to the dependency list (which is one node long).
12316
12317 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12318 void mp_make_known (MP mp,pointer p, pointer q) ;
12319
12320 @ @c void mp_make_known (MP mp,pointer p, pointer q) {
12321   int t; /* the previous type */
12322   prev_dep(link(q))=prev_dep(p);
12323   link(prev_dep(p))=link(q); t=type(p);
12324   type(p)=mp_known; value(p)=value(q); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
12325   if ( abs(value(p))>=fraction_one ) mp_val_too_big(mp, value(p));
12326   if (( mp->internal[mp_tracing_equations]>0) && mp_interesting(mp, p) ) {
12327     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "#### ");
12328 @:]]]\#\#\#\#_}{\.{\#\#\#\#}@>
12329     mp_print_variable_name(mp, p); 
12330     mp_print_char(mp, '='); mp_print_scaled(mp, value(p));
12331     mp_end_diagnostic(mp, false);
12332   }
12333   if (( mp->cur_exp==p ) && mp->cur_type==t ) {
12334     mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=value(p);
12335     mp_free_node(mp, p,value_node_size);
12336   }
12337 }
12338
12339 @ The |fix_dependencies| routine is called into action when |fix_needed|
12340 has been triggered. The program keeps a list~|s| of independent variables
12341 whose coefficients must be divided by~4.
12342
12343 In unusual cases, this fixup process might reduce one or more coefficients
12344 to zero, so that a variable will become known more or less by default.
12345
12346 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12347 void mp_fix_dependencies (MP mp);
12348
12349 @ @c void mp_fix_dependencies (MP mp) {
12350   pointer p,q,r,s,t; /* list manipulation registers */
12351   pointer x; /* an independent variable */
12352   r=link(dep_head); s=null;
12353   while ( r!=dep_head ){ 
12354     t=r;
12355     @<Run through the dependency list for variable |t|, fixing
12356       all nodes, and ending with final link~|q|@>;
12357     r=link(q);
12358     if ( q==dep_list(t) ) mp_make_known(mp, t,q);
12359   }
12360   while ( s!=null ) { 
12361     p=link(s); x=info(s); free_avail(s); s=p;
12362     type(x)=mp_independent; value(x)=value(x)+2;
12363   }
12364   mp->fix_needed=false;
12365 }
12366
12367 @ @d independent_being_fixed 1 /* this variable already appears in |s| */
12368
12369 @<Run through the dependency list for variable |t|...@>=
12370 r=value_loc(t); /* |link(r)=dep_list(t)| */
12371 while (1) { 
12372   q=link(r); x=info(q);
12373   if ( x==null ) break;
12374   if ( type(x)<=independent_being_fixed ) {
12375     if ( type(x)<independent_being_fixed ) {
12376       p=mp_get_avail(mp); link(p)=s; s=p;
12377       info(s)=x; type(x)=independent_being_fixed;
12378     }
12379     value(q)=value(q) / 4;
12380     if ( value(q)==0 ) {
12381       link(r)=link(q); mp_free_node(mp, q,dep_node_size); q=r;
12382     }
12383   }
12384   r=q;
12385 }
12386
12387
12388 @ The |new_dep| routine installs a dependency list~|p| into the value node~|q|,
12389 linking it into the list of all known dependencies. We assume that
12390 |dep_final| points to the final node of list~|p|.
12391
12392 @c void mp_new_dep (MP mp,pointer q, pointer p) {
12393   pointer r; /* what used to be the first dependency */
12394   dep_list(q)=p; prev_dep(q)=dep_head;
12395   r=link(dep_head); link(mp->dep_final)=r; prev_dep(r)=mp->dep_final;
12396   link(dep_head)=q;
12397 }
12398
12399 @ Here is one of the ways a dependency list gets started.
12400 The |const_dependency| routine produces a list that has nothing but
12401 a constant term.
12402
12403 @c pointer mp_const_dependency (MP mp, scaled v) {
12404   mp->dep_final=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12405   value(mp->dep_final)=v; info(mp->dep_final)=null;
12406   return mp->dep_final;
12407 }
12408
12409 @ And here's a more interesting way to start a dependency list from scratch:
12410 The parameter to |single_dependency| is the location of an
12411 independent variable~|x|, and the result is the simple dependency list
12412 `|x+0|'.
12413
12414 In the unlikely event that the given independent variable has been doubled so
12415 often that we can't refer to it with a nonzero coefficient,
12416 |single_dependency| returns the simple list `0'.  This case can be
12417 recognized by testing that the returned list pointer is equal to
12418 |dep_final|.
12419
12420 @c pointer mp_single_dependency (MP mp,pointer p) {
12421   pointer q; /* the new dependency list */
12422   integer m; /* the number of doublings */
12423   m=value(p) % s_scale;
12424   if ( m>28 ) {
12425     return mp_const_dependency(mp, 0);
12426   } else { 
12427     q=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12428     value(q)=two_to_the(28-m); info(q)=p;
12429     link(q)=mp_const_dependency(mp, 0);
12430     return q;
12431   }
12432 }
12433
12434 @ We sometimes need to make an exact copy of a dependency list.
12435
12436 @c pointer mp_copy_dep_list (MP mp,pointer p) {
12437   pointer q; /* the new dependency list */
12438   q=mp_get_node(mp, dep_node_size); mp->dep_final=q;
12439   while (1) { 
12440     info(mp->dep_final)=info(p); value(mp->dep_final)=value(p);
12441     if ( info(mp->dep_final)==null ) break;
12442     link(mp->dep_final)=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12443     mp->dep_final=link(mp->dep_final); p=link(p);
12444   }
12445   return q;
12446 }
12447
12448 @ But how do variables normally become known? Ah, now we get to the heart of the
12449 equation-solving mechanism. The |linear_eq| procedure is given a |dependent|
12450 or |mp_proto_dependent| list,~|p|, in which at least one independent variable
12451 appears. It equates this list to zero, by choosing an independent variable
12452 with the largest coefficient and making it dependent on the others. The
12453 newly dependent variable is eliminated from all current dependencies,
12454 thereby possibly making other dependent variables known.
12455
12456 The given list |p| is, of course, totally destroyed by all this processing.
12457
12458 @c void mp_linear_eq (MP mp, pointer p, small_number t) {
12459   pointer q,r,s; /* for link manipulation */
12460   pointer x; /* the variable that loses its independence */
12461   integer n; /* the number of times |x| had been halved */
12462   integer v; /* the coefficient of |x| in list |p| */
12463   pointer prev_r; /* lags one step behind |r| */
12464   pointer final_node; /* the constant term of the new dependency list */
12465   integer w; /* a tentative coefficient */
12466    @<Find a node |q| in list |p| whose coefficient |v| is largest@>;
12467   x=info(q); n=value(x) % s_scale;
12468   @<Divide list |p| by |-v|, removing node |q|@>;
12469   if ( mp->internal[mp_tracing_equations]>0 ) {
12470     @<Display the new dependency@>;
12471   }
12472   @<Simplify all existing dependencies by substituting for |x|@>;
12473   @<Change variable |x| from |independent| to |dependent| or |known|@>;
12474   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
12475 }
12476
12477 @ @<Find a node |q| in list |p| whose coefficient |v| is largest@>=
12478 q=p; r=link(p); v=value(q);
12479 while ( info(r)!=null ) { 
12480   if ( abs(value(r))>abs(v) ) { q=r; v=value(r); };
12481   r=link(r);
12482 }
12483
12484 @ Here we want to change the coefficients from |scaled| to |fraction|,
12485 except in the constant term. In the common case of a trivial equation
12486 like `\.{x=3.14}', we will have |v=-fraction_one|, |q=p|, and |t=mp_dependent|.
12487
12488 @<Divide list |p| by |-v|, removing node |q|@>=
12489 s=temp_head; link(s)=p; r=p;
12490 do { 
12491   if ( r==q ) {
12492     link(s)=link(r); mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12493   } else  { 
12494     w=mp_make_fraction(mp, value(r),v);
12495     if ( abs(w)<=half_fraction_threshold ) {
12496       link(s)=link(r); mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12497     } else { 
12498       value(r)=-w; s=r;
12499     }
12500   }
12501   r=link(s);
12502 } while (info(r)!=null);
12503 if ( t==mp_proto_dependent ) {
12504   value(r)=-mp_make_scaled(mp, value(r),v);
12505 } else if ( v!=-fraction_one ) {
12506   value(r)=-mp_make_fraction(mp, value(r),v);
12507 }
12508 final_node=r; p=link(temp_head)
12509
12510 @ @<Display the new dependency@>=
12511 if ( mp_interesting(mp, x) ) {
12512   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "## "); 
12513   mp_print_variable_name(mp, x);
12514 @:]]]\#\#_}{\.{\#\#}@>
12515   w=n;
12516   while ( w>0 ) { mp_print(mp, "*4"); w=w-2;  };
12517   mp_print_char(mp, '='); mp_print_dependency(mp, p,mp_dependent); 
12518   mp_end_diagnostic(mp, false);
12519 }
12520
12521 @ @<Simplify all existing dependencies by substituting for |x|@>=
12522 prev_r=dep_head; r=link(dep_head);
12523 while ( r!=dep_head ) {
12524   s=dep_list(r); q=mp_p_with_x_becoming_q(mp, s,x,p,type(r));
12525   if ( info(q)==null ) {
12526     mp_make_known(mp, r,q);
12527   } else { 
12528     dep_list(r)=q;
12529     do {  q=link(q); } while (info(q)!=null);
12530     prev_r=q;
12531   }
12532   r=link(prev_r);
12533 }
12534
12535 @ @<Change variable |x| from |independent| to |dependent| or |known|@>=
12536 if ( n>0 ) @<Divide list |p| by $2^n$@>;
12537 if ( info(p)==null ) {
12538   type(x)=mp_known;
12539   value(x)=value(p);
12540   if ( abs(value(x))>=fraction_one ) mp_val_too_big(mp, value(x));
12541   mp_free_node(mp, p,dep_node_size);
12542   if ( mp->cur_exp==x ) if ( mp->cur_type==mp_independent ) {
12543     mp->cur_exp=value(x); mp->cur_type=mp_known;
12544     mp_free_node(mp, x,value_node_size);
12545   }
12546 } else { 
12547   type(x)=mp_dependent; mp->dep_final=final_node; mp_new_dep(mp, x,p);
12548   if ( mp->cur_exp==x ) if ( mp->cur_type==mp_independent ) mp->cur_type=mp_dependent;
12549 }
12550
12551 @ @<Divide list |p| by $2^n$@>=
12552
12553   s=temp_head; link(temp_head)=p; r=p;
12554   do {  
12555     if ( n>30 ) w=0;
12556     else w=value(r) / two_to_the(n);
12557     if ( (abs(w)<=half_fraction_threshold)&&(info(r)!=null) ) {
12558       link(s)=link(r);
12559       mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12560     } else { 
12561       value(r)=w; s=r;
12562     }
12563     r=link(s);
12564   } while (info(s)!=null);
12565   p=link(temp_head);
12566 }
12567
12568 @ The |check_mem| procedure, which is used only when \MP\ is being
12569 debugged, makes sure that the current dependency lists are well formed.
12570
12571 @<Check the list of linear dependencies@>=
12572 q=dep_head; p=link(q);
12573 while ( p!=dep_head ) {
12574   if ( prev_dep(p)!=q ) {
12575     mp_print_nl(mp, "Bad PREVDEP at "); mp_print_int(mp, p);
12576 @.Bad PREVDEP...@>
12577   }
12578   p=dep_list(p);
12579   while (1) {
12580     r=info(p); q=p; p=link(q);
12581     if ( r==null ) break;
12582     if ( value(info(p))>=value(r) ) {
12583       mp_print_nl(mp, "Out of order at "); mp_print_int(mp, p);
12584 @.Out of order...@>
12585     }
12586   }
12587 }
12588
12589 @* \[25] Dynamic nonlinear equations.
12590 Variables of numeric type are maintained by the general scheme of
12591 independent, dependent, and known values that we have just studied;
12592 and the components of pair and transform variables are handled in the
12593 same way. But \MP\ also has five other types of values: \&{boolean},
12594 \&{string}, \&{pen}, \&{path}, and \&{picture}; what about them?
12595
12596 Equations are allowed between nonlinear quantities, but only in a
12597 simple form. Two variables that haven't yet been assigned values are
12598 either equal to each other, or they're not.
12599
12600 Before a boolean variable has received a value, its type is |mp_unknown_boolean|;
12601 similarly, there are variables whose type is |mp_unknown_string|, |mp_unknown_pen|,
12602 |mp_unknown_path|, and |mp_unknown_picture|. In such cases the value is either
12603 |null| (which means that no other variables are equivalent to this one), or
12604 it points to another variable of the same undefined type. The pointers in the
12605 latter case form a cycle of nodes, which we shall call a ``ring.''
12606 Rings of undefined variables may include capsules, which arise as
12607 intermediate results within expressions or as \&{expr} parameters to macros.
12608
12609 When one member of a ring receives a value, the same value is given to
12610 all the other members. In the case of paths and pictures, this implies
12611 making separate copies of a potentially large data structure; users should
12612 restrain their enthusiasm for such generality, unless they have lots and
12613 lots of memory space.
12614
12615 @ The following procedure is called when a capsule node is being
12616 added to a ring (e.g., when an unknown variable is mentioned in an expression).
12617
12618 @c pointer mp_new_ring_entry (MP mp,pointer p) {
12619   pointer q; /* the new capsule node */
12620   q=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(q)=mp_capsule;
12621   type(q)=type(p);
12622   if ( value(p)==null ) value(q)=p; else value(q)=value(p);
12623   value(p)=q;
12624   return q;
12625 }
12626
12627 @ Conversely, we might delete a capsule or a variable before it becomes known.
12628 The following procedure simply detaches a quantity from its ring,
12629 without recycling the storage.
12630
12631 @<Declare the recycling subroutines@>=
12632 void mp_ring_delete (MP mp,pointer p) {
12633   pointer q; 
12634   q=value(p);
12635   if ( q!=null ) if ( q!=p ){ 
12636     while ( value(q)!=p ) q=value(q);
12637     value(q)=value(p);
12638   }
12639 }
12640
12641 @ Eventually there might be an equation that assigns values to all of the
12642 variables in a ring. The |nonlinear_eq| subroutine does the necessary
12643 propagation of values.
12644
12645 If the parameter |flush_p| is |true|, node |p| itself needn't receive a
12646 value, it will soon be recycled.
12647
12648 @c void mp_nonlinear_eq (MP mp,integer v, pointer p, boolean flush_p) {
12649   small_number t; /* the type of ring |p| */
12650   pointer q,r; /* link manipulation registers */
12651   t=type(p)-unknown_tag; q=value(p);
12652   if ( flush_p ) type(p)=mp_vacuous; else p=q;
12653   do {  
12654     r=value(q); type(q)=t;
12655     switch (t) {
12656     case mp_boolean_type: value(q)=v; break;
12657     case mp_string_type: value(q)=v; add_str_ref(v); break;
12658     case mp_pen_type: value(q)=copy_pen(v); break;
12659     case mp_path_type: value(q)=mp_copy_path(mp, v); break;
12660     case mp_picture_type: value(q)=v; add_edge_ref(v); break;
12661     } /* there ain't no more cases */
12662     q=r;
12663   } while (q!=p);
12664 }
12665
12666 @ If two members of rings are equated, and if they have the same type,
12667 the |ring_merge| procedure is called on to make them equivalent.
12668
12669 @c void mp_ring_merge (MP mp,pointer p, pointer q) {
12670   pointer r; /* traverses one list */
12671   r=value(p);
12672   while ( r!=p ) {
12673     if ( r==q ) {
12674       @<Exclaim about a redundant equation@>;
12675       return;
12676     };
12677     r=value(r);
12678   }
12679   r=value(p); value(p)=value(q); value(q)=r;
12680 }
12681
12682 @ @<Exclaim about a redundant equation@>=
12683
12684   print_err("Redundant equation");
12685 @.Redundant equation@>
12686   help2("I already knew that this equation was true.")
12687    ("But perhaps no harm has been done; let's continue.");
12688   mp_put_get_error(mp);
12689 }
12690
12691 @* \[26] Introduction to the syntactic routines.
12692 Let's pause a moment now and try to look at the Big Picture.
12693 The \MP\ program consists of three main parts: syntactic routines,
12694 semantic routines, and output routines. The chief purpose of the
12695 syntactic routines is to deliver the user's input to the semantic routines,
12696 while parsing expressions and locating operators and operands. The
12697 semantic routines act as an interpreter responding to these operators,
12698 which may be regarded as commands. And the output routines are
12699 periodically called on to produce compact font descriptions that can be
12700 used for typesetting or for making interim proof drawings. We have
12701 discussed the basic data structures and many of the details of semantic
12702 operations, so we are good and ready to plunge into the part of \MP\ that
12703 actually controls the activities.
12704
12705 Our current goal is to come to grips with the |get_next| procedure,
12706 which is the keystone of \MP's input mechanism. Each call of |get_next|
12707 sets the value of three variables |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|,
12708 representing the next input token.
12709 $$\vbox{\halign{#\hfil\cr
12710   \hbox{|cur_cmd| denotes a command code from the long list of codes
12711    given earlier;}\cr
12712   \hbox{|cur_mod| denotes a modifier of the command code;}\cr
12713   \hbox{|cur_sym| is the hash address of the symbolic token that was
12714    just scanned,}\cr
12715   \hbox{\qquad or zero in the case of a numeric or string
12716    or capsule token.}\cr}}$$
12717 Underlying this external behavior of |get_next| is all the machinery
12718 necessary to convert from character files to tokens. At a given time we
12719 may be only partially finished with the reading of several files (for
12720 which \&{input} was specified), and partially finished with the expansion
12721 of some user-defined macros and/or some macro parameters, and partially
12722 finished reading some text that the user has inserted online,
12723 and so on. When reading a character file, the characters must be
12724 converted to tokens; comments and blank spaces must
12725 be removed, numeric and string tokens must be evaluated.
12726
12727 To handle these situations, which might all be present simultaneously,
12728 \MP\ uses various stacks that hold information about the incomplete
12729 activities, and there is a finite state control for each level of the
12730 input mechanism. These stacks record the current state of an implicitly
12731 recursive process, but the |get_next| procedure is not recursive.
12732
12733 @<Glob...@>=
12734 eight_bits cur_cmd; /* current command set by |get_next| */
12735 integer cur_mod; /* operand of current command */
12736 halfword cur_sym; /* hash address of current symbol */
12737
12738 @ The |print_cmd_mod| routine prints a symbolic interpretation of a
12739 command code and its modifier.
12740 It consists of a rather tedious sequence of print
12741 commands, and most of it is essentially an inverse to the |primitive|
12742 routine that enters a \MP\ primitive into |hash| and |eqtb|. Therefore almost
12743 all of this procedure appears elsewhere in the program, together with the
12744 corresponding |primitive| calls.
12745
12746 @<Declare the procedure called |print_cmd_mod|@>=
12747 void mp_print_cmd_mod (MP mp,integer c, integer m) { 
12748  switch (c) {
12749   @<Cases of |print_cmd_mod| for symbolic printing of primitives@>
12750   default: mp_print(mp, "[unknown command code!]"); break;
12751   }
12752 }
12753
12754 @ Here is a procedure that displays a given command in braces, in the
12755 user's transcript file.
12756
12757 @d show_cur_cmd_mod mp_show_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod)
12758
12759 @c 
12760 void mp_show_cmd_mod (MP mp,integer c, integer m) { 
12761   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{");
12762   mp_print_cmd_mod(mp, c,m); mp_print_char(mp, '}');
12763   mp_end_diagnostic(mp, false);
12764 }
12765
12766 @* \[27] Input stacks and states.
12767 The state of \MP's input mechanism appears in the input stack, whose
12768 entries are records with five fields, called |index|, |start|, |loc|,
12769 |limit|, and |name|. The top element of this stack is maintained in a
12770 global variable for which no subscripting needs to be done; the other
12771 elements of the stack appear in an array. Hence the stack is declared thus:
12772
12773 @<Types...@>=
12774 typedef struct {
12775   quarterword index_field;
12776   halfword start_field, loc_field, limit_field, name_field;
12777 } in_state_record;
12778
12779 @ @<Glob...@>=
12780 in_state_record *input_stack;
12781 integer input_ptr; /* first unused location of |input_stack| */
12782 integer max_in_stack; /* largest value of |input_ptr| when pushing */
12783 in_state_record cur_input; /* the ``top'' input state */
12784 int stack_size; /* maximum number of simultaneous input sources */
12785
12786 @ @<Allocate or initialize ...@>=
12787 mp->stack_size = 300;
12788 mp->input_stack = xmalloc((mp->stack_size+1),sizeof(in_state_record));
12789
12790 @ @<Dealloc variables@>=
12791 xfree(mp->input_stack);
12792
12793 @ We've already defined the special variable |loc==cur_input.loc_field|
12794 in our discussion of basic input-output routines. The other components of
12795 |cur_input| are defined in the same way:
12796
12797 @d index mp->cur_input.index_field /* reference for buffer information */
12798 @d start mp->cur_input.start_field /* starting position in |buffer| */
12799 @d limit mp->cur_input.limit_field /* end of current line in |buffer| */
12800 @d name mp->cur_input.name_field /* name of the current file */
12801
12802 @ Let's look more closely now at the five control variables
12803 (|index|,~|start|,~|loc|,~|limit|,~|name|),
12804 assuming that \MP\ is reading a line of characters that have been input
12805 from some file or from the user's terminal. There is an array called
12806 |buffer| that acts as a stack of all lines of characters that are
12807 currently being read from files, including all lines on subsidiary
12808 levels of the input stack that are not yet completed. \MP\ will return to
12809 the other lines when it is finished with the present input file.
12810
12811 (Incidentally, on a machine with byte-oriented addressing, it would be
12812 appropriate to combine |buffer| with the |str_pool| array,
12813 letting the buffer entries grow downward from the top of the string pool
12814 and checking that these two tables don't bump into each other.)
12815
12816 The line we are currently working on begins in position |start| of the
12817 buffer; the next character we are about to read is |buffer[loc]|; and
12818 |limit| is the location of the last character present. We always have
12819 |loc<=limit|. For convenience, |buffer[limit]| has been set to |"%"|, so
12820 that the end of a line is easily sensed.
12821
12822 The |name| variable is a string number that designates the name of
12823 the current file, if we are reading an ordinary text file.  Special codes
12824 |is_term..max_spec_src| indicate other sources of input text.
12825
12826 @d is_term 0 /* |name| value when reading from the terminal for normal input */
12827 @d is_read 1 /* |name| value when executing a \&{readstring} or \&{readfrom} */
12828 @d is_scantok 2 /* |name| value when reading text generated by \&{scantokens} */
12829 @d max_spec_src is_scantok
12830
12831 @ Additional information about the current line is available via the
12832 |index| variable, which counts how many lines of characters are present
12833 in the buffer below the current level. We have |index=0| when reading
12834 from the terminal and prompting the user for each line; then if the user types,
12835 e.g., `\.{input figs}', we will have |index=1| while reading
12836 the file \.{figs.mp}. However, it does not follow that |index| is the
12837 same as the input stack pointer, since many of the levels on the input
12838 stack may come from token lists and some |index| values may correspond
12839 to \.{MPX} files that are not currently on the stack.
12840
12841 The global variable |in_open| is equal to the highest |index| value counting
12842 \.{MPX} files but excluding token-list input levels.  Thus, the number of
12843 partially read lines in the buffer is |in_open+1| and we have |in_open>=index|
12844 when we are not reading a token list.
12845
12846 If we are not currently reading from the terminal,
12847 we are reading from the file variable |input_file[index]|. We use
12848 the notation |terminal_input| as a convenient abbreviation for |name=is_term|,
12849 and |cur_file| as an abbreviation for |input_file[index]|.
12850
12851 When \MP\ is not reading from the terminal, the global variable |line| contains
12852 the line number in the current file, for use in error messages. More precisely,
12853 |line| is a macro for |line_stack[index]| and the |line_stack| array gives
12854 the line number for each file in the |input_file| array.
12855
12856 When an \.{MPX} file is opened the file name is stored in the |mpx_name|
12857 array so that the name doesn't get lost when the file is temporarily removed
12858 from the input stack.
12859 Thus when |input_file[k]| is an \.{MPX} file, its name is |mpx_name[k]|
12860 and it contains translated \TeX\ pictures for |input_file[k-1]|.
12861 Since this is not an \.{MPX} file, we have
12862 $$ \hbox{|mpx_name[k-1]<=absent|}. $$
12863 This |name| field is set to |finished| when |input_file[k]| is completely
12864 read.
12865
12866 If more information about the input state is needed, it can be
12867 included in small arrays like those shown here. For example,
12868 the current page or segment number in the input file might be put
12869 into a variable |page|, that is really a macro for the current entry
12870 in `\ignorespaces|page_stack:array[0..max_in_open] of integer|\unskip'
12871 by analogy with |line_stack|.
12872 @^system dependencies@>
12873
12874 @d terminal_input (name==is_term) /* are we reading from the terminal? */
12875 @d cur_file mp->input_file[index] /* the current |FILE *| variable */
12876 @d line mp->line_stack[index] /* current line number in the current source file */
12877 @d in_name mp->iname_stack[index] /* a string used to construct \.{MPX} file names */
12878 @d in_area mp->iarea_stack[index] /* another string for naming \.{MPX} files */
12879 @d absent 1 /* |name_field| value for unused |mpx_in_stack| entries */
12880 @d mpx_reading (mp->mpx_name[index]>absent)
12881   /* when reading a file, is it an \.{MPX} file? */
12882 @d finished 0
12883   /* |name_field| value when the corresponding \.{MPX} file is finished */
12884
12885 @<Glob...@>=
12886 integer in_open; /* the number of lines in the buffer, less one */
12887 unsigned int open_parens; /* the number of open text files */
12888 FILE  * *input_file ;
12889 integer *line_stack ; /* the line number for each file */
12890 char *  *iname_stack; /* used for naming \.{MPX} files */
12891 char *  *iarea_stack; /* used for naming \.{MPX} files */
12892 halfword*mpx_name  ;
12893
12894 @ @<Allocate or ...@>=
12895 mp->input_file  = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(FILE *));
12896 mp->line_stack  = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(integer));
12897 mp->iname_stack = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(char *));
12898 mp->iarea_stack = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(char *));
12899 mp->mpx_name    = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(halfword));
12900 {
12901   int k;
12902   for (k=0;k<=mp->max_in_open;k++) {
12903     mp->iname_stack[k] =NULL;
12904     mp->iarea_stack[k] =NULL;
12905   }
12906 }
12907
12908 @ @<Dealloc variables@>=
12909 {
12910   int l;
12911   for (l=0;l<=mp->max_in_open;l++) {
12912     xfree(mp->iname_stack[l]);
12913     xfree(mp->iarea_stack[l]);
12914   }
12915 }
12916 xfree(mp->input_file);
12917 xfree(mp->line_stack);
12918 xfree(mp->iname_stack);
12919 xfree(mp->iarea_stack);
12920 xfree(mp->mpx_name);
12921
12922
12923 @ However, all this discussion about input state really applies only to the
12924 case that we are inputting from a file. There is another important case,
12925 namely when we are currently getting input from a token list. In this case
12926 |index>max_in_open|, and the conventions about the other state variables
12927 are different:
12928
12929 \yskip\hang|loc| is a pointer to the current node in the token list, i.e.,
12930 the node that will be read next. If |loc=null|, the token list has been
12931 fully read.
12932
12933 \yskip\hang|start| points to the first node of the token list; this node
12934 may or may not contain a reference count, depending on the type of token
12935 list involved.
12936
12937 \yskip\hang|token_type|, which takes the place of |index| in the
12938 discussion above, is a code number that explains what kind of token list
12939 is being scanned.
12940
12941 \yskip\hang|name| points to the |eqtb| address of the control sequence
12942 being expanded, if the current token list is a macro not defined by
12943 \&{vardef}. Macros defined by \&{vardef} have |name=null|; their name
12944 can be deduced by looking at their first two parameters.
12945
12946 \yskip\hang|param_start|, which takes the place of |limit|, tells where
12947 the parameters of the current macro or loop text begin in the |param_stack|.
12948
12949 \yskip\noindent The |token_type| can take several values, depending on
12950 where the current token list came from:
12951
12952 \yskip
12953 \indent|forever_text|, if the token list being scanned is the body of
12954 a \&{forever} loop;
12955
12956 \indent|loop_text|, if the token list being scanned is the body of
12957 a \&{for} or \&{forsuffixes} loop;
12958
12959 \indent|parameter|, if a \&{text} or \&{suffix} parameter is being scanned;
12960
12961 \indent|backed_up|, if the token list being scanned has been inserted as
12962 `to be read again'.
12963
12964 \indent|inserted|, if the token list being scanned has been inserted as
12965 part of error recovery;
12966
12967 \indent|macro|, if the expansion of a user-defined symbolic token is being
12968 scanned.
12969
12970 \yskip\noindent
12971 The token list begins with a reference count if and only if |token_type=
12972 macro|.
12973 @^reference counts@>
12974
12975 @d token_type index /* type of current token list */
12976 @d token_state (index>(int)mp->max_in_open) /* are we scanning a token list? */
12977 @d file_state (index<=(int)mp->max_in_open) /* are we scanning a file line? */
12978 @d param_start limit /* base of macro parameters in |param_stack| */
12979 @d forever_text (mp->max_in_open+1) /* |token_type| code for loop texts */
12980 @d loop_text (mp->max_in_open+2) /* |token_type| code for loop texts */
12981 @d parameter (mp->max_in_open+3) /* |token_type| code for parameter texts */
12982 @d backed_up (mp->max_in_open+4) /* |token_type| code for texts to be reread */
12983 @d inserted (mp->max_in_open+5) /* |token_type| code for inserted texts */
12984 @d macro (mp->max_in_open+6) /* |token_type| code for macro replacement texts */
12985
12986 @ The |param_stack| is an auxiliary array used to hold pointers to the token
12987 lists for parameters at the current level and subsidiary levels of input.
12988 This stack grows at a different rate from the others.
12989
12990 @<Glob...@>=
12991 pointer *param_stack;  /* token list pointers for parameters */
12992 integer param_ptr; /* first unused entry in |param_stack| */
12993 integer max_param_stack;  /* largest value of |param_ptr| */
12994
12995 @ @<Allocate or initialize ...@>=
12996 mp->param_stack = xmalloc((mp->param_size+1),sizeof(pointer));
12997
12998 @ @<Dealloc variables@>=
12999 xfree(mp->param_stack);
13000
13001 @ Notice that the |line| isn't valid when |token_state| is true because it
13002 depends on |index|.  If we really need to know the line number for the
13003 topmost file in the index stack we use the following function.  If a page
13004 number or other information is needed, this routine should be modified to
13005 compute it as well.
13006 @^system dependencies@>
13007
13008 @<Declare a function called |true_line|@>=
13009 integer mp_true_line (MP mp) {
13010   int k; /* an index into the input stack */
13011   if ( file_state && (name>max_spec_src) ) {
13012      return line;
13013   } else { 
13014     k=mp->input_ptr;
13015     while ((k>0) &&
13016            ((mp->input_stack[(k-1)].index_field>mp->max_in_open)||
13017             (mp->input_stack[(k-1)].name_field<=max_spec_src))) {
13018       decr(k);
13019     }
13020     return mp->line_stack[(k-1)];
13021   }
13022   return 0; 
13023 }
13024
13025 @ Thus, the ``current input state'' can be very complicated indeed; there
13026 can be many levels and each level can arise in a variety of ways. The
13027 |show_context| procedure, which is used by \MP's error-reporting routine to
13028 print out the current input state on all levels down to the most recent
13029 line of characters from an input file, illustrates most of these conventions.
13030 The global variable |file_ptr| contains the lowest level that was
13031 displayed by this procedure.
13032
13033 @<Glob...@>=
13034 integer file_ptr; /* shallowest level shown by |show_context| */
13035
13036 @ The status at each level is indicated by printing two lines, where the first
13037 line indicates what was read so far and the second line shows what remains
13038 to be read. The context is cropped, if necessary, so that the first line
13039 contains at most |half_error_line| characters, and the second contains
13040 at most |error_line|. Non-current input levels whose |token_type| is
13041 `|backed_up|' are shown only if they have not been fully read.
13042
13043 @c void mp_show_context (MP mp) { /* prints where the scanner is */
13044   int old_setting; /* saved |selector| setting */
13045   @<Local variables for formatting calculations@>
13046   mp->file_ptr=mp->input_ptr; mp->input_stack[mp->file_ptr]=mp->cur_input;
13047   /* store current state */
13048   while (1) { 
13049     mp->cur_input=mp->input_stack[mp->file_ptr]; /* enter into the context */
13050     @<Display the current context@>;
13051     if ( file_state )
13052       if ( (name>max_spec_src) || (mp->file_ptr==0) ) break;
13053     decr(mp->file_ptr);
13054   }
13055   mp->cur_input=mp->input_stack[mp->input_ptr]; /* restore original state */
13056 }
13057
13058 @ @<Display the current context@>=
13059 if ( (mp->file_ptr==mp->input_ptr) || file_state ||
13060    (token_type!=backed_up) || (loc!=null) ) {
13061     /* we omit backed-up token lists that have already been read */
13062   mp->tally=0; /* get ready to count characters */
13063   old_setting=mp->selector;
13064   if ( file_state ) {
13065     @<Print location of current line@>;
13066     @<Pseudoprint the line@>;
13067   } else { 
13068     @<Print type of token list@>;
13069     @<Pseudoprint the token list@>;
13070   }
13071   mp->selector=old_setting; /* stop pseudoprinting */
13072   @<Print two lines using the tricky pseudoprinted information@>;
13073 }
13074
13075 @ This routine should be changed, if necessary, to give the best possible
13076 indication of where the current line resides in the input file.
13077 For example, on some systems it is best to print both a page and line number.
13078 @^system dependencies@>
13079
13080 @<Print location of current line@>=
13081 if ( name>max_spec_src ) {
13082   mp_print_nl(mp, "l."); mp_print_int(mp, mp_true_line(mp));
13083 } else if ( terminal_input ) {
13084   if ( mp->file_ptr==0 ) mp_print_nl(mp, "<*>");
13085   else mp_print_nl(mp, "<insert>");
13086 } else if ( name==is_scantok ) {
13087   mp_print_nl(mp, "<scantokens>");
13088 } else {
13089   mp_print_nl(mp, "<read>");
13090 }
13091 mp_print_char(mp, ' ')
13092
13093 @ Can't use case statement here because the |token_type| is not
13094 a constant expression.
13095
13096 @<Print type of token list@>=
13097 {
13098   if(token_type==forever_text) {
13099     mp_print_nl(mp, "<forever> ");
13100   } else if (token_type==loop_text) {
13101     @<Print the current loop value@>;
13102   } else if (token_type==parameter) {
13103     mp_print_nl(mp, "<argument> "); 
13104   } else if (token_type==backed_up) { 
13105     if ( loc==null ) mp_print_nl(mp, "<recently read> ");
13106     else mp_print_nl(mp, "<to be read again> ");
13107   } else if (token_type==inserted) {
13108     mp_print_nl(mp, "<inserted text> ");
13109   } else if (token_type==macro) {
13110     mp_print_ln(mp);
13111     if ( name!=null ) mp_print_text(name);
13112     else @<Print the name of a \&{vardef}'d macro@>;
13113     mp_print(mp, "->");
13114   } else {
13115     mp_print_nl(mp, "?");/* this should never happen */
13116 @.?\relax@>
13117   }
13118 }
13119
13120 @ The parameter that corresponds to a loop text is either a token list
13121 (in the case of \&{forsuffixes}) or a ``capsule'' (in the case of \&{for}).
13122 We'll discuss capsules later; for now, all we need to know is that
13123 the |link| field in a capsule parameter is |void| and that
13124 |print_exp(p,0)| displays the value of capsule~|p| in abbreviated form.
13125
13126 @<Print the current loop value@>=
13127 { mp_print_nl(mp, "<for("); p=mp->param_stack[param_start];
13128   if ( p!=null ) {
13129     if ( link(p)==mp_void ) mp_print_exp(mp, p,0); /* we're in a \&{for} loop */
13130     else mp_show_token_list(mp, p,null,20,mp->tally);
13131   }
13132   mp_print(mp, ")> ");
13133 }
13134
13135 @ The first two parameters of a macro defined by \&{vardef} will be token
13136 lists representing the macro's prefix and ``at point.'' By putting these
13137 together, we get the macro's full name.
13138
13139 @<Print the name of a \&{vardef}'d macro@>=
13140 { p=mp->param_stack[param_start];
13141   if ( p==null ) {
13142     mp_show_token_list(mp, mp->param_stack[param_start+1],null,20,mp->tally);
13143   } else { 
13144     q=p;
13145     while ( link(q)!=null ) q=link(q);
13146     link(q)=mp->param_stack[param_start+1];
13147     mp_show_token_list(mp, p,null,20,mp->tally);
13148     link(q)=null;
13149   }
13150 }
13151
13152 @ Now it is necessary to explain a little trick. We don't want to store a long
13153 string that corresponds to a token list, because that string might take up
13154 lots of memory; and we are printing during a time when an error message is
13155 being given, so we dare not do anything that might overflow one of \MP's
13156 tables. So `pseudoprinting' is the answer: We enter a mode of printing
13157 that stores characters into a buffer of length |error_line|, where character
13158 $k+1$ is placed into \hbox{|trick_buf[k mod error_line]|} if
13159 |k<trick_count|, otherwise character |k| is dropped. Initially we set
13160 |tally:=0| and |trick_count:=1000000|; then when we reach the
13161 point where transition from line 1 to line 2 should occur, we
13162 set |first_count:=tally| and |trick_count:=@tmax@>(error_line,
13163 tally+1+error_line-half_error_line)|. At the end of the
13164 pseudoprinting, the values of |first_count|, |tally|, and
13165 |trick_count| give us all the information we need to print the two lines,
13166 and all of the necessary text is in |trick_buf|.
13167
13168 Namely, let |l| be the length of the descriptive information that appears
13169 on the first line. The length of the context information gathered for that
13170 line is |k=first_count|, and the length of the context information
13171 gathered for line~2 is $m=\min(|tally|, |trick_count|)-k$. If |l+k<=h|,
13172 where |h=half_error_line|, we print |trick_buf[0..k-1]| after the
13173 descriptive information on line~1, and set |n:=l+k|; here |n| is the
13174 length of line~1. If $l+k>h$, some cropping is necessary, so we set |n:=h|
13175 and print `\.{...}' followed by
13176 $$\hbox{|trick_buf[(l+k-h+3)..k-1]|,}$$
13177 where subscripts of |trick_buf| are circular modulo |error_line|. The
13178 second line consists of |n|~spaces followed by |trick_buf[k..(k+m-1)]|,
13179 unless |n+m>error_line|; in the latter case, further cropping is done.
13180 This is easier to program than to explain.
13181
13182 @<Local variables for formatting...@>=
13183 int i; /* index into |buffer| */
13184 integer l; /* length of descriptive information on line 1 */
13185 integer m; /* context information gathered for line 2 */
13186 int n; /* length of line 1 */
13187 integer p; /* starting or ending place in |trick_buf| */
13188 integer q; /* temporary index */
13189
13190 @ The following code tells the print routines to gather
13191 the desired information.
13192
13193 @d begin_pseudoprint { 
13194   l=mp->tally; mp->tally=0; mp->selector=pseudo;
13195   mp->trick_count=1000000;
13196 }
13197 @d set_trick_count {
13198   mp->first_count=mp->tally;
13199   mp->trick_count=mp->tally+1+mp->error_line-mp->half_error_line;
13200   if ( mp->trick_count<mp->error_line ) mp->trick_count=mp->error_line;
13201 }
13202
13203 @ And the following code uses the information after it has been gathered.
13204
13205 @<Print two lines using the tricky pseudoprinted information@>=
13206 if ( mp->trick_count==1000000 ) set_trick_count;
13207   /* |set_trick_count| must be performed */
13208 if ( mp->tally<mp->trick_count ) m=mp->tally-mp->first_count;
13209 else m=mp->trick_count-mp->first_count; /* context on line 2 */
13210 if ( l+mp->first_count<=mp->half_error_line ) {
13211   p=0; n=l+mp->first_count;
13212 } else  { 
13213   mp_print(mp, "..."); p=l+mp->first_count-mp->half_error_line+3;
13214   n=mp->half_error_line;
13215 }
13216 for (q=p;q<=mp->first_count-1;q++) {
13217   mp_print_char(mp, mp->trick_buf[q % mp->error_line]);
13218 }
13219 mp_print_ln(mp);
13220 for (q=1;q<=n;q++) {
13221   mp_print_char(mp, ' '); /* print |n| spaces to begin line~2 */
13222 }
13223 if ( m+n<=mp->error_line ) p=mp->first_count+m; 
13224 else p=mp->first_count+(mp->error_line-n-3);
13225 for (q=mp->first_count;q<=p-1;q++) {
13226   mp_print_char(mp, mp->trick_buf[q % mp->error_line]);
13227 }
13228 if ( m+n>mp->error_line ) mp_print(mp, "...")
13229
13230 @ But the trick is distracting us from our current goal, which is to
13231 understand the input state. So let's concentrate on the data structures that
13232 are being pseudoprinted as we finish up the |show_context| procedure.
13233
13234 @<Pseudoprint the line@>=
13235 begin_pseudoprint;
13236 if ( limit>0 ) {
13237   for (i=start;i<=limit-1;i++) {
13238     if ( i==loc ) set_trick_count;
13239     mp_print_str(mp, mp->buffer[i]);
13240   }
13241 }
13242
13243 @ @<Pseudoprint the token list@>=
13244 begin_pseudoprint;
13245 if ( token_type!=macro ) mp_show_token_list(mp, start,loc,100000,0);
13246 else mp_show_macro(mp, start,loc,100000)
13247
13248 @ Here is the missing piece of |show_token_list| that is activated when the
13249 token beginning line~2 is about to be shown:
13250
13251 @<Do magic computation@>=set_trick_count
13252
13253 @* \[28] Maintaining the input stacks.
13254 The following subroutines change the input status in commonly needed ways.
13255
13256 First comes |push_input|, which stores the current state and creates a
13257 new level (having, initially, the same properties as the old).
13258
13259 @d push_input  { /* enter a new input level, save the old */
13260   if ( mp->input_ptr>mp->max_in_stack ) {
13261     mp->max_in_stack=mp->input_ptr;
13262     if ( mp->input_ptr==mp->stack_size ) {
13263       int l = (mp->stack_size+(mp->stack_size>>2));
13264       XREALLOC(mp->input_stack, l, in_state_record);
13265       mp->stack_size = l;
13266     }         
13267   }
13268   mp->input_stack[mp->input_ptr]=mp->cur_input; /* stack the record */
13269   incr(mp->input_ptr);
13270 }
13271
13272 @ And of course what goes up must come down.
13273
13274 @d pop_input { /* leave an input level, re-enter the old */
13275     decr(mp->input_ptr); mp->cur_input=mp->input_stack[mp->input_ptr];
13276   }
13277
13278 @ Here is a procedure that starts a new level of token-list input, given
13279 a token list |p| and its type |t|. If |t=macro|, the calling routine should
13280 set |name|, reset~|loc|, and increase the macro's reference count.
13281
13282 @d back_list(A) mp_begin_token_list(mp, (A),backed_up) /* backs up a simple token list */
13283
13284 @c void mp_begin_token_list (MP mp,pointer p, quarterword t)  { 
13285   push_input; start=p; token_type=t;
13286   param_start=mp->param_ptr; loc=p;
13287 }
13288
13289 @ When a token list has been fully scanned, the following computations
13290 should be done as we leave that level of input.
13291 @^inner loop@>
13292
13293 @c void mp_end_token_list (MP mp) { /* leave a token-list input level */
13294   pointer p; /* temporary register */
13295   if ( token_type>=backed_up ) { /* token list to be deleted */
13296     if ( token_type<=inserted ) { 
13297       mp_flush_token_list(mp, start); goto DONE;
13298     } else {
13299       mp_delete_mac_ref(mp, start); /* update reference count */
13300     }
13301   }
13302   while ( mp->param_ptr>param_start ) { /* parameters must be flushed */
13303     decr(mp->param_ptr);
13304     p=mp->param_stack[mp->param_ptr];
13305     if ( p!=null ) {
13306       if ( link(p)==mp_void ) { /* it's an \&{expr} parameter */
13307         mp_recycle_value(mp, p); mp_free_node(mp, p,value_node_size);
13308       } else {
13309         mp_flush_token_list(mp, p); /* it's a \&{suffix} or \&{text} parameter */
13310       }
13311     }
13312   }
13313 DONE: 
13314   pop_input; check_interrupt;
13315 }
13316
13317 @ The contents of |cur_cmd,cur_mod,cur_sym| are placed into an equivalent
13318 token by the |cur_tok| routine.
13319 @^inner loop@>
13320
13321 @c @<Declare the procedure called |make_exp_copy|@>;
13322 pointer mp_cur_tok (MP mp) {
13323   pointer p; /* a new token node */
13324   small_number save_type; /* |cur_type| to be restored */
13325   integer save_exp; /* |cur_exp| to be restored */
13326   if ( mp->cur_sym==0 ) {
13327     if ( mp->cur_cmd==capsule_token ) {
13328       save_type=mp->cur_type; save_exp=mp->cur_exp;
13329       mp_make_exp_copy(mp, mp->cur_mod); p=mp_stash_cur_exp(mp); link(p)=null;
13330       mp->cur_type=save_type; mp->cur_exp=save_exp;
13331     } else { 
13332       p=mp_get_node(mp, token_node_size);
13333       value(p)=mp->cur_mod; name_type(p)=mp_token;
13334       if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) type(p)=mp_known;
13335       else type(p)=mp_string_type;
13336     }
13337   } else { 
13338     fast_get_avail(p); info(p)=mp->cur_sym;
13339   }
13340   return p;
13341 }
13342
13343 @ Sometimes \MP\ has read too far and wants to ``unscan'' what it has
13344 seen. The |back_input| procedure takes care of this by putting the token
13345 just scanned back into the input stream, ready to be read again.
13346 If |cur_sym<>0|, the values of |cur_cmd| and |cur_mod| are irrelevant.
13347
13348 @<Declarations@>= 
13349 void mp_back_input (MP mp);
13350
13351 @ @c void mp_back_input (MP mp) {/* undoes one token of input */
13352   pointer p; /* a token list of length one */
13353   p=mp_cur_tok(mp);
13354   while ( token_state &&(loc==null) ) 
13355     mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
13356   back_list(p);
13357 }
13358
13359 @ The |back_error| routine is used when we want to restore or replace an
13360 offending token just before issuing an error message.  We disable interrupts
13361 during the call of |back_input| so that the help message won't be lost.
13362
13363 @<Declarations@>=
13364 void mp_error (MP mp);
13365 void mp_back_error (MP mp);
13366
13367 @ @c void mp_back_error (MP mp) { /* back up one token and call |error| */
13368   mp->OK_to_interrupt=false; 
13369   mp_back_input(mp); 
13370   mp->OK_to_interrupt=true; mp_error(mp);
13371 }
13372 void mp_ins_error (MP mp) { /* back up one inserted token and call |error| */
13373   mp->OK_to_interrupt=false; 
13374   mp_back_input(mp); token_type=inserted;
13375   mp->OK_to_interrupt=true; mp_error(mp);
13376 }
13377
13378 @ The |begin_file_reading| procedure starts a new level of input for lines
13379 of characters to be read from a file, or as an insertion from the
13380 terminal. It does not take care of opening the file, nor does it set |loc|
13381 or |limit| or |line|.
13382 @^system dependencies@>
13383
13384 @c void mp_begin_file_reading (MP mp) { 
13385   if ( mp->in_open==mp->max_in_open ) 
13386     mp_overflow(mp, "text input levels",mp->max_in_open);
13387 @:MetaPost capacity exceeded text input levels}{\quad text input levels@>
13388   if ( mp->first==mp->buf_size ) 
13389     mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
13390   incr(mp->in_open); push_input; index=mp->in_open;
13391   mp->mpx_name[index]=absent;
13392   start=mp->first;
13393   name=is_term; /* |terminal_input| is now |true| */
13394 }
13395
13396 @ Conversely, the variables must be downdated when such a level of input
13397 is finished.  Any associated \.{MPX} file must also be closed and popped
13398 off the file stack.
13399
13400 @c void mp_end_file_reading (MP mp) { 
13401   if ( mp->in_open>index ) {
13402     if ( (mp->mpx_name[mp->in_open]==absent)||(name<=max_spec_src) ) {
13403       mp_confusion(mp, "endinput");
13404 @:this can't happen endinput}{\quad endinput@>
13405     } else { 
13406       fclose(mp->input_file[mp->in_open]); /* close an \.{MPX} file */
13407       delete_str_ref(mp->mpx_name[mp->in_open]);
13408       decr(mp->in_open);
13409     }
13410   }
13411   mp->first=start;
13412   if ( index!=mp->in_open ) mp_confusion(mp, "endinput");
13413   if ( name>max_spec_src ) {
13414     fclose(cur_file);
13415     delete_str_ref(name);
13416     xfree(in_name); 
13417     xfree(in_area);
13418   }
13419   pop_input; decr(mp->in_open);
13420 }
13421
13422 @ Here is a function that tries to resume input from an \.{MPX} file already
13423 associated with the current input file.  It returns |false| if this doesn't
13424 work.
13425
13426 @c boolean mp_begin_mpx_reading (MP mp) { 
13427   if ( mp->in_open!=index+1 ) {
13428      return false;
13429   } else { 
13430     if ( mp->mpx_name[mp->in_open]<=absent ) mp_confusion(mp, "mpx");
13431 @:this can't happen mpx}{\quad mpx@>
13432     if ( mp->first==mp->buf_size ) 
13433       mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
13434     push_input; index=mp->in_open;
13435     start=mp->first;
13436     name=mp->mpx_name[mp->in_open]; add_str_ref(name);
13437     @<Put an empty line in the input buffer@>;
13438     return true;
13439   }
13440 }
13441
13442 @ This procedure temporarily stops reading an \.{MPX} file.
13443
13444 @c void mp_end_mpx_reading (MP mp) { 
13445   if ( mp->in_open!=index ) mp_confusion(mp, "mpx");
13446 @:this can't happen mpx}{\quad mpx@>
13447   if ( loc<limit ) {
13448     @<Complain that we are not at the end of a line in the \.{MPX} file@>;
13449   }
13450   mp->first=start;
13451   pop_input;
13452 }
13453
13454 @ Here we enforce a restriction that simplifies the input stacks considerably.
13455 This should not inconvenience the user because \.{MPX} files are generated
13456 by an auxiliary program called \.{DVItoMP}.
13457
13458 @ @<Complain that we are not at the end of a line in the \.{MPX} file@>=
13459
13460 print_err("`mpxbreak' must be at the end of a line");
13461 help4("This file contains picture expressions for btex...etex")
13462   ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
13463   ("but this one seems to be messed up.  I'm going to ignore")
13464   ("the rest of this line.");
13465 mp_error(mp);
13466 }
13467
13468 @ In order to keep the stack from overflowing during a long sequence of
13469 inserted `\.{show}' commands, the following routine removes completed
13470 error-inserted lines from memory.
13471
13472 @c void mp_clear_for_error_prompt (MP mp) { 
13473   while ( file_state && terminal_input &&
13474     (mp->input_ptr>0)&&(loc==limit) ) mp_end_file_reading(mp);
13475   mp_print_ln(mp); clear_terminal;
13476 }
13477
13478 @ To get \MP's whole input mechanism going, we perform the following
13479 actions.
13480
13481 @<Initialize the input routines@>=
13482 { mp->input_ptr=0; mp->max_in_stack=0;
13483   mp->in_open=0; mp->open_parens=0; mp->max_buf_stack=0;
13484   mp->param_ptr=0; mp->max_param_stack=0;
13485   mp->first=1;
13486   start=1; index=0; line=0; name=is_term;
13487   mp->mpx_name[0]=absent;
13488   mp->force_eof=false;
13489   if ( ! mp_init_terminal(mp) ) mp_jump_out(mp);
13490   limit=mp->last; mp->first=mp->last+1; 
13491   /* |init_terminal| has set |loc| and |last| */
13492 }
13493
13494 @* \[29] Getting the next token.
13495 The heart of \MP's input mechanism is the |get_next| procedure, which
13496 we shall develop in the next few sections of the program. Perhaps we
13497 shouldn't actually call it the ``heart,'' however; it really acts as \MP's
13498 eyes and mouth, reading the source files and gobbling them up. And it also
13499 helps \MP\ to regurgitate stored token lists that are to be processed again.
13500
13501 The main duty of |get_next| is to input one token and to set |cur_cmd|
13502 and |cur_mod| to that token's command code and modifier. Furthermore, if
13503 the input token is a symbolic token, that token's |hash| address
13504 is stored in |cur_sym|; otherwise |cur_sym| is set to zero.
13505
13506 Underlying this simple description is a certain amount of complexity
13507 because of all the cases that need to be handled.
13508 However, the inner loop of |get_next| is reasonably short and fast.
13509
13510 @ Before getting into |get_next|, we need to consider a mechanism by which
13511 \MP\ helps keep errors from propagating too far. Whenever the program goes
13512 into a mode where it keeps calling |get_next| repeatedly until a certain
13513 condition is met, it sets |scanner_status| to some value other than |normal|.
13514 Then if an input file ends, or if an `\&{outer}' symbol appears,
13515 an appropriate error recovery will be possible.
13516
13517 The global variable |warning_info| helps in this error recovery by providing
13518 additional information. For example, |warning_info| might indicate the
13519 name of a macro whose replacement text is being scanned.
13520
13521 @d normal 0 /* |scanner_status| at ``quiet times'' */
13522 @d skipping 1 /* |scanner_status| when false conditional text is being skipped */
13523 @d flushing 2 /* |scanner_status| when junk after a statement is being ignored */
13524 @d absorbing 3 /* |scanner_status| when a \&{text} parameter is being scanned */
13525 @d var_defining 4 /* |scanner_status| when a \&{vardef} is being scanned */
13526 @d op_defining 5 /* |scanner_status| when a macro \&{def} is being scanned */
13527 @d loop_defining 6 /* |scanner_status| when a \&{for} loop is being scanned */
13528 @d tex_flushing 7 /* |scanner_status| when skipping \TeX\ material */
13529
13530 @<Glob...@>=
13531 integer scanner_status; /* are we scanning at high speed? */
13532 integer warning_info; /* if so, what else do we need to know,
13533     in case an error occurs? */
13534
13535 @ @<Initialize the input routines@>=
13536 mp->scanner_status=normal;
13537
13538 @ The following subroutine
13539 is called when an `\&{outer}' symbolic token has been scanned or
13540 when the end of a file has been reached. These two cases are distinguished
13541 by |cur_sym|, which is zero at the end of a file.
13542
13543 @c boolean mp_check_outer_validity (MP mp) {
13544   pointer p; /* points to inserted token list */
13545   if ( mp->scanner_status==normal ) {
13546     return true;
13547   } else if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) {
13548     @<Check if the file has ended while flushing \TeX\ material and set the
13549       result value for |check_outer_validity|@>;
13550   } else { 
13551     mp->deletions_allowed=false;
13552     @<Back up an outer symbolic token so that it can be reread@>;
13553     if ( mp->scanner_status>skipping ) {
13554       @<Tell the user what has run away and try to recover@>;
13555     } else { 
13556       print_err("Incomplete if; all text was ignored after line ");
13557 @.Incomplete if...@>
13558       mp_print_int(mp, mp->warning_info);
13559       help3("A forbidden `outer' token occurred in skipped text.")
13560         ("This kind of error happens when you say `if...' and forget")
13561         ("the matching `fi'. I've inserted a `fi'; this might work.");
13562       if ( mp->cur_sym==0 ) 
13563         mp->help_line[2]="The file ended while I was skipping conditional text.";
13564       mp->cur_sym=frozen_fi; mp_ins_error(mp);
13565     }
13566     mp->deletions_allowed=true; 
13567         return false;
13568   }
13569 }
13570
13571 @ @<Check if the file has ended while flushing \TeX\ material and set...@>=
13572 if ( mp->cur_sym!=0 ) { 
13573    return true;
13574 } else { 
13575   mp->deletions_allowed=false;
13576   print_err("TeX mode didn't end; all text was ignored after line ");
13577   mp_print_int(mp, mp->warning_info);
13578   help2("The file ended while I was looking for the `etex' to")
13579     ("finish this TeX material.  I've inserted `etex' now.");
13580   mp->cur_sym = frozen_etex;
13581   mp_ins_error(mp);
13582   mp->deletions_allowed=true;
13583   return false;
13584 }
13585
13586 @ @<Back up an outer symbolic token so that it can be reread@>=
13587 if ( mp->cur_sym!=0 ) {
13588   p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->cur_sym;
13589   back_list(p); /* prepare to read the symbolic token again */
13590 }
13591
13592 @ @<Tell the user what has run away...@>=
13593
13594   mp_runaway(mp); /* print the definition-so-far */
13595   if ( mp->cur_sym==0 ) {
13596     print_err("File ended");
13597 @.File ended while scanning...@>
13598   } else { 
13599     print_err("Forbidden token found");
13600 @.Forbidden token found...@>
13601   }
13602   mp_print(mp, " while scanning ");
13603   help4("I suspect you have forgotten an `enddef',")
13604     ("causing me to read past where you wanted me to stop.")
13605     ("I'll try to recover; but if the error is serious,")
13606     ("you'd better type `E' or `X' now and fix your file.");
13607   switch (mp->scanner_status) {
13608     @<Complete the error message,
13609       and set |cur_sym| to a token that might help recover from the error@>
13610   } /* there are no other cases */
13611   mp_ins_error(mp);
13612 }
13613
13614 @ As we consider various kinds of errors, it is also appropriate to
13615 change the first line of the help message just given; |help_line[3]|
13616 points to the string that might be changed.
13617
13618 @<Complete the error message,...@>=
13619 case flushing: 
13620   mp_print(mp, "to the end of the statement");
13621   mp->help_line[3]="A previous error seems to have propagated,";
13622   mp->cur_sym=frozen_semicolon;
13623   break;
13624 case absorbing: 
13625   mp_print(mp, "a text argument");
13626   mp->help_line[3]="It seems that a right delimiter was left out,";
13627   if ( mp->warning_info==0 ) {
13628     mp->cur_sym=frozen_end_group;
13629   } else { 
13630     mp->cur_sym=frozen_right_delimiter;
13631     equiv(frozen_right_delimiter)=mp->warning_info;
13632   }
13633   break;
13634 case var_defining:
13635 case op_defining: 
13636   mp_print(mp, "the definition of ");
13637   if ( mp->scanner_status==op_defining ) 
13638      mp_print_text(mp->warning_info);
13639   else 
13640      mp_print_variable_name(mp, mp->warning_info);
13641   mp->cur_sym=frozen_end_def;
13642   break;
13643 case loop_defining: 
13644   mp_print(mp, "the text of a "); 
13645   mp_print_text(mp->warning_info);
13646   mp_print(mp, " loop");
13647   mp->help_line[3]="I suspect you have forgotten an `endfor',";
13648   mp->cur_sym=frozen_end_for;
13649   break;
13650
13651 @ The |runaway| procedure displays the first part of the text that occurred
13652 when \MP\ began its special |scanner_status|, if that text has been saved.
13653
13654 @<Declare the procedure called |runaway|@>=
13655 void mp_runaway (MP mp) { 
13656   if ( mp->scanner_status>flushing ) { 
13657      mp_print_nl(mp, "Runaway ");
13658          switch (mp->scanner_status) { 
13659          case absorbing: mp_print(mp, "text?"); break;
13660          case var_defining: 
13661      case op_defining: mp_print(mp,"definition?"); break;
13662      case loop_defining: mp_print(mp, "loop?"); break;
13663      } /* there are no other cases */
13664      mp_print_ln(mp); 
13665      mp_show_token_list(mp, link(hold_head),null,mp->error_line-10,0);
13666   }
13667 }
13668
13669 @ We need to mention a procedure that may be called by |get_next|.
13670
13671 @<Declarations@>= 
13672 void mp_firm_up_the_line (MP mp);
13673
13674 @ And now we're ready to take the plunge into |get_next| itself.
13675 Note that the behavior depends on the |scanner_status| because percent signs
13676 and double quotes need to be passed over when skipping TeX material.
13677
13678 @c 
13679 void mp_get_next (MP mp) {
13680   /* sets |cur_cmd|, |cur_mod|, |cur_sym| to next token */
13681 @^inner loop@>
13682   /*restart*/ /* go here to get the next input token */
13683   /*exit*/ /* go here when the next input token has been got */
13684   /*|common_ending|*/ /* go here to finish getting a symbolic token */
13685   /*found*/ /* go here when the end of a symbolic token has been found */
13686   /*switch*/ /* go here to branch on the class of an input character */
13687   /*|start_numeric_token|,|start_decimal_token|,|fin_numeric_token|,|done|*/
13688     /* go here at crucial stages when scanning a number */
13689   int k; /* an index into |buffer| */
13690   ASCII_code c; /* the current character in the buffer */
13691   ASCII_code class; /* its class number */
13692   integer n,f; /* registers for decimal-to-binary conversion */
13693 RESTART: 
13694   mp->cur_sym=0;
13695   if ( file_state ) {
13696     @<Input from external file; |goto restart| if no input found,
13697     or |return| if a non-symbolic token is found@>;
13698   } else {
13699     @<Input from token list; |goto restart| if end of list or
13700       if a parameter needs to be expanded,
13701       or |return| if a non-symbolic token is found@>;
13702   }
13703 COMMON_ENDING: 
13704   @<Finish getting the symbolic token in |cur_sym|;
13705    |goto restart| if it is illegal@>;
13706 }
13707
13708 @ When a symbolic token is declared to be `\&{outer}', its command code
13709 is increased by |outer_tag|.
13710 @^inner loop@>
13711
13712 @<Finish getting the symbolic token in |cur_sym|...@>=
13713 mp->cur_cmd=eq_type(mp->cur_sym); mp->cur_mod=equiv(mp->cur_sym);
13714 if ( mp->cur_cmd>=outer_tag ) {
13715   if ( mp_check_outer_validity(mp) ) 
13716     mp->cur_cmd=mp->cur_cmd-outer_tag;
13717   else 
13718     goto RESTART;
13719 }
13720
13721 @ A percent sign appears in |buffer[limit]|; this makes it unnecessary
13722 to have a special test for end-of-line.
13723 @^inner loop@>
13724
13725 @<Input from external file;...@>=
13726
13727 SWITCH: 
13728   c=mp->buffer[loc]; incr(loc); class=mp->char_class[c];
13729   switch (class) {
13730   case digit_class: goto START_NUMERIC_TOKEN; break;
13731   case period_class: 
13732     class=mp->char_class[mp->buffer[loc]];
13733     if ( class>period_class ) {
13734       goto SWITCH;
13735     } else if ( class<period_class ) { /* |class=digit_class| */
13736       n=0; goto START_DECIMAL_TOKEN;
13737     }
13738 @:. }{\..\ token@>
13739     break;
13740   case space_class: goto SWITCH; break;
13741   case percent_class: 
13742     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) {
13743       if ( loc<limit ) goto SWITCH;
13744     }
13745     @<Move to next line of file, or |goto restart| if there is no next line@>;
13746     check_interrupt;
13747     goto SWITCH;
13748     break;
13749   case string_class: 
13750     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) goto SWITCH;
13751     else @<Get a string token and |return|@>;
13752     break;
13753   case isolated_classes: 
13754     k=loc-1; goto FOUND; break;
13755   case invalid_class: 
13756     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) goto SWITCH;
13757     else @<Decry the invalid character and |goto restart|@>;
13758     break;
13759   default: break; /* letters, etc. */
13760   }
13761   k=loc-1;
13762   while ( mp->char_class[mp->buffer[loc]]==class ) incr(loc);
13763   goto FOUND;
13764 START_NUMERIC_TOKEN:
13765   @<Get the integer part |n| of a numeric token;
13766     set |f:=0| and |goto fin_numeric_token| if there is no decimal point@>;
13767 START_DECIMAL_TOKEN:
13768   @<Get the fraction part |f| of a numeric token@>;
13769 FIN_NUMERIC_TOKEN:
13770   @<Pack the numeric and fraction parts of a numeric token
13771     and |return|@>;
13772 FOUND: 
13773   mp->cur_sym=mp_id_lookup(mp, k,loc-k);
13774 }
13775
13776 @ We go to |restart| instead of to |SWITCH|, because |state| might equal
13777 |token_list| after the error has been dealt with
13778 (cf.\ |clear_for_error_prompt|).
13779
13780 @<Decry the invalid...@>=
13781
13782   print_err("Text line contains an invalid character");
13783 @.Text line contains...@>
13784   help2("A funny symbol that I can\'t read has just been input.")
13785     ("Continue, and I'll forget that it ever happened.");
13786   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13787   goto RESTART;
13788 }
13789
13790 @ @<Get a string token and |return|@>=
13791
13792   if ( mp->buffer[loc]=='"' ) {
13793     mp->cur_mod=rts("");
13794   } else { 
13795     k=loc; mp->buffer[limit+1]='"';
13796     do {  
13797      incr(loc);
13798     } while (mp->buffer[loc]!='"');
13799     if ( loc>limit ) {
13800       @<Decry the missing string delimiter and |goto restart|@>;
13801     }
13802     if ( loc==k+1 ) {
13803       mp->cur_mod=mp->buffer[k];
13804     } else { 
13805       str_room(loc-k);
13806       do {  
13807         append_char(mp->buffer[k]); incr(k);
13808       } while (k!=loc);
13809       mp->cur_mod=mp_make_string(mp);
13810     }
13811   }
13812   incr(loc); mp->cur_cmd=string_token; 
13813   return;
13814 }
13815
13816 @ We go to |restart| after this error message, not to |SWITCH|,
13817 because the |clear_for_error_prompt| routine might have reinstated
13818 |token_state| after |error| has finished.
13819
13820 @<Decry the missing string delimiter and |goto restart|@>=
13821
13822   loc=limit; /* the next character to be read on this line will be |"%"| */
13823   print_err("Incomplete string token has been flushed");
13824 @.Incomplete string token...@>
13825   help3("Strings should finish on the same line as they began.")
13826     ("I've deleted the partial string; you might want to")
13827     ("insert another by typing, e.g., `I\"new string\"'.");
13828   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp);
13829   mp->deletions_allowed=true; 
13830   goto RESTART;
13831 }
13832
13833 @ @<Get the integer part |n| of a numeric token...@>=
13834 n=c-'0';
13835 while ( mp->char_class[mp->buffer[loc]]==digit_class ) {
13836   if ( n<32768 ) n=10*n+mp->buffer[loc]-'0';
13837   incr(loc);
13838 }
13839 if ( mp->buffer[loc]=='.' ) 
13840   if ( mp->char_class[mp->buffer[loc+1]]==digit_class ) 
13841     goto DONE;
13842 f=0; 
13843 goto FIN_NUMERIC_TOKEN;
13844 DONE: incr(loc)
13845
13846 @ @<Get the fraction part |f| of a numeric token@>=
13847 k=0;
13848 do { 
13849   if ( k<17 ) { /* digits for |k>=17| cannot affect the result */
13850     mp->dig[k]=mp->buffer[loc]-'0'; incr(k);
13851   }
13852   incr(loc);
13853 } while (mp->char_class[mp->buffer[loc]]==digit_class);
13854 f=mp_round_decimals(mp, k);
13855 if ( f==unity ) {
13856   incr(n); f=0;
13857 }
13858
13859 @ @<Pack the numeric and fraction parts of a numeric token and |return|@>=
13860 if ( n<32768 ) {
13861   @<Set |cur_mod:=n*unity+f| and check if it is uncomfortably large@>;
13862 } else if ( mp->scanner_status!=tex_flushing ) {
13863   print_err("Enormous number has been reduced");
13864 @.Enormous number...@>
13865   help2("I can\'t handle numbers bigger than 32767.99998;")
13866     ("so I've changed your constant to that maximum amount.");
13867   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13868   mp->cur_mod=el_gordo;
13869 }
13870 mp->cur_cmd=numeric_token; return
13871
13872 @ @<Set |cur_mod:=n*unity+f| and check if it is uncomfortably large@>=
13873
13874   mp->cur_mod=n*unity+f;
13875   if ( mp->cur_mod>=fraction_one ) {
13876     if ( (mp->internal[mp_warning_check]>0) &&
13877          (mp->scanner_status!=tex_flushing) ) {
13878       print_err("Number is too large (");
13879       mp_print_scaled(mp, mp->cur_mod);
13880       mp_print_char(mp, ')');
13881       help3("It is at least 4096. Continue and I'll try to cope")
13882       ("with that big value; but it might be dangerous.")
13883       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
13884       mp_error(mp);
13885     }
13886   }
13887 }
13888
13889 @ Let's consider now what happens when |get_next| is looking at a token list.
13890 @^inner loop@>
13891
13892 @<Input from token list;...@>=
13893 if ( loc>=mp->hi_mem_min ) { /* one-word token */
13894   mp->cur_sym=info(loc); loc=link(loc); /* move to next */
13895   if ( mp->cur_sym>=expr_base ) {
13896     if ( mp->cur_sym>=suffix_base ) {
13897       @<Insert a suffix or text parameter and |goto restart|@>;
13898     } else { 
13899       mp->cur_cmd=capsule_token;
13900       mp->cur_mod=mp->param_stack[param_start+mp->cur_sym-(expr_base)];
13901       mp->cur_sym=0; return;
13902     }
13903   }
13904 } else if ( loc>null ) {
13905   @<Get a stored numeric or string or capsule token and |return|@>
13906 } else { /* we are done with this token list */
13907   mp_end_token_list(mp); goto RESTART; /* resume previous level */
13908 }
13909
13910 @ @<Insert a suffix or text parameter...@>=
13911
13912   if ( mp->cur_sym>=text_base ) mp->cur_sym=mp->cur_sym-mp->param_size;
13913   /* |param_size=text_base-suffix_base| */
13914   mp_begin_token_list(mp,
13915                       mp->param_stack[param_start+mp->cur_sym-(suffix_base)],
13916                       parameter);
13917   goto RESTART;
13918 }
13919
13920 @ @<Get a stored numeric or string or capsule token...@>=
13921
13922   if ( name_type(loc)==mp_token ) {
13923     mp->cur_mod=value(loc);
13924     if ( type(loc)==mp_known ) {
13925       mp->cur_cmd=numeric_token;
13926     } else { 
13927       mp->cur_cmd=string_token; add_str_ref(mp->cur_mod);
13928     }
13929   } else { 
13930     mp->cur_mod=loc; mp->cur_cmd=capsule_token;
13931   };
13932   loc=link(loc); return;
13933 }
13934
13935 @ All of the easy branches of |get_next| have now been taken care of.
13936 There is one more branch.
13937
13938 @<Move to next line of file, or |goto restart|...@>=
13939 if ( name>max_spec_src ) {
13940   @<Read next line of file into |buffer|, or
13941     |goto restart| if the file has ended@>;
13942 } else { 
13943   if ( mp->input_ptr>0 ) {
13944      /* text was inserted during error recovery or by \&{scantokens} */
13945     mp_end_file_reading(mp); goto RESTART; /* resume previous level */
13946   }
13947   if ( mp->selector<log_only || mp->selector>=write_file) mp_open_log_file(mp);
13948   if ( mp->interaction>mp_nonstop_mode ) {
13949     if ( limit==start ) /* previous line was empty */
13950       mp_print_nl(mp, "(Please type a command or say `end')");
13951 @.Please type...@>
13952     mp_print_ln(mp); mp->first=start;
13953     prompt_input("*"); /* input on-line into |buffer| */
13954 @.*\relax@>
13955     limit=mp->last; mp->buffer[limit]='%';
13956     mp->first=limit+1; loc=start;
13957   } else {
13958     mp_fatal_error(mp, "*** (job aborted, no legal end found)");
13959 @.job aborted@>
13960     /* nonstop mode, which is intended for overnight batch processing,
13961     never waits for on-line input */
13962   }
13963 }
13964
13965 @ The global variable |force_eof| is normally |false|; it is set |true|
13966 by an \&{endinput} command.
13967
13968 @<Glob...@>=
13969 boolean force_eof; /* should the next \&{input} be aborted early? */
13970
13971 @ We must decrement |loc| in order to leave the buffer in a valid state
13972 when an error condition causes us to |goto restart| without calling
13973 |end_file_reading|.
13974
13975 @<Read next line of file into |buffer|, or
13976   |goto restart| if the file has ended@>=
13977
13978   incr(line); mp->first=start;
13979   if ( ! mp->force_eof ) {
13980     if ( mp_input_ln(mp, cur_file,true) ) /* not end of file */
13981       mp_firm_up_the_line(mp); /* this sets |limit| */
13982     else 
13983       mp->force_eof=true;
13984   };
13985   if ( mp->force_eof ) {
13986     mp->force_eof=false;
13987     decr(loc);
13988     if ( mpx_reading ) {
13989       @<Complain that the \.{MPX} file ended unexpectly; then set
13990         |cur_sym:=frozen_mpx_break| and |goto comon_ending|@>;
13991     } else { 
13992       mp_print_char(mp, ')'); decr(mp->open_parens);
13993       update_terminal; /* show user that file has been read */
13994       mp_end_file_reading(mp); /* resume previous level */
13995       if ( mp_check_outer_validity(mp) ) goto  RESTART;  
13996       else goto RESTART;
13997     }
13998   }
13999   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start; /* ready to read */
14000 }
14001
14002 @ We should never actually come to the end of an \.{MPX} file because such
14003 files should have an \&{mpxbreak} after the translation of the last
14004 \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} block.
14005
14006 @<Complain that the \.{MPX} file ended unexpectly; then set...@>=
14007
14008   mp->mpx_name[index]=finished;
14009   print_err("mpx file ended unexpectedly");
14010   help4("The file had too few picture expressions for btex...etex")
14011     ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
14012     ("but this one got messed up.  You might want to insert a")
14013     ("picture expression now.");
14014   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
14015   mp->cur_sym=frozen_mpx_break; goto COMMON_ENDING;
14016 }
14017
14018 @ Sometimes we want to make it look as though we have just read a blank line
14019 without really doing so.
14020
14021 @<Put an empty line in the input buffer@>=
14022 mp->last=mp->first; limit=mp->last; /* simulate |input_ln| and |firm_up_the_line| */
14023 mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start
14024
14025 @ If the user has set the |mp_pausing| parameter to some positive value,
14026 and if nonstop mode has not been selected, each line of input is displayed
14027 on the terminal and the transcript file, followed by `\.{=>}'.
14028 \MP\ waits for a response. If the response is null (i.e., if nothing is
14029 typed except perhaps a few blank spaces), the original
14030 line is accepted as it stands; otherwise the line typed is
14031 used instead of the line in the file.
14032
14033 @c void mp_firm_up_the_line (MP mp) {
14034   size_t k; /* an index into |buffer| */
14035   limit=mp->last;
14036   if ( mp->internal[mp_pausing]>0 ) if ( mp->interaction>mp_nonstop_mode ) {
14037     wake_up_terminal; mp_print_ln(mp);
14038     if ( start<limit ) {
14039       for (k=(size_t)start;k<=(size_t)(limit-1);k++) {
14040         mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
14041       } 
14042     }
14043     mp->first=limit; prompt_input("=>"); /* wait for user response */
14044 @.=>@>
14045     if ( mp->last>mp->first ) {
14046       for (k=mp->first;k<=mp->last-1;k++) { /* move line down in buffer */
14047         mp->buffer[k+start-mp->first]=mp->buffer[k];
14048       }
14049       limit=start+mp->last-mp->first;
14050     }
14051   }
14052 }
14053
14054 @* \[30] Dealing with \TeX\ material.
14055 The \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} and \&{verbatimtex}$\,\ldots\,$\&{etex}
14056 features need to be implemented at a low level in the scanning process
14057 so that \MP\ can stay in synch with the a preprocessor that treats
14058 blocks of \TeX\ material as they occur in the input file without trying
14059 to expand \MP\ macros.  Thus we need a special version of |get_next|
14060 that does not expand macros and such but does handle \&{btex},
14061 \&{verbatimtex}, etc.
14062
14063 The special version of |get_next| is called |get_t_next|.  It works by flushing
14064 \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} and \&{verbatimtex}\allowbreak
14065 $\,\ldots\,$\&{etex} blocks, switching to the \.{MPX} file when it sees
14066 \&{btex}, and switching back when it sees \&{mpxbreak}.
14067
14068 @d btex_code 0
14069 @d verbatim_code 1
14070
14071 @ @<Put each...@>=
14072 mp_primitive(mp, "btex",start_tex,btex_code);
14073 @:btex_}{\&{btex} primitive@>
14074 mp_primitive(mp, "verbatimtex",start_tex,verbatim_code);
14075 @:verbatimtex_}{\&{verbatimtex} primitive@>
14076 mp_primitive(mp, "etex",etex_marker,0); mp->eqtb[frozen_etex]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
14077 @:etex_}{\&{etex} primitive@>
14078 mp_primitive(mp, "mpxbreak",mpx_break,0); mp->eqtb[frozen_mpx_break]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
14079 @:mpx_break_}{\&{mpxbreak} primitive@>
14080
14081 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14082 case start_tex: if ( m==btex_code ) mp_print(mp, "btex");
14083   else mp_print(mp, "verbatimtex"); break;
14084 case etex_marker: mp_print(mp, "etex"); break;
14085 case mpx_break: mp_print(mp, "mpxbreak"); break;
14086
14087 @ Actually, |get_t_next| is a macro that avoids procedure overhead except
14088 in the unusual case where \&{btex}, \&{verbatimtex}, \&{etex}, or \&{mpxbreak}
14089 is encountered.
14090
14091 @d get_t_next {mp_get_next(mp); if ( mp->cur_cmd<=max_pre_command ) mp_t_next(mp); }
14092
14093 @<Declarations@>=
14094 void mp_start_mpx_input (MP mp);
14095
14096 @ @c 
14097 void mp_t_next (MP mp) {
14098   int old_status; /* saves the |scanner_status| */
14099   integer old_info; /* saves the |warning_info| */
14100   while ( mp->cur_cmd<=max_pre_command ) {
14101     if ( mp->cur_cmd==mpx_break ) {
14102       if ( ! file_state || (mp->mpx_name[index]==absent) ) {
14103         @<Complain about a misplaced \&{mpxbreak}@>;
14104       } else { 
14105         mp_end_mpx_reading(mp); 
14106         goto TEX_FLUSH;
14107       }
14108     } else if ( mp->cur_cmd==start_tex ) {
14109       if ( token_state || (name<=max_spec_src) ) {
14110         @<Complain that we are not reading a file@>;
14111       } else if ( mpx_reading ) {
14112         @<Complain that \.{MPX} files cannot contain \TeX\ material@>;
14113       } else if ( (mp->cur_mod!=verbatim_code)&&
14114                   (mp->mpx_name[index]!=finished) ) {
14115         if ( ! mp_begin_mpx_reading(mp) ) mp_start_mpx_input(mp);
14116       } else {
14117         goto TEX_FLUSH;
14118       }
14119     } else {
14120        @<Complain about a misplaced \&{etex}@>;
14121     }
14122     goto COMMON_ENDING;
14123   TEX_FLUSH: 
14124     @<Flush the \TeX\ material@>;
14125   COMMON_ENDING: 
14126     mp_get_next(mp);
14127   }
14128 }
14129
14130 @ We could be in the middle of an operation such as skipping false conditional
14131 text when \TeX\ material is encountered, so we must be careful to save the
14132 |scanner_status|.
14133
14134 @<Flush the \TeX\ material@>=
14135 old_status=mp->scanner_status;
14136 old_info=mp->warning_info;
14137 mp->scanner_status=tex_flushing;
14138 mp->warning_info=line;
14139 do {  mp_get_next(mp); } while (mp->cur_cmd!=etex_marker);
14140 mp->scanner_status=old_status;
14141 mp->warning_info=old_info
14142
14143 @ @<Complain that \.{MPX} files cannot contain \TeX\ material@>=
14144 { print_err("An mpx file cannot contain btex or verbatimtex blocks");
14145 help4("This file contains picture expressions for btex...etex")
14146   ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
14147   ("but this one seems to be messed up.  I'll just keep going")
14148   ("and hope for the best.");
14149 mp_error(mp);
14150 }
14151
14152 @ @<Complain that we are not reading a file@>=
14153 { print_err("You can only use `btex' or `verbatimtex' in a file");
14154 help3("I'll have to ignore this preprocessor command because it")
14155   ("only works when there is a file to preprocess.  You might")
14156   ("want to delete everything up to the next `etex`.");
14157 mp_error(mp);
14158 }
14159
14160 @ @<Complain about a misplaced \&{mpxbreak}@>=
14161 { print_err("Misplaced mpxbreak");
14162 help2("I'll ignore this preprocessor command because it")
14163   ("doesn't belong here");
14164 mp_error(mp);
14165 }
14166
14167 @ @<Complain about a misplaced \&{etex}@>=
14168 { print_err("Extra etex will be ignored");
14169 help1("There is no btex or verbatimtex for this to match");
14170 mp_error(mp);
14171 }
14172
14173 @* \[31] Scanning macro definitions.
14174 \MP\ has a variety of ways to tuck tokens away into token lists for later
14175 use: Macros can be defined with \&{def}, \&{vardef}, \&{primarydef}, etc.;
14176 repeatable code can be defined with \&{for}, \&{forever}, \&{forsuffixes}.
14177 All such operations are handled by the routines in this part of the program.
14178
14179 The modifier part of each command code is zero for the ``ending delimiters''
14180 like \&{enddef} and \&{endfor}.
14181
14182 @d start_def 1 /* command modifier for \&{def} */
14183 @d var_def 2 /* command modifier for \&{vardef} */
14184 @d end_def 0 /* command modifier for \&{enddef} */
14185 @d start_forever 1 /* command modifier for \&{forever} */
14186 @d end_for 0 /* command modifier for \&{endfor} */
14187
14188 @<Put each...@>=
14189 mp_primitive(mp, "def",macro_def,start_def);
14190 @:def_}{\&{def} primitive@>
14191 mp_primitive(mp, "vardef",macro_def,var_def);
14192 @:var_def_}{\&{vardef} primitive@>
14193 mp_primitive(mp, "primarydef",macro_def,secondary_primary_macro);
14194 @:primary_def_}{\&{primarydef} primitive@>
14195 mp_primitive(mp, "secondarydef",macro_def,tertiary_secondary_macro);
14196 @:secondary_def_}{\&{secondarydef} primitive@>
14197 mp_primitive(mp, "tertiarydef",macro_def,expression_tertiary_macro);
14198 @:tertiary_def_}{\&{tertiarydef} primitive@>
14199 mp_primitive(mp, "enddef",macro_def,end_def); mp->eqtb[frozen_end_def]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
14200 @:end_def_}{\&{enddef} primitive@>
14201 @#
14202 mp_primitive(mp, "for",iteration,expr_base);
14203 @:for_}{\&{for} primitive@>
14204 mp_primitive(mp, "forsuffixes",iteration,suffix_base);
14205 @:for_suffixes_}{\&{forsuffixes} primitive@>
14206 mp_primitive(mp, "forever",iteration,start_forever);
14207 @:forever_}{\&{forever} primitive@>
14208 mp_primitive(mp, "endfor",iteration,end_for); mp->eqtb[frozen_end_for]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
14209 @:end_for_}{\&{endfor} primitive@>
14210
14211 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14212 case macro_def:
14213   if ( m<=var_def ) {
14214     if ( m==start_def ) mp_print(mp, "def");
14215     else if ( m<start_def ) mp_print(mp, "enddef");
14216     else mp_print(mp, "vardef");
14217   } else if ( m==secondary_primary_macro ) { 
14218     mp_print(mp, "primarydef");
14219   } else if ( m==tertiary_secondary_macro ) { 
14220     mp_print(mp, "secondarydef");
14221   } else { 
14222     mp_print(mp, "tertiarydef");
14223   }
14224   break;
14225 case iteration: 
14226   if ( m<=start_forever ) {
14227     if ( m==start_forever ) mp_print(mp, "forever"); 
14228     else mp_print(mp, "endfor");
14229   } else if ( m==expr_base ) {
14230     mp_print(mp, "for"); 
14231   } else { 
14232     mp_print(mp, "forsuffixes");
14233   }
14234   break;
14235
14236 @ Different macro-absorbing operations have different syntaxes, but they
14237 also have a lot in common. There is a list of special symbols that are to
14238 be replaced by parameter tokens; there is a special command code that
14239 ends the definition; the quotation conventions are identical.  Therefore
14240 it makes sense to have most of the work done by a single subroutine. That
14241 subroutine is called |scan_toks|.
14242
14243 The first parameter to |scan_toks| is the command code that will
14244 terminate scanning (either |macro_def|, |loop_repeat|, or |iteration|).
14245
14246 The second parameter, |subst_list|, points to a (possibly empty) list
14247 of two-word nodes whose |info| and |value| fields specify symbol tokens
14248 before and after replacement. The list will be returned to free storage
14249 by |scan_toks|.
14250
14251 The third parameter is simply appended to the token list that is built.
14252 And the final parameter tells how many of the special operations
14253 \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, and \.{\AT!\#} are to be replaced by suffix parameters.
14254 When such parameters are present, they are called \.{(SUFFIX0)},
14255 \.{(SUFFIX1)}, and \.{(SUFFIX2)}.
14256
14257 @c pointer mp_scan_toks (MP mp,command_code terminator, pointer 
14258   subst_list, pointer tail_end, small_number suffix_count) {
14259   pointer p; /* tail of the token list being built */
14260   pointer q; /* temporary for link management */
14261   integer balance; /* left delimiters minus right delimiters */
14262   p=hold_head; balance=1; link(hold_head)=null;
14263   while (1) { 
14264     get_t_next;
14265     if ( mp->cur_sym>0 ) {
14266       @<Substitute for |cur_sym|, if it's on the |subst_list|@>;
14267       if ( mp->cur_cmd==terminator ) {
14268         @<Adjust the balance; |break| if it's zero@>;
14269       } else if ( mp->cur_cmd==macro_special ) {
14270         @<Handle quoted symbols, \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, or \.{\AT!\#}@>;
14271       }
14272     }
14273     link(p)=mp_cur_tok(mp); p=link(p);
14274   }
14275   link(p)=tail_end; mp_flush_node_list(mp, subst_list);
14276   return link(hold_head);
14277 }
14278
14279 @ @<Substitute for |cur_sym|...@>=
14280
14281   q=subst_list;
14282   while ( q!=null ) {
14283     if ( info(q)==mp->cur_sym ) {
14284       mp->cur_sym=value(q); mp->cur_cmd=relax; break;
14285     }
14286     q=link(q);
14287   }
14288 }
14289
14290 @ @<Adjust the balance; |break| if it's zero@>=
14291 if ( mp->cur_mod>0 ) {
14292   incr(balance);
14293 } else { 
14294   decr(balance);
14295   if ( balance==0 )
14296     break;
14297 }
14298
14299 @ Four commands are intended to be used only within macro texts: \&{quote},
14300 \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, and \.{\AT!\#}. They are variants of a single command
14301 code called |macro_special|.
14302
14303 @d quote 0 /* |macro_special| modifier for \&{quote} */
14304 @d macro_prefix 1 /* |macro_special| modifier for \.{\#\AT!} */
14305 @d macro_at 2 /* |macro_special| modifier for \.{\AT!} */
14306 @d macro_suffix 3 /* |macro_special| modifier for \.{\AT!\#} */
14307
14308 @<Put each...@>=
14309 mp_primitive(mp, "quote",macro_special,quote);
14310 @:quote_}{\&{quote} primitive@>
14311 mp_primitive(mp, "#@@",macro_special,macro_prefix);
14312 @:]]]\#\AT!_}{\.{\#\AT!} primitive@>
14313 mp_primitive(mp, "@@",macro_special,macro_at);
14314 @:]]]\AT!_}{\.{\AT!} primitive@>
14315 mp_primitive(mp, "@@#",macro_special,macro_suffix);
14316 @:]]]\AT!\#_}{\.{\AT!\#} primitive@>
14317
14318 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14319 case macro_special: 
14320   switch (m) {
14321   case macro_prefix: mp_print(mp, "#@@"); break;
14322   case macro_at: mp_print_char(mp, '@@'); break;
14323   case macro_suffix: mp_print(mp, "@@#"); break;
14324   default: mp_print(mp, "quote"); break;
14325   }
14326   break;
14327
14328 @ @<Handle quoted...@>=
14329
14330   if ( mp->cur_mod==quote ) { get_t_next; } 
14331   else if ( mp->cur_mod<=suffix_count ) 
14332     mp->cur_sym=suffix_base-1+mp->cur_mod;
14333 }
14334
14335 @ Here is a routine that's used whenever a token will be redefined. If
14336 the user's token is unredefinable, the `|frozen_inaccessible|' token is
14337 substituted; the latter is redefinable but essentially impossible to use,
14338 hence \MP's tables won't get fouled up.
14339
14340 @c void mp_get_symbol (MP mp) { /* sets |cur_sym| to a safe symbol */
14341 RESTART: 
14342   get_t_next;
14343   if ( (mp->cur_sym==0)||(mp->cur_sym>frozen_inaccessible) ) {
14344     print_err("Missing symbolic token inserted");
14345 @.Missing symbolic token...@>
14346     help3("Sorry: You can\'t redefine a number, string, or expr.")
14347       ("I've inserted an inaccessible symbol so that your")
14348       ("definition will be completed without mixing me up too badly.");
14349     if ( mp->cur_sym>0 )
14350       mp->help_line[2]="Sorry: You can\'t redefine my error-recovery tokens.";
14351     else if ( mp->cur_cmd==string_token ) 
14352       delete_str_ref(mp->cur_mod);
14353     mp->cur_sym=frozen_inaccessible; mp_ins_error(mp); goto RESTART;
14354   }
14355 }
14356
14357 @ Before we actually redefine a symbolic token, we need to clear away its
14358 former value, if it was a variable. The following stronger version of
14359 |get_symbol| does that.
14360
14361 @c void mp_get_clear_symbol (MP mp) { 
14362   mp_get_symbol(mp); mp_clear_symbol(mp, mp->cur_sym,false);
14363 }
14364
14365 @ Here's another little subroutine; it checks that an equals sign
14366 or assignment sign comes along at the proper place in a macro definition.
14367
14368 @c void mp_check_equals (MP mp) { 
14369   if ( mp->cur_cmd!=equals ) if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
14370      mp_missing_err(mp, "=");
14371 @.Missing `='@>
14372     help5("The next thing in this `def' should have been `=',")
14373       ("because I've already looked at the definition heading.")
14374       ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
14375       ("was present. Everything from here to `enddef'")
14376       ("will be the replacement text of this macro.");
14377     mp_back_error(mp);
14378   }
14379 }
14380
14381 @ A \&{primarydef}, \&{secondarydef}, or \&{tertiarydef} is rather easily
14382 handled now that we have |scan_toks|.  In this case there are
14383 two parameters, which will be \.{EXPR0} and \.{EXPR1} (i.e.,
14384 |expr_base| and |expr_base+1|).
14385
14386 @c void mp_make_op_def (MP mp) {
14387   command_code m; /* the type of definition */
14388   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
14389   m=mp->cur_mod;
14390   mp_get_symbol(mp); q=mp_get_node(mp, token_node_size);
14391   info(q)=mp->cur_sym; value(q)=expr_base;
14392   mp_get_clear_symbol(mp); mp->warning_info=mp->cur_sym;
14393   mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14394   info(p)=mp->cur_sym; value(p)=expr_base+1; link(p)=q;
14395   get_t_next; mp_check_equals(mp);
14396   mp->scanner_status=op_defining; q=mp_get_avail(mp); ref_count(q)=null;
14397   r=mp_get_avail(mp); link(q)=r; info(r)=general_macro;
14398   link(r)=mp_scan_toks(mp, macro_def,p,null,0);
14399   mp->scanner_status=normal; eq_type(mp->warning_info)=m;
14400   equiv(mp->warning_info)=q; mp_get_x_next(mp);
14401 }
14402
14403 @ Parameters to macros are introduced by the keywords \&{expr},
14404 \&{suffix}, \&{text}, \&{primary}, \&{secondary}, and \&{tertiary}.
14405
14406 @<Put each...@>=
14407 mp_primitive(mp, "expr",param_type,expr_base);
14408 @:expr_}{\&{expr} primitive@>
14409 mp_primitive(mp, "suffix",param_type,suffix_base);
14410 @:suffix_}{\&{suffix} primitive@>
14411 mp_primitive(mp, "text",param_type,text_base);
14412 @:text_}{\&{text} primitive@>
14413 mp_primitive(mp, "primary",param_type,primary_macro);
14414 @:primary_}{\&{primary} primitive@>
14415 mp_primitive(mp, "secondary",param_type,secondary_macro);
14416 @:secondary_}{\&{secondary} primitive@>
14417 mp_primitive(mp, "tertiary",param_type,tertiary_macro);
14418 @:tertiary_}{\&{tertiary} primitive@>
14419
14420 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14421 case param_type:
14422   if ( m>=expr_base ) {
14423     if ( m==expr_base ) mp_print(mp, "expr");
14424     else if ( m==suffix_base ) mp_print(mp, "suffix");
14425     else mp_print(mp, "text");
14426   } else if ( m<secondary_macro ) {
14427     mp_print(mp, "primary");
14428   } else if ( m==secondary_macro ) {
14429     mp_print(mp, "secondary");
14430   } else {
14431     mp_print(mp, "tertiary");
14432   }
14433   break;
14434
14435 @ Let's turn next to the more complex processing associated with \&{def}
14436 and \&{vardef}. When the following procedure is called, |cur_mod|
14437 should be either |start_def| or |var_def|.
14438
14439 @c @<Declare the procedure called |check_delimiter|@>;
14440 @<Declare the function called |scan_declared_variable|@>;
14441 void mp_scan_def (MP mp) {
14442   int m; /* the type of definition */
14443   int n; /* the number of special suffix parameters */
14444   int k; /* the total number of parameters */
14445   int c; /* the kind of macro we're defining */
14446   pointer r; /* parameter-substitution list */
14447   pointer q; /* tail of the macro token list */
14448   pointer p; /* temporary storage */
14449   halfword base; /* |expr_base|, |suffix_base|, or |text_base| */
14450   pointer l_delim,r_delim; /* matching delimiters */
14451   m=mp->cur_mod; c=general_macro; link(hold_head)=null;
14452   q=mp_get_avail(mp); ref_count(q)=null; r=null;
14453   @<Scan the token or variable to be defined;
14454     set |n|, |scanner_status|, and |warning_info|@>;
14455   k=n;
14456   if ( mp->cur_cmd==left_delimiter ) {
14457     @<Absorb delimited parameters, putting them into lists |q| and |r|@>;
14458   }
14459   if ( mp->cur_cmd==param_type ) {
14460     @<Absorb undelimited parameters, putting them into list |r|@>;
14461   }
14462   mp_check_equals(mp);
14463   p=mp_get_avail(mp); info(p)=c; link(q)=p;
14464   @<Attach the replacement text to the tail of node |p|@>;
14465   mp->scanner_status=normal; mp_get_x_next(mp);
14466 }
14467
14468 @ We don't put `|frozen_end_group|' into the replacement text of
14469 a \&{vardef}, because the user may want to redefine `\.{endgroup}'.
14470
14471 @<Attach the replacement text to the tail of node |p|@>=
14472 if ( m==start_def ) {
14473   link(p)=mp_scan_toks(mp, macro_def,r,null,n);
14474 } else { 
14475   q=mp_get_avail(mp); info(q)=mp->bg_loc; link(p)=q;
14476   p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->eg_loc;
14477   link(q)=mp_scan_toks(mp, macro_def,r,p,n);
14478 }
14479 if ( mp->warning_info==bad_vardef ) 
14480   mp_flush_token_list(mp, value(bad_vardef))
14481
14482 @ @<Glob...@>=
14483 int bg_loc;
14484 int eg_loc; /* hash addresses of `\.{begingroup}' and `\.{endgroup}' */
14485
14486 @ @<Scan the token or variable to be defined;...@>=
14487 if ( m==start_def ) {
14488   mp_get_clear_symbol(mp); mp->warning_info=mp->cur_sym; get_t_next;
14489   mp->scanner_status=op_defining; n=0;
14490   eq_type(mp->warning_info)=defined_macro; equiv(mp->warning_info)=q;
14491 } else { 
14492   p=mp_scan_declared_variable(mp);
14493   mp_flush_variable(mp, equiv(info(p)),link(p),true);
14494   mp->warning_info=mp_find_variable(mp, p); mp_flush_list(mp, p);
14495   if ( mp->warning_info==null ) @<Change to `\.{a bad variable}'@>;
14496   mp->scanner_status=var_defining; n=2;
14497   if ( mp->cur_cmd==macro_special ) if ( mp->cur_mod==macro_suffix ) {/* \.{\AT!\#} */
14498     n=3; get_t_next;
14499   }
14500   type(mp->warning_info)=mp_unsuffixed_macro-2+n; value(mp->warning_info)=q;
14501 } /* |mp_suffixed_macro=mp_unsuffixed_macro+1| */
14502
14503 @ @<Change to `\.{a bad variable}'@>=
14504
14505   print_err("This variable already starts with a macro");
14506 @.This variable already...@>
14507   help2("After `vardef a' you can\'t say `vardef a.b'.")
14508     ("So I'll have to discard this definition.");
14509   mp_error(mp); mp->warning_info=bad_vardef;
14510 }
14511
14512 @ @<Initialize table entries...@>=
14513 name_type(bad_vardef)=mp_root; link(bad_vardef)=frozen_bad_vardef;
14514 equiv(frozen_bad_vardef)=bad_vardef; eq_type(frozen_bad_vardef)=tag_token;
14515
14516 @ @<Absorb delimited parameters, putting them into lists |q| and |r|@>=
14517 do {  
14518   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; get_t_next;
14519   if ( (mp->cur_cmd==param_type)&&(mp->cur_mod>=expr_base) ) {
14520    base=mp->cur_mod;
14521   } else { 
14522     print_err("Missing parameter type; `expr' will be assumed");
14523 @.Missing parameter type@>
14524     help1("You should've had `expr' or `suffix' or `text' here.");
14525     mp_back_error(mp); base=expr_base;
14526   }
14527   @<Absorb parameter tokens for type |base|@>;
14528   mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
14529   get_t_next;
14530 } while (mp->cur_cmd==left_delimiter)
14531
14532 @ @<Absorb parameter tokens for type |base|@>=
14533 do { 
14534   link(q)=mp_get_avail(mp); q=link(q); info(q)=base+k;
14535   mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size); 
14536   value(p)=base+k; info(p)=mp->cur_sym;
14537   if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14538 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
14539   incr(k); link(p)=r; r=p; get_t_next;
14540 } while (mp->cur_cmd==comma)
14541
14542 @ @<Absorb undelimited parameters, putting them into list |r|@>=
14543
14544   p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14545   if ( mp->cur_mod<expr_base ) {
14546     c=mp->cur_mod; value(p)=expr_base+k;
14547   } else { 
14548     value(p)=mp->cur_mod+k;
14549     if ( mp->cur_mod==expr_base ) c=expr_macro;
14550     else if ( mp->cur_mod==suffix_base ) c=suffix_macro;
14551     else c=text_macro;
14552   }
14553   if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14554   incr(k); mp_get_symbol(mp); info(p)=mp->cur_sym; link(p)=r; r=p; get_t_next;
14555   if ( c==expr_macro ) if ( mp->cur_cmd==of_token ) {
14556     c=of_macro; p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14557     if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14558     value(p)=expr_base+k; mp_get_symbol(mp); info(p)=mp->cur_sym;
14559     link(p)=r; r=p; get_t_next;
14560   }
14561 }
14562
14563 @* \[32] Expanding the next token.
14564 Only a few command codes |<min_command| can possibly be returned by
14565 |get_t_next|; in increasing order, they are
14566 |if_test|, |fi_or_else|, |input|, |iteration|, |repeat_loop|,
14567 |exit_test|, |relax|, |scan_tokens|, |expand_after|, and |defined_macro|.
14568
14569 \MP\ usually gets the next token of input by saying |get_x_next|. This is
14570 like |get_t_next| except that it keeps getting more tokens until
14571 finding |cur_cmd>=min_command|. In other words, |get_x_next| expands
14572 macros and removes conditionals or iterations or input instructions that
14573 might be present.
14574
14575 It follows that |get_x_next| might invoke itself recursively. In fact,
14576 there is massive recursion, since macro expansion can involve the
14577 scanning of arbitrarily complex expressions, which in turn involve
14578 macro expansion and conditionals, etc.
14579 @^recursion@>
14580
14581 Therefore it's necessary to declare a whole bunch of |forward|
14582 procedures at this point, and to insert some other procedures
14583 that will be invoked by |get_x_next|.
14584
14585 @<Declarations@>= 
14586 void mp_scan_primary (MP mp);
14587 void mp_scan_secondary (MP mp);
14588 void mp_scan_tertiary (MP mp);
14589 void mp_scan_expression (MP mp);
14590 void mp_scan_suffix (MP mp);
14591 @<Declare the procedure called |macro_call|@>;
14592 void mp_get_boolean (MP mp);
14593 void mp_pass_text (MP mp);
14594 void mp_conditional (MP mp);
14595 void mp_start_input (MP mp);
14596 void mp_begin_iteration (MP mp);
14597 void mp_resume_iteration (MP mp);
14598 void mp_stop_iteration (MP mp);
14599
14600 @ An auxiliary subroutine called |expand| is used by |get_x_next|
14601 when it has to do exotic expansion commands.
14602
14603 @c void mp_expand (MP mp) {
14604   pointer p; /* for list manipulation */
14605   size_t k; /* something that we hope is |<=buf_size| */
14606   pool_pointer j; /* index into |str_pool| */
14607   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) 
14608     if ( mp->cur_cmd!=defined_macro )
14609       show_cur_cmd_mod;
14610   switch (mp->cur_cmd)  {
14611   case if_test:
14612     mp_conditional(mp); /* this procedure is discussed in Part 36 below */
14613     break;
14614   case fi_or_else:
14615     @<Terminate the current conditional and skip to \&{fi}@>;
14616     break;
14617   case input:
14618     @<Initiate or terminate input from a file@>;
14619     break;
14620   case iteration:
14621     if ( mp->cur_mod==end_for ) {
14622       @<Scold the user for having an extra \&{endfor}@>;
14623     } else {
14624       mp_begin_iteration(mp); /* this procedure is discussed in Part 37 below */
14625     }
14626     break;
14627   case repeat_loop: 
14628     @<Repeat a loop@>;
14629     break;
14630   case exit_test: 
14631     @<Exit a loop if the proper time has come@>;
14632     break;
14633   case relax: 
14634     break;
14635   case expand_after: 
14636     @<Expand the token after the next token@>;
14637     break;
14638   case scan_tokens: 
14639     @<Put a string into the input buffer@>;
14640     break;
14641   case defined_macro:
14642    mp_macro_call(mp, mp->cur_mod,null,mp->cur_sym);
14643    break;
14644   }; /* there are no other cases */
14645 };
14646
14647 @ @<Scold the user...@>=
14648
14649   print_err("Extra `endfor'");
14650 @.Extra `endfor'@>
14651   help2("I'm not currently working on a for loop,")
14652     ("so I had better not try to end anything.");
14653   mp_error(mp);
14654 }
14655
14656 @ The processing of \&{input} involves the |start_input| subroutine,
14657 which will be declared later; the processing of \&{endinput} is trivial.
14658
14659 @<Put each...@>=
14660 mp_primitive(mp, "input",input,0);
14661 @:input_}{\&{input} primitive@>
14662 mp_primitive(mp, "endinput",input,1);
14663 @:end_input_}{\&{endinput} primitive@>
14664
14665 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
14666 case input: 
14667   if ( m==0 ) mp_print(mp, "input");
14668   else mp_print(mp, "endinput");
14669   break;
14670
14671 @ @<Initiate or terminate input...@>=
14672 if ( mp->cur_mod>0 ) mp->force_eof=true;
14673 else mp_start_input(mp)
14674
14675 @ We'll discuss the complicated parts of loop operations later. For now
14676 it suffices to know that there's a global variable called |loop_ptr|
14677 that will be |null| if no loop is in progress.
14678
14679 @<Repeat a loop@>=
14680 { while ( token_state &&(loc==null) ) 
14681     mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
14682   if ( mp->loop_ptr==null ) {
14683     print_err("Lost loop");
14684 @.Lost loop@>
14685     help2("I'm confused; after exiting from a loop, I still seem")
14686       ("to want to repeat it. I'll try to forget the problem.");
14687     mp_error(mp);
14688   } else {
14689     mp_resume_iteration(mp); /* this procedure is in Part 37 below */
14690   }
14691 }
14692
14693 @ @<Exit a loop if the proper time has come@>=
14694 { mp_get_boolean(mp);
14695   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) 
14696     mp_show_cmd_mod(mp, nullary,mp->cur_exp);
14697   if ( mp->cur_exp==true_code ) {
14698     if ( mp->loop_ptr==null ) {
14699       print_err("No loop is in progress");
14700 @.No loop is in progress@>
14701       help1("Why say `exitif' when there's nothing to exit from?");
14702       if ( mp->cur_cmd==semicolon ) mp_error(mp); else mp_back_error(mp);
14703     } else {
14704      @<Exit prematurely from an iteration@>;
14705     }
14706   } else if ( mp->cur_cmd!=semicolon ) {
14707     mp_missing_err(mp, ";");
14708 @.Missing `;'@>
14709     help2("After `exitif <boolean exp>' I expect to see a semicolon.")
14710     ("I shall pretend that one was there."); mp_back_error(mp);
14711   }
14712 }
14713
14714 @ Here we use the fact that |forever_text| is the only |token_type| that
14715 is less than |loop_text|.
14716
14717 @<Exit prematurely...@>=
14718 { p=null;
14719   do {  
14720     if ( file_state ) {
14721       mp_end_file_reading(mp);
14722     } else { 
14723       if ( token_type<=loop_text ) p=start;
14724       mp_end_token_list(mp);
14725     }
14726   } while (p==null);
14727   if ( p!=info(mp->loop_ptr) ) mp_fatal_error(mp, "*** (loop confusion)");
14728 @.loop confusion@>
14729   mp_stop_iteration(mp); /* this procedure is in Part 34 below */
14730 }
14731
14732 @ @<Expand the token after the next token@>=
14733 { get_t_next;
14734   p=mp_cur_tok(mp); get_t_next;
14735   if ( mp->cur_cmd<min_command ) mp_expand(mp); 
14736   else mp_back_input(mp);
14737   back_list(p);
14738 }
14739
14740 @ @<Put a string into the input buffer@>=
14741 { mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
14742   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
14743     mp_disp_err(mp, null,"Not a string");
14744 @.Not a string@>
14745     help2("I'm going to flush this expression, since")
14746        ("scantokens should be followed by a known string.");
14747     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
14748   } else { 
14749     mp_back_input(mp);
14750     if ( length(mp->cur_exp)>0 )
14751        @<Pretend we're reading a new one-line file@>;
14752   }
14753 }
14754
14755 @ @<Pretend we're reading a new one-line file@>=
14756 { mp_begin_file_reading(mp); name=is_scantok;
14757   k=mp->first+length(mp->cur_exp);
14758   if ( k>=mp->max_buf_stack ) {
14759     while ( k>=mp->buf_size ) {
14760       mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
14761     }
14762     mp->max_buf_stack=k+1;
14763   }
14764   j=mp->str_start[mp->cur_exp]; limit=k;
14765   while ( mp->first<(size_t)limit ) {
14766     mp->buffer[mp->first]=mp->str_pool[j]; incr(j); incr(mp->first);
14767   }
14768   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start; 
14769   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
14770 }
14771
14772 @ Here finally is |get_x_next|.
14773
14774 The expression scanning routines to be considered later
14775 communicate via the global quantities |cur_type| and |cur_exp|;
14776 we must be very careful to save and restore these quantities while
14777 macros are being expanded.
14778 @^inner loop@>
14779
14780 @<Declarations@>=
14781 void mp_get_x_next (MP mp);
14782
14783 @ @c void mp_get_x_next (MP mp) {
14784   pointer save_exp; /* a capsule to save |cur_type| and |cur_exp| */
14785   get_t_next;
14786   if ( mp->cur_cmd<min_command ) {
14787     save_exp=mp_stash_cur_exp(mp);
14788     do {  
14789       if ( mp->cur_cmd==defined_macro ) 
14790         mp_macro_call(mp, mp->cur_mod,null,mp->cur_sym);
14791       else 
14792         mp_expand(mp);
14793       get_t_next;
14794      } while (mp->cur_cmd<min_command);
14795      mp_unstash_cur_exp(mp, save_exp); /* that restores |cur_type| and |cur_exp| */
14796   }
14797 }
14798
14799 @ Now let's consider the |macro_call| procedure, which is used to start up
14800 all user-defined macros. Since the arguments to a macro might be expressions,
14801 |macro_call| is recursive.
14802 @^recursion@>
14803
14804 The first parameter to |macro_call| points to the reference count of the
14805 token list that defines the macro. The second parameter contains any
14806 arguments that have already been parsed (see below).  The third parameter
14807 points to the symbolic token that names the macro. If the third parameter
14808 is |null|, the macro was defined by \&{vardef}, so its name can be
14809 reconstructed from the prefix and ``at'' arguments found within the
14810 second parameter.
14811
14812 What is this second parameter? It's simply a linked list of one-word items,
14813 whose |info| fields point to the arguments. In other words, if |arg_list=null|,
14814 no arguments have been scanned yet; otherwise |info(arg_list)| points to
14815 the first scanned argument, and |link(arg_list)| points to the list of
14816 further arguments (if any).
14817
14818 Arguments of type \&{expr} are so-called capsules, which we will
14819 discuss later when we concentrate on expressions; they can be
14820 recognized easily because their |link| field is |void|. Arguments of type
14821 \&{suffix} and \&{text} are token lists without reference counts.
14822
14823 @ After argument scanning is complete, the arguments are moved to the
14824 |param_stack|. (They can't be put on that stack any sooner, because
14825 the stack is growing and shrinking in unpredictable ways as more arguments
14826 are being acquired.)  Then the macro body is fed to the scanner; i.e.,
14827 the replacement text of the macro is placed at the top of the \MP's
14828 input stack, so that |get_t_next| will proceed to read it next.
14829
14830 @<Declare the procedure called |macro_call|@>=
14831 @<Declare the procedure called |print_macro_name|@>;
14832 @<Declare the procedure called |print_arg|@>;
14833 @<Declare the procedure called |scan_text_arg|@>;
14834 void mp_macro_call (MP mp,pointer def_ref, pointer arg_list, 
14835                     pointer macro_name) ;
14836
14837 @ @c
14838 void mp_macro_call (MP mp,pointer def_ref, pointer arg_list, 
14839                     pointer macro_name) {
14840   /* invokes a user-defined control sequence */
14841   pointer r; /* current node in the macro's token list */
14842   pointer p,q; /* for list manipulation */
14843   integer n; /* the number of arguments */
14844   pointer tail = 0; /* tail of the argument list */
14845   pointer l_delim=0,r_delim=0; /* a delimiter pair */
14846   r=link(def_ref); add_mac_ref(def_ref);
14847   if ( arg_list==null ) {
14848     n=0;
14849   } else {
14850    @<Determine the number |n| of arguments already supplied,
14851     and set |tail| to the tail of |arg_list|@>;
14852   }
14853   if ( mp->internal[mp_tracing_macros]>0 ) {
14854     @<Show the text of the macro being expanded, and the existing arguments@>;
14855   }
14856   @<Scan the remaining arguments, if any; set |r| to the first token
14857     of the replacement text@>;
14858   @<Feed the arguments and replacement text to the scanner@>;
14859 }
14860
14861 @ @<Show the text of the macro...@>=
14862 mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_ln(mp); 
14863 mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14864 if ( n==3 ) mp_print(mp, "@@#"); /* indicate a suffixed macro */
14865 mp_show_macro(mp, def_ref,null,100000);
14866 if ( arg_list!=null ) {
14867   n=0; p=arg_list;
14868   do {  
14869     q=info(p);
14870     mp_print_arg(mp, q,n,0);
14871     incr(n); p=link(p);
14872   } while (p!=null);
14873 }
14874 mp_end_diagnostic(mp, false)
14875
14876
14877 @ @<Declare the procedure called |print_macro_name|@>=
14878 void mp_print_macro_name (MP mp,pointer a, pointer n);
14879
14880 @ @c
14881 void mp_print_macro_name (MP mp,pointer a, pointer n) {
14882   pointer p,q; /* they traverse the first part of |a| */
14883   if ( n!=null ) {
14884     mp_print_text(n);
14885   } else  { 
14886     p=info(a);
14887     if ( p==null ) {
14888       mp_print_text(info(info(link(a))));
14889     } else { 
14890       q=p;
14891       while ( link(q)!=null ) q=link(q);
14892       link(q)=info(link(a));
14893       mp_show_token_list(mp, p,null,1000,0);
14894       link(q)=null;
14895     }
14896   }
14897 }
14898
14899 @ @<Declare the procedure called |print_arg|@>=
14900 void mp_print_arg (MP mp,pointer q, integer n, pointer b) ;
14901
14902 @ @c
14903 void mp_print_arg (MP mp,pointer q, integer n, pointer b) {
14904   if ( link(q)==mp_void ) mp_print_nl(mp, "(EXPR");
14905   else if ( (b<text_base)&&(b!=text_macro) ) mp_print_nl(mp, "(SUFFIX");
14906   else mp_print_nl(mp, "(TEXT");
14907   mp_print_int(mp, n); mp_print(mp, ")<-");
14908   if ( link(q)==mp_void ) mp_print_exp(mp, q,1);
14909   else mp_show_token_list(mp, q,null,1000,0);
14910 }
14911
14912 @ @<Determine the number |n| of arguments already supplied...@>=
14913 {  
14914   n=1; tail=arg_list;
14915   while ( link(tail)!=null ) { 
14916     incr(n); tail=link(tail);
14917   }
14918 }
14919
14920 @ @<Scan the remaining arguments, if any; set |r|...@>=
14921 mp->cur_cmd=comma+1; /* anything |<>comma| will do */
14922 while ( info(r)>=expr_base ) { 
14923   @<Scan the delimited argument represented by |info(r)|@>;
14924   r=link(r);
14925 };
14926 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
14927   print_err("Too many arguments to ");
14928 @.Too many arguments...@>
14929   mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name); mp_print_char(mp, ';');
14930   mp_print_nl(mp, "  Missing `"); mp_print_text(r_delim);
14931 @.Missing `)'...@>
14932   mp_print(mp, "' has been inserted");
14933   help3("I'm going to assume that the comma I just read was a")
14934    ("right delimiter, and then I'll begin expanding the macro.")
14935    ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14936   mp_error(mp);
14937 }
14938 if ( info(r)!=general_macro ) {
14939   @<Scan undelimited argument(s)@>;
14940 }
14941 r=link(r)
14942
14943 @ At this point, the reader will find it advisable to review the explanation
14944 of token list format that was presented earlier, paying special attention to
14945 the conventions that apply only at the beginning of a macro's token list.
14946
14947 On the other hand, the reader will have to take the expression-parsing
14948 aspects of the following program on faith; we will explain |cur_type|
14949 and |cur_exp| later. (Several things in this program depend on each other,
14950 and it's necessary to jump into the circle somewhere.)
14951
14952 @<Scan the delimited argument represented by |info(r)|@>=
14953 if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
14954   mp_get_x_next(mp);
14955   if ( mp->cur_cmd!=left_delimiter ) {
14956     print_err("Missing argument to ");
14957 @.Missing argument...@>
14958     mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14959     help3("That macro has more parameters than you thought.")
14960      ("I'll continue by pretending that each missing argument")
14961      ("is either zero or null.");
14962     if ( info(r)>=suffix_base ) {
14963       mp->cur_exp=null; mp->cur_type=mp_token_list;
14964     } else { 
14965       mp->cur_exp=0; mp->cur_type=mp_known;
14966     }
14967     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=right_delimiter; 
14968     goto FOUND;
14969   }
14970   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod;
14971 }
14972 @<Scan the argument represented by |info(r)|@>;
14973 if ( mp->cur_cmd!=comma ) 
14974   @<Check that the proper right delimiter was present@>;
14975 FOUND:  
14976 @<Append the current expression to |arg_list|@>
14977
14978 @ @<Check that the proper right delim...@>=
14979 if ( (mp->cur_cmd!=right_delimiter)||(mp->cur_mod!=l_delim) ) {
14980   if ( info(link(r))>=expr_base ) {
14981     mp_missing_err(mp, ",");
14982 @.Missing `,'@>
14983     help3("I've finished reading a macro argument and am about to")
14984       ("read another; the arguments weren't delimited correctly.")
14985        ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14986     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=comma;
14987   } else { 
14988     mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
14989 @.Missing `)'@>
14990     help2("I've gotten to the end of the macro parameter list.")
14991        ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14992     mp_back_error(mp);
14993   }
14994 }
14995
14996 @ A \&{suffix} or \&{text} parameter will be have been scanned as
14997 a token list pointed to by |cur_exp|, in which case we will have
14998 |cur_type=token_list|.
14999
15000 @<Append the current expression to |arg_list|@>=
15001
15002   p=mp_get_avail(mp);
15003   if ( mp->cur_type==mp_token_list ) info(p)=mp->cur_exp;
15004   else info(p)=mp_stash_cur_exp(mp);
15005   if ( mp->internal[mp_tracing_macros]>0 ) {
15006     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_arg(mp, info(p),n,info(r)); 
15007     mp_end_diagnostic(mp, false);
15008   }
15009   if ( arg_list==null ) arg_list=p;
15010   else link(tail)=p;
15011   tail=p; incr(n);
15012 }
15013
15014 @ @<Scan the argument represented by |info(r)|@>=
15015 if ( info(r)>=text_base ) {
15016   mp_scan_text_arg(mp, l_delim,r_delim);
15017 } else { 
15018   mp_get_x_next(mp);
15019   if ( info(r)>=suffix_base ) mp_scan_suffix(mp);
15020   else mp_scan_expression(mp);
15021 }
15022
15023 @ The parameters to |scan_text_arg| are either a pair of delimiters
15024 or zero; the latter case is for undelimited text arguments, which
15025 end with the first semicolon or \&{endgroup} or \&{end} that is not
15026 contained in a group.
15027
15028 @<Declare the procedure called |scan_text_arg|@>=
15029 void mp_scan_text_arg (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) ;
15030
15031 @ @c
15032 void mp_scan_text_arg (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) {
15033   integer balance; /* excess of |l_delim| over |r_delim| */
15034   pointer p; /* list tail */
15035   mp->warning_info=l_delim; mp->scanner_status=absorbing;
15036   p=hold_head; balance=1; link(hold_head)=null;
15037   while (1)  { 
15038     get_t_next;
15039     if ( l_delim==0 ) {
15040       @<Adjust the balance for an undelimited argument; |break| if done@>;
15041     } else {
15042           @<Adjust the balance for a delimited argument; |break| if done@>;
15043     }
15044     link(p)=mp_cur_tok(mp); p=link(p);
15045   }
15046   mp->cur_exp=link(hold_head); mp->cur_type=mp_token_list;
15047   mp->scanner_status=normal;
15048 };
15049
15050 @ @<Adjust the balance for a delimited argument...@>=
15051 if ( mp->cur_cmd==right_delimiter ) { 
15052   if ( mp->cur_mod==l_delim ) { 
15053     decr(balance);
15054     if ( balance==0 ) break;
15055   }
15056 } else if ( mp->cur_cmd==left_delimiter ) {
15057   if ( mp->cur_mod==r_delim ) incr(balance);
15058 }
15059
15060 @ @<Adjust the balance for an undelimited...@>=
15061 if ( end_of_statement ) { /* |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop| */
15062   if ( balance==1 ) { break; }
15063   else  { if ( mp->cur_cmd==end_group ) decr(balance); }
15064 } else if ( mp->cur_cmd==begin_group ) { 
15065   incr(balance); 
15066 }
15067
15068 @ @<Scan undelimited argument(s)@>=
15069
15070   if ( info(r)<text_macro ) {
15071     mp_get_x_next(mp);
15072     if ( info(r)!=suffix_macro ) {
15073       if ( (mp->cur_cmd==equals)||(mp->cur_cmd==assignment) ) mp_get_x_next(mp);
15074     }
15075   }
15076   switch (info(r)) {
15077   case primary_macro:mp_scan_primary(mp); break;
15078   case secondary_macro:mp_scan_secondary(mp); break;
15079   case tertiary_macro:mp_scan_tertiary(mp); break;
15080   case expr_macro:mp_scan_expression(mp); break;
15081   case of_macro:
15082     @<Scan an expression followed by `\&{of} $\langle$primary$\rangle$'@>;
15083     break;
15084   case suffix_macro:
15085     @<Scan a suffix with optional delimiters@>;
15086     break;
15087   case text_macro:mp_scan_text_arg(mp, 0,0); break;
15088   } /* there are no other cases */
15089   mp_back_input(mp); 
15090   @<Append the current expression to |arg_list|@>;
15091 }
15092
15093 @ @<Scan an expression followed by `\&{of} $\langle$primary$\rangle$'@>=
15094
15095   mp_scan_expression(mp); p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp_stash_cur_exp(mp);
15096   if ( mp->internal[mp_tracing_macros]>0 ) { 
15097     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_arg(mp, info(p),n,0); 
15098     mp_end_diagnostic(mp, false);
15099   }
15100   if ( arg_list==null ) arg_list=p; else link(tail)=p;
15101   tail=p;incr(n);
15102   if ( mp->cur_cmd!=of_token ) {
15103     mp_missing_err(mp, "of"); mp_print(mp, " for ");
15104 @.Missing `of'@>
15105     mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
15106     help1("I've got the first argument; will look now for the other.");
15107     mp_back_error(mp);
15108   }
15109   mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
15110 }
15111
15112 @ @<Scan a suffix with optional delimiters@>=
15113
15114   if ( mp->cur_cmd!=left_delimiter ) {
15115     l_delim=null;
15116   } else { 
15117     l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp);
15118   };
15119   mp_scan_suffix(mp);
15120   if ( l_delim!=null ) {
15121     if ((mp->cur_cmd!=right_delimiter)||(mp->cur_mod!=l_delim) ) {
15122       mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
15123 @.Missing `)'@>
15124       help2("I've gotten to the end of the macro parameter list.")
15125          ("You might want to delete some tokens before continuing.");
15126       mp_back_error(mp);
15127     }
15128     mp_get_x_next(mp);
15129   }
15130 }
15131
15132 @ Before we put a new token list on the input stack, it is wise to clean off
15133 all token lists that have recently been depleted. Then a user macro that ends
15134 with a call to itself will not require unbounded stack space.
15135
15136 @<Feed the arguments and replacement text to the scanner@>=
15137 while ( token_state &&(loc==null) ) mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
15138 if ( mp->param_ptr+n>mp->max_param_stack ) {
15139   mp->max_param_stack=mp->param_ptr+n;
15140   if ( mp->max_param_stack>mp->param_size )
15141     mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
15142 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
15143 }
15144 mp_begin_token_list(mp, def_ref,macro); name=macro_name; loc=r;
15145 if ( n>0 ) {
15146   p=arg_list;
15147   do {  
15148    mp->param_stack[mp->param_ptr]=info(p); incr(mp->param_ptr); p=link(p);
15149   } while (p!=null);
15150   mp_flush_list(mp, arg_list);
15151 }
15152
15153 @ It's sometimes necessary to put a single argument onto |param_stack|.
15154 The |stack_argument| subroutine does this.
15155
15156 @c void mp_stack_argument (MP mp,pointer p) { 
15157   if ( mp->param_ptr==mp->max_param_stack ) {
15158     incr(mp->max_param_stack);
15159     if ( mp->max_param_stack>mp->param_size )
15160       mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
15161 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
15162   }
15163   mp->param_stack[mp->param_ptr]=p; incr(mp->param_ptr);
15164 }
15165
15166 @* \[33] Conditional processing.
15167 Let's consider now the way \&{if} commands are handled.
15168
15169 Conditions can be inside conditions, and this nesting has a stack
15170 that is independent of other stacks.
15171 Four global variables represent the top of the condition stack:
15172 |cond_ptr| points to pushed-down entries, if~any; |cur_if| tells whether
15173 we are processing \&{if} or \&{elseif}; |if_limit| specifies
15174 the largest code of a |fi_or_else| command that is syntactically legal;
15175 and |if_line| is the line number at which the current conditional began.
15176
15177 If no conditions are currently in progress, the condition stack has the
15178 special state |cond_ptr=null|, |if_limit=normal|, |cur_if=0|, |if_line=0|.
15179 Otherwise |cond_ptr| points to a two-word node; the |type|, |name_type|, and
15180 |link| fields of the first word contain |if_limit|, |cur_if|, and
15181 |cond_ptr| at the next level, and the second word contains the
15182 corresponding |if_line|.
15183
15184 @d if_node_size 2 /* number of words in stack entry for conditionals */
15185 @d if_line_field(A) mp->mem[(A)+1].cint
15186 @d if_code 1 /* code for \&{if} being evaluated */
15187 @d fi_code 2 /* code for \&{fi} */
15188 @d else_code 3 /* code for \&{else} */
15189 @d else_if_code 4 /* code for \&{elseif} */
15190
15191 @<Glob...@>=
15192 pointer cond_ptr; /* top of the condition stack */
15193 integer if_limit; /* upper bound on |fi_or_else| codes */
15194 small_number cur_if; /* type of conditional being worked on */
15195 integer if_line; /* line where that conditional began */
15196
15197 @ @<Set init...@>=
15198 mp->cond_ptr=null; mp->if_limit=normal; mp->cur_if=0; mp->if_line=0;
15199
15200 @ @<Put each...@>=
15201 mp_primitive(mp, "if",if_test,if_code);
15202 @:if_}{\&{if} primitive@>
15203 mp_primitive(mp, "fi",fi_or_else,fi_code); mp->eqtb[frozen_fi]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
15204 @:fi_}{\&{fi} primitive@>
15205 mp_primitive(mp, "else",fi_or_else,else_code);
15206 @:else_}{\&{else} primitive@>
15207 mp_primitive(mp, "elseif",fi_or_else,else_if_code);
15208 @:else_if_}{\&{elseif} primitive@>
15209
15210 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
15211 case if_test:
15212 case fi_or_else: 
15213   switch (m) {
15214   case if_code:mp_print(mp, "if"); break;
15215   case fi_code:mp_print(mp, "fi");  break;
15216   case else_code:mp_print(mp, "else"); break;
15217   default: mp_print(mp, "elseif"); break;
15218   }
15219   break;
15220
15221 @ Here is a procedure that ignores text until coming to an \&{elseif},
15222 \&{else}, or \&{fi} at level zero of $\&{if}\ldots\&{fi}$
15223 nesting. After it has acted, |cur_mod| will indicate the token that
15224 was found.
15225
15226 \MP's smallest two command codes are |if_test| and |fi_or_else|; this
15227 makes the skipping process a bit simpler.
15228
15229 @c 
15230 void mp_pass_text (MP mp) {
15231   integer l = 0;
15232   mp->scanner_status=skipping;
15233   mp->warning_info=mp_true_line(mp);
15234   while (1)  { 
15235     get_t_next;
15236     if ( mp->cur_cmd<=fi_or_else ) {
15237       if ( mp->cur_cmd<fi_or_else ) {
15238         incr(l);
15239       } else { 
15240         if ( l==0 ) break;
15241         if ( mp->cur_mod==fi_code ) decr(l);
15242       }
15243     } else {
15244       @<Decrease the string reference count,
15245        if the current token is a string@>;
15246     }
15247   }
15248   mp->scanner_status=normal;
15249 }
15250
15251 @ @<Decrease the string reference count...@>=
15252 if ( mp->cur_cmd==string_token ) { delete_str_ref(mp->cur_mod); }
15253
15254 @ When we begin to process a new \&{if}, we set |if_limit:=if_code|; then
15255 if \&{elseif} or \&{else} or \&{fi} occurs before the current \&{if}
15256 condition has been evaluated, a colon will be inserted.
15257 A construction like `\.{if fi}' would otherwise get \MP\ confused.
15258
15259 @<Push the condition stack@>=
15260 { p=mp_get_node(mp, if_node_size); link(p)=mp->cond_ptr; type(p)=mp->if_limit;
15261   name_type(p)=mp->cur_if; if_line_field(p)=mp->if_line;
15262   mp->cond_ptr=p; mp->if_limit=if_code; mp->if_line=mp_true_line(mp); 
15263   mp->cur_if=if_code;
15264 }
15265
15266 @ @<Pop the condition stack@>=
15267 { p=mp->cond_ptr; mp->if_line=if_line_field(p);
15268   mp->cur_if=name_type(p); mp->if_limit=type(p); mp->cond_ptr=link(p);
15269   mp_free_node(mp, p,if_node_size);
15270 }
15271
15272 @ Here's a procedure that changes the |if_limit| code corresponding to
15273 a given value of |cond_ptr|.
15274
15275 @c void mp_change_if_limit (MP mp,small_number l, pointer p) {
15276   pointer q;
15277   if ( p==mp->cond_ptr ) {
15278     mp->if_limit=l; /* that's the easy case */
15279   } else  { 
15280     q=mp->cond_ptr;
15281     while (1) { 
15282       if ( q==null ) mp_confusion(mp, "if");
15283 @:this can't happen if}{\quad if@>
15284       if ( link(q)==p ) { 
15285         type(q)=l; return;
15286       }
15287       q=link(q);
15288     }
15289   }
15290 }
15291
15292 @ The user is supposed to put colons into the proper parts of conditional
15293 statements. Therefore, \MP\ has to check for their presence.
15294
15295 @c 
15296 void mp_check_colon (MP mp) { 
15297   if ( mp->cur_cmd!=colon ) { 
15298     mp_missing_err(mp, ":");
15299 @.Missing `:'@>
15300     help2("There should've been a colon after the condition.")
15301          ("I shall pretend that one was there.");;
15302     mp_back_error(mp);
15303   }
15304 }
15305
15306 @ A condition is started when the |get_x_next| procedure encounters
15307 an |if_test| command; in that case |get_x_next| calls |conditional|,
15308 which is a recursive procedure.
15309 @^recursion@>
15310
15311 @c void mp_conditional (MP mp) {
15312   pointer save_cond_ptr; /* |cond_ptr| corresponding to this conditional */
15313   int new_if_limit; /* future value of |if_limit| */
15314   pointer p; /* temporary register */
15315   @<Push the condition stack@>; 
15316   save_cond_ptr=mp->cond_ptr;
15317 RESWITCH: 
15318   mp_get_boolean(mp); new_if_limit=else_if_code;
15319   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) {
15320     @<Display the boolean value of |cur_exp|@>;
15321   }
15322 FOUND: 
15323   mp_check_colon(mp);
15324   if ( mp->cur_exp==true_code ) {
15325     mp_change_if_limit(mp, new_if_limit,save_cond_ptr);
15326     return; /* wait for \&{elseif}, \&{else}, or \&{fi} */
15327   };
15328   @<Skip to \&{elseif} or \&{else} or \&{fi}, then |goto done|@>;
15329 DONE: 
15330   mp->cur_if=mp->cur_mod; mp->if_line=mp_true_line(mp);
15331   if ( mp->cur_mod==fi_code ) {
15332     @<Pop the condition stack@>
15333   } else if ( mp->cur_mod==else_if_code ) {
15334     goto RESWITCH;
15335   } else  { 
15336     mp->cur_exp=true_code; new_if_limit=fi_code; mp_get_x_next(mp); 
15337     goto FOUND;
15338   }
15339 }
15340
15341 @ In a construction like `\&{if} \&{if} \&{true}: $0=1$: \\{foo}
15342 \&{else}: \\{bar} \&{fi}', the first \&{else}
15343 that we come to after learning that the \&{if} is false is not the
15344 \&{else} we're looking for. Hence the following curious logic is needed.
15345
15346 @<Skip to \&{elseif}...@>=
15347 while (1) { 
15348   mp_pass_text(mp);
15349   if ( mp->cond_ptr==save_cond_ptr ) goto DONE;
15350   else if ( mp->cur_mod==fi_code ) @<Pop the condition stack@>;
15351 }
15352
15353
15354 @ @<Display the boolean value...@>=
15355 { mp_begin_diagnostic(mp);
15356   if ( mp->cur_exp==true_code ) mp_print(mp, "{true}");
15357   else mp_print(mp, "{false}");
15358   mp_end_diagnostic(mp, false);
15359 }
15360
15361 @ The processing of conditionals is complete except for the following
15362 code, which is actually part of |get_x_next|. It comes into play when
15363 \&{elseif}, \&{else}, or \&{fi} is scanned.
15364
15365 @<Terminate the current conditional and skip to \&{fi}@>=
15366 if ( mp->cur_mod>mp->if_limit ) {
15367   if ( mp->if_limit==if_code ) { /* condition not yet evaluated */
15368     mp_missing_err(mp, ":");
15369 @.Missing `:'@>
15370     mp_back_input(mp); mp->cur_sym=frozen_colon; mp_ins_error(mp);
15371   } else  { 
15372     print_err("Extra "); mp_print_cmd_mod(mp, fi_or_else,mp->cur_mod);
15373 @.Extra else@>
15374 @.Extra elseif@>
15375 @.Extra fi@>
15376     help1("I'm ignoring this; it doesn't match any if.");
15377     mp_error(mp);
15378   }
15379 } else  { 
15380   while ( mp->cur_mod!=fi_code ) mp_pass_text(mp); /* skip to \&{fi} */
15381   @<Pop the condition stack@>;
15382 }
15383
15384 @* \[34] Iterations.
15385 To bring our treatment of |get_x_next| to a close, we need to consider what
15386 \MP\ does when it sees \&{for}, \&{forsuffixes}, and \&{forever}.
15387
15388 There's a global variable |loop_ptr| that keeps track of the \&{for} loops
15389 that are currently active. If |loop_ptr=null|, no loops are in progress;
15390 otherwise |info(loop_ptr)| points to the iterative text of the current
15391 (innermost) loop, and |link(loop_ptr)| points to the data for any other
15392 loops that enclose the current one.
15393
15394 A loop-control node also has two other fields, called |loop_type| and
15395 |loop_list|, whose contents depend on the type of loop:
15396
15397 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=null| means that |loop_list(loop_ptr)|
15398 points to a list of one-word nodes whose |info| fields point to the
15399 remaining argument values of a suffix list and expression list.
15400
15401 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=mp_void| means that the current loop is
15402 `\&{forever}'.
15403
15404 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=progression_flag| means that
15405 |p=loop_list(loop_ptr)| points to a ``progression node'' and |value(p)|,
15406 |step_size(p)|, and |final_value(p)| contain the data for an arithmetic
15407 progression.
15408
15409 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=p>mp_void| means that |p| points to an edge
15410 header and |loop_list(loop_ptr)| points into the graphical object list for
15411 that edge header.
15412
15413 \yskip\noindent In the case of a progression node, the first word is not used
15414 because the link field of words in the dynamic memory area cannot be arbitrary.
15415
15416 @d loop_list_loc(A) ((A)+1) /* where the |loop_list| field resides */
15417 @d loop_type(A) info(loop_list_loc((A))) /* the type of \&{for} loop */
15418 @d loop_list(A) link(loop_list_loc((A))) /* the remaining list elements */
15419 @d loop_node_size 2 /* the number of words in a loop control node */
15420 @d progression_node_size 4 /* the number of words in a progression node */
15421 @d step_size(A) mp->mem[(A)+2].sc /* the step size in an arithmetic progression */
15422 @d final_value(A) mp->mem[(A)+3].sc /* the final value in an arithmetic progression */
15423 @d progression_flag (null+2)
15424   /* |loop_type| value when |loop_list| points to a progression node */
15425
15426 @<Glob...@>=
15427 pointer loop_ptr; /* top of the loop-control-node stack */
15428
15429 @ @<Set init...@>=
15430 mp->loop_ptr=null;
15431
15432 @ If the expressions that define an arithmetic progression in
15433 a \&{for} loop don't have known numeric values, the |bad_for|
15434 subroutine screams at the user.
15435
15436 @c void mp_bad_for (MP mp, char * s) {
15437   mp_disp_err(mp, null,"Improper "); /* show the bad expression above the message */
15438 @.Improper...replaced by 0@>
15439   mp_print(mp, s); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
15440   help4("When you say `for x=a step b until c',")
15441     ("the initial value `a' and the step size `b'")
15442     ("and the final value `c' must have known numeric values.")
15443     ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
15444   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
15445 };
15446
15447 @ Here's what \MP\ does when \&{for}, \&{forsuffixes}, or \&{forever}
15448 has just been scanned. (This code requires slight familiarity with
15449 expression-parsing routines that we have not yet discussed; but it seems
15450 to belong in the present part of the program, even though the original author
15451 didn't write it until later. The reader may wish to come back to it.)
15452
15453 @c void mp_begin_iteration (MP mp) {
15454   halfword m; /* |expr_base| (\&{for}) or |suffix_base| (\&{forsuffixes}) */
15455   halfword n; /* hash address of the current symbol */
15456   pointer s; /* the new loop-control node */
15457   pointer p; /* substitution list for |scan_toks| */
15458   pointer q;  /* link manipulation register */
15459   pointer pp; /* a new progression node */
15460   m=mp->cur_mod; n=mp->cur_sym; s=mp_get_node(mp, loop_node_size);
15461   if ( m==start_forever ){ 
15462     loop_type(s)=mp_void; p=null; mp_get_x_next(mp);
15463   } else { 
15464     mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size);
15465     info(p)=mp->cur_sym; value(p)=m;
15466     mp_get_x_next(mp);
15467     if ( mp->cur_cmd==within_token ) {
15468       @<Set up a picture iteration@>;
15469     } else { 
15470       @<Check for the |"="| or |":="| in a loop header@>;
15471       @<Scan the values to be used in the loop@>;
15472     }
15473   }
15474   @<Check for the presence of a colon@>;
15475   @<Scan the loop text and put it on the loop control stack@>;
15476   mp_resume_iteration(mp);
15477 }
15478
15479 @ @<Check for the |"="| or |":="| in a loop header@>=
15480 if ( (mp->cur_cmd!=equals)&&(mp->cur_cmd!=assignment) ) { 
15481   mp_missing_err(mp, "=");
15482 @.Missing `='@>
15483   help3("The next thing in this loop should have been `=' or `:='.")
15484     ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
15485     ("was present, and I'll look for the values next.");
15486   mp_back_error(mp);
15487 }
15488
15489 @ @<Check for the presence of a colon@>=
15490 if ( mp->cur_cmd!=colon ) { 
15491   mp_missing_err(mp, ":");
15492 @.Missing `:'@>
15493   help3("The next thing in this loop should have been a `:'.")
15494     ("So I'll pretend that a colon was present;")
15495     ("everything from here to `endfor' will be iterated.");
15496   mp_back_error(mp);
15497 }
15498
15499 @ We append a special |frozen_repeat_loop| token in place of the
15500 `\&{endfor}' at the end of the loop. This will come through \MP's scanner
15501 at the proper time to cause the loop to be repeated.
15502
15503 (If the user tries some shenanigan like `\&{for} $\ldots$ \&{let} \&{endfor}',
15504 he will be foiled by the |get_symbol| routine, which keeps frozen
15505 tokens unchanged. Furthermore the |frozen_repeat_loop| is an \&{outer}
15506 token, so it won't be lost accidentally.)
15507
15508 @ @<Scan the loop text...@>=
15509 q=mp_get_avail(mp); info(q)=frozen_repeat_loop;
15510 mp->scanner_status=loop_defining; mp->warning_info=n;
15511 info(s)=mp_scan_toks(mp, iteration,p,q,0); mp->scanner_status=normal;
15512 link(s)=mp->loop_ptr; mp->loop_ptr=s
15513
15514 @ @<Initialize table...@>=
15515 eq_type(frozen_repeat_loop)=repeat_loop+outer_tag;
15516 text(frozen_repeat_loop)=intern(" ENDFOR");
15517
15518 @ The loop text is inserted into \MP's scanning apparatus by the
15519 |resume_iteration| routine.
15520
15521 @c void mp_resume_iteration (MP mp) {
15522   pointer p,q; /* link registers */
15523   p=loop_type(mp->loop_ptr);
15524   if ( p==progression_flag ) { 
15525     p=loop_list(mp->loop_ptr); /* now |p| points to a progression node */
15526     mp->cur_exp=value(p);
15527     if ( @<The arithmetic progression has ended@> ) {
15528       mp_stop_iteration(mp);
15529       return;
15530     }
15531     mp->cur_type=mp_known; q=mp_stash_cur_exp(mp); /* make |q| an \&{expr} argument */
15532     value(p)=mp->cur_exp+step_size(p); /* set |value(p)| for the next iteration */
15533   } else if ( p==null ) { 
15534     p=loop_list(mp->loop_ptr);
15535     if ( p==null ) {
15536       mp_stop_iteration(mp);
15537       return;
15538     }
15539     loop_list(mp->loop_ptr)=link(p); q=info(p); free_avail(p);
15540   } else if ( p==mp_void ) { 
15541     mp_begin_token_list(mp, info(mp->loop_ptr),forever_text); return;
15542   } else {
15543     @<Make |q| a capsule containing the next picture component from
15544       |loop_list(loop_ptr)| or |goto not_found|@>;
15545   }
15546   mp_begin_token_list(mp, info(mp->loop_ptr),loop_text);
15547   mp_stack_argument(mp, q);
15548   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) {
15549      @<Trace the start of a loop@>;
15550   }
15551   return;
15552 NOT_FOUND:
15553   mp_stop_iteration(mp);
15554 }
15555
15556 @ @<The arithmetic progression has ended@>=
15557 ((step_size(p)>0)&&(mp->cur_exp>final_value(p)))||
15558  ((step_size(p)<0)&&(mp->cur_exp<final_value(p)))
15559
15560 @ @<Trace the start of a loop@>=
15561
15562   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{loop value=");
15563 @.loop value=n@>
15564   if ( (q!=null)&&(link(q)==mp_void) ) mp_print_exp(mp, q,1);
15565   else mp_show_token_list(mp, q,null,50,0);
15566   mp_print_char(mp, '}'); mp_end_diagnostic(mp, false);
15567 }
15568
15569 @ @<Make |q| a capsule containing the next picture component from...@>=
15570 { q=loop_list(mp->loop_ptr);
15571   if ( q==null ) goto NOT_FOUND;
15572   skip_component(q) goto NOT_FOUND;
15573   mp->cur_exp=mp_copy_objects(mp, loop_list(mp->loop_ptr),q);
15574   mp_init_bbox(mp, mp->cur_exp);
15575   mp->cur_type=mp_picture_type;
15576   loop_list(mp->loop_ptr)=q;
15577   q=mp_stash_cur_exp(mp);
15578 }
15579
15580 @ A level of loop control disappears when |resume_iteration| has decided
15581 not to resume, or when an \&{exitif} construction has removed the loop text
15582 from the input stack.
15583
15584 @c void mp_stop_iteration (MP mp) {
15585   pointer p,q; /* the usual */
15586   p=loop_type(mp->loop_ptr);
15587   if ( p==progression_flag )  {
15588     mp_free_node(mp, loop_list(mp->loop_ptr),progression_node_size);
15589   } else if ( p==null ){ 
15590     q=loop_list(mp->loop_ptr);
15591     while ( q!=null ) {
15592       p=info(q);
15593       if ( p!=null ) {
15594         if ( link(p)==mp_void ) { /* it's an \&{expr} parameter */
15595           mp_recycle_value(mp, p); mp_free_node(mp, p,value_node_size);
15596         } else {
15597           mp_flush_token_list(mp, p); /* it's a \&{suffix} or \&{text} parameter */
15598         }
15599       }
15600       p=q; q=link(q); free_avail(p);
15601     }
15602   } else if ( p>progression_flag ) {
15603     delete_edge_ref(p);
15604   }
15605   p=mp->loop_ptr; mp->loop_ptr=link(p); mp_flush_token_list(mp, info(p));
15606   mp_free_node(mp, p,loop_node_size);
15607 }
15608
15609 @ Now that we know all about loop control, we can finish up
15610 the missing portion of |begin_iteration| and we'll be done.
15611
15612 The following code is performed after the `\.=' has been scanned in
15613 a \&{for} construction (if |m=expr_base|) or a \&{forsuffixes} construction
15614 (if |m=suffix_base|).
15615
15616 @<Scan the values to be used in the loop@>=
15617 loop_type(s)=null; q=loop_list_loc(s); link(q)=null; /* |link(q)=loop_list(s)| */
15618 do {  
15619   mp_get_x_next(mp);
15620   if ( m!=expr_base ) {
15621     mp_scan_suffix(mp);
15622   } else { 
15623     if ( mp->cur_cmd>=colon ) if ( mp->cur_cmd<=comma ) 
15624           goto CONTINUE;
15625     mp_scan_expression(mp);
15626     if ( mp->cur_cmd==step_token ) if ( q==loop_list_loc(s) ) {
15627       @<Prepare for step-until construction and |break|@>;
15628     }
15629     mp->cur_exp=mp_stash_cur_exp(mp);
15630   }
15631   link(q)=mp_get_avail(mp); q=link(q); 
15632   info(q)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
15633 CONTINUE:
15634   ;
15635 } while (mp->cur_cmd==comma)
15636
15637 @ @<Prepare for step-until construction and |break|@>=
15638
15639   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "initial value");
15640   pp=mp_get_node(mp, progression_node_size); value(pp)=mp->cur_exp;
15641   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
15642   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "step size");
15643   step_size(pp)=mp->cur_exp;
15644   if ( mp->cur_cmd!=until_token ) { 
15645     mp_missing_err(mp, "until");
15646 @.Missing `until'@>
15647     help2("I assume you meant to say `until' after `step'.")
15648       ("So I'll look for the final value and colon next.");
15649     mp_back_error(mp);
15650   }
15651   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
15652   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "final value");
15653   final_value(pp)=mp->cur_exp; loop_list(s)=pp;
15654   loop_type(s)=progression_flag; 
15655   break;
15656 }
15657
15658 @ The last case is when we have just seen ``\&{within}'', and we need to
15659 parse a picture expression and prepare to iterate over it.
15660
15661 @<Set up a picture iteration@>=
15662 { mp_get_x_next(mp);
15663   mp_scan_expression(mp);
15664   @<Make sure the current expression is a known picture@>;
15665   loop_type(s)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
15666   q=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
15667   if ( q!= null ) 
15668     if ( is_start_or_stop(q) )
15669       if ( mp_skip_1component(mp, q)==null ) q=link(q);
15670   loop_list(s)=q;
15671 }
15672
15673 @ @<Make sure the current expression is a known picture@>=
15674 if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
15675   mp_disp_err(mp, null,"Improper iteration spec has been replaced by nullpicture");
15676   help1("When you say `for x in p', p must be a known picture.");
15677   mp_put_get_flush_error(mp, mp_get_node(mp, edge_header_size));
15678   mp_init_edges(mp, mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_picture_type;
15679 }
15680
15681 @* \[35] File names.
15682 It's time now to fret about file names.  Besides the fact that different
15683 operating systems treat files in different ways, we must cope with the
15684 fact that completely different naming conventions are used by different
15685 groups of people. The following programs show what is required for one
15686 particular operating system; similar routines for other systems are not
15687 difficult to devise.
15688 @^system dependencies@>
15689
15690 \MP\ assumes that a file name has three parts: the name proper; its
15691 ``extension''; and a ``file area'' where it is found in an external file
15692 system.  The extension of an input file is assumed to be
15693 `\.{.mp}' unless otherwise specified; it is `\.{.log}' on the
15694 transcript file that records each run of \MP; it is `\.{.tfm}' on the font
15695 metric files that describe characters in any fonts created by \MP; it is
15696 `\.{.ps}' or `.{\it nnn}' for some number {\it nnn} on the \ps\ output files;
15697 and it is `\.{.mem}' on the mem files written by \.{INIMP} to initialize \MP.
15698 The file area can be arbitrary on input files, but files are usually
15699 output to the user's current area.  If an input file cannot be
15700 found on the specified area, \MP\ will look for it on a special system
15701 area; this special area is intended for commonly used input files.
15702
15703 Simple uses of \MP\ refer only to file names that have no explicit
15704 extension or area. For example, a person usually says `\.{input} \.{cmr10}'
15705 instead of `\.{input} \.{cmr10.new}'. Simple file
15706 names are best, because they make the \MP\ source files portable;
15707 whenever a file name consists entirely of letters and digits, it should be
15708 treated in the same way by all implementations of \MP. However, users
15709 need the ability to refer to other files in their environment, especially
15710 when responding to error messages concerning unopenable files; therefore
15711 we want to let them use the syntax that appears in their favorite
15712 operating system.
15713
15714 @ \MP\ uses the same conventions that have proved to be satisfactory for
15715 \TeX\ and \MF. In order to isolate the system-dependent aspects of file names,
15716 @^system dependencies@>
15717 the system-independent parts of \MP\ are expressed in terms
15718 of three system-dependent
15719 procedures called |begin_name|, |more_name|, and |end_name|. In
15720 essence, if the user-specified characters of the file name are $c_1\ldots c_n$,
15721 the system-independent driver program does the operations
15722 $$|begin_name|;\,|more_name|(c_1);\,\ldots\,;|more_name|(c_n);
15723 \,|end_name|.$$
15724 These three procedures communicate with each other via global variables.
15725 Afterwards the file name will appear in the string pool as three strings
15726 called |cur_name|\penalty10000\hskip-.05em,
15727 |cur_area|, and |cur_ext|; the latter two are null (i.e.,
15728 |""|), unless they were explicitly specified by the user.
15729
15730 Actually the situation is slightly more complicated, because \MP\ needs
15731 to know when the file name ends. The |more_name| routine is a function
15732 (with side effects) that returns |true| on the calls |more_name|$(c_1)$,
15733 \dots, |more_name|$(c_{n-1})$. The final call |more_name|$(c_n)$
15734 returns |false|; or, it returns |true| and $c_n$ is the last character
15735 on the current input line. In other words,
15736 |more_name| is supposed to return |true| unless it is sure that the
15737 file name has been completely scanned; and |end_name| is supposed to be able
15738 to finish the assembly of |cur_name|, |cur_area|, and |cur_ext| regardless of
15739 whether $|more_name|(c_n)$ returned |true| or |false|.
15740
15741 @<Glob...@>=
15742 char * cur_name; /* name of file just scanned */
15743 char * cur_area; /* file area just scanned, or \.{""} */
15744 char * cur_ext; /* file extension just scanned, or \.{""} */
15745
15746 @ It is easier to maintain reference counts if we assign initial values.
15747
15748 @<Set init...@>=
15749 mp->cur_name=xstrdup(""); 
15750 mp->cur_area=xstrdup(""); 
15751 mp->cur_ext=xstrdup("");
15752
15753 @ @<Dealloc variables@>=
15754 xfree(mp->cur_area);
15755 xfree(mp->cur_name);
15756 xfree(mp->cur_ext);
15757
15758 @ The file names we shall deal with for illustrative purposes have the
15759 following structure:  If the name contains `\.>' or `\.:', the file area
15760 consists of all characters up to and including the final such character;
15761 otherwise the file area is null.  If the remaining file name contains
15762 `\..', the file extension consists of all such characters from the first
15763 remaining `\..' to the end, otherwise the file extension is null.
15764 @^system dependencies@>
15765
15766 We can scan such file names easily by using two global variables that keep track
15767 of the occurrences of area and extension delimiters.  Note that these variables
15768 cannot be of type |pool_pointer| because a string pool compaction could occur
15769 while scanning a file name.
15770
15771 @<Glob...@>=
15772 integer area_delimiter;
15773   /* most recent `\.>' or `\.:' relative to |str_start[str_ptr]| */
15774 integer ext_delimiter; /* the relevant `\..', if any */
15775
15776 @ Input files that can't be found in the user's area may appear in standard
15777 system areas called |MP_area| and |MF_area|.  (The latter is used when the file
15778 extension is |".mf"|.)  The standard system area for font metric files
15779 to be read is |MP_font_area|.
15780 This system area name will, of course, vary from place to place.
15781 @^system dependencies@>
15782
15783 @d MP_area "MPinputs:"
15784 @.MPinputs@>
15785 @d MF_area "MFinputs:"
15786 @.MFinputs@>
15787 @d MP_font_area ""
15788 @.TeXfonts@>
15789
15790 @ Here now is the first of the system-dependent routines for file name scanning.
15791 @^system dependencies@>
15792
15793 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15794 void mp_begin_name (MP mp) { 
15795   xfree(mp->cur_name); 
15796   xfree(mp->cur_area); 
15797   xfree(mp->cur_ext);
15798   mp->area_delimiter=-1; 
15799   mp->ext_delimiter=-1;
15800 }
15801
15802 @ And here's the second.
15803 @^system dependencies@>
15804
15805 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15806 boolean mp_more_name (MP mp, ASCII_code c) { 
15807   if (c==' ') {
15808     return false;
15809   } else { 
15810     if ( (c=='>')||(c==':') ) { 
15811       mp->area_delimiter=mp->pool_ptr; 
15812       mp->ext_delimiter=-1;
15813     } else if ( (c=='.')&&(mp->ext_delimiter<0) ) {
15814       mp->ext_delimiter=mp->pool_ptr;
15815     }
15816     str_room(1); append_char(c); /* contribute |c| to the current string */
15817     return true;
15818   }
15819 }
15820
15821 @ The third.
15822 @^system dependencies@>
15823
15824 @d copy_pool_segment(A,B,C) { 
15825       A = xmalloc(C+1,sizeof(char)); 
15826       strncpy(A,(char *)(mp->str_pool+B),C);  
15827       A[C] = 0;}
15828
15829 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15830 void mp_end_name (MP mp) {
15831   pool_pointer s; /* length of area, name, and extension */
15832   unsigned int len;
15833   /* "my/w.mp" */
15834   s = mp->str_start[mp->str_ptr];
15835   if ( mp->area_delimiter<0 ) {    
15836     mp->cur_area=xstrdup("");
15837   } else {
15838     len = mp->area_delimiter-s; 
15839     copy_pool_segment(mp->cur_area,s,len);
15840     s += len+1;
15841   }
15842   if ( mp->ext_delimiter<0 ) {
15843     mp->cur_ext=xstrdup("");
15844     len = mp->pool_ptr-s; 
15845   } else {
15846     copy_pool_segment(mp->cur_ext,mp->ext_delimiter,(mp->pool_ptr-mp->ext_delimiter));
15847     len = mp->ext_delimiter-s;
15848   }
15849   copy_pool_segment(mp->cur_name,s,len);
15850   mp->pool_ptr=s; /* don't need this partial string */
15851 }
15852
15853 @ Conversely, here is a routine that takes three strings and prints a file
15854 name that might have produced them. (The routine is system dependent, because
15855 some operating systems put the file area last instead of first.)
15856 @^system dependencies@>
15857
15858 @<Basic printing...@>=
15859 void mp_print_file_name (MP mp, char * n, char * a, char * e) { 
15860   mp_print(mp, a); mp_print(mp, n); mp_print(mp, e);
15861 };
15862
15863 @ Another system-dependent routine is needed to convert three internal
15864 \MP\ strings
15865 to the |name_of_file| value that is used to open files. The present code
15866 allows both lowercase and uppercase letters in the file name.
15867 @^system dependencies@>
15868
15869 @d append_to_name(A) { c=(A); 
15870   if ( k<file_name_size ) {
15871     mp->name_of_file[k]=xchr(c);
15872     incr(k);
15873   }
15874 }
15875
15876 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15877 void mp_pack_file_name (MP mp, char *n, char *a, char *e) {
15878   integer k; /* number of positions filled in |name_of_file| */
15879   ASCII_code c; /* character being packed */
15880   char *j; /* a character  index */
15881   k=0;
15882   assert(n);
15883   if (a!=NULL) {
15884     for (j=a;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15885   }
15886   for (j=n;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15887   if (e!=NULL) {
15888     for (j=e;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15889   }
15890   mp->name_of_file[k]=0;
15891   mp->name_length=k; 
15892 }
15893
15894 @ @<Internal library declarations@>=
15895 void mp_pack_file_name (MP mp, char *n, char *a, char *e) ;
15896
15897 @ A messier routine is also needed, since mem file names must be scanned
15898 before \MP's string mechanism has been initialized. We shall use the
15899 global variable |MP_mem_default| to supply the text for default system areas
15900 and extensions related to mem files.
15901 @^system dependencies@>
15902
15903 @d mem_default_length 9 /* length of the |MP_mem_default| string */
15904 @d mem_ext_length 4 /* length of its `\.{.mem}' part */
15905 @d mem_extension ".mem" /* the extension, as a \.{WEB} constant */
15906
15907 @<Glob...@>=
15908 char *MP_mem_default;
15909 char *mem_name; /* for commandline */
15910
15911 @ @<Option variables@>=
15912 char *mem_name; /* for commandline */
15913
15914 @ @<Allocate or initialize ...@>=
15915 mp->MP_mem_default = xstrdup("plain.mem");
15916 mp->mem_name = xstrdup(opt->mem_name);
15917 @.plain@>
15918 @^system dependencies@>
15919
15920 @ @<Dealloc variables@>=
15921 xfree(mp->MP_mem_default);
15922 xfree(mp->mem_name);
15923
15924 @ @<Check the ``constant'' values for consistency@>=
15925 if ( mem_default_length>file_name_size ) mp->bad=20;
15926
15927 @ Here is the messy routine that was just mentioned. It sets |name_of_file|
15928 from the first |n| characters of |MP_mem_default|, followed by
15929 |buffer[a..b-1]|, followed by the last |mem_ext_length| characters of
15930 |MP_mem_default|.
15931
15932 We dare not give error messages here, since \MP\ calls this routine before
15933 the |error| routine is ready to roll. Instead, we simply drop excess characters,
15934 since the error will be detected in another way when a strange file name
15935 isn't found.
15936 @^system dependencies@>
15937
15938 @c void mp_pack_buffered_name (MP mp,small_number n, integer a,
15939                                integer b) {
15940   integer k; /* number of positions filled in |name_of_file| */
15941   ASCII_code c; /* character being packed */
15942   integer j; /* index into |buffer| or |MP_mem_default| */
15943   if ( n+b-a+1+mem_ext_length>file_name_size )
15944     b=a+file_name_size-n-1-mem_ext_length;
15945   k=0;
15946   for (j=0;j<n;j++) {
15947     append_to_name(xord((int)mp->MP_mem_default[j]));
15948   }
15949   for (j=a;j<b;j++) {
15950     append_to_name(mp->buffer[j]);
15951   }
15952   for (j=mem_default_length-mem_ext_length;
15953       j<mem_default_length;j++) {
15954     append_to_name(xord((int)mp->MP_mem_default[j]));
15955   } 
15956   mp->name_of_file[k]=0;
15957   mp->name_length=k; 
15958 }
15959
15960 @ Here is the only place we use |pack_buffered_name|. This part of the program
15961 becomes active when a ``virgin'' \MP\ is trying to get going, just after
15962 the preliminary initialization, or when the user is substituting another
15963 mem file by typing `\.\&' after the initial `\.{**}' prompt.  The buffer
15964 contains the first line of input in |buffer[loc..(last-1)]|, where
15965 |loc<last| and |buffer[loc]<>" "|.
15966
15967 @<Declarations@>=
15968 boolean mp_open_mem_file (MP mp) ;
15969
15970 @ @c
15971 boolean mp_open_mem_file (MP mp) {
15972   int j; /* the first space after the file name */
15973   if (mp->mem_name!=NULL) {
15974     mp->mem_file = mp_open_file(mp, mp->mem_name, "rb", mp_filetype_memfile);
15975     if ( mp->mem_file ) return true;
15976   }
15977   j=loc;
15978   if ( mp->buffer[loc]=='&' ) {
15979     incr(loc); j=loc; mp->buffer[mp->last]=' ';
15980     while ( mp->buffer[j]!=' ' ) incr(j);
15981     mp_pack_buffered_name(mp, 0,loc,j); /* try first without the system file area */
15982     if ( mp_w_open_in(mp, &mp->mem_file) ) goto FOUND;
15983     wake_up_terminal;
15984     wterm_ln("Sorry, I can\'t find that mem file; will try PLAIN.");
15985 @.Sorry, I can't find...@>
15986     update_terminal;
15987   }
15988   /* now pull out all the stops: try for the system \.{plain} file */
15989   mp_pack_buffered_name(mp, mem_default_length-mem_ext_length,0,0);
15990   if ( ! mp_w_open_in(mp, &mp->mem_file) ) {
15991     wake_up_terminal;
15992     wterm_ln("I can\'t find the PLAIN mem file!\n");
15993 @.I can't find PLAIN...@>
15994 @.plain@>
15995     return false;
15996   }
15997 FOUND:
15998   loc=j; return true;
15999 }
16000
16001 @ Operating systems often make it possible to determine the exact name (and
16002 possible version number) of a file that has been opened. The following routine,
16003 which simply makes a \MP\ string from the value of |name_of_file|, should
16004 ideally be changed to deduce the full name of file~|f|, which is the file
16005 most recently opened, if it is possible to do this in a \PASCAL\ program.
16006 @^system dependencies@>
16007
16008 @<Declarations@>=
16009 #define mp_a_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
16010 #define mp_b_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
16011 #define mp_w_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
16012
16013 @ @c 
16014 str_number mp_make_name_string (MP mp) {
16015   int k; /* index into |name_of_file| */
16016   str_room(mp->name_length);
16017   for (k=0;k<mp->name_length;k++) {
16018     append_char(xord((int)mp->name_of_file[k]));
16019   }
16020   return mp_make_string(mp);
16021 }
16022
16023 @ Now let's consider the ``driver''
16024 routines by which \MP\ deals with file names
16025 in a system-independent manner.  First comes a procedure that looks for a
16026 file name in the input by taking the information from the input buffer.
16027 (We can't use |get_next|, because the conversion to tokens would
16028 destroy necessary information.)
16029
16030 This procedure doesn't allow semicolons or percent signs to be part of
16031 file names, because of other conventions of \MP.
16032 {\sl The {\logos METAFONT\/}book} doesn't
16033 use semicolons or percents immediately after file names, but some users
16034 no doubt will find it natural to do so; therefore system-dependent
16035 changes to allow such characters in file names should probably
16036 be made with reluctance, and only when an entire file name that
16037 includes special characters is ``quoted'' somehow.
16038 @^system dependencies@>
16039
16040 @c void mp_scan_file_name (MP mp) { 
16041   mp_begin_name(mp);
16042   while ( mp->buffer[loc]==' ' ) incr(loc);
16043   while (1) { 
16044     if ( (mp->buffer[loc]==';')||(mp->buffer[loc]=='%') ) break;
16045     if ( ! mp_more_name(mp, mp->buffer[loc]) ) break;
16046     incr(loc);
16047   }
16048   mp_end_name(mp);
16049 }
16050
16051 @ Here is another version that takes its input from a string.
16052
16053 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
16054 void mp_str_scan_file (MP mp,  str_number s) {
16055   pool_pointer p,q; /* current position and stopping point */
16056   mp_begin_name(mp);
16057   p=mp->str_start[s]; q=str_stop(s);
16058   while ( p<q ){ 
16059     if ( ! mp_more_name(mp, mp->str_pool[p]) ) break;
16060     incr(p);
16061   }
16062   mp_end_name(mp);
16063 }
16064
16065 @ And one that reads from a |char*|.
16066
16067 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
16068 void mp_ptr_scan_file (MP mp,  char *s) {
16069   char *p, *q; /* current position and stopping point */
16070   mp_begin_name(mp);
16071   p=s; q=p+strlen(s);
16072   while ( p<q ){ 
16073     if ( ! mp_more_name(mp, *p)) break;
16074     p++;
16075   }
16076   mp_end_name(mp);
16077 }
16078
16079
16080 @ The global variable |job_name| contains the file name that was first
16081 \&{input} by the user. This name is extended by `\.{.log}' and `\.{ps}' and
16082 `\.{.mem}' and `\.{.tfm}' in order to make the names of \MP's output files.
16083
16084 @<Glob...@>=
16085 char *job_name; /* principal file name */
16086 boolean log_opened; /* has the transcript file been opened? */
16087 char *log_name; /* full name of the log file */
16088
16089 @ @<Option variables@>=
16090 char *job_name; /* principal file name */
16091
16092 @ Initially |job_name=NULL|; it becomes nonzero as soon as the true name is known.
16093 We have |job_name=NULL| if and only if the `\.{log}' file has not been opened,
16094 except of course for a short time just after |job_name| has become nonzero.
16095
16096 @<Allocate or ...@>=
16097 mp->job_name=opt->job_name; 
16098 mp->log_opened=false;
16099
16100 @ @<Dealloc variables@>=
16101 xfree(mp->job_name);
16102
16103 @ Here is a routine that manufactures the output file names, assuming that
16104 |job_name<>0|. It ignores and changes the current settings of |cur_area|
16105 and |cur_ext|.
16106
16107 @d pack_cur_name mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area,mp->cur_ext)
16108
16109 @<Declarations@>=
16110 void mp_pack_job_name (MP mp, char *s) ;
16111
16112 @ @c void mp_pack_job_name (MP mp, char  *s) { /* |s = ".log"|, |".mem"|, |".ps"|, or .\\{nnn} */
16113   xfree(mp->cur_name); mp->cur_name=xstrdup(mp->job_name);
16114   xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(""); 
16115   xfree(mp->cur_ext);  mp->cur_ext=xstrdup(s);
16116   pack_cur_name;
16117 }
16118
16119 @ If some trouble arises when \MP\ tries to open a file, the following
16120 routine calls upon the user to supply another file name. Parameter~|s|
16121 is used in the error message to identify the type of file; parameter~|e|
16122 is the default extension if none is given. Upon exit from the routine,
16123 variables |cur_name|, |cur_area|, |cur_ext|, and |name_of_file| are
16124 ready for another attempt at file opening.
16125
16126 @<Declarations@>=
16127 void mp_prompt_file_name (MP mp,char * s, char * e) ;
16128
16129 @ @c void mp_prompt_file_name (MP mp,char * s, char * e) {
16130   size_t k; /* index into |buffer| */
16131   char * saved_cur_name;
16132   if ( mp->interaction==mp_scroll_mode ) 
16133         wake_up_terminal;
16134   if (strcmp(s,"input file name")==0) {
16135         print_err("I can\'t find file `");
16136 @.I can't find file x@>
16137   } else {
16138         print_err("I can\'t write on file `");
16139   }
16140 @.I can't write on file x@>
16141   mp_print_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area,mp->cur_ext); 
16142   mp_print(mp, "'.");
16143   if (strcmp(e,"")==0) 
16144         mp_show_context(mp);
16145   mp_print_nl(mp, "Please type another "); mp_print(mp, s);
16146 @.Please type...@>
16147   if ( mp->interaction<mp_scroll_mode )
16148     mp_fatal_error(mp, "*** (job aborted, file error in nonstop mode)");
16149 @.job aborted, file error...@>
16150   saved_cur_name = xstrdup(mp->cur_name);
16151   clear_terminal; prompt_input(": "); @<Scan file name in the buffer@>;
16152   if (strcmp(mp->cur_ext,"")==0) 
16153         mp->cur_ext=e;
16154   if (strlen(mp->cur_name)==0) {
16155     mp->cur_name=saved_cur_name;
16156   } else {
16157     xfree(saved_cur_name);
16158   }
16159   pack_cur_name;
16160 }
16161
16162 @ @<Scan file name in the buffer@>=
16163
16164   mp_begin_name(mp); k=mp->first;
16165   while ( (mp->buffer[k]==' ')&&(k<mp->last) ) incr(k);
16166   while (1) { 
16167     if ( k==mp->last ) break;
16168     if ( ! mp_more_name(mp, mp->buffer[k]) ) break;
16169     incr(k);
16170   }
16171   mp_end_name(mp);
16172 }
16173
16174 @ The |open_log_file| routine is used to open the transcript file and to help
16175 it catch up to what has previously been printed on the terminal.
16176
16177 @c void mp_open_log_file (MP mp) {
16178   int old_setting; /* previous |selector| setting */
16179   int k; /* index into |months| and |buffer| */
16180   int l; /* end of first input line */
16181   integer m; /* the current month */
16182   char *months="JANFEBMARAPRMAYJUNJULAUGSEPOCTNOVDEC"; 
16183     /* abbreviations of month names */
16184   old_setting=mp->selector;
16185   if ( mp->job_name==NULL ) {
16186      mp->job_name=xstrdup("mpout");
16187   }
16188   mp_pack_job_name(mp,".log");
16189   while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->log_file, mp_filetype_log) ) {
16190     @<Try to get a different log file name@>;
16191   }
16192   mp->log_name=xstrdup(mp->name_of_file);
16193   mp->selector=log_only; mp->log_opened=true;
16194   @<Print the banner line, including the date and time@>;
16195   mp->input_stack[mp->input_ptr]=mp->cur_input; 
16196     /* make sure bottom level is in memory */
16197   mp_print_nl(mp, "**");
16198 @.**@>
16199   l=mp->input_stack[0].limit_field-1; /* last position of first line */
16200   for (k=0;k<=l;k++) mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
16201   mp_print_ln(mp); /* now the transcript file contains the first line of input */
16202   mp->selector=old_setting+2; /* |log_only| or |term_and_log| */
16203 }
16204
16205 @ @<Dealloc variables@>=
16206 xfree(mp->log_name);
16207
16208 @ Sometimes |open_log_file| is called at awkward moments when \MP\ is
16209 unable to print error messages or even to |show_context|.
16210 The |prompt_file_name| routine can result in a |fatal_error|, but the |error|
16211 routine will not be invoked because |log_opened| will be false.
16212
16213 The normal idea of |mp_batch_mode| is that nothing at all should be written
16214 on the terminal. However, in the unusual case that
16215 no log file could be opened, we make an exception and allow
16216 an explanatory message to be seen.
16217
16218 Incidentally, the program always refers to the log file as a `\.{transcript
16219 file}', because some systems cannot use the extension `\.{.log}' for
16220 this file.
16221
16222 @<Try to get a different log file name@>=
16223 {  
16224   mp->selector=term_only;
16225   mp_prompt_file_name(mp, "transcript file name",".log");
16226 }
16227
16228 @ @<Print the banner...@>=
16229
16230   wlog(banner);
16231   mp_print(mp, mp->mem_ident); mp_print(mp, "  ");
16232   mp_print_int(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_day])); 
16233   mp_print_char(mp, ' ');
16234   m=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_month]);
16235   for (k=3*m-3;k<3*m;k++) { wlog_chr(months[k]); }
16236   mp_print_char(mp, ' '); 
16237   mp_print_int(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_year])); 
16238   mp_print_char(mp, ' ');
16239   m=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]);
16240   mp_print_dd(mp, m / 60); mp_print_char(mp, ':'); mp_print_dd(mp, m % 60);
16241 }
16242
16243 @ The |try_extension| function tries to open an input file determined by
16244 |cur_name|, |cur_area|, and the argument |ext|.  It returns |false| if it
16245 can't find the file in |cur_area| or the appropriate system area.
16246
16247 @c boolean mp_try_extension (MP mp,char *ext) { 
16248   mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area, ext);
16249   in_name=xstrdup(mp->cur_name); 
16250   in_area=xstrdup(mp->cur_area);
16251   if ( mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program) ) {
16252     return true;
16253   } else { 
16254     if (strcmp(ext,".mf")==0 ) in_area=xstrdup(MF_area);
16255     else in_area=xstrdup(MP_area);
16256     mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,in_area,ext);
16257     return mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program);
16258   }
16259   return false;
16260 }
16261
16262 @ Let's turn now to the procedure that is used to initiate file reading
16263 when an `\.{input}' command is being processed.
16264
16265 @c void mp_start_input (MP mp) { /* \MP\ will \.{input} something */
16266   char *fname = NULL;
16267   @<Put the desired file name in |(cur_name,cur_ext,cur_area)|@>;
16268   while (1) { 
16269     mp_begin_file_reading(mp); /* set up |cur_file| and new level of input */
16270     if ( strlen(mp->cur_ext)==0 ) {
16271       if ( mp_try_extension(mp, ".mp") ) break;
16272       else if ( mp_try_extension(mp, "") ) break;
16273       else if ( mp_try_extension(mp, ".mf") ) break;
16274       /* |else do_nothing; | */
16275     } else if ( mp_try_extension(mp, mp->cur_ext) ) {
16276       break;
16277     }
16278     mp_end_file_reading(mp); /* remove the level that didn't work */
16279     mp_prompt_file_name(mp, "input file name","");
16280   }
16281   name=mp_a_make_name_string(mp, cur_file);
16282   fname = xstrdup(mp->name_of_file);
16283   if ( mp->job_name==NULL ) {
16284     mp->job_name=xstrdup(mp->cur_name); 
16285     mp_open_log_file(mp);
16286   } /* |open_log_file| doesn't |show_context|, so |limit|
16287         and |loc| needn't be set to meaningful values yet */
16288   if ( ((int)mp->term_offset+(int)strlen(fname)) > (mp->max_print_line-2)) mp_print_ln(mp);
16289   else if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_char(mp, ' ');
16290   mp_print_char(mp, '('); incr(mp->open_parens); mp_print(mp, fname); 
16291   xfree(fname);
16292   update_terminal;
16293   @<Flush |name| and replace it with |cur_name| if it won't be needed@>;
16294   @<Read the first line of the new file@>;
16295 }
16296
16297 @ This code should be omitted if |a_make_name_string| returns something other
16298 than just a copy of its argument and the full file name is needed for opening
16299 \.{MPX} files or implementing the switch-to-editor option.
16300 @^system dependencies@>
16301
16302 @<Flush |name| and replace it with |cur_name| if it won't be needed@>=
16303 mp_flush_string(mp, name); name=rts(mp->cur_name); xfree(mp->cur_name)
16304
16305 @ Here we have to remember to tell the |input_ln| routine not to
16306 start with a |get|. If the file is empty, it is considered to
16307 contain a single blank line.
16308 @^system dependencies@>
16309
16310 @<Read the first line...@>=
16311
16312   line=1;
16313   (void)mp_input_ln(mp, cur_file,false); 
16314   mp_firm_up_the_line(mp);
16315   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start;
16316 }
16317
16318 @ @<Put the desired file name in |(cur_name,cur_ext,cur_area)|@>=
16319 while ( token_state &&(loc==null) ) mp_end_token_list(mp);
16320 if ( token_state ) { 
16321   print_err("File names can't appear within macros");
16322 @.File names can't...@>
16323   help3("Sorry...I've converted what follows to tokens,")
16324     ("possibly garbaging the name you gave.")
16325     ("Please delete the tokens and insert the name again.");
16326   mp_error(mp);
16327 }
16328 if ( file_state ) {
16329   mp_scan_file_name(mp);
16330 } else { 
16331    xfree(mp->cur_name); mp->cur_name=xstrdup(""); 
16332    xfree(mp->cur_ext);  mp->cur_ext =xstrdup(""); 
16333    xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(""); 
16334 }
16335
16336 @ Sometimes we need to deal with two file names at once.  This procedure
16337 copies the given string into a special array for an old file name.
16338
16339 @c void mp_copy_old_name (MP mp,str_number s) {
16340   integer k; /* number of positions filled in |old_file_name| */
16341   pool_pointer j; /* index into |str_pool| */
16342   k=0;
16343   for (j=mp->str_start[s];j<=str_stop(s)-1;j++) { 
16344     incr(k);
16345     if ( k<=file_name_size ) 
16346       mp->old_file_name[k]=xchr(mp->str_pool[j]);
16347   }
16348   mp->old_file_name[++k] = 0;
16349 }
16350
16351 @ @<Glob...@>=
16352 char old_file_name[file_name_size+1];  /* analogous to |name_of_file| */
16353
16354 @ The following simple routine starts reading the \.{MPX} file associated
16355 with the current input file.
16356
16357 @c void mp_start_mpx_input (MP mp) {
16358   mp_pack_file_name(mp, in_name, in_area, ".mpx");
16359   @<Try to make sure |name_of_file| refers to a valid \.{MPX} file and
16360     |goto not_found| if there is a problem@>;
16361   mp_begin_file_reading(mp);
16362   if ( ! mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program) ) {
16363     mp_end_file_reading(mp);
16364     goto NOT_FOUND;
16365   }
16366   name=mp_a_make_name_string(mp, cur_file);
16367   mp->mpx_name[index]=name; add_str_ref(name);
16368   @<Read the first line of the new file@>;
16369   return;
16370 NOT_FOUND: 
16371     @<Explain that the \.{MPX} file can't be read and |succumb|@>;
16372 }
16373
16374 @ This should ideally be changed to do whatever is necessary to create the
16375 \.{MPX} file given by |name_of_file| if it does not exist or if it is out
16376 of date.  This requires invoking \.{MPtoTeX} on the |old_file_name| and passing
16377 the results through \TeX\ and \.{DVItoMP}.  (It is possible to use a
16378 completely different typesetting program if suitable postprocessor is
16379 available to perform the function of \.{DVItoMP}.)
16380 @^system dependencies@>
16381
16382 @ @<Exported types@>=
16383 typedef int (*mp_run_make_mpx_command)(MP mp, char *origname, char *mtxname);
16384
16385 @ @<Glob...@>=
16386 mp_run_make_mpx_command run_make_mpx;
16387
16388 @ @<Option variables@>=
16389 mp_run_make_mpx_command run_make_mpx;
16390
16391 @ @<Allocate or initialize ...@>=
16392 set_callback_option(run_make_mpx);
16393
16394 @ @<Internal library declarations@>=
16395 int mp_run_make_mpx (MP mp, char *origname, char *mtxname);
16396
16397 @ The default does nothing.
16398 @c 
16399 int mp_run_make_mpx (MP mp, char *origname, char *mtxname) {
16400   if (mp && origname && mtxname) /* for -W */
16401     return false;
16402   return false;
16403 }
16404
16405
16406
16407 @ @<Try to make sure |name_of_file| refers to a valid \.{MPX} file and
16408   |goto not_found| if there is a problem@>=
16409 mp_copy_old_name(mp, name);
16410 if (!(mp->run_make_mpx)(mp, mp->old_file_name, mp->name_of_file))
16411    goto NOT_FOUND
16412
16413 @ @<Explain that the \.{MPX} file can't be read and |succumb|@>=
16414 if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
16415 mp_print_nl(mp, ">> ");
16416 mp_print(mp, mp->old_file_name);
16417 mp_print_nl(mp, ">> ");
16418 mp_print(mp, mp->name_of_file);
16419 mp_print_nl(mp, "! Unable to make mpx file");
16420 help4("The two files given above are one of your source files")
16421   ("and an auxiliary file I need to read to find out what your")
16422   ("btex..etex blocks mean. If you don't know why I had trouble,")
16423   ("try running it manually through MPtoTeX, TeX, and DVItoMP");
16424 succumb;
16425
16426 @ The last file-opening commands are for files accessed via the \&{readfrom}
16427 @:read_from_}{\&{readfrom} primitive@>
16428 operator and the \&{write} command.  Such files are stored in separate arrays.
16429 @:write_}{\&{write} primitive@>
16430
16431 @<Types in the outer block@>=
16432 typedef unsigned int readf_index; /* |0..max_read_files| */
16433 typedef unsigned int write_index;  /* |0..max_write_files| */
16434
16435 @ @<Glob...@>=
16436 readf_index max_read_files; /* maximum number of simultaneously open \&{readfrom} files */
16437 FILE ** rd_file; /* \&{readfrom} files */
16438 char ** rd_fname; /* corresponding file name or 0 if file not open */
16439 readf_index read_files; /* number of valid entries in the above arrays */
16440 write_index max_write_files; /* maximum number of simultaneously open \&{write} */
16441 FILE ** wr_file; /* \&{write} files */
16442 char ** wr_fname; /* corresponding file name or 0 if file not open */
16443 write_index write_files; /* number of valid entries in the above arrays */
16444
16445 @ @<Allocate or initialize ...@>=
16446 mp->max_read_files=8;
16447 mp->rd_file = xmalloc((mp->max_read_files+1),sizeof(FILE *));
16448 mp->rd_fname = xmalloc((mp->max_read_files+1),sizeof(char *));
16449 memset(mp->rd_fname, 0, sizeof(char *)*(mp->max_read_files+1));
16450 mp->read_files=0;
16451 mp->max_write_files=8;
16452 mp->wr_file = xmalloc((mp->max_write_files+1),sizeof(FILE *));
16453 mp->wr_fname = xmalloc((mp->max_write_files+1),sizeof(char *));
16454 memset(mp->wr_fname, 0, sizeof(char *)*(mp->max_write_files+1));
16455 mp->write_files=0;
16456
16457
16458 @ This routine starts reading the file named by string~|s| without setting
16459 |loc|, |limit|, or |name|.  It returns |false| if the file is empty or cannot
16460 be opened.  Otherwise it updates |rd_file[n]| and |rd_fname[n]|.
16461
16462 @c boolean mp_start_read_input (MP mp,char *s, readf_index  n) {
16463   mp_ptr_scan_file(mp, s);
16464   pack_cur_name;
16465   mp_begin_file_reading(mp);
16466   if ( ! mp_a_open_in(mp, &mp->rd_file[n], mp_filetype_text) ) 
16467         goto NOT_FOUND;
16468   if ( ! mp_input_ln(mp, mp->rd_file[n], false) ) {
16469     fclose(mp->rd_file[n]); 
16470         goto NOT_FOUND; 
16471   }
16472   mp->rd_fname[n]=xstrdup(mp->name_of_file);
16473   return true;
16474 NOT_FOUND: 
16475   mp_end_file_reading(mp);
16476   return false;
16477 }
16478
16479 @ Open |wr_file[n]| using file name~|s| and update |wr_fname[n]|.
16480
16481 @<Declarations@>=
16482 void mp_open_write_file (MP mp, char *s, readf_index  n) ;
16483
16484 @ @c void mp_open_write_file (MP mp,char *s, readf_index  n) {
16485   mp_ptr_scan_file(mp, s);
16486   pack_cur_name;
16487   while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->wr_file[n], mp_filetype_text) )
16488     mp_prompt_file_name(mp, "file name for write output","");
16489   mp->wr_fname[n]=xstrdup(mp->name_of_file);
16490 }
16491
16492
16493 @* \[36] Introduction to the parsing routines.
16494 We come now to the central nervous system that sparks many of \MP's activities.
16495 By evaluating expressions, from their primary constituents to ever larger
16496 subexpressions, \MP\ builds the structures that ultimately define complete
16497 pictures or fonts of type.
16498
16499 Four mutually recursive subroutines are involved in this process: We call them
16500 $$\hbox{|scan_primary|, |scan_secondary|, |scan_tertiary|,
16501 and |scan_expression|.}$$
16502 @^recursion@>
16503 Each of them is parameterless and begins with the first token to be scanned
16504 already represented in |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|. After execution,
16505 the value of the primary or secondary or tertiary or expression that was
16506 found will appear in the global variables |cur_type| and |cur_exp|. The
16507 token following the expression will be represented in |cur_cmd|, |cur_mod|,
16508 and |cur_sym|.
16509
16510 Technically speaking, the parsing algorithms are ``LL(1),'' more or less;
16511 backup mechanisms have been added in order to provide reasonable error
16512 recovery.
16513
16514 @<Glob...@>=
16515 small_number cur_type; /* the type of the expression just found */
16516 integer cur_exp; /* the value of the expression just found */
16517
16518 @ @<Set init...@>=
16519 mp->cur_exp=0;
16520
16521 @ Many different kinds of expressions are possible, so it is wise to have
16522 precise descriptions of what |cur_type| and |cur_exp| mean in all cases:
16523
16524 \smallskip\hang
16525 |cur_type=mp_vacuous| means that this expression didn't turn out to have a
16526 value at all, because it arose from a \&{begingroup}$\,\ldots\,$\&{endgroup}
16527 construction in which there was no expression before the \&{endgroup}.
16528 In this case |cur_exp| has some irrelevant value.
16529
16530 \smallskip\hang
16531 |cur_type=mp_boolean_type| means that |cur_exp| is either |true_code|
16532 or |false_code|.
16533
16534 \smallskip\hang
16535 |cur_type=mp_unknown_boolean| means that |cur_exp| points to a capsule
16536 node that is in the ring of variables equivalent
16537 to at least one undefined boolean variable.
16538
16539 \smallskip\hang
16540 |cur_type=mp_string_type| means that |cur_exp| is a string number (i.e., an
16541 integer in the range |0<=cur_exp<str_ptr|). That string's reference count
16542 includes this particular reference.
16543
16544 \smallskip\hang
16545 |cur_type=mp_unknown_string| means that |cur_exp| points to a capsule
16546 node that is in the ring of variables equivalent
16547 to at least one undefined string variable.
16548
16549 \smallskip\hang
16550 |cur_type=mp_pen_type| means that |cur_exp| points to a node in a pen.  Nobody
16551 else points to any of the nodes in this pen.  The pen may be polygonal or
16552 elliptical.
16553
16554 \smallskip\hang
16555 |cur_type=mp_unknown_pen| means that |cur_exp| points to a capsule
16556 node that is in the ring of variables equivalent
16557 to at least one undefined pen variable.
16558
16559 \smallskip\hang
16560 |cur_type=mp_path_type| means that |cur_exp| points to a the first node of
16561 a path; nobody else points to this particular path. The control points of
16562 the path will have been chosen.
16563
16564 \smallskip\hang
16565 |cur_type=mp_unknown_path| means that |cur_exp| points to a capsule
16566 node that is in the ring of variables equivalent
16567 to at least one undefined path variable.
16568
16569 \smallskip\hang
16570 |cur_type=mp_picture_type| means that |cur_exp| points to an edge header node.
16571 There may be other pointers to this particular set of edges.  The header node
16572 contains a reference count that includes this particular reference.
16573
16574 \smallskip\hang
16575 |cur_type=mp_unknown_picture| means that |cur_exp| points to a capsule
16576 node that is in the ring of variables equivalent
16577 to at least one undefined picture variable.
16578
16579 \smallskip\hang
16580 |cur_type=mp_transform_type| means that |cur_exp| points to a |mp_transform_type|
16581 capsule node. The |value| part of this capsule
16582 points to a transform node that contains six numeric values,
16583 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16584
16585 \smallskip\hang
16586 |cur_type=mp_color_type| means that |cur_exp| points to a |color_type|
16587 capsule node. The |value| part of this capsule
16588 points to a color node that contains three numeric values,
16589 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16590
16591 \smallskip\hang
16592 |cur_type=mp_cmykcolor_type| means that |cur_exp| points to a |mp_cmykcolor_type|
16593 capsule node. The |value| part of this capsule
16594 points to a color node that contains four numeric values,
16595 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16596
16597 \smallskip\hang
16598 |cur_type=mp_pair_type| means that |cur_exp| points to a capsule
16599 node whose type is |mp_pair_type|. The |value| part of this capsule
16600 points to a pair node that contains two numeric values,
16601 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16602
16603 \smallskip\hang
16604 |cur_type=mp_known| means that |cur_exp| is a |scaled| value.
16605
16606 \smallskip\hang
16607 |cur_type=mp_dependent| means that |cur_exp| points to a capsule node whose type
16608 is |dependent|. The |dep_list| field in this capsule points to the associated
16609 dependency list.
16610
16611 \smallskip\hang
16612 |cur_type=mp_proto_dependent| means that |cur_exp| points to a |mp_proto_dependent|
16613 capsule node. The |dep_list| field in this capsule
16614 points to the associated dependency list.
16615
16616 \smallskip\hang
16617 |cur_type=independent| means that |cur_exp| points to a capsule node
16618 whose type is |independent|. This somewhat unusual case can arise, for
16619 example, in the expression
16620 `$x+\&{begingroup}\penalty0\,\&{string}\,x; 0\,\&{endgroup}$'.
16621
16622 \smallskip\hang
16623 |cur_type=mp_token_list| means that |cur_exp| points to a linked list of
16624 tokens. This case arises only on the left-hand side of an assignment
16625 (`\.{:=}') operation, under very special circumstances.
16626
16627 \smallskip\noindent
16628 The possible settings of |cur_type| have been listed here in increasing
16629 numerical order. Notice that |cur_type| will never be |mp_numeric_type| or
16630 |suffixed_macro| or |mp_unsuffixed_macro|, although variables of those types
16631 are allowed.  Conversely, \MP\ has no variables of type |mp_vacuous| or
16632 |token_list|.
16633
16634 @ Capsules are two-word nodes that have a similar meaning
16635 to |cur_type| and |cur_exp|. Such nodes have |name_type=capsule|
16636 and |link<=mp_void|; and their |type| field is one of the possibilities for
16637 |cur_type| listed above.
16638
16639 The |value| field of a capsule is, in most cases, the value that
16640 corresponds to its |type|, as |cur_exp| corresponds to |cur_type|.
16641 However, when |cur_exp| would point to a capsule,
16642 no extra layer of indirection is present; the |value|
16643 field is what would have been called |value(cur_exp)| if it had not been
16644 encapsulated.  Furthermore, if the type is |dependent| or
16645 |mp_proto_dependent|, the |value| field of a capsule is replaced by
16646 |dep_list| and |prev_dep| fields, since dependency lists in capsules are
16647 always part of the general |dep_list| structure.
16648
16649 The |get_x_next| routine is careful not to change the values of |cur_type|
16650 and |cur_exp| when it gets an expanded token. However, |get_x_next| might
16651 call a macro, which might parse an expression, which might execute lots of
16652 commands in a group; hence it's possible that |cur_type| might change
16653 from, say, |mp_unknown_boolean| to |mp_boolean_type|, or from |dependent| to
16654 |known| or |independent|, during the time |get_x_next| is called. The
16655 programs below are careful to stash sensitive intermediate results in
16656 capsules, so that \MP's generality doesn't cause trouble.
16657
16658 Here's a procedure that illustrates these conventions. It takes
16659 the contents of $(|cur_type|\kern-.3pt,|cur_exp|\kern-.3pt)$
16660 and stashes them away in a
16661 capsule. It is not used when |cur_type=mp_token_list|.
16662 After the operation, |cur_type=mp_vacuous|; hence there is no need to
16663 copy path lists or to update reference counts, etc.
16664
16665 The special link |mp_void| is put on the capsule returned by
16666 |stash_cur_exp|, because this procedure is used to store macro parameters
16667 that must be easily distinguishable from token lists.
16668
16669 @<Declare the stashing/unstashing routines@>=
16670 pointer mp_stash_cur_exp (MP mp) {
16671   pointer p; /* the capsule that will be returned */
16672   switch (mp->cur_type) {
16673   case unknown_types:
16674   case mp_transform_type:
16675   case mp_color_type:
16676   case mp_pair_type:
16677   case mp_dependent:
16678   case mp_proto_dependent:
16679   case mp_independent: 
16680   case mp_cmykcolor_type:
16681     p=mp->cur_exp;
16682     break;
16683   default: 
16684     p=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(p)=mp_capsule;
16685     type(p)=mp->cur_type; value(p)=mp->cur_exp;
16686     break;
16687   }
16688   mp->cur_type=mp_vacuous; link(p)=mp_void; 
16689   return p;
16690 }
16691
16692 @ The inverse of |stash_cur_exp| is the following procedure, which
16693 deletes an unnecessary capsule and puts its contents into |cur_type|
16694 and |cur_exp|.
16695
16696 The program steps of \MP\ can be divided into two categories: those in
16697 which |cur_type| and |cur_exp| are ``alive'' and those in which they are
16698 ``dead,'' in the sense that |cur_type| and |cur_exp| contain relevant
16699 information or not. It's important not to ignore them when they're alive,
16700 and it's important not to pay attention to them when they're dead.
16701
16702 There's also an intermediate category: If |cur_type=mp_vacuous|, then
16703 |cur_exp| is irrelevant, hence we can proceed without caring if |cur_type|
16704 and |cur_exp| are alive or dead. In such cases we say that |cur_type|
16705 and |cur_exp| are {\sl dormant}. It is permissible to call |get_x_next|
16706 only when they are alive or dormant.
16707
16708 The \\{stash} procedure above assumes that |cur_type| and |cur_exp|
16709 are alive or dormant. The \\{unstash} procedure assumes that they are
16710 dead or dormant; it resuscitates them.
16711
16712 @<Declare the stashing/unstashing...@>=
16713 void mp_unstash_cur_exp (MP mp,pointer p) ;
16714
16715 @ @c
16716 void mp_unstash_cur_exp (MP mp,pointer p) { 
16717   mp->cur_type=type(p);
16718   switch (mp->cur_type) {
16719   case unknown_types:
16720   case mp_transform_type:
16721   case mp_color_type:
16722   case mp_pair_type:
16723   case mp_dependent: 
16724   case mp_proto_dependent:
16725   case mp_independent:
16726   case mp_cmykcolor_type: 
16727     mp->cur_exp=p;
16728     break;
16729   default:
16730     mp->cur_exp=value(p);
16731     mp_free_node(mp, p,value_node_size);
16732     break;
16733   }
16734 }
16735
16736 @ The following procedure prints the values of expressions in an
16737 abbreviated format. If its first parameter |p| is null, the value of
16738 |(cur_type,cur_exp)| is displayed; otherwise |p| should be a capsule
16739 containing the desired value. The second parameter controls the amount of
16740 output. If it is~0, dependency lists will be abbreviated to
16741 `\.{linearform}' unless they consist of a single term.  If it is greater
16742 than~1, complicated structures (pens, pictures, and paths) will be displayed
16743 in full.
16744
16745 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
16746 @<Declare the procedure called |print_dp|@>;
16747 @<Declare the stashing/unstashing routines@>;
16748 void mp_print_exp (MP mp,pointer p, small_number verbosity) {
16749   boolean restore_cur_exp; /* should |cur_exp| be restored? */
16750   small_number t; /* the type of the expression */
16751   pointer q; /* a big node being displayed */
16752   integer v=0; /* the value of the expression */
16753   if ( p!=null ) {
16754     restore_cur_exp=false;
16755   } else { 
16756     p=mp_stash_cur_exp(mp); restore_cur_exp=true;
16757   }
16758   t=type(p);
16759   if ( t<mp_dependent ) v=value(p); else if ( t<mp_independent ) v=dep_list(p);
16760   @<Print an abbreviated value of |v| with format depending on |t|@>;
16761   if ( restore_cur_exp ) mp_unstash_cur_exp(mp, p);
16762 }
16763
16764 @ @<Print an abbreviated value of |v| with format depending on |t|@>=
16765 switch (t) {
16766 case mp_vacuous:mp_print(mp, "mp_vacuous"); break;
16767 case mp_boolean_type:
16768   if ( v==true_code ) mp_print(mp, "true"); else mp_print(mp, "false");
16769   break;
16770 case unknown_types: case mp_numeric_type:
16771   @<Display a variable that's been declared but not defined@>;
16772   break;
16773 case mp_string_type:
16774   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp, v); mp_print_char(mp, '"');
16775   break;
16776 case mp_pen_type: case mp_path_type: case mp_picture_type:
16777   @<Display a complex type@>;
16778   break;
16779 case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_pair_type: case mp_cmykcolor_type:
16780   if ( v==null ) mp_print_type(mp, t);
16781   else @<Display a big node@>;
16782   break;
16783 case mp_known:mp_print_scaled(mp, v); break;
16784 case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
16785   mp_print_dp(mp, t,v,verbosity);
16786   break;
16787 case mp_independent:mp_print_variable_name(mp, p); break;
16788 default: mp_confusion(mp, "exp"); break;
16789 @:this can't happen exp}{\quad exp@>
16790 }
16791
16792 @ @<Display a big node@>=
16793
16794   mp_print_char(mp, '('); q=v+mp->big_node_size[t];
16795   do {  
16796     if ( type(v)==mp_known ) mp_print_scaled(mp, value(v));
16797     else if ( type(v)==mp_independent ) mp_print_variable_name(mp, v);
16798     else mp_print_dp(mp, type(v),dep_list(v),verbosity);
16799     v=v+2;
16800     if ( v!=q ) mp_print_char(mp, ',');
16801   } while (v!=q);
16802   mp_print_char(mp, ')');
16803 }
16804
16805 @ Values of type \&{picture}, \&{path}, and \&{pen} are displayed verbosely
16806 in the log file only, unless the user has given a positive value to
16807 \\{tracingonline}.
16808
16809 @<Display a complex type@>=
16810 if ( verbosity<=1 ) {
16811   mp_print_type(mp, t);
16812 } else { 
16813   if ( mp->selector==term_and_log )
16814    if ( mp->internal[mp_tracing_online]<=0 ) {
16815     mp->selector=term_only;
16816     mp_print_type(mp, t); mp_print(mp, " (see the transcript file)");
16817     mp->selector=term_and_log;
16818   };
16819   switch (t) {
16820   case mp_pen_type:mp_print_pen(mp, v,"",false); break;
16821   case mp_path_type:mp_print_path(mp, v,"",false); break;
16822   case mp_picture_type:mp_print_edges(mp, v,"",false); break;
16823   } /* there are no other cases */
16824 }
16825
16826 @ @<Declare the procedure called |print_dp|@>=
16827 void mp_print_dp (MP mp,small_number t, pointer p, 
16828                   small_number verbosity)  {
16829   pointer q; /* the node following |p| */
16830   q=link(p);
16831   if ( (info(q)==null) || (verbosity>0) ) mp_print_dependency(mp, p,t);
16832   else mp_print(mp, "linearform");
16833 }
16834
16835 @ The displayed name of a variable in a ring will not be a capsule unless
16836 the ring consists entirely of capsules.
16837
16838 @<Display a variable that's been declared but not defined@>=
16839 { mp_print_type(mp, t);
16840 if ( v!=null )
16841   { mp_print_char(mp, ' ');
16842   while ( (name_type(v)==mp_capsule) && (v!=p) ) v=value(v);
16843   mp_print_variable_name(mp, v);
16844   };
16845 }
16846
16847 @ When errors are detected during parsing, it is often helpful to
16848 display an expression just above the error message, using |exp_err|
16849 or |disp_err| instead of |print_err|.
16850
16851 @d exp_err(A) mp_disp_err(mp, null,(A)) /* displays the current expression */
16852
16853 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
16854 void mp_disp_err (MP mp,pointer p, char *s) { 
16855   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
16856   mp_print_nl(mp, ">> ");
16857 @.>>@>
16858   mp_print_exp(mp, p,1); /* ``medium verbose'' printing of the expression */
16859   if (strlen(s)) { 
16860     mp_print_nl(mp, "! "); mp_print(mp, s);
16861 @.!\relax@>
16862   }
16863 }
16864
16865 @ If |cur_type| and |cur_exp| contain relevant information that should
16866 be recycled, we will use the following procedure, which changes |cur_type|
16867 to |known| and stores a given value in |cur_exp|. We can think of |cur_type|
16868 and |cur_exp| as either alive or dormant after this has been done,
16869 because |cur_exp| will not contain a pointer value.
16870
16871 @ @c void mp_flush_cur_exp (MP mp,scaled v) { 
16872   switch (mp->cur_type) {
16873   case unknown_types: case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_pair_type:
16874   case mp_dependent: case mp_proto_dependent: case mp_independent: case mp_cmykcolor_type:
16875     mp_recycle_value(mp, mp->cur_exp); 
16876     mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
16877     break;
16878   case mp_string_type:
16879     delete_str_ref(mp->cur_exp); break;
16880   case mp_pen_type: case mp_path_type: 
16881     mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp); break;
16882   case mp_picture_type:
16883     delete_edge_ref(mp->cur_exp); break;
16884   default: 
16885     break;
16886   }
16887   mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=v;
16888 }
16889
16890 @ There's a much more general procedure that is capable of releasing
16891 the storage associated with any two-word value packet.
16892
16893 @<Declare the recycling subroutines@>=
16894 void mp_recycle_value (MP mp,pointer p) ;
16895
16896 @ @c void mp_recycle_value (MP mp,pointer p) {
16897   small_number t; /* a type code */
16898   integer vv; /* another value */
16899   pointer q,r,s,pp; /* link manipulation registers */
16900   integer v=0; /* a value */
16901   t=type(p);
16902   if ( t<mp_dependent ) v=value(p);
16903   switch (t) {
16904   case undefined: case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
16905   case mp_numeric_type:
16906     break;
16907   case unknown_types:
16908     mp_ring_delete(mp, p); break;
16909   case mp_string_type:
16910     delete_str_ref(v); break;
16911   case mp_path_type: case mp_pen_type:
16912     mp_toss_knot_list(mp, v); break;
16913   case mp_picture_type:
16914     delete_edge_ref(v); break;
16915   case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type: case mp_color_type:
16916   case mp_transform_type:
16917     @<Recycle a big node@>; break; 
16918   case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
16919     @<Recycle a dependency list@>; break;
16920   case mp_independent:
16921     @<Recycle an independent variable@>; break;
16922   case mp_token_list: case mp_structured:
16923     mp_confusion(mp, "recycle"); break;
16924 @:this can't happen recycle}{\quad recycle@>
16925   case mp_unsuffixed_macro: case mp_suffixed_macro:
16926     mp_delete_mac_ref(mp, value(p)); break;
16927   } /* there are no other cases */
16928   type(p)=undefined;
16929 }
16930
16931 @ @<Recycle a big node@>=
16932 if ( v!=null ){ 
16933   q=v+mp->big_node_size[t];
16934   do {  
16935     q=q-2; mp_recycle_value(mp, q);
16936   } while (q!=v);
16937   mp_free_node(mp, v,mp->big_node_size[t]);
16938 }
16939
16940 @ @<Recycle a dependency list@>=
16941
16942   q=dep_list(p);
16943   while ( info(q)!=null ) q=link(q);
16944   link(prev_dep(p))=link(q);
16945   prev_dep(link(q))=prev_dep(p);
16946   link(q)=null; mp_flush_node_list(mp, dep_list(p));
16947 }
16948
16949 @ When an independent variable disappears, it simply fades away, unless
16950 something depends on it. In the latter case, a dependent variable whose
16951 coefficient of dependence is maximal will take its place.
16952 The relevant algorithm is due to Ignacio~A. Zabala, who implemented it
16953 as part of his Ph.D. thesis (Stanford University, December 1982).
16954 @^Zabala Salelles, Ignacio Andres@>
16955
16956 For example, suppose that variable $x$ is being recycled, and that the
16957 only variables depending on~$x$ are $y=2x+a$ and $z=x+b$. In this case
16958 we want to make $y$ independent and $z=.5y-.5a+b$; no other variables
16959 will depend on~$y$. If $\\{tracingequations}>0$ in this situation,
16960 we will print `\.{\#\#\# -2x=-y+a}'.
16961
16962 There's a slight complication, however: An independent variable $x$
16963 can occur both in dependency lists and in proto-dependency lists.
16964 This makes it necessary to be careful when deciding which coefficient
16965 is maximal.
16966
16967 Furthermore, this complication is not so slight when
16968 a proto-dependent variable is chosen to become independent. For example,
16969 suppose that $y=2x+100a$ is proto-dependent while $z=x+b$ is dependent;
16970 then we must change $z=.5y-50a+b$ to a proto-dependency, because of the
16971 large coefficient `50'.
16972
16973 In order to deal with these complications without wasting too much time,
16974 we shall link together the occurrences of~$x$ among all the linear
16975 dependencies, maintaining separate lists for the dependent and
16976 proto-dependent cases.
16977
16978 @<Recycle an independent variable@>=
16979
16980   mp->max_c[mp_dependent]=0; mp->max_c[mp_proto_dependent]=0;
16981   mp->max_link[mp_dependent]=null; mp->max_link[mp_proto_dependent]=null;
16982   q=link(dep_head);
16983   while ( q!=dep_head ) { 
16984     s=value_loc(q); /* now |link(s)=dep_list(q)| */
16985     while (1) { 
16986       r=link(s);
16987       if ( info(r)==null ) break;;
16988       if ( info(r)!=p ) { 
16989        s=r;
16990       } else  { 
16991         t=type(q); link(s)=link(r); info(r)=q;
16992         if ( abs(value(r))>mp->max_c[t] ) {
16993           @<Record a new maximum coefficient of type |t|@>;
16994         } else { 
16995           link(r)=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=r;
16996         }
16997       }
16998     }   
16999     q=link(r);
17000   }
17001   if ( (mp->max_c[mp_dependent]>0)||(mp->max_c[mp_proto_dependent]>0) ) {
17002     @<Choose a dependent variable to take the place of the disappearing
17003     independent variable, and change all remaining dependencies
17004     accordingly@>;
17005   }
17006 }
17007
17008 @ The code for independency removal makes use of three two-word arrays.
17009
17010 @<Glob...@>=
17011 integer max_c[mp_proto_dependent+1];  /* max coefficient magnitude */
17012 pointer max_ptr[mp_proto_dependent+1]; /* where |p| occurs with |max_c| */
17013 pointer max_link[mp_proto_dependent+1]; /* other occurrences of |p| */
17014
17015 @ @<Record a new maximum coefficient...@>=
17016
17017   if ( mp->max_c[t]>0 ) {
17018     link(mp->max_ptr[t])=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=mp->max_ptr[t];
17019   }
17020   mp->max_c[t]=abs(value(r)); mp->max_ptr[t]=r;
17021 }
17022
17023 @ @<Choose a dependent...@>=
17024
17025   if ( (mp->max_c[mp_dependent] / 010000 >= mp->max_c[mp_proto_dependent]) )
17026     t=mp_dependent;
17027   else 
17028     t=mp_proto_dependent;
17029   @<Determine the dependency list |s| to substitute for the independent
17030     variable~|p|@>;
17031   t=mp_dependent+mp_proto_dependent-t; /* complement |t| */
17032   if ( mp->max_c[t]>0 ) { /* we need to pick up an unchosen dependency */ 
17033     link(mp->max_ptr[t])=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=mp->max_ptr[t];
17034   }
17035   if ( t!=mp_dependent ) { @<Substitute new dependencies in place of |p|@>; }
17036   else { @<Substitute new proto-dependencies in place of |p|@>;}
17037   mp_flush_node_list(mp, s);
17038   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
17039   check_arith;
17040 }
17041
17042 @ Let |s=max_ptr[t]|. At this point we have $|value|(s)=\pm|max_c|[t]$,
17043 and |info(s)| points to the dependent variable~|pp| of type~|t| from
17044 whose dependency list we have removed node~|s|. We must reinsert
17045 node~|s| into the dependency list, with coefficient $-1.0$, and with
17046 |pp| as the new independent variable. Since |pp| will have a larger serial
17047 number than any other variable, we can put node |s| at the head of the
17048 list.
17049
17050 @<Determine the dep...@>=
17051 s=mp->max_ptr[t]; pp=info(s); v=value(s);
17052 if ( t==mp_dependent ) value(s)=-fraction_one; else value(s)=-unity;
17053 r=dep_list(pp); link(s)=r;
17054 while ( info(r)!=null ) r=link(r);
17055 q=link(r); link(r)=null;
17056 prev_dep(q)=prev_dep(pp); link(prev_dep(pp))=q;
17057 new_indep(pp);
17058 if ( mp->cur_exp==pp ) if ( mp->cur_type==t ) mp->cur_type=mp_independent;
17059 if ( mp->internal[mp_tracing_equations]>0 ) { 
17060   @<Show the transformed dependency@>; 
17061 }
17062
17063 @ Now $(-v)$ times the formerly independent variable~|p| is being replaced
17064 by the dependency list~|s|.
17065
17066 @<Show the transformed...@>=
17067 if ( mp_interesting(mp, p) ) {
17068   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "### ");
17069 @:]]]\#\#\#_}{\.{\#\#\#}@>
17070   if ( v>0 ) mp_print_char(mp, '-');
17071   if ( t==mp_dependent ) vv=mp_round_fraction(mp, mp->max_c[mp_dependent]);
17072   else vv=mp->max_c[mp_proto_dependent];
17073   if ( vv!=unity ) mp_print_scaled(mp, vv);
17074   mp_print_variable_name(mp, p);
17075   while ( value(p) % s_scale>0 ) {
17076     mp_print(mp, "*4"); value(p)=value(p)-2;
17077   }
17078   if ( t==mp_dependent ) mp_print_char(mp, '='); else mp_print(mp, " = ");
17079   mp_print_dependency(mp, s,t);
17080   mp_end_diagnostic(mp, false);
17081 }
17082
17083 @ Finally, there are dependent and proto-dependent variables whose
17084 dependency lists must be brought up to date.
17085
17086 @<Substitute new dependencies...@>=
17087 for (t=mp_dependent;t<=mp_proto_dependent;t++){ 
17088   r=mp->max_link[t];
17089   while ( r!=null ) {
17090     q=info(r);
17091     dep_list(q)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(q),
17092      mp_make_fraction(mp, value(r),-v),s,t,mp_dependent);
17093     if ( dep_list(q)==mp->dep_final ) mp_make_known(mp, q,mp->dep_final);
17094     q=r; r=link(r); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
17095   }
17096 }
17097
17098 @ @<Substitute new proto...@>=
17099 for (t=mp_dependent;t<=mp_proto_dependent;t++) {
17100   r=mp->max_link[t];
17101   while ( r!=null ) {
17102     q=info(r);
17103     if ( t==mp_dependent ) { /* for safety's sake, we change |q| to |mp_proto_dependent| */
17104       if ( mp->cur_exp==q ) if ( mp->cur_type==mp_dependent )
17105         mp->cur_type=mp_proto_dependent;
17106       dep_list(q)=mp_p_over_v(mp, dep_list(q),unity,mp_dependent,mp_proto_dependent);
17107       type(q)=mp_proto_dependent; value(r)=mp_round_fraction(mp, value(r));
17108     }
17109     dep_list(q)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(q),
17110       mp_make_scaled(mp, value(r),-v),s,mp_proto_dependent,mp_proto_dependent);
17111     if ( dep_list(q)==mp->dep_final ) mp_make_known(mp, q,mp->dep_final);
17112     q=r; r=link(r); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
17113   }
17114 }
17115
17116 @ Here are some routines that provide handy combinations of actions
17117 that are often needed during error recovery. For example,
17118 `|flush_error|' flushes the current expression, replaces it by
17119 a given value, and calls |error|.
17120
17121 Errors often are detected after an extra token has already been scanned.
17122 The `\\{put\_get}' routines put that token back before calling |error|;
17123 then they get it back again. (Or perhaps they get another token, if
17124 the user has changed things.)
17125
17126 @<Declarations@>=
17127 void mp_flush_error (MP mp,scaled v);
17128 void mp_put_get_error (MP mp);
17129 void mp_put_get_flush_error (MP mp,scaled v) ;
17130
17131 @ @c
17132 void mp_flush_error (MP mp,scaled v) { 
17133   mp_error(mp); mp_flush_cur_exp(mp, v); 
17134 }
17135 void mp_put_get_error (MP mp) { 
17136   mp_back_error(mp); mp_get_x_next(mp); 
17137 }
17138 void mp_put_get_flush_error (MP mp,scaled v) { 
17139   mp_put_get_error(mp);
17140   mp_flush_cur_exp(mp, v); 
17141 }
17142
17143 @ A global variable |var_flag| is set to a special command code
17144 just before \MP\ calls |scan_expression|, if the expression should be
17145 treated as a variable when this command code immediately follows. For
17146 example, |var_flag| is set to |assignment| at the beginning of a
17147 statement, because we want to know the {\sl location\/} of a variable at
17148 the left of `\.{:=}', not the {\sl value\/} of that variable.
17149
17150 The |scan_expression| subroutine calls |scan_tertiary|,
17151 which calls |scan_secondary|, which calls |scan_primary|, which sets
17152 |var_flag:=0|. In this way each of the scanning routines ``knows''
17153 when it has been called with a special |var_flag|, but |var_flag| is
17154 usually zero.
17155
17156 A variable preceding a command that equals |var_flag| is converted to a
17157 token list rather than a value. Furthermore, an `\.{=}' sign following an
17158 expression with |var_flag=assignment| is not considered to be a relation
17159 that produces boolean expressions.
17160
17161
17162 @<Glob...@>=
17163 int var_flag; /* command that wants a variable */
17164
17165 @ @<Set init...@>=
17166 mp->var_flag=0;
17167
17168 @* \[37] Parsing primary expressions.
17169 The first parsing routine, |scan_primary|, is also the most complicated one,
17170 since it involves so many different cases. But each case---with one
17171 exception---is fairly simple by itself.
17172
17173 When |scan_primary| begins, the first token of the primary to be scanned
17174 should already appear in |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|. The values
17175 of |cur_type| and |cur_exp| should be either dead or dormant, as explained
17176 earlier. If |cur_cmd| is not between |min_primary_command| and
17177 |max_primary_command|, inclusive, a syntax error will be signaled.
17178
17179 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17180 void mp_scan_primary (MP mp) {
17181   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
17182   quarterword c; /* a primitive operation code */
17183   int my_var_flag; /* initial value of |my_var_flag| */
17184   pointer l_delim,r_delim; /* hash addresses of a delimiter pair */
17185   @<Other local variables for |scan_primary|@>;
17186   my_var_flag=mp->var_flag; mp->var_flag=0;
17187 RESTART:
17188   check_arith;
17189   @<Supply diagnostic information, if requested@>;
17190   switch (mp->cur_cmd) {
17191   case left_delimiter:
17192     @<Scan a delimited primary@>; break;
17193   case begin_group:
17194     @<Scan a grouped primary@>; break;
17195   case string_token:
17196     @<Scan a string constant@>; break;
17197   case numeric_token:
17198     @<Scan a primary that starts with a numeric token@>; break;
17199   case nullary:
17200     @<Scan a nullary operation@>; break;
17201   case unary: case type_name: case cycle: case plus_or_minus:
17202     @<Scan a unary operation@>; break;
17203   case primary_binary:
17204     @<Scan a binary operation with `\&{of}' between its operands@>; break;
17205   case str_op:
17206     @<Convert a suffix to a string@>; break;
17207   case internal_quantity:
17208     @<Scan an internal numeric quantity@>; break;
17209   case capsule_token:
17210     mp_make_exp_copy(mp, mp->cur_mod); break;
17211   case tag_token:
17212     @<Scan a variable primary; |goto restart| if it turns out to be a macro@>; break;
17213   default: 
17214     mp_bad_exp(mp, "A primary"); goto RESTART; break;
17215 @.A primary expression...@>
17216   }
17217   mp_get_x_next(mp); /* the routines |goto done| if they don't want this */
17218 DONE: 
17219   if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17220     if ( mp->cur_type>=mp_known ) {
17221       @<Scan a mediation construction@>;
17222     }
17223   }
17224 }
17225
17226
17227
17228 @ Errors at the beginning of expressions are flagged by |bad_exp|.
17229
17230 @c void mp_bad_exp (MP mp,char * s) {
17231   int save_flag;
17232   print_err(s); mp_print(mp, " expression can't begin with `");
17233   mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod); 
17234   mp_print_char(mp, '\'');
17235   help4("I'm afraid I need some sort of value in order to continue,")
17236     ("so I've tentatively inserted `0'. You may want to")
17237     ("delete this zero and insert something else;")
17238     ("see Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.");
17239 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
17240   mp_back_input(mp); mp->cur_sym=0; mp->cur_cmd=numeric_token; 
17241   mp->cur_mod=0; mp_ins_error(mp);
17242   save_flag=mp->var_flag; mp->var_flag=0; mp_get_x_next(mp);
17243   mp->var_flag=save_flag;
17244 }
17245
17246 @ @<Supply diagnostic information, if requested@>=
17247 #ifdef DEBUG
17248 if ( mp->panicking ) mp_check_mem(mp, false);
17249 #endif
17250 if ( mp->interrupt!=0 ) if ( mp->OK_to_interrupt ) {
17251   mp_back_input(mp); check_interrupt; mp_get_x_next(mp);
17252 }
17253
17254 @ @<Scan a delimited primary@>=
17255
17256   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; 
17257   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17258   if ( (mp->cur_cmd==comma) && (mp->cur_type>=mp_known) ) {
17259     @<Scan the rest of a delimited set of numerics@>;
17260   } else {
17261     mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
17262   }
17263 }
17264
17265 @ The |stash_in| subroutine puts the current (numeric) expression into a field
17266 within a ``big node.''
17267
17268 @c void mp_stash_in (MP mp,pointer p) {
17269   pointer q; /* temporary register */
17270   type(p)=mp->cur_type;
17271   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
17272     value(p)=mp->cur_exp;
17273   } else { 
17274     if ( mp->cur_type==mp_independent ) {
17275       @<Stash an independent |cur_exp| into a big node@>;
17276     } else { 
17277       mp->mem[value_loc(p)]=mp->mem[value_loc(mp->cur_exp)];
17278       /* |dep_list(p):=dep_list(cur_exp)| and |prev_dep(p):=prev_dep(cur_exp)| */
17279       link(prev_dep(p))=p;
17280     }
17281     mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
17282   }
17283   mp->cur_type=mp_vacuous;
17284 }
17285
17286 @ In rare cases the current expression can become |independent|. There
17287 may be many dependency lists pointing to such an independent capsule,
17288 so we can't simply move it into place within a big node. Instead,
17289 we copy it, then recycle it.
17290
17291 @ @<Stash an independent |cur_exp|...@>=
17292
17293   q=mp_single_dependency(mp, mp->cur_exp);
17294   if ( q==mp->dep_final ){ 
17295     type(p)=mp_known; value(p)=0; mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
17296   } else { 
17297     type(p)=mp_dependent; mp_new_dep(mp, p,q);
17298   }
17299   mp_recycle_value(mp, mp->cur_exp);
17300 }
17301
17302 @ This code uses the fact that |red_part_loc| and |green_part_loc|
17303 are synonymous with |x_part_loc| and |y_part_loc|.
17304
17305 @<Scan the rest of a delimited set of numerics@>=
17306
17307 p=mp_stash_cur_exp(mp);
17308 mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17309 @<Make sure the second part of a pair or color has a numeric type@>;
17310 q=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(q)=mp_capsule;
17311 if ( mp->cur_cmd==comma ) type(q)=mp_color_type;
17312 else type(q)=mp_pair_type;
17313 mp_init_big_node(mp, q); r=value(q);
17314 mp_stash_in(mp, y_part_loc(r));
17315 mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17316 mp_stash_in(mp, x_part_loc(r));
17317 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
17318   @<Scan the last of a triplet of numerics@>;
17319 }
17320 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
17321   type(q)=mp_cmykcolor_type;
17322   mp_init_big_node(mp, q); t=value(q);
17323   mp->mem[cyan_part_loc(t)]=mp->mem[red_part_loc(r)];
17324   value(cyan_part_loc(t))=value(red_part_loc(r));
17325   mp->mem[magenta_part_loc(t)]=mp->mem[green_part_loc(r)];
17326   value(magenta_part_loc(t))=value(green_part_loc(r));
17327   mp->mem[yellow_part_loc(t)]=mp->mem[blue_part_loc(r)];
17328   value(yellow_part_loc(t))=value(blue_part_loc(r));
17329   mp_recycle_value(mp, r);
17330   r=t;
17331   @<Scan the last of a quartet of numerics@>;
17332 }
17333 mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
17334 mp->cur_type=type(q);
17335 mp->cur_exp=q;
17336 }
17337
17338 @ @<Make sure the second part of a pair or color has a numeric type@>=
17339 if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17340   exp_err("Nonnumeric ypart has been replaced by 0");
17341 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17342   help4("I've started to scan a pair `(a,b)' or a color `(a,b,c)';")
17343     ("but after finding a nice `a' I found a `b' that isn't")
17344     ("of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17345     ("(The b that I didn't like appears above the error message.)");
17346   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17347 }
17348
17349 @ @<Scan the last of a triplet of numerics@>=
17350
17351   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17352   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17353     exp_err("Nonnumeric third part has been replaced by 0");
17354 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17355     help3("I've just scanned a color `(a,b,c)' or cmykcolor(a,b,c,d); but the `c'")
17356       ("isn't of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17357       ("(The c that I didn't like appears above the error message.)");
17358     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17359   }
17360   mp_stash_in(mp, blue_part_loc(r));
17361 }
17362
17363 @ @<Scan the last of a quartet of numerics@>=
17364
17365   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17366   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17367     exp_err("Nonnumeric blackpart has been replaced by 0");
17368 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17369     help3("I've just scanned a cmykcolor `(c,m,y,k)'; but the `k' isn't")
17370       ("of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17371       ("(The k that I didn't like appears above the error message.)");
17372     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17373   }
17374   mp_stash_in(mp, black_part_loc(r));
17375 }
17376
17377 @ The local variable |group_line| keeps track of the line
17378 where a \&{begingroup} command occurred; this will be useful
17379 in an error message if the group doesn't actually end.
17380
17381 @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17382 integer group_line; /* where a group began */
17383
17384 @ @<Scan a grouped primary@>=
17385
17386   group_line=mp_true_line(mp);
17387   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>0 ) show_cur_cmd_mod;
17388   save_boundary_item(p);
17389   do {  
17390     mp_do_statement(mp); /* ends with |cur_cmd>=semicolon| */
17391   } while (! (mp->cur_cmd!=semicolon));
17392   if ( mp->cur_cmd!=end_group ) {
17393     print_err("A group begun on line ");
17394 @.A group...never ended@>
17395     mp_print_int(mp, group_line);
17396     mp_print(mp, " never ended");
17397     help2("I saw a `begingroup' back there that hasn't been matched")
17398          ("by `endgroup'. So I've inserted `endgroup' now.");
17399     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=end_group;
17400   }
17401   mp_unsave(mp); 
17402     /* this might change |cur_type|, if independent variables are recycled */
17403   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>0 ) show_cur_cmd_mod;
17404 }
17405
17406 @ @<Scan a string constant@>=
17407
17408   mp->cur_type=mp_string_type; mp->cur_exp=mp->cur_mod;
17409 }
17410
17411 @ Later we'll come to procedures that perform actual operations like
17412 addition, square root, and so on; our purpose now is to do the parsing.
17413 But we might as well mention those future procedures now, so that the
17414 suspense won't be too bad:
17415
17416 \smallskip
17417 |do_nullary(c)| does primitive operations that have no operands (e.g.,
17418 `\&{true}' or `\&{pencircle}');
17419
17420 \smallskip
17421 |do_unary(c)| applies a primitive operation to the current expression;
17422
17423 \smallskip
17424 |do_binary(p,c)| applies a primitive operation to the capsule~|p|
17425 and the current expression.
17426
17427 @<Scan a nullary operation@>=mp_do_nullary(mp, mp->cur_mod)
17428
17429 @ @<Scan a unary operation@>=
17430
17431   c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp); 
17432   mp_do_unary(mp, c); goto DONE;
17433 }
17434
17435 @ A numeric token might be a primary by itself, or it might be the
17436 numerator of a fraction composed solely of numeric tokens, or it might
17437 multiply the primary that follows (provided that the primary doesn't begin
17438 with a plus sign or a minus sign). The code here uses the facts that
17439 |max_primary_command=plus_or_minus| and
17440 |max_primary_command-1=numeric_token|. If a fraction is found that is less
17441 than unity, we try to retain higher precision when we use it in scalar
17442 multiplication.
17443
17444 @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17445 scaled num,denom; /* for primaries that are fractions, like `1/2' */
17446
17447 @ @<Scan a primary that starts with a numeric token@>=
17448
17449   mp->cur_exp=mp->cur_mod; mp->cur_type=mp_known; mp_get_x_next(mp);
17450   if ( mp->cur_cmd!=slash ) { 
17451     num=0; denom=0;
17452   } else { 
17453     mp_get_x_next(mp);
17454     if ( mp->cur_cmd!=numeric_token ) { 
17455       mp_back_input(mp);
17456       mp->cur_cmd=slash; mp->cur_mod=over; mp->cur_sym=frozen_slash;
17457       goto DONE;
17458     }
17459     num=mp->cur_exp; denom=mp->cur_mod;
17460     if ( denom==0 ) { @<Protest division by zero@>; }
17461     else { mp->cur_exp=mp_make_scaled(mp, num,denom); }
17462     check_arith; mp_get_x_next(mp);
17463   }
17464   if ( mp->cur_cmd>=min_primary_command ) {
17465    if ( mp->cur_cmd<numeric_token ) { /* in particular, |cur_cmd<>plus_or_minus| */
17466      p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_scan_primary(mp);
17467      if ( (abs(num)>=abs(denom))||(mp->cur_type<mp_color_type) ) {
17468        mp_do_binary(mp, p,times);
17469      } else {
17470        mp_frac_mult(mp, num,denom);
17471        mp_free_node(mp, p,value_node_size);
17472      }
17473     }
17474   }
17475   goto DONE;
17476 }
17477
17478 @ @<Protest division...@>=
17479
17480   print_err("Division by zero");
17481 @.Division by zero@>
17482   help1("I'll pretend that you meant to divide by 1."); mp_error(mp);
17483 }
17484
17485 @ @<Scan a binary operation with `\&{of}' between its operands@>=
17486
17487   c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17488   if ( mp->cur_cmd!=of_token ) {
17489     mp_missing_err(mp, "of"); mp_print(mp, " for "); 
17490     mp_print_cmd_mod(mp, primary_binary,c);
17491 @.Missing `of'@>
17492     help1("I've got the first argument; will look now for the other.");
17493     mp_back_error(mp);
17494   }
17495   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp); 
17496   mp_do_binary(mp, p,c); goto DONE;
17497 }
17498
17499 @ @<Convert a suffix to a string@>=
17500
17501   mp_get_x_next(mp); mp_scan_suffix(mp); 
17502   mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=new_string;
17503   mp_show_token_list(mp, mp->cur_exp,null,100000,0); 
17504   mp_flush_token_list(mp, mp->cur_exp);
17505   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); mp->selector=mp->old_setting; 
17506   mp->cur_type=mp_string_type;
17507   goto DONE;
17508 }
17509
17510 @ If an internal quantity appears all by itself on the left of an
17511 assignment, we return a token list of length one, containing the address
17512 of the internal quantity plus |hash_end|. (This accords with the conventions
17513 of the save stack, as described earlier.)
17514
17515 @<Scan an internal...@>=
17516
17517   q=mp->cur_mod;
17518   if ( my_var_flag==assignment ) {
17519     mp_get_x_next(mp);
17520     if ( mp->cur_cmd==assignment ) {
17521       mp->cur_exp=mp_get_avail(mp);
17522       info(mp->cur_exp)=q+hash_end; mp->cur_type=mp_token_list; 
17523       goto DONE;
17524     }
17525     mp_back_input(mp);
17526   }
17527   mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=mp->internal[q];
17528 }
17529
17530 @ The most difficult part of |scan_primary| has been saved for last, since
17531 it was necessary to build up some confidence first. We can now face the task
17532 of scanning a variable.
17533
17534 As we scan a variable, we build a token list containing the relevant
17535 names and subscript values, simultaneously following along in the
17536 ``collective'' structure to see if we are actually dealing with a macro
17537 instead of a value.
17538
17539 The local variables |pre_head| and |post_head| will point to the beginning
17540 of the prefix and suffix lists; |tail| will point to the end of the list
17541 that is currently growing.
17542
17543 Another local variable, |tt|, contains partial information about the
17544 declared type of the variable-so-far. If |tt>=mp_unsuffixed_macro|, the
17545 relation |tt=type(q)| will always hold. If |tt=undefined|, the routine
17546 doesn't bother to update its information about type. And if
17547 |undefined<tt<mp_unsuffixed_macro|, the precise value of |tt| isn't critical.
17548
17549 @ @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17550 pointer pre_head,post_head,tail;
17551   /* prefix and suffix list variables */
17552 small_number tt; /* approximation to the type of the variable-so-far */
17553 pointer t; /* a token */
17554 pointer macro_ref = 0; /* reference count for a suffixed macro */
17555
17556 @ @<Scan a variable primary...@>=
17557
17558   fast_get_avail(pre_head); tail=pre_head; post_head=null; tt=mp_vacuous;
17559   while (1) { 
17560     t=mp_cur_tok(mp); link(tail)=t;
17561     if ( tt!=undefined ) {
17562        @<Find the approximate type |tt| and corresponding~|q|@>;
17563       if ( tt>=mp_unsuffixed_macro ) {
17564         @<Either begin an unsuffixed macro call or
17565           prepare for a suffixed one@>;
17566       }
17567     }
17568     mp_get_x_next(mp); tail=t;
17569     if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17570       @<Scan for a subscript; replace |cur_cmd| by |numeric_token| if found@>;
17571     }
17572     if ( mp->cur_cmd>max_suffix_token ) break;
17573     if ( mp->cur_cmd<min_suffix_token ) break;
17574   } /* now |cur_cmd| is |internal_quantity|, |tag_token|, or |numeric_token| */
17575   @<Handle unusual cases that masquerade as variables, and |goto restart|
17576     or |goto done| if appropriate;
17577     otherwise make a copy of the variable and |goto done|@>;
17578 }
17579
17580 @ @<Either begin an unsuffixed macro call or...@>=
17581
17582   link(tail)=null;
17583   if ( tt>mp_unsuffixed_macro ) { /* |tt=mp_suffixed_macro| */
17584     post_head=mp_get_avail(mp); tail=post_head; link(tail)=t;
17585     tt=undefined; macro_ref=value(q); add_mac_ref(macro_ref);
17586   } else {
17587     @<Set up unsuffixed macro call and |goto restart|@>;
17588   }
17589 }
17590
17591 @ @<Scan for a subscript; replace |cur_cmd| by |numeric_token| if found@>=
17592
17593   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17594   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17595     @<Put the left bracket and the expression back to be rescanned@>;
17596   } else { 
17597     if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_subscript(mp);
17598     mp->cur_cmd=numeric_token; mp->cur_mod=mp->cur_exp; mp->cur_sym=0;
17599   }
17600 }
17601
17602 @ The left bracket that we thought was introducing a subscript might have
17603 actually been the left bracket in a mediation construction like `\.{x[a,b]}'.
17604 So we don't issue an error message at this point; but we do want to back up
17605 so as to avoid any embarrassment about our incorrect assumption.
17606
17607 @<Put the left bracket and the expression back to be rescanned@>=
17608
17609   mp_back_input(mp); /* that was the token following the current expression */
17610   mp_back_expr(mp); mp->cur_cmd=left_bracket; 
17611   mp->cur_mod=0; mp->cur_sym=frozen_left_bracket;
17612 }
17613
17614 @ Here's a routine that puts the current expression back to be read again.
17615
17616 @c void mp_back_expr (MP mp) {
17617   pointer p; /* capsule token */
17618   p=mp_stash_cur_exp(mp); link(p)=null; back_list(p);
17619 }
17620
17621 @ Unknown subscripts lead to the following error message.
17622
17623 @c void mp_bad_subscript (MP mp) { 
17624   exp_err("Improper subscript has been replaced by zero");
17625 @.Improper subscript...@>
17626   help3("A bracketed subscript must have a known numeric value;")
17627     ("unfortunately, what I found was the value that appears just")
17628     ("above this error message. So I'll try a zero subscript.");
17629   mp_flush_error(mp, 0);
17630 }
17631
17632 @ Every time we call |get_x_next|, there's a chance that the variable we've
17633 been looking at will disappear. Thus, we cannot safely keep |q| pointing
17634 into the variable structure; we need to start searching from the root each time.
17635
17636 @<Find the approximate type |tt| and corresponding~|q|@>=
17637 @^inner loop@>
17638
17639   p=link(pre_head); q=info(p); tt=undefined;
17640   if ( eq_type(q) % outer_tag==tag_token ) {
17641     q=equiv(q);
17642     if ( q==null ) goto DONE2;
17643     while (1) { 
17644       p=link(p);
17645       if ( p==null ) {
17646         tt=type(q); goto DONE2;
17647       };
17648       if ( type(q)!=mp_structured ) goto DONE2;
17649       q=link(attr_head(q)); /* the |collective_subscript| attribute */
17650       if ( p>=mp->hi_mem_min ) { /* it's not a subscript */
17651         do {  q=link(q); } while (! (attr_loc(q)>=info(p)));
17652         if ( attr_loc(q)>info(p) ) goto DONE2;
17653       }
17654     }
17655   }
17656 DONE2:
17657   ;
17658 }
17659
17660 @ How do things stand now? Well, we have scanned an entire variable name,
17661 including possible subscripts and/or attributes; |cur_cmd|, |cur_mod|, and
17662 |cur_sym| represent the token that follows. If |post_head=null|, a
17663 token list for this variable name starts at |link(pre_head)|, with all
17664 subscripts evaluated. But if |post_head<>null|, the variable turned out
17665 to be a suffixed macro; |pre_head| is the head of the prefix list, while
17666 |post_head| is the head of a token list containing both `\.{\AT!}' and
17667 the suffix.
17668
17669 Our immediate problem is to see if this variable still exists. (Variable
17670 structures can change drastically whenever we call |get_x_next|; users
17671 aren't supposed to do this, but the fact that it is possible means that
17672 we must be cautious.)
17673
17674 The following procedure prints an error message when a variable
17675 unexpectedly disappears. Its help message isn't quite right for
17676 our present purposes, but we'll be able to fix that up.
17677
17678 @c 
17679 void mp_obliterated (MP mp,pointer q) { 
17680   print_err("Variable "); mp_show_token_list(mp, q,null,1000,0);
17681   mp_print(mp, " has been obliterated");
17682 @.Variable...obliterated@>
17683   help5("It seems you did a nasty thing---probably by accident,")
17684     ("but nevertheless you nearly hornswoggled me...")
17685     ("While I was evaluating the right-hand side of this")
17686     ("command, something happened, and the left-hand side")
17687     ("is no longer a variable! So I won't change anything.");
17688 }
17689
17690 @ If the variable does exist, we also need to check
17691 for a few other special cases before deciding that a plain old ordinary
17692 variable has, indeed, been scanned.
17693
17694 @<Handle unusual cases that masquerade as variables...@>=
17695 if ( post_head!=null ) {
17696   @<Set up suffixed macro call and |goto restart|@>;
17697 }
17698 q=link(pre_head); free_avail(pre_head);
17699 if ( mp->cur_cmd==my_var_flag ) { 
17700   mp->cur_type=mp_token_list; mp->cur_exp=q; goto DONE;
17701 }
17702 p=mp_find_variable(mp, q);
17703 if ( p!=null ) {
17704   mp_make_exp_copy(mp, p);
17705 } else { 
17706   mp_obliterated(mp, q);
17707   mp->help_line[2]="While I was evaluating the suffix of this variable,";
17708   mp->help_line[1]="something was redefined, and it's no longer a variable!";
17709   mp->help_line[0]="In order to get back on my feet, I've inserted `0' instead.";
17710   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17711 }
17712 mp_flush_node_list(mp, q); 
17713 goto DONE
17714
17715 @ The only complication associated with macro calling is that the prefix
17716 and ``at'' parameters must be packaged in an appropriate list of lists.
17717
17718 @<Set up unsuffixed macro call and |goto restart|@>=
17719
17720   p=mp_get_avail(mp); info(pre_head)=link(pre_head); link(pre_head)=p;
17721   info(p)=t; mp_macro_call(mp, value(q),pre_head,null);
17722   mp_get_x_next(mp); 
17723   goto RESTART;
17724 }
17725
17726 @ If the ``variable'' that turned out to be a suffixed macro no longer exists,
17727 we don't care, because we have reserved a pointer (|macro_ref|) to its
17728 token list.
17729
17730 @<Set up suffixed macro call and |goto restart|@>=
17731
17732   mp_back_input(mp); p=mp_get_avail(mp); q=link(post_head);
17733   info(pre_head)=link(pre_head); link(pre_head)=post_head;
17734   info(post_head)=q; link(post_head)=p; info(p)=link(q); link(q)=null;
17735   mp_macro_call(mp, macro_ref,pre_head,null); decr(ref_count(macro_ref));
17736   mp_get_x_next(mp); goto RESTART;
17737 }
17738
17739 @ Our remaining job is simply to make a copy of the value that has been
17740 found. Some cases are harder than others, but complexity arises solely
17741 because of the multiplicity of possible cases.
17742
17743 @<Declare the procedure called |make_exp_copy|@>=
17744 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>;
17745 void mp_make_exp_copy (MP mp,pointer p) {
17746   pointer q,r,t; /* registers for list manipulation */
17747 RESTART: 
17748   mp->cur_type=type(p);
17749   switch (mp->cur_type) {
17750   case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
17751     mp->cur_exp=value(p); break;
17752   case unknown_types:
17753     mp->cur_exp=mp_new_ring_entry(mp, p);
17754     break;
17755   case mp_string_type: 
17756     mp->cur_exp=value(p); add_str_ref(mp->cur_exp);
17757     break;
17758   case mp_picture_type:
17759     mp->cur_exp=value(p);add_edge_ref(mp->cur_exp);
17760     break;
17761   case mp_pen_type:
17762     mp->cur_exp=copy_pen(value(p));
17763     break; 
17764   case mp_path_type:
17765     mp->cur_exp=mp_copy_path(mp, value(p));
17766     break;
17767   case mp_transform_type: case mp_color_type: 
17768   case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type:
17769     @<Copy the big node |p|@>;
17770     break;
17771   case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
17772     mp_encapsulate(mp, mp_copy_dep_list(mp, dep_list(p)));
17773     break;
17774   case mp_numeric_type: 
17775     new_indep(p); goto RESTART;
17776     break;
17777   case mp_independent: 
17778     q=mp_single_dependency(mp, p);
17779     if ( q==mp->dep_final ){ 
17780       mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=0; mp_free_node(mp, q,value_node_size);
17781     } else { 
17782       mp->cur_type=mp_dependent; mp_encapsulate(mp, q);
17783     }
17784     break;
17785   default: 
17786     mp_confusion(mp, "copy");
17787 @:this can't happen copy}{\quad copy@>
17788     break;
17789   }
17790 }
17791
17792 @ The |encapsulate| subroutine assumes that |dep_final| is the
17793 tail of dependency list~|p|.
17794
17795 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>=
17796 void mp_encapsulate (MP mp,pointer p) { 
17797   mp->cur_exp=mp_get_node(mp, value_node_size); type(mp->cur_exp)=mp->cur_type;
17798   name_type(mp->cur_exp)=mp_capsule; mp_new_dep(mp, mp->cur_exp,p);
17799 }
17800
17801 @ The most tedious case arises when the user refers to a
17802 \&{pair}, \&{color}, or \&{transform} variable; we must copy several fields,
17803 each of which can be |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|,
17804 or |known|.
17805
17806 @<Copy the big node |p|@>=
17807
17808   if ( value(p)==null ) 
17809     mp_init_big_node(mp, p);
17810   t=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(t)=mp_capsule; type(t)=mp->cur_type;
17811   mp_init_big_node(mp, t);
17812   q=value(p)+mp->big_node_size[mp->cur_type]; 
17813   r=value(t)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
17814   do {  
17815     q=q-2; r=r-2; mp_install(mp, r,q);
17816   } while (q!=value(p));
17817   mp->cur_exp=t;
17818 }
17819
17820 @ The |install| procedure copies a numeric field~|q| into field~|r| of
17821 a big node that will be part of a capsule.
17822
17823 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>=
17824 void mp_install (MP mp,pointer r, pointer q) {
17825   pointer p; /* temporary register */
17826   if ( type(q)==mp_known ){ 
17827     value(r)=value(q); type(r)=mp_known;
17828   } else  if ( type(q)==mp_independent ) {
17829     p=mp_single_dependency(mp, q);
17830     if ( p==mp->dep_final ) {
17831       type(r)=mp_known; value(r)=0; mp_free_node(mp, p,value_node_size);
17832     } else  { 
17833       type(r)=mp_dependent; mp_new_dep(mp, r,p);
17834     }
17835   } else {
17836     type(r)=type(q); mp_new_dep(mp, r,mp_copy_dep_list(mp, dep_list(q)));
17837   }
17838 }
17839
17840 @ Expressions of the form `\.{a[b,c]}' are converted into
17841 `\.{b+a*(c-b)}', without checking the types of \.b~or~\.c,
17842 provided that \.a is numeric.
17843
17844 @<Scan a mediation...@>=
17845
17846   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17847   if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
17848     @<Put the left bracket and the expression back...@>;
17849     mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17850   } else { 
17851     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17852     if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17853       mp_missing_err(mp, "]");
17854 @.Missing `]'@>
17855       help3("I've scanned an expression of the form `a[b,c',")
17856       ("so a right bracket should have come next.")
17857       ("I shall pretend that one was there.");
17858       mp_back_error(mp);
17859     }
17860     r=mp_stash_cur_exp(mp); mp_make_exp_copy(mp, q);
17861     mp_do_binary(mp, r,minus); mp_do_binary(mp, p,times); 
17862     mp_do_binary(mp, q,plus); mp_get_x_next(mp);
17863   }
17864 }
17865
17866 @ Here is a comparatively simple routine that is used to scan the
17867 \&{suffix} parameters of a macro.
17868
17869 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17870 void mp_scan_suffix (MP mp) {
17871   pointer h,t; /* head and tail of the list being built */
17872   pointer p; /* temporary register */
17873   h=mp_get_avail(mp); t=h;
17874   while (1) { 
17875     if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17876       @<Scan a bracketed subscript and set |cur_cmd:=numeric_token|@>;
17877     }
17878     if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) {
17879       p=mp_new_num_tok(mp, mp->cur_mod);
17880     } else if ((mp->cur_cmd==tag_token)||(mp->cur_cmd==internal_quantity) ) {
17881        p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->cur_sym;
17882     } else {
17883       break;
17884     }
17885     link(t)=p; t=p; mp_get_x_next(mp);
17886   }
17887   mp->cur_exp=link(h); free_avail(h); mp->cur_type=mp_token_list;
17888 }
17889
17890 @ @<Scan a bracketed subscript and set |cur_cmd:=numeric_token|@>=
17891
17892   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17893   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_subscript(mp);
17894   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17895      mp_missing_err(mp, "]");
17896 @.Missing `]'@>
17897     help3("I've seen a `[' and a subscript value, in a suffix,")
17898       ("so a right bracket should have come next.")
17899       ("I shall pretend that one was there.");
17900     mp_back_error(mp);
17901   }
17902   mp->cur_cmd=numeric_token; mp->cur_mod=mp->cur_exp;
17903 }
17904
17905 @* \[38] Parsing secondary and higher expressions.
17906 After the intricacies of |scan_primary|\kern-1pt,
17907 the |scan_secondary| routine is
17908 refreshingly simple. It's not trivial, but the operations are relatively
17909 straightforward; the main difficulty is, again, that expressions and data
17910 structures might change drastically every time we call |get_x_next|, so a
17911 cautious approach is mandatory. For example, a macro defined by
17912 \&{primarydef} might have disappeared by the time its second argument has
17913 been scanned; we solve this by increasing the reference count of its token
17914 list, so that the macro can be called even after it has been clobbered.
17915
17916 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17917 void mp_scan_secondary (MP mp) {
17918   pointer p; /* for list manipulation */
17919   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17920   pointer mac_name; /* token defined with \&{primarydef} */
17921 RESTART:
17922   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17923       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17924     mp_bad_exp(mp, "A secondary");
17925 @.A secondary expression...@>
17926   mp_scan_primary(mp);
17927 CONTINUE: 
17928   if ( mp->cur_cmd<=max_secondary_command )
17929     if ( mp->cur_cmd>=min_secondary_command ) {
17930       p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17931       if ( d==secondary_primary_macro ) { 
17932         mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17933      }
17934      mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
17935      if ( d!=secondary_primary_macro ) {
17936        mp_do_binary(mp, p,c);
17937      } else  { 
17938        mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17939        decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17940        goto RESTART;
17941     }
17942     goto CONTINUE;
17943   }
17944 }
17945
17946 @ The following procedure calls a macro that has two parameters,
17947 |p| and |cur_exp|.
17948
17949 @c void mp_binary_mac (MP mp,pointer p, pointer c, pointer n) {
17950   pointer q,r; /* nodes in the parameter list */
17951   q=mp_get_avail(mp); r=mp_get_avail(mp); link(q)=r;
17952   info(q)=p; info(r)=mp_stash_cur_exp(mp);
17953   mp_macro_call(mp, c,q,n);
17954 }
17955
17956 @ The next procedure, |scan_tertiary|, is pretty much the same deal.
17957
17958 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17959 void mp_scan_tertiary (MP mp) {
17960   pointer p; /* for list manipulation */
17961   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17962   pointer mac_name; /* token defined with \&{secondarydef} */
17963 RESTART:
17964   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17965       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17966     mp_bad_exp(mp, "A tertiary");
17967 @.A tertiary expression...@>
17968   mp_scan_secondary(mp);
17969 CONTINUE: 
17970   if ( mp->cur_cmd<=max_tertiary_command ) {
17971     if ( mp->cur_cmd>=min_tertiary_command ) {
17972       p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17973       if ( d==tertiary_secondary_macro ) { 
17974         mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17975       };
17976       mp_get_x_next(mp); mp_scan_secondary(mp);
17977       if ( d!=tertiary_secondary_macro ) {
17978         mp_do_binary(mp, p,c);
17979       } else { 
17980         mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17981         decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17982         goto RESTART;
17983       }
17984       goto CONTINUE;
17985     }
17986   }
17987 }
17988
17989 @ Finally we reach the deepest level in our quartet of parsing routines.
17990 This one is much like the others; but it has an extra complication from
17991 paths, which materialize here.
17992
17993 @d continue_path 25 /* a label inside of |scan_expression| */
17994 @d finish_path 26 /* another */
17995
17996 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17997 void mp_scan_expression (MP mp) {
17998   pointer p,q,r,pp,qq; /* for list manipulation */
17999   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
18000   int my_var_flag; /* initial value of |var_flag| */
18001   pointer mac_name; /* token defined with \&{tertiarydef} */
18002   boolean cycle_hit; /* did a path expression just end with `\&{cycle}'? */
18003   scaled x,y; /* explicit coordinates or tension at a path join */
18004   int t; /* knot type following a path join */
18005   t=0; y=0; x=0;
18006   my_var_flag=mp->var_flag; mac_name=null;
18007 RESTART:
18008   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
18009       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
18010     mp_bad_exp(mp, "An");
18011 @.An expression...@>
18012   mp_scan_tertiary(mp);
18013 CONTINUE: 
18014   if ( mp->cur_cmd<=max_expression_command )
18015     if ( mp->cur_cmd>=min_expression_command ) {
18016       if ( (mp->cur_cmd!=equals)||(my_var_flag!=assignment) ) {
18017         p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
18018         if ( d==expression_tertiary_macro ) {
18019           mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
18020         }
18021         if ( (d<ampersand)||((d==ampersand)&&
18022              ((type(p)==mp_pair_type)||(type(p)==mp_path_type))) ) {
18023           @<Scan a path construction operation;
18024             but |return| if |p| has the wrong type@>;
18025         } else { 
18026           mp_get_x_next(mp); mp_scan_tertiary(mp);
18027           if ( d!=expression_tertiary_macro ) {
18028             mp_do_binary(mp, p,c);
18029           } else  { 
18030             mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
18031             decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
18032             goto RESTART;
18033           }
18034         }
18035         goto CONTINUE;
18036      }
18037   }
18038 }
18039
18040 @ The reader should review the data structure conventions for paths before
18041 hoping to understand the next part of this code.
18042
18043 @<Scan a path construction operation...@>=
18044
18045   cycle_hit=false;
18046   @<Convert the left operand, |p|, into a partial path ending at~|q|;
18047     but |return| if |p| doesn't have a suitable type@>;
18048 CONTINUE_PATH: 
18049   @<Determine the path join parameters;
18050     but |goto finish_path| if there's only a direction specifier@>;
18051   if ( mp->cur_cmd==cycle ) {
18052     @<Get ready to close a cycle@>;
18053   } else { 
18054     mp_scan_tertiary(mp);
18055     @<Convert the right operand, |cur_exp|,
18056       into a partial path from |pp| to~|qq|@>;
18057   }
18058   @<Join the partial paths and reset |p| and |q| to the head and tail
18059     of the result@>;
18060   if ( mp->cur_cmd>=min_expression_command )
18061     if ( mp->cur_cmd<=ampersand ) if ( ! cycle_hit ) goto CONTINUE_PATH;
18062 FINISH_PATH:
18063   @<Choose control points for the path and put the result into |cur_exp|@>;
18064 }
18065
18066 @ @<Convert the left operand, |p|, into a partial path ending at~|q|...@>=
18067
18068   mp_unstash_cur_exp(mp, p);
18069   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) p=mp_new_knot(mp);
18070   else if ( mp->cur_type==mp_path_type ) p=mp->cur_exp;
18071   else return;
18072   q=p;
18073   while ( link(q)!=p ) q=link(q);
18074   if ( left_type(p)!=mp_endpoint ) { /* open up a cycle */
18075     r=mp_copy_knot(mp, p); link(q)=r; q=r;
18076   }
18077   left_type(p)=mp_open; right_type(q)=mp_open;
18078 }
18079
18080 @ A pair of numeric values is changed into a knot node for a one-point path
18081 when \MP\ discovers that the pair is part of a path.
18082
18083 @c@<Declare the procedure called |known_pair|@>;
18084 pointer mp_new_knot (MP mp) { /* convert a pair to a knot with two endpoints */
18085   pointer q; /* the new node */
18086   q=mp_get_node(mp, knot_node_size); left_type(q)=mp_endpoint;
18087   right_type(q)=mp_endpoint; originator(q)=mp_metapost_user; link(q)=q;
18088   mp_known_pair(mp); x_coord(q)=mp->cur_x; y_coord(q)=mp->cur_y;
18089   return q;
18090 }
18091
18092 @ The |known_pair| subroutine sets |cur_x| and |cur_y| to the components
18093 of the current expression, assuming that the current expression is a
18094 pair of known numerics. Unknown components are zeroed, and the
18095 current expression is flushed.
18096
18097 @<Declare the procedure called |known_pair|@>=
18098 void mp_known_pair (MP mp) {
18099   pointer p; /* the pair node */
18100   if ( mp->cur_type!=mp_pair_type ) {
18101     exp_err("Undefined coordinates have been replaced by (0,0)");
18102 @.Undefined coordinates...@>
18103     help5("I need x and y numbers for this part of the path.")
18104       ("The value I found (see above) was no good;")
18105       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18106       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18107 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
18108       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18109     mp_put_get_flush_error(mp, 0); mp->cur_x=0; mp->cur_y=0;
18110   } else { 
18111     p=value(mp->cur_exp);
18112      @<Make sure that both |x| and |y| parts of |p| are known;
18113        copy them into |cur_x| and |cur_y|@>;
18114     mp_flush_cur_exp(mp, 0);
18115   }
18116 }
18117
18118 @ @<Make sure that both |x| and |y| parts of |p| are known...@>=
18119 if ( type(x_part_loc(p))==mp_known ) {
18120   mp->cur_x=value(x_part_loc(p));
18121 } else { 
18122   mp_disp_err(mp, x_part_loc(p),
18123     "Undefined x coordinate has been replaced by 0");
18124 @.Undefined coordinates...@>
18125   help5("I need a `known' x value for this part of the path.")
18126     ("The value I found (see above) was no good;")
18127     ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18128     ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18129 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
18130     ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18131   mp_put_get_error(mp); mp_recycle_value(mp, x_part_loc(p)); mp->cur_x=0;
18132 }
18133 if ( type(y_part_loc(p))==mp_known ) {
18134   mp->cur_y=value(y_part_loc(p));
18135 } else { 
18136   mp_disp_err(mp, y_part_loc(p),
18137     "Undefined y coordinate has been replaced by 0");
18138   help5("I need a `known' y value for this part of the path.")
18139     ("The value I found (see above) was no good;")
18140     ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18141     ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18142     ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18143   mp_put_get_error(mp); mp_recycle_value(mp, y_part_loc(p)); mp->cur_y=0;
18144 }
18145
18146 @ At this point |cur_cmd| is either |ampersand|, |left_brace|, or |path_join|.
18147
18148 @<Determine the path join parameters...@>=
18149 if ( mp->cur_cmd==left_brace ) {
18150   @<Put the pre-join direction information into node |q|@>;
18151 }
18152 d=mp->cur_cmd;
18153 if ( d==path_join ) {
18154   @<Determine the tension and/or control points@>;
18155 } else if ( d!=ampersand ) {
18156   goto FINISH_PATH;
18157 }
18158 mp_get_x_next(mp);
18159 if ( mp->cur_cmd==left_brace ) {
18160   @<Put the post-join direction information into |x| and |t|@>;
18161 } else if ( right_type(q)!=mp_explicit ) {
18162   t=mp_open; x=0;
18163 }
18164
18165 @ The |scan_direction| subroutine looks at the directional information
18166 that is enclosed in braces, and also scans ahead to the following character.
18167 A type code is returned, either |open| (if the direction was $(0,0)$),
18168 or |curl| (if the direction was a curl of known value |cur_exp|), or
18169 |given| (if the direction is given by the |angle| value that now
18170 appears in |cur_exp|).
18171
18172 There's nothing difficult about this subroutine, but the program is rather
18173 lengthy because a variety of potential errors need to be nipped in the bud.
18174
18175 @c small_number mp_scan_direction (MP mp) {
18176   int t; /* the type of information found */
18177   scaled x; /* an |x| coordinate */
18178   mp_get_x_next(mp);
18179   if ( mp->cur_cmd==curl_command ) {
18180      @<Scan a curl specification@>;
18181   } else {
18182     @<Scan a given direction@>;
18183   }
18184   if ( mp->cur_cmd!=right_brace ) {
18185     mp_missing_err(mp, "}");
18186 @.Missing `\char`\}'@>
18187     help3("I've scanned a direction spec for part of a path,")
18188       ("so a right brace should have come next.")
18189       ("I shall pretend that one was there.");
18190     mp_back_error(mp);
18191   }
18192   mp_get_x_next(mp); 
18193   return t;
18194 }
18195
18196 @ @<Scan a curl specification@>=
18197 { mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18198 if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<0) ){ 
18199   exp_err("Improper curl has been replaced by 1");
18200 @.Improper curl@>
18201   help1("A curl must be a known, nonnegative number.");
18202   mp_put_get_flush_error(mp, unity);
18203 }
18204 t=mp_curl;
18205 }
18206
18207 @ @<Scan a given direction@>=
18208 { mp_scan_expression(mp);
18209   if ( mp->cur_type>mp_pair_type ) {
18210     @<Get given directions separated by commas@>;
18211   } else {
18212     mp_known_pair(mp);
18213   }
18214   if ( (mp->cur_x==0)&&(mp->cur_y==0) )  t=mp_open;
18215   else  { t=mp_given; mp->cur_exp=mp_n_arg(mp, mp->cur_x,mp->cur_y);}
18216 }
18217
18218 @ @<Get given directions separated by commas@>=
18219
18220   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18221     exp_err("Undefined x coordinate has been replaced by 0");
18222 @.Undefined coordinates...@>
18223     help5("I need a `known' x value for this part of the path.")
18224       ("The value I found (see above) was no good;")
18225       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18226       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18227 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
18228       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18229     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
18230   }
18231   x=mp->cur_exp;
18232   if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
18233     mp_missing_err(mp, ",");
18234 @.Missing `,'@>
18235     help2("I've got the x coordinate of a path direction;")
18236       ("will look for the y coordinate next.");
18237     mp_back_error(mp);
18238   }
18239   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18240   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18241      exp_err("Undefined y coordinate has been replaced by 0");
18242     help5("I need a `known' y value for this part of the path.")
18243       ("The value I found (see above) was no good;")
18244       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18245       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18246       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18247     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
18248   }
18249   mp->cur_y=mp->cur_exp; mp->cur_x=x;
18250 }
18251
18252 @ At this point |right_type(q)| is usually |open|, but it may have been
18253 set to some other value by a previous splicing operation. We must maintain
18254 the value of |right_type(q)| in unusual cases such as
18255 `\.{..z1\{z2\}\&\{z3\}z1\{0,0\}..}'.
18256
18257 @<Put the pre-join...@>=
18258
18259   t=mp_scan_direction(mp);
18260   if ( t!=mp_open ) {
18261     right_type(q)=t; right_given(q)=mp->cur_exp;
18262     if ( left_type(q)==mp_open ) {
18263       left_type(q)=t; left_given(q)=mp->cur_exp;
18264     } /* note that |left_given(q)=left_curl(q)| */
18265   }
18266 }
18267
18268 @ Since |left_tension| and |left_y| share the same position in knot nodes,
18269 and since |left_given| is similarly equivalent to |left_x|, we use
18270 |x| and |y| to hold the given direction and tension information when
18271 there are no explicit control points.
18272
18273 @<Put the post-join...@>=
18274
18275   t=mp_scan_direction(mp);
18276   if ( right_type(q)!=mp_explicit ) x=mp->cur_exp;
18277   else t=mp_explicit; /* the direction information is superfluous */
18278 }
18279
18280 @ @<Determine the tension and/or...@>=
18281
18282   mp_get_x_next(mp);
18283   if ( mp->cur_cmd==tension ) {
18284     @<Set explicit tensions@>;
18285   } else if ( mp->cur_cmd==controls ) {
18286     @<Set explicit control points@>;
18287   } else  { 
18288     right_tension(q)=unity; y=unity; mp_back_input(mp); /* default tension */
18289     goto DONE;
18290   };
18291   if ( mp->cur_cmd!=path_join ) {
18292      mp_missing_err(mp, "..");
18293 @.Missing `..'@>
18294     help1("A path join command should end with two dots.");
18295     mp_back_error(mp);
18296   }
18297 DONE:
18298   ;
18299 }
18300
18301 @ @<Set explicit tensions@>=
18302
18303   mp_get_x_next(mp); y=mp->cur_cmd;
18304   if ( mp->cur_cmd==at_least ) mp_get_x_next(mp);
18305   mp_scan_primary(mp);
18306   @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>;
18307   if ( y==at_least ) negate(mp->cur_exp);
18308   right_tension(q)=mp->cur_exp;
18309   if ( mp->cur_cmd==and_command ) {
18310     mp_get_x_next(mp); y=mp->cur_cmd;
18311     if ( mp->cur_cmd==at_least ) mp_get_x_next(mp);
18312     mp_scan_primary(mp);
18313     @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>;
18314     if ( y==at_least ) negate(mp->cur_exp);
18315   }
18316   y=mp->cur_exp;
18317 }
18318
18319 @ @d min_tension three_quarter_unit
18320
18321 @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>=
18322 if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<min_tension) ) {
18323   exp_err("Improper tension has been set to 1");
18324 @.Improper tension@>
18325   help1("The expression above should have been a number >=3/4.");
18326   mp_put_get_flush_error(mp, unity);
18327 }
18328
18329 @ @<Set explicit control points@>=
18330
18331   right_type(q)=mp_explicit; t=mp_explicit; mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
18332   mp_known_pair(mp); right_x(q)=mp->cur_x; right_y(q)=mp->cur_y;
18333   if ( mp->cur_cmd!=and_command ) {
18334     x=right_x(q); y=right_y(q);
18335   } else { 
18336     mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
18337     mp_known_pair(mp); x=mp->cur_x; y=mp->cur_y;
18338   }
18339 }
18340
18341 @ @<Convert the right operand, |cur_exp|, into a partial path...@>=
18342
18343   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) pp=mp_new_knot(mp);
18344   else pp=mp->cur_exp;
18345   qq=pp;
18346   while ( link(qq)!=pp ) qq=link(qq);
18347   if ( left_type(pp)!=mp_endpoint ) { /* open up a cycle */
18348     r=mp_copy_knot(mp, pp); link(qq)=r; qq=r;
18349   }
18350   left_type(pp)=mp_open; right_type(qq)=mp_open;
18351 }
18352
18353 @ If a person tries to define an entire path by saying `\.{(x,y)\&cycle}',
18354 we silently change the specification to `\.{(x,y)..cycle}', since a cycle
18355 shouldn't have length zero.
18356
18357 @<Get ready to close a cycle@>=
18358
18359   cycle_hit=true; mp_get_x_next(mp); pp=p; qq=p;
18360   if ( d==ampersand ) if ( p==q ) {
18361     d=path_join; right_tension(q)=unity; y=unity;
18362   }
18363 }
18364
18365 @ @<Join the partial paths and reset |p| and |q|...@>=
18366
18367 if ( d==ampersand ) {
18368   if ( (x_coord(q)!=x_coord(pp))||(y_coord(q)!=y_coord(pp)) ) {
18369     print_err("Paths don't touch; `&' will be changed to `..'");
18370 @.Paths don't touch@>
18371     help3("When you join paths `p&q', the ending point of p")
18372       ("must be exactly equal to the starting point of q.")
18373       ("So I'm going to pretend that you said `p..q' instead.");
18374     mp_put_get_error(mp); d=path_join; right_tension(q)=unity; y=unity;
18375   }
18376 }
18377 @<Plug an opening in |right_type(pp)|, if possible@>;
18378 if ( d==ampersand ) {
18379   @<Splice independent paths together@>;
18380 } else  { 
18381   @<Plug an opening in |right_type(q)|, if possible@>;
18382   link(q)=pp; left_y(pp)=y;
18383   if ( t!=mp_open ) { left_x(pp)=x; left_type(pp)=t;  };
18384 }
18385 q=qq;
18386 }
18387
18388 @ @<Plug an opening in |right_type(q)|...@>=
18389 if ( right_type(q)==mp_open ) {
18390   if ( (left_type(q)==mp_curl)||(left_type(q)==mp_given) ) {
18391     right_type(q)=left_type(q); right_given(q)=left_given(q);
18392   }
18393 }
18394
18395 @ @<Plug an opening in |right_type(pp)|...@>=
18396 if ( right_type(pp)==mp_open ) {
18397   if ( (t==mp_curl)||(t==mp_given) ) {
18398     right_type(pp)=t; right_given(pp)=x;
18399   }
18400 }
18401
18402 @ @<Splice independent paths together@>=
18403
18404   if ( left_type(q)==mp_open ) if ( right_type(q)==mp_open ) {
18405     left_type(q)=mp_curl; left_curl(q)=unity;
18406   }
18407   if ( right_type(pp)==mp_open ) if ( t==mp_open ) {
18408     right_type(pp)=mp_curl; right_curl(pp)=unity;
18409   }
18410   right_type(q)=right_type(pp); link(q)=link(pp);
18411   right_x(q)=right_x(pp); right_y(q)=right_y(pp);
18412   mp_free_node(mp, pp,knot_node_size);
18413   if ( qq==pp ) qq=q;
18414 }
18415
18416 @ @<Choose control points for the path...@>=
18417 if ( cycle_hit ) { 
18418   if ( d==ampersand ) p=q;
18419 } else  { 
18420   left_type(p)=mp_endpoint;
18421   if ( right_type(p)==mp_open ) { 
18422     right_type(p)=mp_curl; right_curl(p)=unity;
18423   }
18424   right_type(q)=mp_endpoint;
18425   if ( left_type(q)==mp_open ) { 
18426     left_type(q)=mp_curl; left_curl(q)=unity;
18427   }
18428   link(q)=p;
18429 }
18430 mp_make_choices(mp, p);
18431 mp->cur_type=mp_path_type; mp->cur_exp=p
18432
18433 @ Finally, we sometimes need to scan an expression whose value is
18434 supposed to be either |true_code| or |false_code|.
18435
18436 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
18437 void mp_get_boolean (MP mp) { 
18438   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18439   if ( mp->cur_type!=mp_boolean_type ) {
18440     exp_err("Undefined condition will be treated as `false'");
18441 @.Undefined condition...@>
18442     help2("The expression shown above should have had a definite")
18443       ("true-or-false value. I'm changing it to `false'.");
18444     mp_put_get_flush_error(mp, false_code); mp->cur_type=mp_boolean_type;
18445   }
18446 }
18447
18448 @* \[39] Doing the operations.
18449 The purpose of parsing is primarily to permit people to avoid piles of
18450 parentheses. But the real work is done after the structure of an expression
18451 has been recognized; that's when new expressions are generated. We
18452 turn now to the guts of \MP, which handles individual operators that
18453 have come through the parsing mechanism.
18454
18455 We'll start with the easy ones that take no operands, then work our way
18456 up to operators with one and ultimately two arguments. In other words,
18457 we will write the three procedures |do_nullary|, |do_unary|, and |do_binary|
18458 that are invoked periodically by the expression scanners.
18459
18460 First let's make sure that all of the primitive operators are in the
18461 hash table. Although |scan_primary| and its relatives made use of the
18462 \\{cmd} code for these operators, the \\{do} routines base everything
18463 on the \\{mod} code. For example, |do_binary| doesn't care whether the
18464 operation it performs is a |primary_binary| or |secondary_binary|, etc.
18465
18466 @<Put each...@>=
18467 mp_primitive(mp, "true",nullary,true_code);
18468 @:true_}{\&{true} primitive@>
18469 mp_primitive(mp, "false",nullary,false_code);
18470 @:false_}{\&{false} primitive@>
18471 mp_primitive(mp, "nullpicture",nullary,null_picture_code);
18472 @:null_picture_}{\&{nullpicture} primitive@>
18473 mp_primitive(mp, "nullpen",nullary,null_pen_code);
18474 @:null_pen_}{\&{nullpen} primitive@>
18475 mp_primitive(mp, "jobname",nullary,job_name_op);
18476 @:job_name_}{\&{jobname} primitive@>
18477 mp_primitive(mp, "readstring",nullary,read_string_op);
18478 @:read_string_}{\&{readstring} primitive@>
18479 mp_primitive(mp, "pencircle",nullary,pen_circle);
18480 @:pen_circle_}{\&{pencircle} primitive@>
18481 mp_primitive(mp, "normaldeviate",nullary,normal_deviate);
18482 @:normal_deviate_}{\&{normaldeviate} primitive@>
18483 mp_primitive(mp, "readfrom",unary,read_from_op);
18484 @:read_from_}{\&{readfrom} primitive@>
18485 mp_primitive(mp, "closefrom",unary,close_from_op);
18486 @:close_from_}{\&{closefrom} primitive@>
18487 mp_primitive(mp, "odd",unary,odd_op);
18488 @:odd_}{\&{odd} primitive@>
18489 mp_primitive(mp, "known",unary,known_op);
18490 @:known_}{\&{known} primitive@>
18491 mp_primitive(mp, "unknown",unary,unknown_op);
18492 @:unknown_}{\&{unknown} primitive@>
18493 mp_primitive(mp, "not",unary,not_op);
18494 @:not_}{\&{not} primitive@>
18495 mp_primitive(mp, "decimal",unary,decimal);
18496 @:decimal_}{\&{decimal} primitive@>
18497 mp_primitive(mp, "reverse",unary,reverse);
18498 @:reverse_}{\&{reverse} primitive@>
18499 mp_primitive(mp, "makepath",unary,make_path_op);
18500 @:make_path_}{\&{makepath} primitive@>
18501 mp_primitive(mp, "makepen",unary,make_pen_op);
18502 @:make_pen_}{\&{makepen} primitive@>
18503 mp_primitive(mp, "oct",unary,oct_op);
18504 @:oct_}{\&{oct} primitive@>
18505 mp_primitive(mp, "hex",unary,hex_op);
18506 @:hex_}{\&{hex} primitive@>
18507 mp_primitive(mp, "ASCII",unary,ASCII_op);
18508 @:ASCII_}{\&{ASCII} primitive@>
18509 mp_primitive(mp, "char",unary,char_op);
18510 @:char_}{\&{char} primitive@>
18511 mp_primitive(mp, "length",unary,length_op);
18512 @:length_}{\&{length} primitive@>
18513 mp_primitive(mp, "turningnumber",unary,turning_op);
18514 @:turning_number_}{\&{turningnumber} primitive@>
18515 mp_primitive(mp, "xpart",unary,x_part);
18516 @:x_part_}{\&{xpart} primitive@>
18517 mp_primitive(mp, "ypart",unary,y_part);
18518 @:y_part_}{\&{ypart} primitive@>
18519 mp_primitive(mp, "xxpart",unary,xx_part);
18520 @:xx_part_}{\&{xxpart} primitive@>
18521 mp_primitive(mp, "xypart",unary,xy_part);
18522 @:xy_part_}{\&{xypart} primitive@>
18523 mp_primitive(mp, "yxpart",unary,yx_part);
18524 @:yx_part_}{\&{yxpart} primitive@>
18525 mp_primitive(mp, "yypart",unary,yy_part);
18526 @:yy_part_}{\&{yypart} primitive@>
18527 mp_primitive(mp, "redpart",unary,red_part);
18528 @:red_part_}{\&{redpart} primitive@>
18529 mp_primitive(mp, "greenpart",unary,green_part);
18530 @:green_part_}{\&{greenpart} primitive@>
18531 mp_primitive(mp, "bluepart",unary,blue_part);
18532 @:blue_part_}{\&{bluepart} primitive@>
18533 mp_primitive(mp, "cyanpart",unary,cyan_part);
18534 @:cyan_part_}{\&{cyanpart} primitive@>
18535 mp_primitive(mp, "magentapart",unary,magenta_part);
18536 @:magenta_part_}{\&{magentapart} primitive@>
18537 mp_primitive(mp, "yellowpart",unary,yellow_part);
18538 @:yellow_part_}{\&{yellowpart} primitive@>
18539 mp_primitive(mp, "blackpart",unary,black_part);
18540 @:black_part_}{\&{blackpart} primitive@>
18541 mp_primitive(mp, "greypart",unary,grey_part);
18542 @:grey_part_}{\&{greypart} primitive@>
18543 mp_primitive(mp, "colormodel",unary,color_model_part);
18544 @:color_model_part_}{\&{colormodel} primitive@>
18545 mp_primitive(mp, "fontpart",unary,font_part);
18546 @:font_part_}{\&{fontpart} primitive@>
18547 mp_primitive(mp, "textpart",unary,text_part);
18548 @:text_part_}{\&{textpart} primitive@>
18549 mp_primitive(mp, "pathpart",unary,path_part);
18550 @:path_part_}{\&{pathpart} primitive@>
18551 mp_primitive(mp, "penpart",unary,pen_part);
18552 @:pen_part_}{\&{penpart} primitive@>
18553 mp_primitive(mp, "dashpart",unary,dash_part);
18554 @:dash_part_}{\&{dashpart} primitive@>
18555 mp_primitive(mp, "sqrt",unary,sqrt_op);
18556 @:sqrt_}{\&{sqrt} primitive@>
18557 mp_primitive(mp, "mexp",unary,m_exp_op);
18558 @:m_exp_}{\&{mexp} primitive@>
18559 mp_primitive(mp, "mlog",unary,m_log_op);
18560 @:m_log_}{\&{mlog} primitive@>
18561 mp_primitive(mp, "sind",unary,sin_d_op);
18562 @:sin_d_}{\&{sind} primitive@>
18563 mp_primitive(mp, "cosd",unary,cos_d_op);
18564 @:cos_d_}{\&{cosd} primitive@>
18565 mp_primitive(mp, "floor",unary,floor_op);
18566 @:floor_}{\&{floor} primitive@>
18567 mp_primitive(mp, "uniformdeviate",unary,uniform_deviate);
18568 @:uniform_deviate_}{\&{uniformdeviate} primitive@>
18569 mp_primitive(mp, "charexists",unary,char_exists_op);
18570 @:char_exists_}{\&{charexists} primitive@>
18571 mp_primitive(mp, "fontsize",unary,font_size);
18572 @:font_size_}{\&{fontsize} primitive@>
18573 mp_primitive(mp, "llcorner",unary,ll_corner_op);
18574 @:ll_corner_}{\&{llcorner} primitive@>
18575 mp_primitive(mp, "lrcorner",unary,lr_corner_op);
18576 @:lr_corner_}{\&{lrcorner} primitive@>
18577 mp_primitive(mp, "ulcorner",unary,ul_corner_op);
18578 @:ul_corner_}{\&{ulcorner} primitive@>
18579 mp_primitive(mp, "urcorner",unary,ur_corner_op);
18580 @:ur_corner_}{\&{urcorner} primitive@>
18581 mp_primitive(mp, "arclength",unary,arc_length);
18582 @:arc_length_}{\&{arclength} primitive@>
18583 mp_primitive(mp, "angle",unary,angle_op);
18584 @:angle_}{\&{angle} primitive@>
18585 mp_primitive(mp, "cycle",cycle,cycle_op);
18586 @:cycle_}{\&{cycle} primitive@>
18587 mp_primitive(mp, "stroked",unary,stroked_op);
18588 @:stroked_}{\&{stroked} primitive@>
18589 mp_primitive(mp, "filled",unary,filled_op);
18590 @:filled_}{\&{filled} primitive@>
18591 mp_primitive(mp, "textual",unary,textual_op);
18592 @:textual_}{\&{textual} primitive@>
18593 mp_primitive(mp, "clipped",unary,clipped_op);
18594 @:clipped_}{\&{clipped} primitive@>
18595 mp_primitive(mp, "bounded",unary,bounded_op);
18596 @:bounded_}{\&{bounded} primitive@>
18597 mp_primitive(mp, "+",plus_or_minus,plus);
18598 @:+ }{\.{+} primitive@>
18599 mp_primitive(mp, "-",plus_or_minus,minus);
18600 @:- }{\.{-} primitive@>
18601 mp_primitive(mp, "*",secondary_binary,times);
18602 @:* }{\.{*} primitive@>
18603 mp_primitive(mp, "/",slash,over); mp->eqtb[frozen_slash]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
18604 @:/ }{\.{/} primitive@>
18605 mp_primitive(mp, "++",tertiary_binary,pythag_add);
18606 @:++_}{\.{++} primitive@>
18607 mp_primitive(mp, "+-+",tertiary_binary,pythag_sub);
18608 @:+-+_}{\.{+-+} primitive@>
18609 mp_primitive(mp, "or",tertiary_binary,or_op);
18610 @:or_}{\&{or} primitive@>
18611 mp_primitive(mp, "and",and_command,and_op);
18612 @:and_}{\&{and} primitive@>
18613 mp_primitive(mp, "<",expression_binary,less_than);
18614 @:< }{\.{<} primitive@>
18615 mp_primitive(mp, "<=",expression_binary,less_or_equal);
18616 @:<=_}{\.{<=} primitive@>
18617 mp_primitive(mp, ">",expression_binary,greater_than);
18618 @:> }{\.{>} primitive@>
18619 mp_primitive(mp, ">=",expression_binary,greater_or_equal);
18620 @:>=_}{\.{>=} primitive@>
18621 mp_primitive(mp, "=",equals,equal_to);
18622 @:= }{\.{=} primitive@>
18623 mp_primitive(mp, "<>",expression_binary,unequal_to);
18624 @:<>_}{\.{<>} primitive@>
18625 mp_primitive(mp, "substring",primary_binary,substring_of);
18626 @:substring_}{\&{substring} primitive@>
18627 mp_primitive(mp, "subpath",primary_binary,subpath_of);
18628 @:subpath_}{\&{subpath} primitive@>
18629 mp_primitive(mp, "directiontime",primary_binary,direction_time_of);
18630 @:direction_time_}{\&{directiontime} primitive@>
18631 mp_primitive(mp, "point",primary_binary,point_of);
18632 @:point_}{\&{point} primitive@>
18633 mp_primitive(mp, "precontrol",primary_binary,precontrol_of);
18634 @:precontrol_}{\&{precontrol} primitive@>
18635 mp_primitive(mp, "postcontrol",primary_binary,postcontrol_of);
18636 @:postcontrol_}{\&{postcontrol} primitive@>
18637 mp_primitive(mp, "penoffset",primary_binary,pen_offset_of);
18638 @:pen_offset_}{\&{penoffset} primitive@>
18639 mp_primitive(mp, "arctime",primary_binary,arc_time_of);
18640 @:arc_time_of_}{\&{arctime} primitive@>
18641 mp_primitive(mp, "mpversion",nullary,mp_version);
18642 @:mp_verison_}{\&{mpversion} primitive@>
18643 mp_primitive(mp, "&",ampersand,concatenate);
18644 @:!!!}{\.{\&} primitive@>
18645 mp_primitive(mp, "rotated",secondary_binary,rotated_by);
18646 @:rotated_}{\&{rotated} primitive@>
18647 mp_primitive(mp, "slanted",secondary_binary,slanted_by);
18648 @:slanted_}{\&{slanted} primitive@>
18649 mp_primitive(mp, "scaled",secondary_binary,scaled_by);
18650 @:scaled_}{\&{scaled} primitive@>
18651 mp_primitive(mp, "shifted",secondary_binary,shifted_by);
18652 @:shifted_}{\&{shifted} primitive@>
18653 mp_primitive(mp, "transformed",secondary_binary,transformed_by);
18654 @:transformed_}{\&{transformed} primitive@>
18655 mp_primitive(mp, "xscaled",secondary_binary,x_scaled);
18656 @:x_scaled_}{\&{xscaled} primitive@>
18657 mp_primitive(mp, "yscaled",secondary_binary,y_scaled);
18658 @:y_scaled_}{\&{yscaled} primitive@>
18659 mp_primitive(mp, "zscaled",secondary_binary,z_scaled);
18660 @:z_scaled_}{\&{zscaled} primitive@>
18661 mp_primitive(mp, "infont",secondary_binary,in_font);
18662 @:in_font_}{\&{infont} primitive@>
18663 mp_primitive(mp, "intersectiontimes",tertiary_binary,intersect);
18664 @:intersection_times_}{\&{intersectiontimes} primitive@>
18665
18666 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
18667 case nullary:
18668 case unary:
18669 case primary_binary:
18670 case secondary_binary:
18671 case tertiary_binary:
18672 case expression_binary:
18673 case cycle:
18674 case plus_or_minus:
18675 case slash:
18676 case ampersand:
18677 case equals:
18678 case and_command:
18679   mp_print_op(mp, m);
18680   break;
18681
18682 @ OK, let's look at the simplest \\{do} procedure first.
18683
18684 @c @<Declare nullary action procedure@>;
18685 void mp_do_nullary (MP mp,quarterword c) { 
18686   check_arith;
18687   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two )
18688     mp_show_cmd_mod(mp, nullary,c);
18689   switch (c) {
18690   case true_code: case false_code: 
18691     mp->cur_type=mp_boolean_type; mp->cur_exp=c;
18692     break;
18693   case null_picture_code: 
18694     mp->cur_type=mp_picture_type;
18695     mp->cur_exp=mp_get_node(mp, edge_header_size); 
18696     mp_init_edges(mp, mp->cur_exp);
18697     break;
18698   case null_pen_code: 
18699     mp->cur_type=mp_pen_type; mp->cur_exp=mp_get_pen_circle(mp, 0);
18700     break;
18701   case normal_deviate: 
18702     mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=mp_norm_rand(mp);
18703     break;
18704   case pen_circle: 
18705     mp->cur_type=mp_pen_type; mp->cur_exp=mp_get_pen_circle(mp, unity);
18706     break;
18707   case job_name_op:  
18708     if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
18709     mp->cur_type=mp_string_type; mp->cur_exp=rts(mp->job_name);
18710     break;
18711   case mp_version: 
18712     mp->cur_type=mp_string_type; 
18713     mp->cur_exp=intern(metapost_version) ;
18714     break;
18715   case read_string_op:
18716     @<Read a string from the terminal@>;
18717     break;
18718   } /* there are no other cases */
18719   check_arith;
18720 }
18721
18722 @ @<Read a string...@>=
18723
18724   if ( mp->interaction<=mp_nonstop_mode )
18725     mp_fatal_error(mp, "*** (cannot readstring in nonstop modes)");
18726   mp_begin_file_reading(mp); name=is_read;
18727   limit=start; prompt_input("");
18728   mp_finish_read(mp);
18729 }
18730
18731 @ @<Declare nullary action procedure@>=
18732 void mp_finish_read (MP mp) { /* copy |buffer| line to |cur_exp| */
18733   size_t k;
18734   str_room((int)mp->last-start);
18735   for (k=start;k<=mp->last-1;k++) {
18736    append_char(mp->buffer[k]);
18737   }
18738   mp_end_file_reading(mp); mp->cur_type=mp_string_type; 
18739   mp->cur_exp=mp_make_string(mp);
18740 }
18741
18742 @ Things get a bit more interesting when there's an operand. The
18743 operand to |do_unary| appears in |cur_type| and |cur_exp|.
18744
18745 @c @<Declare unary action procedures@>;
18746 void mp_do_unary (MP mp,quarterword c) {
18747   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
18748   integer x; /* a temporary register */
18749   check_arith;
18750   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two )
18751     @<Trace the current unary operation@>;
18752   switch (c) {
18753   case plus:
18754     if ( mp->cur_type<mp_color_type ) mp_bad_unary(mp, plus);
18755     break;
18756   case minus:
18757     @<Negate the current expression@>;
18758     break;
18759   @<Additional cases of unary operators@>;
18760   } /* there are no other cases */
18761   check_arith;
18762 };
18763
18764 @ The |nice_pair| function returns |true| if both components of a pair
18765 are known.
18766
18767 @<Declare unary action procedures@>=
18768 boolean mp_nice_pair (MP mp,integer p, quarterword t) { 
18769   if ( t==mp_pair_type ) {
18770     p=value(p);
18771     if ( type(x_part_loc(p))==mp_known )
18772       if ( type(y_part_loc(p))==mp_known )
18773         return true;
18774   }
18775   return false;
18776 }
18777
18778 @ The |nice_color_or_pair| function is analogous except that it also accepts
18779 fully known colors.
18780
18781 @<Declare unary action procedures@>=
18782 boolean mp_nice_color_or_pair (MP mp,integer p, quarterword t) {
18783   pointer q,r; /* for scanning the big node */
18784   if ( (t!=mp_pair_type)&&(t!=mp_color_type)&&(t!=mp_cmykcolor_type) ) {
18785     return false;
18786   } else { 
18787     q=value(p);
18788     r=q+mp->big_node_size[type(p)];
18789     do {  
18790       r=r-2;
18791       if ( type(r)!=mp_known )
18792         return false;
18793     } while (r!=q);
18794     return true;
18795   }
18796 }
18797
18798 @ @<Declare unary action...@>=
18799 void mp_print_known_or_unknown_type (MP mp,small_number t, integer v) { 
18800   mp_print_char(mp, '(');
18801   if ( t>mp_known ) mp_print(mp, "unknown numeric");
18802   else { if ( (t==mp_pair_type)||(t==mp_color_type)||(t==mp_cmykcolor_type) )
18803     if ( ! mp_nice_color_or_pair(mp, v,t) ) mp_print(mp, "unknown ");
18804     mp_print_type(mp, t);
18805   }
18806   mp_print_char(mp, ')');
18807 }
18808
18809 @ @<Declare unary action...@>=
18810 void mp_bad_unary (MP mp,quarterword c) { 
18811   exp_err("Not implemented: "); mp_print_op(mp, c);
18812 @.Not implemented...@>
18813   mp_print_known_or_unknown_type(mp, mp->cur_type,mp->cur_exp);
18814   help3("I'm afraid I don't know how to apply that operation to that")
18815     ("particular type. Continue, and I'll simply return the")
18816     ("argument (shown above) as the result of the operation.");
18817   mp_put_get_error(mp);
18818 }
18819
18820 @ @<Trace the current unary operation@>=
18821
18822   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{"); 
18823   mp_print_op(mp, c); mp_print_char(mp, '(');
18824   mp_print_exp(mp, null,0); /* show the operand, but not verbosely */
18825   mp_print(mp, ")}"); mp_end_diagnostic(mp, false);
18826 }
18827
18828 @ Negation is easy except when the current expression
18829 is of type |independent|, or when it is a pair with one or more
18830 |independent| components.
18831
18832 It is tempting to argue that the negative of an independent variable
18833 is an independent variable, hence we don't have to do anything when
18834 negating it. The fallacy is that other dependent variables pointing
18835 to the current expression must change the sign of their
18836 coefficients if we make no change to the current expression.
18837
18838 Instead, we work around the problem by copying the current expression
18839 and recycling it afterwards (cf.~the |stash_in| routine).
18840
18841 @<Negate the current expression@>=
18842 switch (mp->cur_type) {
18843 case mp_color_type:
18844 case mp_cmykcolor_type:
18845 case mp_pair_type:
18846 case mp_independent: 
18847   q=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, q);
18848   if ( mp->cur_type==mp_dependent ) {
18849     mp_negate_dep_list(mp, dep_list(mp->cur_exp));
18850   } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { /* |mp_color_type| or |mp_pair_type| */
18851     p=value(mp->cur_exp);
18852     r=p+mp->big_node_size[mp->cur_type];
18853     do {  
18854       r=r-2;
18855       if ( type(r)==mp_known ) negate(value(r));
18856       else mp_negate_dep_list(mp, dep_list(r));
18857     } while (r!=p);
18858   } /* if |cur_type=mp_known| then |cur_exp=0| */
18859   mp_recycle_value(mp, q); mp_free_node(mp, q,value_node_size);
18860   break;
18861 case mp_dependent:
18862 case mp_proto_dependent:
18863   mp_negate_dep_list(mp, dep_list(mp->cur_exp));
18864   break;
18865 case mp_known:
18866   negate(mp->cur_exp);
18867   break;
18868 default:
18869   mp_bad_unary(mp, minus);
18870   break;
18871 }
18872
18873 @ @<Declare unary action...@>=
18874 void mp_negate_dep_list (MP mp,pointer p) { 
18875   while (1) { 
18876     negate(value(p));
18877     if ( info(p)==null ) return;
18878     p=link(p);
18879   }
18880 }
18881
18882 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18883 case not_op: 
18884   if ( mp->cur_type!=mp_boolean_type ) mp_bad_unary(mp, not_op);
18885   else mp->cur_exp=true_code+false_code-mp->cur_exp;
18886   break;
18887
18888 @ @d three_sixty_units 23592960 /* that's |360*unity| */
18889 @d boolean_reset(A) if ( (A) ) mp->cur_exp=true_code; else mp->cur_exp=false_code
18890
18891 @<Additional cases of unary operators@>=
18892 case sqrt_op:
18893 case m_exp_op:
18894 case m_log_op:
18895 case sin_d_op:
18896 case cos_d_op:
18897 case floor_op:
18898 case  uniform_deviate:
18899 case odd_op:
18900 case char_exists_op:
18901   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18902     mp_bad_unary(mp, c);
18903   } else {
18904     switch (c) {
18905     case sqrt_op:mp->cur_exp=mp_square_rt(mp, mp->cur_exp);break;
18906     case m_exp_op:mp->cur_exp=mp_m_exp(mp, mp->cur_exp);break;
18907     case m_log_op:mp->cur_exp=mp_m_log(mp, mp->cur_exp);break;
18908     case sin_d_op:
18909     case cos_d_op:
18910       mp_n_sin_cos(mp, (mp->cur_exp % three_sixty_units)*16);
18911       if ( c==sin_d_op ) mp->cur_exp=mp_round_fraction(mp, mp->n_sin);
18912       else mp->cur_exp=mp_round_fraction(mp, mp->n_cos);
18913       break;
18914     case floor_op:mp->cur_exp=mp_floor_scaled(mp, mp->cur_exp);break;
18915     case uniform_deviate:mp->cur_exp=mp_unif_rand(mp, mp->cur_exp);break;
18916     case odd_op: 
18917       boolean_reset(odd(mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp)));
18918       mp->cur_type=mp_boolean_type;
18919       break;
18920     case char_exists_op:
18921       @<Determine if a character has been shipped out@>;
18922       break;
18923     } /* there are no other cases */
18924   }
18925   break;
18926
18927 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18928 case angle_op:
18929   if ( mp_nice_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type) ) {
18930     p=value(mp->cur_exp);
18931     x=mp_n_arg(mp, value(x_part_loc(p)),value(y_part_loc(p)));
18932     if ( x>=0 ) mp_flush_cur_exp(mp, (x+8)/ 16);
18933     else mp_flush_cur_exp(mp, -((-x+8)/ 16));
18934   } else {
18935     mp_bad_unary(mp, angle_op);
18936   }
18937   break;
18938
18939 @ If the current expression is a pair, but the context wants it to
18940 be a path, we call |pair_to_path|.
18941
18942 @<Declare unary action...@>=
18943 void mp_pair_to_path (MP mp) { 
18944   mp->cur_exp=mp_new_knot(mp); 
18945   mp->cur_type=mp_path_type;
18946 };
18947
18948 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18949 case x_part:
18950 case y_part:
18951   if ( (mp->cur_type==mp_pair_type)||(mp->cur_type==mp_transform_type) )
18952     mp_take_part(mp, c);
18953   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18954   else mp_bad_unary(mp, c);
18955   break;
18956 case xx_part:
18957 case xy_part:
18958 case yx_part:
18959 case yy_part: 
18960   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) mp_take_part(mp, c);
18961   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18962   else mp_bad_unary(mp, c);
18963   break;
18964 case red_part:
18965 case green_part:
18966 case blue_part: 
18967   if ( mp->cur_type==mp_color_type ) mp_take_part(mp, c);
18968   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18969   else mp_bad_unary(mp, c);
18970   break;
18971 case cyan_part:
18972 case magenta_part:
18973 case yellow_part:
18974 case black_part: 
18975   if ( mp->cur_type==mp_cmykcolor_type) mp_take_part(mp, c); 
18976   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18977   else mp_bad_unary(mp, c);
18978   break;
18979 case grey_part: 
18980   if ( mp->cur_type==mp_known ) mp->cur_exp=value(c);
18981   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18982   else mp_bad_unary(mp, c);
18983   break;
18984 case color_model_part: 
18985   if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18986   else mp_bad_unary(mp, c);
18987   break;
18988
18989 @ In the following procedure, |cur_exp| points to a capsule, which points to
18990 a big node. We want to delete all but one part of the big node.
18991
18992 @<Declare unary action...@>=
18993 void mp_take_part (MP mp,quarterword c) {
18994   pointer p; /* the big node */
18995   p=value(mp->cur_exp); value(temp_val)=p; type(temp_val)=mp->cur_type;
18996   link(p)=temp_val; mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
18997   mp_make_exp_copy(mp, p+mp->sector_offset[c+mp_x_part_sector-x_part]);
18998   mp_recycle_value(mp, temp_val);
18999 }
19000
19001 @ @<Initialize table entries...@>=
19002 name_type(temp_val)=mp_capsule;
19003
19004 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19005 case font_part:
19006 case text_part:
19007 case path_part:
19008 case pen_part:
19009 case dash_part:
19010   if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
19011   else mp_bad_unary(mp, c);
19012   break;
19013
19014 @ @<Declarations@>=
19015 void mp_scale_edges (MP mp);
19016
19017 @ @<Declare unary action...@>=
19018 void mp_take_pict_part (MP mp,quarterword c) {
19019   pointer p; /* first graphical object in |cur_exp| */
19020   p=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
19021   if ( p!=null ) {
19022     switch (c) {
19023     case x_part: case y_part: case xx_part:
19024     case xy_part: case yx_part: case yy_part:
19025       if ( type(p)==mp_text_code ) mp_flush_cur_exp(mp, text_trans_part(p+c));
19026       else goto NOT_FOUND;
19027       break;
19028     case red_part: case green_part: case blue_part:
19029       if ( has_color(p) ) mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c));
19030       else goto NOT_FOUND;
19031       break;
19032     case cyan_part: case magenta_part: case yellow_part:
19033     case black_part:
19034       if ( has_color(p) ) {
19035         if ( color_model(p)==mp_uninitialized_model )
19036           mp_flush_cur_exp(mp, unity);
19037         else
19038           mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c+(red_part-cyan_part)));
19039       } else goto NOT_FOUND;
19040       break;
19041     case grey_part:
19042       if ( has_color(p) )
19043           mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c+(red_part-grey_part)));
19044       else goto NOT_FOUND;
19045       break;
19046     case color_model_part:
19047       if ( has_color(p) ) {
19048         if ( color_model(p)==mp_uninitialized_model )
19049           mp_flush_cur_exp(mp, mp->internal[mp_default_color_model]);
19050         else
19051           mp_flush_cur_exp(mp, color_model(p)*unity);
19052       } else goto NOT_FOUND;
19053       break;
19054     @<Handle other cases in |take_pict_part| or |goto not_found|@>;
19055     } /* all cases have been enumerated */
19056     return;
19057   };
19058 NOT_FOUND:
19059   @<Convert the current expression to a null value appropriate
19060     for |c|@>;
19061 }
19062
19063 @ @<Handle other cases in |take_pict_part| or |goto not_found|@>=
19064 case text_part: 
19065   if ( type(p)!=mp_text_code ) goto NOT_FOUND;
19066   else { 
19067     mp_flush_cur_exp(mp, text_p(p));
19068     add_str_ref(mp->cur_exp);
19069     mp->cur_type=mp_string_type;
19070     };
19071   break;
19072 case font_part: 
19073   if ( type(p)!=mp_text_code ) goto NOT_FOUND;
19074   else { 
19075     mp_flush_cur_exp(mp, rts(mp->font_name[font_n(p)])); 
19076     add_str_ref(mp->cur_exp);
19077     mp->cur_type=mp_string_type;
19078   };
19079   break;
19080 case path_part:
19081   if ( type(p)==mp_text_code ) goto NOT_FOUND;
19082   else if ( is_stop(p) ) mp_confusion(mp, "pict");
19083 @:this can't happen pict}{\quad pict@>
19084   else { 
19085     mp_flush_cur_exp(mp, mp_copy_path(mp, path_p(p)));
19086     mp->cur_type=mp_path_type;
19087   }
19088   break;
19089 case pen_part: 
19090   if ( ! has_pen(p) ) goto NOT_FOUND;
19091   else {
19092     if ( pen_p(p)==null ) goto NOT_FOUND;
19093     else { mp_flush_cur_exp(mp, copy_pen(pen_p(p)));
19094       mp->cur_type=mp_pen_type;
19095     };
19096   }
19097   break;
19098 case dash_part: 
19099   if ( type(p)!=mp_stroked_code ) goto NOT_FOUND;
19100   else { if ( dash_p(p)==null ) goto NOT_FOUND;
19101     else { add_edge_ref(dash_p(p));
19102     mp->se_sf=dash_scale(p);
19103     mp->se_pic=dash_p(p);
19104     mp_scale_edges(mp);
19105     mp_flush_cur_exp(mp, mp->se_pic);
19106     mp->cur_type=mp_picture_type;
19107     };
19108   }
19109   break;
19110
19111 @ Since |scale_edges| had to be declared |forward|, it had to be declared as a
19112 parameterless procedure even though it really takes two arguments and updates
19113 one of them.  Hence the following globals are needed.
19114
19115 @<Global...@>=
19116 pointer se_pic;  /* edge header used and updated by |scale_edges| */
19117 scaled se_sf;  /* the scale factor argument to |scale_edges| */
19118
19119 @ @<Convert the current expression to a null value appropriate...@>=
19120 switch (c) {
19121 case text_part: case font_part: 
19122   mp_flush_cur_exp(mp, rts(""));
19123   mp->cur_type=mp_string_type;
19124   break;
19125 case path_part: 
19126   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_node(mp, knot_node_size));
19127   left_type(mp->cur_exp)=mp_endpoint;
19128   right_type(mp->cur_exp)=mp_endpoint;
19129   link(mp->cur_exp)=mp->cur_exp;
19130   x_coord(mp->cur_exp)=0;
19131   y_coord(mp->cur_exp)=0;
19132   originator(mp->cur_exp)=mp_metapost_user;
19133   mp->cur_type=mp_path_type;
19134   break;
19135 case pen_part: 
19136   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_pen_circle(mp, 0));
19137   mp->cur_type=mp_pen_type;
19138   break;
19139 case dash_part: 
19140   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_node(mp, edge_header_size));
19141   mp_init_edges(mp, mp->cur_exp);
19142   mp->cur_type=mp_picture_type;
19143   break;
19144 default: 
19145    mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19146   break;
19147 }
19148
19149 @ @<Additional cases of unary...@>=
19150 case char_op: 
19151   if ( mp->cur_type!=mp_known ) { 
19152     mp_bad_unary(mp, char_op);
19153   } else { 
19154     mp->cur_exp=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp) % 256; 
19155     mp->cur_type=mp_string_type;
19156     if ( mp->cur_exp<0 ) mp->cur_exp=mp->cur_exp+256;
19157   }
19158   break;
19159 case decimal: 
19160   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
19161      mp_bad_unary(mp, decimal);
19162   } else { 
19163     mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=new_string;
19164     mp_print_scaled(mp, mp->cur_exp); mp->cur_exp=mp_make_string(mp);
19165     mp->selector=mp->old_setting; mp->cur_type=mp_string_type;
19166   }
19167   break;
19168 case oct_op:
19169 case hex_op:
19170 case ASCII_op: 
19171   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, c);
19172   else mp_str_to_num(mp, c);
19173   break;
19174 case font_size: 
19175   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, font_size);
19176   else @<Find the design size of the font whose name is |cur_exp|@>;
19177   break;
19178
19179 @ @<Declare unary action...@>=
19180 void mp_str_to_num (MP mp,quarterword c) { /* converts a string to a number */
19181   integer n; /* accumulator */
19182   ASCII_code m; /* current character */
19183   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
19184   int b; /* radix of conversion */
19185   boolean bad_char; /* did the string contain an invalid digit? */
19186   if ( c==ASCII_op ) {
19187     if ( length(mp->cur_exp)==0 ) n=-1;
19188     else n=mp->str_pool[mp->str_start[mp->cur_exp]];
19189   } else { 
19190     if ( c==oct_op ) b=8; else b=16;
19191     n=0; bad_char=false;
19192     for (k=mp->str_start[mp->cur_exp];k<=str_stop(mp->cur_exp)-1;k++) {
19193       m=mp->str_pool[k];
19194       if ( (m>='0')&&(m<='9') ) m=m-'0';
19195       else if ( (m>='A')&&(m<='F') ) m=m-'A'+10;
19196       else if ( (m>='a')&&(m<='f') ) m=m-'a'+10;
19197       else  { bad_char=true; m=0; };
19198       if ( m>=b ) { bad_char=true; m=0; };
19199       if ( n<32768 / b ) n=n*b+m; else n=32767;
19200     }
19201     @<Give error messages if |bad_char| or |n>=4096|@>;
19202   }
19203   mp_flush_cur_exp(mp, n*unity);
19204 }
19205
19206 @ @<Give error messages if |bad_char|...@>=
19207 if ( bad_char ) { 
19208   exp_err("String contains illegal digits");
19209 @.String contains illegal digits@>
19210   if ( c==oct_op ) {
19211     help1("I zeroed out characters that weren't in the range 0..7.");
19212   } else  {
19213     help1("I zeroed out characters that weren't hex digits.");
19214   }
19215   mp_put_get_error(mp);
19216 }
19217 if ( (n>4095) ) {
19218   if ( mp->internal[mp_warning_check]>0 ) {
19219     print_err("Number too large ("); 
19220     mp_print_int(mp, n); mp_print_char(mp, ')');
19221 @.Number too large@>
19222     help2("I have trouble with numbers greater than 4095; watch out.")
19223       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
19224     mp_put_get_error(mp);
19225   }
19226 }
19227
19228 @ The length operation is somewhat unusual in that it applies to a variety
19229 of different types of operands.
19230
19231 @<Additional cases of unary...@>=
19232 case length_op: 
19233   switch (mp->cur_type) {
19234   case mp_string_type: mp_flush_cur_exp(mp, length(mp->cur_exp)*unity); break;
19235   case mp_path_type: mp_flush_cur_exp(mp, mp_path_length(mp)); break;
19236   case mp_known: mp->cur_exp=abs(mp->cur_exp); break;
19237   case mp_picture_type: mp_flush_cur_exp(mp, mp_pict_length(mp)); break;
19238   default: 
19239     if ( mp_nice_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type) )
19240       mp_flush_cur_exp(mp, mp_pyth_add(mp, 
19241         value(x_part_loc(value(mp->cur_exp))),
19242         value(y_part_loc(value(mp->cur_exp)))));
19243     else mp_bad_unary(mp, c);
19244     break;
19245   }
19246   break;
19247
19248 @ @<Declare unary action...@>=
19249 scaled mp_path_length (MP mp) { /* computes the length of the current path */
19250   scaled n; /* the path length so far */
19251   pointer p; /* traverser */
19252   p=mp->cur_exp;
19253   if ( left_type(p)==mp_endpoint ) n=-unity; else n=0;
19254   do {  p=link(p); n=n+unity; } while (p!=mp->cur_exp);
19255   return n;
19256 }
19257
19258 @ @<Declare unary action...@>=
19259 scaled mp_pict_length (MP mp) { 
19260   /* counts interior components in picture |cur_exp| */
19261   scaled n; /* the count so far */
19262   pointer p; /* traverser */
19263   n=0;
19264   p=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
19265   if ( p!=null ) {
19266     if ( is_start_or_stop(p) )
19267       if ( mp_skip_1component(mp, p)==null ) p=link(p);
19268     while ( p!=null )  { 
19269       skip_component(p) return n; 
19270       n=n+unity;   
19271     }
19272   }
19273   return n;
19274 }
19275
19276 @ Implement |turningnumber|
19277
19278 @<Additional cases of unary...@>=
19279 case turning_op:
19280   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19281   else if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, turning_op);
19282   else if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint )
19283      mp_flush_cur_exp(mp, 0); /* not a cyclic path */
19284   else
19285     mp_flush_cur_exp(mp, mp_turn_cycles_wrapper(mp, mp->cur_exp));
19286   break;
19287
19288 @ The function |an_angle| returns the value of the |angle| primitive, or $0$ if the
19289 argument is |origin|.
19290
19291 @<Declare unary action...@>=
19292 angle mp_an_angle (MP mp,scaled xpar, scaled ypar) {
19293   if ( (! ((xpar==0) && (ypar==0))) )
19294     return mp_n_arg(mp, xpar,ypar);
19295   return 0;
19296 }
19297
19298
19299 @ The actual turning number is (for the moment) computed in a C function
19300 that receives eight integers corresponding to the four controlling points,
19301 and returns a single angle.  Besides those, we have to account for discrete
19302 moves at the actual points.
19303
19304 @d floor(a) (a>=0 ? a : -(int)(-a))
19305 @d bezier_error (720<<20)+1
19306 @d sign(v) ((v)>0 ? 1 : ((v)<0 ? -1 : 0 ))
19307 @d print_roots(a) { if (debuglevel>(65536*2))
19308    fprintf(stdout,"bezier_slope(): %s, i=%f, o=%f, angle=%f\n", (a),in,out,res); }
19309 @d out ((double)(xo>>20))
19310 @d mid ((double)(xm>>20))
19311 @d in  ((double)(xi>>20))
19312 @d divisor (256*256)
19313 @d double2angle(a) (int)floor(a*256.0*256.0*16.0)
19314
19315 @<Declare unary action...@>=
19316 angle mp_bezier_slope(MP mp, integer AX,integer AY,integer BX,integer BY,
19317             integer CX,integer CY,integer DX,integer DY, int debuglevel);
19318
19319 @ @c 
19320 angle mp_bezier_slope(MP mp, integer AX,integer AY,integer BX,integer BY,
19321             integer CX,integer CY,integer DX,integer DY, int debuglevel) {
19322   double a, b, c;
19323   integer deltax,deltay;
19324   double ax,ay,bx,by,cx,cy,dx,dy;
19325   angle xi = 0, xo = 0, xm = 0;
19326   double res = 0;
19327   ax=AX/divisor;  ay=AY/divisor;
19328   bx=BX/divisor;  by=BY/divisor;
19329   cx=CX/divisor;  cy=CY/divisor;
19330   dx=DX/divisor;  dy=DY/divisor;
19331
19332   deltax = (BX-AX); deltay = (BY-AY);
19333   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(CX-AX); deltay=(CY-AY); }
19334   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-AX); deltay=(DY-AY); }
19335   xi = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19336
19337   deltax = (CX-BX); deltay = (CY-BY);
19338   xm = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19339
19340   deltax = (DX-CX); deltay = (DY-CY);
19341   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-BX); deltay=(DY-BY); }
19342   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-AX); deltay=(DY-AY); }
19343   xo = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19344
19345   a = (bx-ax)*(cy-by) - (cx-bx)*(by-ay); /* a = (bp-ap)x(cp-bp); */
19346   b = (bx-ax)*(dy-cy) - (by-ay)*(dx-cx);; /* b = (bp-ap)x(dp-cp);*/
19347   c = (cx-bx)*(dy-cy) - (dx-cx)*(cy-by); /* c = (cp-bp)x(dp-cp);*/
19348
19349   if (debuglevel>(65536*2)) {
19350     fprintf(stdout,
19351       "bezier_slope(): (%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f)\n",
19352               ax,ay,bx,by,cx,cy,dx,dy);
19353     fprintf(stdout,
19354       "bezier_slope(): a,b,c,b^2,4ac: (%.2f,%.2f,%.2f,%.2f,%.2f)\n",a,b,c,b*b,4*a*c);
19355   }
19356
19357   if ((a==0)&&(c==0)) {
19358     res = (b==0 ?  0 :  (out-in)); 
19359     print_roots("no roots (a)");
19360   } else if ((a==0)||(c==0)) {
19361     if ((sign(b) == sign(a)) || (sign(b) == sign(c))) {
19362       res = out-in; /* ? */
19363       if (res<-180.0) 
19364         res += 360.0;
19365       else if (res>180.0)
19366         res -= 360.0;
19367       print_roots("no roots (b)");
19368     } else {
19369       res = out-in; /* ? */
19370       print_roots("one root (a)");
19371     }
19372   } else if ((sign(a)*sign(c))<0) {
19373     res = out-in; /* ? */
19374       if (res<-180.0) 
19375         res += 360.0;
19376       else if (res>180.0)
19377         res -= 360.0;
19378     print_roots("one root (b)");
19379   } else {
19380     if (sign(a) == sign(b)) {
19381       res = out-in; /* ? */
19382       if (res<-180.0) 
19383         res += 360.0;
19384       else if (res>180.0)
19385         res -= 360.0;
19386       print_roots("no roots (d)");
19387     } else {
19388       if ((b*b) == (4*a*c)) {
19389         res = bezier_error;
19390         print_roots("double root"); /* cusp */
19391       } else if ((b*b) < (4*a*c)) {
19392         res = out-in; /* ? */
19393         if (res<=0.0 &&res>-180.0) 
19394           res += 360.0;
19395         else if (res>=0.0 && res<180.0)
19396           res -= 360.0;
19397         print_roots("no roots (e)");
19398       } else {
19399         res = out-in;
19400         if (res<-180.0) 
19401           res += 360.0;
19402         else if (res>180.0)
19403           res -= 360.0;
19404         print_roots("two roots"); /* two inflections */
19405       }
19406     }
19407   }
19408   return double2angle(res);
19409 }
19410
19411 @
19412 @d p_nextnext link(link(p))
19413 @d p_next link(p)
19414 @d seven_twenty_deg 05500000000 /* $720\cdot2^{20}$, represents $720^\circ$ */
19415
19416 @<Declare unary action...@>=
19417 scaled mp_new_turn_cycles (MP mp,pointer c) {
19418   angle res,ang; /*  the angles of intermediate results  */
19419   scaled turns;  /*  the turn counter  */
19420   pointer p;     /*  for running around the path  */
19421   integer xp,yp;   /*  coordinates of next point  */
19422   integer x,y;   /*  helper coordinates  */
19423   angle in_angle,out_angle;     /*  helper angles */
19424   int old_setting; /* saved |selector| setting */
19425   res=0;
19426   turns= 0;
19427   p=c;
19428   old_setting = mp->selector; mp->selector=term_only;
19429   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) {
19430     mp_begin_diagnostic(mp);
19431     mp_print_nl(mp, "");
19432     mp_end_diagnostic(mp, false);
19433   }
19434   do { 
19435     xp = x_coord(p_next); yp = y_coord(p_next);
19436     ang  = mp_bezier_slope(mp,x_coord(p), y_coord(p), right_x(p), right_y(p),
19437              left_x(p_next), left_y(p_next), xp, yp, 
19438              mp->internal[mp_tracing_commands]);
19439     if ( ang>seven_twenty_deg ) {
19440       print_err("Strange path");
19441       mp_error(mp);
19442       mp->selector=old_setting;
19443       return 0;
19444     }
19445     res  = res + ang;
19446     if ( res > one_eighty_deg ) {
19447       res = res - three_sixty_deg;
19448       turns = turns + unity;
19449     }
19450     if ( res <= -one_eighty_deg ) {
19451       res = res + three_sixty_deg;
19452       turns = turns - unity;
19453     }
19454     /*  incoming angle at next point  */
19455     x = left_x(p_next);  y = left_y(p_next);
19456     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = right_x(p);  y = right_y(p);  };
19457     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = x_coord(p);  y = y_coord(p);  };
19458     in_angle = mp_an_angle(mp, xp - x, yp - y);
19459     /*  outgoing angle at next point  */
19460     x = right_x(p_next);  y = right_y(p_next);
19461     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = left_x(p_nextnext);  y = left_y(p_nextnext);  };
19462     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = x_coord(p_nextnext); y = y_coord(p_nextnext); };
19463     out_angle = mp_an_angle(mp, x - xp, y- yp);
19464     ang  = (out_angle - in_angle);
19465     reduce_angle(ang);
19466     if ( ang!=0 ) {
19467       res  = res + ang;
19468       if ( res >= one_eighty_deg ) {
19469         res = res - three_sixty_deg;
19470         turns = turns + unity;
19471       };
19472       if ( res <= -one_eighty_deg ) {
19473         res = res + three_sixty_deg;
19474         turns = turns - unity;
19475       };
19476     };
19477     p = link(p);
19478   } while (p!=c);
19479   mp->selector=old_setting;
19480   return turns;
19481 }
19482
19483
19484 @ This code is based on Bogus\l{}av Jackowski's
19485 |emergency_turningnumber| macro, with some minor changes by Taco
19486 Hoekwater. The macro code looked more like this:
19487 {\obeylines
19488 vardef turning\_number primary p =
19489 ~~save res, ang, turns;
19490 ~~res := 0;
19491 ~~if length p <= 2:
19492 ~~~~if Angle ((point 0 of p) - (postcontrol 0 of p)) >= 0:  1  else: -1 fi
19493 ~~else:
19494 ~~~~for t = 0 upto length p-1 :
19495 ~~~~~~angc := Angle ((point t+1 of p)  - (point t of p))
19496 ~~~~~~~~- Angle ((point t of p) - (point t-1 of p));
19497 ~~~~~~if angc > 180: angc := angc - 360; fi;
19498 ~~~~~~if angc < -180: angc := angc + 360; fi;
19499 ~~~~~~res  := res + angc;
19500 ~~~~endfor;
19501 ~~res/360
19502 ~~fi
19503 enddef;}
19504 The general idea is to calculate only the sum of the angles of
19505 straight lines between the points, of a path, not worrying about cusps
19506 or self-intersections in the segments at all. If the segment is not
19507 well-behaved, the result is not necesarily correct. But the old code
19508 was not always correct either, and worse, it sometimes failed for
19509 well-behaved paths as well. All known bugs that were triggered by the
19510 original code no longer occur with this code, and it runs roughly 3
19511 times as fast because the algorithm is much simpler.
19512
19513 @ It is possible to overflow the return value of the |turn_cycles|
19514 function when the path is sufficiently long and winding, but I am not
19515 going to bother testing for that. In any case, it would only return
19516 the looped result value, which is not a big problem.
19517
19518 The macro code for the repeat loop was a bit nicer to look
19519 at than the pascal code, because it could use |point -1 of p|. In
19520 pascal, the fastest way to loop around the path is not to look
19521 backward once, but forward twice. These defines help hide the trick.
19522
19523 @d p_to link(link(p))
19524 @d p_here link(p)
19525 @d p_from p
19526
19527 @<Declare unary action...@>=
19528 scaled mp_turn_cycles (MP mp,pointer c) {
19529   angle res,ang; /*  the angles of intermediate results  */
19530   scaled turns;  /*  the turn counter  */
19531   pointer p;     /*  for running around the path  */
19532   res=0;  turns= 0; p=c;
19533   do { 
19534     ang  = mp_an_angle (mp, x_coord(p_to) - x_coord(p_here), 
19535                             y_coord(p_to) - y_coord(p_here))
19536         - mp_an_angle (mp, x_coord(p_here) - x_coord(p_from), 
19537                            y_coord(p_here) - y_coord(p_from));
19538     reduce_angle(ang);
19539     res  = res + ang;
19540     if ( res >= three_sixty_deg )  {
19541       res = res - three_sixty_deg;
19542       turns = turns + unity;
19543     };
19544     if ( res <= -three_sixty_deg ) {
19545       res = res + three_sixty_deg;
19546       turns = turns - unity;
19547     };
19548     p = link(p);
19549   } while (p!=c);
19550   return turns;
19551 }
19552
19553 @ @<Declare unary action...@>=
19554 scaled mp_turn_cycles_wrapper (MP mp,pointer c) {
19555   scaled nval,oval;
19556   scaled saved_t_o; /* tracing\_online saved  */
19557   if ( (link(c)==c)||(link(link(c))==c) ) {
19558     if ( mp_an_angle (mp, x_coord(c) - right_x(c),  y_coord(c) - right_y(c)) > 0 )
19559       return unity;
19560     else
19561       return -unity;
19562   } else {
19563     nval = mp_new_turn_cycles(mp, c);
19564     oval = mp_turn_cycles(mp, c);
19565     if ( nval!=oval ) {
19566       saved_t_o=mp->internal[mp_tracing_online];
19567       mp->internal[mp_tracing_online]=unity;
19568       mp_begin_diagnostic(mp);
19569       mp_print_nl (mp, "Warning: the turningnumber algorithms do not agree."
19570                        " The current computed value is ");
19571       mp_print_scaled(mp, nval);
19572       mp_print(mp, ", but the 'connect-the-dots' algorithm returned ");
19573       mp_print_scaled(mp, oval);
19574       mp_end_diagnostic(mp, false);
19575       mp->internal[mp_tracing_online]=saved_t_o;
19576     }
19577     return nval;
19578   }
19579 }
19580
19581 @ @<Declare unary action...@>=
19582 scaled mp_count_turns (MP mp,pointer c) {
19583   pointer p; /* a knot in envelope spec |c| */
19584   integer t; /* total pen offset changes counted */
19585   t=0; p=c;
19586   do {  
19587     t=t+info(p)-zero_off;
19588     p=link(p);
19589   } while (p!=c);
19590   return ((t / 3)*unity);
19591 }
19592
19593 @ @d type_range(A,B) { 
19594   if ( (mp->cur_type>=(A)) && (mp->cur_type<=(B)) ) 
19595     mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19596   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19597   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19598   }
19599 @d type_test(A) { 
19600   if ( mp->cur_type==(A) ) mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19601   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19602   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19603   }
19604
19605 @<Additional cases of unary operators@>=
19606 case mp_boolean_type: 
19607   type_range(mp_boolean_type,mp_unknown_boolean); break;
19608 case mp_string_type: 
19609   type_range(mp_string_type,mp_unknown_string); break;
19610 case mp_pen_type: 
19611   type_range(mp_pen_type,mp_unknown_pen); break;
19612 case mp_path_type: 
19613   type_range(mp_path_type,mp_unknown_path); break;
19614 case mp_picture_type: 
19615   type_range(mp_picture_type,mp_unknown_picture); break;
19616 case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type:
19617 case mp_pair_type: 
19618   type_test(c); break;
19619 case mp_numeric_type: 
19620   type_range(mp_known,mp_independent); break;
19621 case known_op: case unknown_op: 
19622   mp_test_known(mp, c); break;
19623
19624 @ @<Declare unary action procedures@>=
19625 void mp_test_known (MP mp,quarterword c) {
19626   int b; /* is the current expression known? */
19627   pointer p,q; /* locations in a big node */
19628   b=false_code;
19629   switch (mp->cur_type) {
19630   case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_string_type:
19631   case mp_pen_type: case mp_path_type: case mp_picture_type:
19632   case mp_known: 
19633     b=true_code;
19634     break;
19635   case mp_transform_type:
19636   case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type: 
19637     p=value(mp->cur_exp);
19638     q=p+mp->big_node_size[mp->cur_type];
19639     do {  
19640       q=q-2;
19641       if ( type(q)!=mp_known ) 
19642        goto DONE;
19643     } while (q!=p);
19644     b=true_code;
19645   DONE:  
19646     break;
19647   default: 
19648     break;
19649   }
19650   if ( c==known_op ) mp_flush_cur_exp(mp, b);
19651   else mp_flush_cur_exp(mp, true_code+false_code-b);
19652   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19653 }
19654
19655 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19656 case cycle_op: 
19657   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19658   else if ( left_type(mp->cur_exp)!=mp_endpoint ) mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19659   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19660   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19661   break;
19662
19663 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19664 case arc_length: 
19665   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19666   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, arc_length);
19667   else mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_arc_length(mp, mp->cur_exp));
19668   break;
19669
19670 @ Here we use the fact that |c-filled_op+fill_code| is the desired graphical
19671 object |type|.
19672 @^data structure assumptions@>
19673
19674 @<Additional cases of unary operators@>=
19675 case filled_op:
19676 case stroked_op:
19677 case textual_op:
19678 case clipped_op:
19679 case bounded_op:
19680   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19681   else if ( link(dummy_loc(mp->cur_exp))==null ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19682   else if ( type(link(dummy_loc(mp->cur_exp)))==c+mp_fill_code-filled_op )
19683     mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19684   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19685   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19686   break;
19687
19688 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19689 case make_pen_op: 
19690   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19691   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, make_pen_op);
19692   else { 
19693     mp->cur_type=mp_pen_type;
19694     mp->cur_exp=mp_make_pen(mp, mp->cur_exp,true);
19695   };
19696   break;
19697 case make_path_op: 
19698   if ( mp->cur_type!=mp_pen_type ) mp_bad_unary(mp, make_path_op);
19699   else  { 
19700     mp->cur_type=mp_path_type;
19701     mp_make_path(mp, mp->cur_exp);
19702   };
19703   break;
19704 case reverse: 
19705   if ( mp->cur_type==mp_path_type ) {
19706     p=mp_htap_ypoc(mp, mp->cur_exp);
19707     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) p=link(p);
19708     mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp); mp->cur_exp=p;
19709   } else if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19710   else mp_bad_unary(mp, reverse);
19711   break;
19712
19713 @ The |pair_value| routine changes the current expression to a
19714 given ordered pair of values.
19715
19716 @<Declare unary action procedures@>=
19717 void mp_pair_value (MP mp,scaled x, scaled y) {
19718   pointer p; /* a pair node */
19719   p=mp_get_node(mp, value_node_size); 
19720   mp_flush_cur_exp(mp, p); mp->cur_type=mp_pair_type;
19721   type(p)=mp_pair_type; name_type(p)=mp_capsule; mp_init_big_node(mp, p);
19722   p=value(p);
19723   type(x_part_loc(p))=mp_known; value(x_part_loc(p))=x;
19724   type(y_part_loc(p))=mp_known; value(y_part_loc(p))=y;
19725 }
19726
19727 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19728 case ll_corner_op: 
19729   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ll_corner_op);
19730   else mp_pair_value(mp, minx,miny);
19731   break;
19732 case lr_corner_op: 
19733   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, lr_corner_op);
19734   else mp_pair_value(mp, maxx,miny);
19735   break;
19736 case ul_corner_op: 
19737   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ul_corner_op);
19738   else mp_pair_value(mp, minx,maxy);
19739   break;
19740 case ur_corner_op: 
19741   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ur_corner_op);
19742   else mp_pair_value(mp, maxx,maxy);
19743   break;
19744
19745 @ Here is a function that sets |minx|, |maxx|, |miny|, |maxy| to the bounding
19746 box of the current expression.  The boolean result is |false| if the expression
19747 has the wrong type.
19748
19749 @<Declare unary action procedures@>=
19750 boolean mp_get_cur_bbox (MP mp) { 
19751   switch (mp->cur_type) {
19752   case mp_picture_type: 
19753     mp_set_bbox(mp, mp->cur_exp,true);
19754     if ( minx_val(mp->cur_exp)>maxx_val(mp->cur_exp) ) {
19755       minx=0; maxx=0; miny=0; maxy=0;
19756     } else { 
19757       minx=minx_val(mp->cur_exp);
19758       maxx=maxx_val(mp->cur_exp);
19759       miny=miny_val(mp->cur_exp);
19760       maxy=maxy_val(mp->cur_exp);
19761     }
19762     break;
19763   case mp_path_type: 
19764     mp_path_bbox(mp, mp->cur_exp);
19765     break;
19766   case mp_pen_type: 
19767     mp_pen_bbox(mp, mp->cur_exp);
19768     break;
19769   default: 
19770     return false;
19771   }
19772   return true;
19773 }
19774
19775 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19776 case read_from_op:
19777 case close_from_op: 
19778   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, c);
19779   else mp_do_read_or_close(mp,c);
19780   break;
19781
19782 @ Here is a routine that interprets |cur_exp| as a file name and tries to read
19783 a line from the file or to close the file.
19784
19785 @d close_file 46 /* go here when closing the file */
19786
19787 @<Declare unary action procedures@>=
19788 void mp_do_read_or_close (MP mp,quarterword c) {
19789   readf_index n,n0; /* indices for searching |rd_fname| */
19790   @<Find the |n| where |rd_fname[n]=cur_exp|; if |cur_exp| must be inserted,
19791     call |start_read_input| and |goto found| or |not_found|@>;
19792   mp_begin_file_reading(mp);
19793   name=is_read;
19794   if ( mp_input_ln(mp, mp->rd_file[n],true) ) 
19795     goto FOUND;
19796   mp_end_file_reading(mp);
19797 NOT_FOUND:
19798   @<Record the end of file and set |cur_exp| to a dummy value@>;
19799   return;
19800 CLOSE_FILE:
19801   mp_flush_cur_exp(mp, 0); mp->cur_type=mp_vacuous; 
19802   return;
19803 FOUND:
19804   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19805   mp_finish_read(mp);
19806 }
19807
19808 @ Free slots in the |rd_file| and |rd_fname| arrays are marked with NULL's in
19809 |rd_fname|.
19810
19811 @<Find the |n| where |rd_fname[n]=cur_exp|...@>=
19812 {   
19813   char *fn;
19814   n=mp->read_files;
19815   n0=mp->read_files;
19816   fn = str(mp->cur_exp);
19817   while (mp_xstrcmp(fn,mp->rd_fname[n])!=0) { 
19818     if ( n>0 ) {
19819       decr(n);
19820     } else if ( c==close_from_op ) {
19821       goto CLOSE_FILE;
19822     } else {
19823       if ( n0==mp->read_files ) {
19824         if ( mp->read_files<mp->max_read_files ) {
19825           incr(mp->read_files);
19826         } else {
19827           FILE **rd_file;
19828           char **rd_fname;
19829               readf_index l,k;
19830           l = mp->max_read_files + (mp->max_read_files>>2);
19831           rd_file = xmalloc((l+1), sizeof(FILE *));
19832           rd_fname = xmalloc((l+1), sizeof(char *));
19833               for (k=0;k<=l;k++) {
19834             if (k<=mp->max_read_files) {
19835                   rd_file[k]=mp->rd_file[k]; 
19836               rd_fname[k]=mp->rd_fname[k];
19837             } else {
19838               rd_file[k]=0; 
19839               rd_fname[k]=NULL;
19840             }
19841           }
19842               xfree(mp->rd_file); xfree(mp->rd_fname);
19843           mp->max_read_files = l;
19844           mp->rd_file = rd_file;
19845           mp->rd_fname = rd_fname;
19846         }
19847       }
19848       n=n0;
19849       if ( mp_start_read_input(mp,fn,n) ) 
19850         goto FOUND;
19851       else 
19852         goto NOT_FOUND;
19853     }
19854     if ( mp->rd_fname[n]==NULL ) { n0=n; }
19855   } 
19856   if ( c==close_from_op ) { 
19857     fclose(mp->rd_file[n]); 
19858     goto NOT_FOUND; 
19859   }
19860 }
19861
19862 @ @<Record the end of file and set |cur_exp| to a dummy value@>=
19863 xfree(mp->rd_fname[n]);
19864 mp->rd_fname[n]=NULL;
19865 if ( n==mp->read_files-1 ) mp->read_files=n;
19866 if ( c==close_from_op ) 
19867   goto CLOSE_FILE;
19868 mp_flush_cur_exp(mp, mp->eof_line);
19869 mp->cur_type=mp_string_type
19870
19871 @ The string denoting end-of-file is a one-byte string at position zero, by definition
19872
19873 @<Glob...@>=
19874 str_number eof_line;
19875
19876 @ @<Set init...@>=
19877 mp->eof_line=0;
19878
19879 @ Finally, we have the operations that combine a capsule~|p|
19880 with the current expression.
19881
19882 @c @<Declare binary action procedures@>;
19883 void mp_do_binary (MP mp,pointer p, quarterword c) {
19884   pointer q,r,rr; /* for list manipulation */
19885   pointer old_p,old_exp; /* capsules to recycle */
19886   integer v; /* for numeric manipulation */
19887   check_arith;
19888   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) {
19889     @<Trace the current binary operation@>;
19890   }
19891   @<Sidestep |independent| cases in capsule |p|@>;
19892   @<Sidestep |independent| cases in the current expression@>;
19893   switch (c) {
19894   case plus: case minus:
19895     @<Add or subtract the current expression from |p|@>;
19896     break;
19897   @<Additional cases of binary operators@>;
19898   }; /* there are no other cases */
19899   mp_recycle_value(mp, p); 
19900   mp_free_node(mp, p,value_node_size); /* |return| to avoid this */
19901   check_arith; 
19902   @<Recycle any sidestepped |independent| capsules@>;
19903 }
19904
19905 @ @<Declare binary action...@>=
19906 void mp_bad_binary (MP mp,pointer p, quarterword c) { 
19907   mp_disp_err(mp, p,"");
19908   exp_err("Not implemented: ");
19909 @.Not implemented...@>
19910   if ( c>=min_of ) mp_print_op(mp, c);
19911   mp_print_known_or_unknown_type(mp, type(p),p);
19912   if ( c>=min_of ) mp_print(mp, "of"); else mp_print_op(mp, c);
19913   mp_print_known_or_unknown_type(mp, mp->cur_type,mp->cur_exp);
19914   help3("I'm afraid I don't know how to apply that operation to that")
19915        ("combination of types. Continue, and I'll return the second")
19916       ("argument (see above) as the result of the operation.");
19917   mp_put_get_error(mp);
19918 }
19919
19920 @ @<Trace the current binary operation@>=
19921
19922   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{(");
19923   mp_print_exp(mp,p,0); /* show the operand, but not verbosely */
19924   mp_print_char(mp,')'); mp_print_op(mp,c); mp_print_char(mp,'(');
19925   mp_print_exp(mp,null,0); mp_print(mp,")}"); 
19926   mp_end_diagnostic(mp, false);
19927 }
19928
19929 @ Several of the binary operations are potentially complicated by the
19930 fact that |independent| values can sneak into capsules. For example,
19931 we've seen an instance of this difficulty in the unary operation
19932 of negation. In order to reduce the number of cases that need to be
19933 handled, we first change the two operands (if necessary)
19934 to rid them of |independent| components. The original operands are
19935 put into capsules called |old_p| and |old_exp|, which will be
19936 recycled after the binary operation has been safely carried out.
19937
19938 @<Recycle any sidestepped |independent| capsules@>=
19939 if ( old_p!=null ) { 
19940   mp_recycle_value(mp, old_p); mp_free_node(mp, old_p,value_node_size);
19941 }
19942 if ( old_exp!=null ) {
19943   mp_recycle_value(mp, old_exp); mp_free_node(mp, old_exp,value_node_size);
19944 }
19945
19946 @ A big node is considered to be ``tarnished'' if it contains at least one
19947 independent component. We will define a simple function called `|tarnished|'
19948 that returns |null| if and only if its argument is not tarnished.
19949
19950 @<Sidestep |independent| cases in capsule |p|@>=
19951 switch (type(p)) {
19952 case mp_transform_type:
19953 case mp_color_type:
19954 case mp_cmykcolor_type:
19955 case mp_pair_type: 
19956   old_p=mp_tarnished(mp, p);
19957   break;
19958 case mp_independent: old_p=mp_void; break;
19959 default: old_p=null; break;
19960 };
19961 if ( old_p!=null ) {
19962   q=mp_stash_cur_exp(mp); old_p=p; mp_make_exp_copy(mp, old_p);
19963   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q);
19964 }
19965
19966 @ @<Sidestep |independent| cases in the current expression@>=
19967 switch (mp->cur_type) {
19968 case mp_transform_type:
19969 case mp_color_type:
19970 case mp_cmykcolor_type:
19971 case mp_pair_type: 
19972   old_exp=mp_tarnished(mp, mp->cur_exp);
19973   break;
19974 case mp_independent:old_exp=mp_void; break;
19975 default: old_exp=null; break;
19976 };
19977 if ( old_exp!=null ) {
19978   old_exp=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, old_exp);
19979 }
19980
19981 @ @<Declare binary action...@>=
19982 pointer mp_tarnished (MP mp,pointer p) {
19983   pointer q; /* beginning of the big node */
19984   pointer r; /* current position in the big node */
19985   q=value(p); r=q+mp->big_node_size[type(p)];
19986   do {  
19987    r=r-2;
19988    if ( type(r)==mp_independent ) return mp_void; 
19989   } while (r!=q);
19990   return null;
19991 }
19992
19993 @ @<Add or subtract the current expression from |p|@>=
19994 if ( (mp->cur_type<mp_color_type)||(type(p)<mp_color_type) ) {
19995   mp_bad_binary(mp, p,c);
19996 } else  {
19997   if ((mp->cur_type>mp_pair_type)&&(type(p)>mp_pair_type) ) {
19998     mp_add_or_subtract(mp, p,null,c);
19999   } else {
20000     if ( mp->cur_type!=type(p) )  {
20001       mp_bad_binary(mp, p,c);
20002     } else { 
20003       q=value(p); r=value(mp->cur_exp);
20004       rr=r+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20005       while ( r<rr ) { 
20006         mp_add_or_subtract(mp, q,r,c);
20007         q=q+2; r=r+2;
20008       }
20009     }
20010   }
20011 }
20012
20013 @ The first argument to |add_or_subtract| is the location of a value node
20014 in a capsule or pair node that will soon be recycled. The second argument
20015 is either a location within a pair or transform node of |cur_exp|,
20016 or it is null (which means that |cur_exp| itself should be the second
20017 argument).  The third argument is either |plus| or |minus|.
20018
20019 The sum or difference of the numeric quantities will replace the second
20020 operand.  Arithmetic overflow may go undetected; users aren't supposed to
20021 be monkeying around with really big values.
20022
20023 @<Declare binary action...@>=
20024 @<Declare the procedure called |dep_finish|@>;
20025 void mp_add_or_subtract (MP mp,pointer p, pointer q, quarterword c) {
20026   small_number s,t; /* operand types */
20027   pointer r; /* list traverser */
20028   integer v; /* second operand value */
20029   if ( q==null ) { 
20030     t=mp->cur_type;
20031     if ( t<mp_dependent ) v=mp->cur_exp; else v=dep_list(mp->cur_exp);
20032   } else { 
20033     t=type(q);
20034     if ( t<mp_dependent ) v=value(q); else v=dep_list(q);
20035   }
20036   if ( t==mp_known ) {
20037     if ( c==minus ) negate(v);
20038     if ( type(p)==mp_known ) {
20039       v=mp_slow_add(mp, value(p),v);
20040       if ( q==null ) mp->cur_exp=v; else value(q)=v;
20041       return;
20042     }
20043     @<Add a known value to the constant term of |dep_list(p)|@>;
20044   } else  { 
20045     if ( c==minus ) mp_negate_dep_list(mp, v);
20046     @<Add operand |p| to the dependency list |v|@>;
20047   }
20048 }
20049
20050 @ @<Add a known value to the constant term of |dep_list(p)|@>=
20051 r=dep_list(p);
20052 while ( info(r)!=null ) r=link(r);
20053 value(r)=mp_slow_add(mp, value(r),v);
20054 if ( q==null ) {
20055   q=mp_get_node(mp, value_node_size); mp->cur_exp=q; mp->cur_type=type(p);
20056   name_type(q)=mp_capsule;
20057 }
20058 dep_list(q)=dep_list(p); type(q)=type(p);
20059 prev_dep(q)=prev_dep(p); link(prev_dep(p))=q;
20060 type(p)=mp_known; /* this will keep the recycler from collecting non-garbage */
20061
20062 @ We prefer |dependent| lists to |mp_proto_dependent| ones, because it is
20063 nice to retain the extra accuracy of |fraction| coefficients.
20064 But we have to handle both kinds, and mixtures too.
20065
20066 @<Add operand |p| to the dependency list |v|@>=
20067 if ( type(p)==mp_known ) {
20068   @<Add the known |value(p)| to the constant term of |v|@>;
20069 } else { 
20070   s=type(p); r=dep_list(p);
20071   if ( t==mp_dependent ) {
20072     if ( s==mp_dependent ) {
20073       if ( mp_max_coef(mp, r)+mp_max_coef(mp, v)<coef_bound )
20074         v=mp_p_plus_q(mp, v,r,mp_dependent); goto DONE;
20075       } /* |fix_needed| will necessarily be false */
20076       t=mp_proto_dependent; 
20077       v=mp_p_over_v(mp, v,unity,mp_dependent,mp_proto_dependent);
20078     }
20079     if ( s==mp_proto_dependent ) v=mp_p_plus_q(mp, v,r,mp_proto_dependent);
20080     else v=mp_p_plus_fq(mp, v,unity,r,mp_proto_dependent,mp_dependent);
20081  DONE:  
20082     @<Output the answer, |v| (which might have become |known|)@>;
20083   }
20084
20085 @ @<Add the known |value(p)| to the constant term of |v|@>=
20086
20087   while ( info(v)!=null ) v=link(v);
20088   value(v)=mp_slow_add(mp, value(p),value(v));
20089 }
20090
20091 @ @<Output the answer, |v| (which might have become |known|)@>=
20092 if ( q!=null ) mp_dep_finish(mp, v,q,t);
20093 else  { mp->cur_type=t; mp_dep_finish(mp, v,null,t); }
20094
20095 @ Here's the current situation: The dependency list |v| of type |t|
20096 should either be put into the current expression (if |q=null|) or
20097 into location |q| within a pair node (otherwise). The destination (|cur_exp|
20098 or |q|) formerly held a dependency list with the same
20099 final pointer as the list |v|.
20100
20101 @<Declare the procedure called |dep_finish|@>=
20102 void mp_dep_finish (MP mp, pointer v, pointer q, small_number t) {
20103   pointer p; /* the destination */
20104   scaled vv; /* the value, if it is |known| */
20105   if ( q==null ) p=mp->cur_exp; else p=q;
20106   dep_list(p)=v; type(p)=t;
20107   if ( info(v)==null ) { 
20108     vv=value(v);
20109     if ( q==null ) { 
20110       mp_flush_cur_exp(mp, vv);
20111     } else  { 
20112       mp_recycle_value(mp, p); type(q)=mp_known; value(q)=vv; 
20113     }
20114   } else if ( q==null ) {
20115     mp->cur_type=t;
20116   }
20117   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
20118 }
20119
20120 @ Let's turn now to the six basic relations of comparison.
20121
20122 @<Additional cases of binary operators@>=
20123 case less_than: case less_or_equal: case greater_than:
20124 case greater_or_equal: case equal_to: case unequal_to:
20125   check_arith; /* at this point |arith_error| should be |false|? */
20126   if ( (mp->cur_type>mp_pair_type)&&(type(p)>mp_pair_type) ) {
20127     mp_add_or_subtract(mp, p,null,minus); /* |cur_exp:=(p)-cur_exp| */
20128   } else if ( mp->cur_type!=type(p) ) {
20129     mp_bad_binary(mp, p,c); goto DONE; 
20130   } else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
20131     mp_flush_cur_exp(mp, mp_str_vs_str(mp, value(p),mp->cur_exp));
20132   } else if ((mp->cur_type==mp_unknown_string)||
20133            (mp->cur_type==mp_unknown_boolean) ) {
20134     @<Check if unknowns have been equated@>;
20135   } else if ( (mp->cur_type<=mp_pair_type)&&(mp->cur_type>=mp_transform_type)) {
20136     @<Reduce comparison of big nodes to comparison of scalars@>;
20137   } else if ( mp->cur_type==mp_boolean_type ) {
20138     mp_flush_cur_exp(mp, mp->cur_exp-value(p));
20139   } else { 
20140     mp_bad_binary(mp, p,c); goto DONE;
20141   }
20142   @<Compare the current expression with zero@>;
20143 DONE:  
20144   mp->arith_error=false; /* ignore overflow in comparisons */
20145   break;
20146
20147 @ @<Compare the current expression with zero@>=
20148 if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
20149   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
20150     mp_disp_err(mp, p,"");
20151     help1("The quantities shown above have not been equated.")
20152   } else  {
20153     help2("Oh dear. I can\'t decide if the expression above is positive,")
20154      ("negative, or zero. So this comparison test won't be `true'.");
20155   }
20156   exp_err("Unknown relation will be considered false");
20157 @.Unknown relation...@>
20158   mp_put_get_flush_error(mp, false_code);
20159 } else {
20160   switch (c) {
20161   case less_than: boolean_reset(mp->cur_exp<0); break;
20162   case less_or_equal: boolean_reset(mp->cur_exp<=0); break;
20163   case greater_than: boolean_reset(mp->cur_exp>0); break;
20164   case greater_or_equal: boolean_reset(mp->cur_exp>=0); break;
20165   case equal_to: boolean_reset(mp->cur_exp==0); break;
20166   case unequal_to: boolean_reset(mp->cur_exp!=0); break;
20167   }; /* there are no other cases */
20168 }
20169 mp->cur_type=mp_boolean_type
20170
20171 @ When two unknown strings are in the same ring, we know that they are
20172 equal. Otherwise, we don't know whether they are equal or not, so we
20173 make no change.
20174
20175 @<Check if unknowns have been equated@>=
20176
20177   q=value(mp->cur_exp);
20178   while ( (q!=mp->cur_exp)&&(q!=p) ) q=value(q);
20179   if ( q==p ) mp_flush_cur_exp(mp, 0);
20180 }
20181
20182 @ @<Reduce comparison of big nodes to comparison of scalars@>=
20183
20184   q=value(p); r=value(mp->cur_exp);
20185   rr=r+mp->big_node_size[mp->cur_type]-2;
20186   while (1) { mp_add_or_subtract(mp, q,r,minus);
20187     if ( type(r)!=mp_known ) break;
20188     if ( value(r)!=0 ) break;
20189     if ( r==rr ) break;
20190     q=q+2; r=r+2;
20191   }
20192   mp_take_part(mp, name_type(r)+x_part-mp_x_part_sector);
20193 }
20194
20195 @ Here we use the sneaky fact that |and_op-false_code=or_op-true_code|.
20196
20197 @<Additional cases of binary operators@>=
20198 case and_op:
20199 case or_op: 
20200   if ( (type(p)!=mp_boolean_type)||(mp->cur_type!=mp_boolean_type) )
20201     mp_bad_binary(mp, p,c);
20202   else if ( value(p)==c+false_code-and_op ) mp->cur_exp=value(p);
20203   break;
20204
20205 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20206 case times: 
20207   if ( (mp->cur_type<mp_color_type)||(type(p)<mp_color_type) ) {
20208    mp_bad_binary(mp, p,times);
20209   } else if ( (mp->cur_type==mp_known)||(type(p)==mp_known) ) {
20210     @<Multiply when at least one operand is known@>;
20211   } else if ( (mp_nice_color_or_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type>mp_pair_type))
20212       ||(mp_nice_color_or_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type)&&
20213           (type(p)>mp_pair_type)) ) {
20214     mp_hard_times(mp, p); return;
20215   } else {
20216     mp_bad_binary(mp, p,times);
20217   }
20218   break;
20219
20220 @ @<Multiply when at least one operand is known@>=
20221
20222   if ( type(p)==mp_known ) {
20223     v=value(p); mp_free_node(mp, p,value_node_size); 
20224   } else {
20225     v=mp->cur_exp; mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20226   }
20227   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20228     mp->cur_exp=mp_take_scaled(mp, mp->cur_exp,v);
20229   } else if ( (mp->cur_type==mp_pair_type)||(mp->cur_type==mp_color_type)||
20230               (mp->cur_type==mp_cmykcolor_type) ) {
20231     p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20232     do {  
20233        p=p-2; mp_dep_mult(mp, p,v,true);
20234     } while (p!=value(mp->cur_exp));
20235   } else {
20236     mp_dep_mult(mp, null,v,true);
20237   }
20238   return;
20239 }
20240
20241 @ @<Declare binary action...@>=
20242 void mp_dep_mult (MP mp,pointer p, integer v, boolean v_is_scaled) {
20243   pointer q; /* the dependency list being multiplied by |v| */
20244   small_number s,t; /* its type, before and after */
20245   if ( p==null ) {
20246     q=mp->cur_exp;
20247   } else if ( type(p)!=mp_known ) {
20248     q=p;
20249   } else { 
20250     if ( v_is_scaled ) value(p)=mp_take_scaled(mp, value(p),v);
20251     else value(p)=mp_take_fraction(mp, value(p),v);
20252     return;
20253   };
20254   t=type(q); q=dep_list(q); s=t;
20255   if ( t==mp_dependent ) if ( v_is_scaled )
20256     if (mp_ab_vs_cd(mp, mp_max_coef(mp,q),abs(v),coef_bound-1,unity)>=0 ) 
20257       t=mp_proto_dependent;
20258   q=mp_p_times_v(mp, q,v,s,t,v_is_scaled); 
20259   mp_dep_finish(mp, q,p,t);
20260 }
20261
20262 @ Here is a routine that is similar to |times|; but it is invoked only
20263 internally, when |v| is a |fraction| whose magnitude is at most~1,
20264 and when |cur_type>=mp_color_type|.
20265
20266 @c void mp_frac_mult (MP mp,scaled n, scaled d) {
20267   /* multiplies |cur_exp| by |n/d| */
20268   pointer p; /* a pair node */
20269   pointer old_exp; /* a capsule to recycle */
20270   fraction v; /* |n/d| */
20271   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) {
20272     @<Trace the fraction multiplication@>;
20273   }
20274   switch (mp->cur_type) {
20275   case mp_transform_type:
20276   case mp_color_type:
20277   case mp_cmykcolor_type:
20278   case mp_pair_type:
20279    old_exp=mp_tarnished(mp, mp->cur_exp);
20280    break;
20281   case mp_independent: old_exp=mp_void; break;
20282   default: old_exp=null; break;
20283   }
20284   if ( old_exp!=null ) { 
20285      old_exp=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, old_exp);
20286   }
20287   v=mp_make_fraction(mp, n,d);
20288   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20289     mp->cur_exp=mp_take_fraction(mp, mp->cur_exp,v);
20290   } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { 
20291     p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20292     do {  
20293       p=p-2;
20294       mp_dep_mult(mp, p,v,false);
20295     } while (p!=value(mp->cur_exp));
20296   } else {
20297     mp_dep_mult(mp, null,v,false);
20298   }
20299   if ( old_exp!=null ) {
20300     mp_recycle_value(mp, old_exp); 
20301     mp_free_node(mp, old_exp,value_node_size);
20302   }
20303 }
20304
20305 @ @<Trace the fraction multiplication@>=
20306
20307   mp_begin_diagnostic(mp); 
20308   mp_print_nl(mp, "{("); mp_print_scaled(mp,n); mp_print_char(mp,'/');
20309   mp_print_scaled(mp,d); mp_print(mp,")*("); mp_print_exp(mp,null,0); 
20310   mp_print(mp,")}");
20311   mp_end_diagnostic(mp, false);
20312 }
20313
20314 @ The |hard_times| routine multiplies a nice color or pair by a dependency list.
20315
20316 @<Declare binary action procedures@>=
20317 void mp_hard_times (MP mp,pointer p) {
20318   pointer q; /* a copy of the dependent variable |p| */
20319   pointer r; /* a component of the big node for the nice color or pair */
20320   scaled v; /* the known value for |r| */
20321   if ( type(p)<=mp_pair_type ) { 
20322      q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, p); p=q;
20323   }; /* now |cur_type=mp_pair_type| or |cur_type=mp_color_type| */
20324   r=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20325   while (1) { 
20326     r=r-2;
20327     v=value(r);
20328     type(r)=type(p);
20329     if ( r==value(mp->cur_exp) ) 
20330       break;
20331     mp_new_dep(mp, r,mp_copy_dep_list(mp, dep_list(p)));
20332     mp_dep_mult(mp, r,v,true);
20333   }
20334   mp->mem[value_loc(r)]=mp->mem[value_loc(p)];
20335   link(prev_dep(p))=r;
20336   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
20337   mp_dep_mult(mp, r,v,true);
20338 }
20339
20340 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20341 case over: 
20342   if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(type(p)<mp_color_type) ) {
20343     mp_bad_binary(mp, p,over);
20344   } else { 
20345     v=mp->cur_exp; mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20346     if ( v==0 ) {
20347       @<Squeal about division by zero@>;
20348     } else { 
20349       if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20350         mp->cur_exp=mp_make_scaled(mp, mp->cur_exp,v);
20351       } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { 
20352         p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20353         do {  
20354           p=p-2;  mp_dep_div(mp, p,v);
20355         } while (p!=value(mp->cur_exp));
20356       } else {
20357         mp_dep_div(mp, null,v);
20358       }
20359     }
20360     return;
20361   }
20362   break;
20363
20364 @ @<Declare binary action...@>=
20365 void mp_dep_div (MP mp,pointer p, scaled v) {
20366   pointer q; /* the dependency list being divided by |v| */
20367   small_number s,t; /* its type, before and after */
20368   if ( p==null ) q=mp->cur_exp;
20369   else if ( type(p)!=mp_known ) q=p;
20370   else { value(p)=mp_make_scaled(mp, value(p),v); return; };
20371   t=type(q); q=dep_list(q); s=t;
20372   if ( t==mp_dependent )
20373     if ( mp_ab_vs_cd(mp, mp_max_coef(mp,q),unity,coef_bound-1,abs(v))>=0 ) 
20374       t=mp_proto_dependent;
20375   q=mp_p_over_v(mp, q,v,s,t); 
20376   mp_dep_finish(mp, q,p,t);
20377 }
20378
20379 @ @<Squeal about division by zero@>=
20380
20381   exp_err("Division by zero");
20382 @.Division by zero@>
20383   help2("You're trying to divide the quantity shown above the error")
20384     ("message by zero. I'm going to divide it by one instead.");
20385   mp_put_get_error(mp);
20386 }
20387
20388 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20389 case pythag_add:
20390 case pythag_sub: 
20391    if ( (mp->cur_type==mp_known)&&(type(p)==mp_known) ) {
20392      if ( c==pythag_add ) mp->cur_exp=mp_pyth_add(mp, value(p),mp->cur_exp);
20393      else mp->cur_exp=mp_pyth_sub(mp, value(p),mp->cur_exp);
20394    } else mp_bad_binary(mp, p,c);
20395    break;
20396
20397 @ The next few sections of the program deal with affine transformations
20398 of coordinate data.
20399
20400 @<Additional cases of binary operators@>=
20401 case rotated_by: case slanted_by:
20402 case scaled_by: case shifted_by: case transformed_by:
20403 case x_scaled: case y_scaled: case z_scaled:
20404   if ( type(p)==mp_path_type ) { 
20405     path_trans(c,p); return;
20406   } else if ( type(p)==mp_pen_type ) { 
20407     pen_trans(c,p);
20408     mp->cur_exp=mp_convex_hull(mp, mp->cur_exp); 
20409       /* rounding error could destroy convexity */
20410     return;
20411   } else if ( (type(p)==mp_pair_type)||(type(p)==mp_transform_type) ) {
20412     mp_big_trans(mp, p,c);
20413   } else if ( type(p)==mp_picture_type ) {
20414     mp_do_edges_trans(mp, p,c); return;
20415   } else {
20416     mp_bad_binary(mp, p,c);
20417   }
20418   break;
20419
20420 @ Let |c| be one of the eight transform operators. The procedure call
20421 |set_up_trans(c)| first changes |cur_exp| to a transform that corresponds to
20422 |c| and the original value of |cur_exp|. (In particular, |cur_exp| doesn't
20423 change at all if |c=transformed_by|.)
20424
20425 Then, if all components of the resulting transform are |known|, they are
20426 moved to the global variables |txx|, |txy|, |tyx|, |tyy|, |tx|, |ty|;
20427 and |cur_exp| is changed to the known value zero.
20428
20429 @<Declare binary action...@>=
20430 void mp_set_up_trans (MP mp,quarterword c) {
20431   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
20432   if ( (c!=transformed_by)||(mp->cur_type!=mp_transform_type) ) {
20433     @<Put the current transform into |cur_exp|@>;
20434   }
20435   @<If the current transform is entirely known, stash it in global variables;
20436     otherwise |return|@>;
20437 }
20438
20439 @ @<Glob...@>=
20440 scaled txx;
20441 scaled txy;
20442 scaled tyx;
20443 scaled tyy;
20444 scaled tx;
20445 scaled ty; /* current transform coefficients */
20446
20447 @ @<Put the current transform...@>=
20448
20449   p=mp_stash_cur_exp(mp); 
20450   mp->cur_exp=mp_id_transform(mp); 
20451   mp->cur_type=mp_transform_type;
20452   q=value(mp->cur_exp);
20453   switch (c) {
20454   @<For each of the eight cases, change the relevant fields of |cur_exp|
20455     and |goto done|;
20456     but do nothing if capsule |p| doesn't have the appropriate type@>;
20457   }; /* there are no other cases */
20458   mp_disp_err(mp, p,"Improper transformation argument");
20459 @.Improper transformation argument@>
20460   help3("The expression shown above has the wrong type,")
20461        ("so I can\'t transform anything using it.")
20462        ("Proceed, and I'll omit the transformation.");
20463   mp_put_get_error(mp);
20464 DONE: 
20465   mp_recycle_value(mp, p); 
20466   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
20467 }
20468
20469 @ @<If the current transform is entirely known, ...@>=
20470 q=value(mp->cur_exp); r=q+transform_node_size;
20471 do {  
20472   r=r-2;
20473   if ( type(r)!=mp_known ) return;
20474 } while (r!=q);
20475 mp->txx=value(xx_part_loc(q));
20476 mp->txy=value(xy_part_loc(q));
20477 mp->tyx=value(yx_part_loc(q));
20478 mp->tyy=value(yy_part_loc(q));
20479 mp->tx=value(x_part_loc(q));
20480 mp->ty=value(y_part_loc(q));
20481 mp_flush_cur_exp(mp, 0)
20482
20483 @ @<For each of the eight cases...@>=
20484 case rotated_by:
20485   if ( type(p)==mp_known )
20486     @<Install sines and cosines, then |goto done|@>;
20487   break;
20488 case slanted_by:
20489   if ( type(p)>mp_pair_type ) { 
20490    mp_install(mp, xy_part_loc(q),p); goto DONE;
20491   };
20492   break;
20493 case scaled_by:
20494   if ( type(p)>mp_pair_type ) { 
20495     mp_install(mp, xx_part_loc(q),p); mp_install(mp, yy_part_loc(q),p); 
20496     goto DONE;
20497   };
20498   break;
20499 case shifted_by:
20500   if ( type(p)==mp_pair_type ) {
20501     r=value(p); mp_install(mp, x_part_loc(q),x_part_loc(r));
20502     mp_install(mp, y_part_loc(q),y_part_loc(r)); goto DONE;
20503   };
20504   break;
20505 case x_scaled:
20506   if ( type(p)>mp_pair_type ) {
20507     mp_install(mp, xx_part_loc(q),p); goto DONE;
20508   };
20509   break;
20510 case y_scaled:
20511   if ( type(p)>mp_pair_type ) {
20512     mp_install(mp, yy_part_loc(q),p); goto DONE;
20513   };
20514   break;
20515 case z_scaled:
20516   if ( type(p)==mp_pair_type )
20517     @<Install a complex multiplier, then |goto done|@>;
20518   break;
20519 case transformed_by:
20520   break;
20521   
20522
20523 @ @<Install sines and cosines, then |goto done|@>=
20524 { mp_n_sin_cos(mp, (value(p) % three_sixty_units)*16);
20525   value(xx_part_loc(q))=mp_round_fraction(mp, mp->n_cos);
20526   value(yx_part_loc(q))=mp_round_fraction(mp, mp->n_sin);
20527   value(xy_part_loc(q))=-value(yx_part_loc(q));
20528   value(yy_part_loc(q))=value(xx_part_loc(q));
20529   goto DONE;
20530 }
20531
20532 @ @<Install a complex multiplier, then |goto done|@>=
20533
20534   r=value(p);
20535   mp_install(mp, xx_part_loc(q),x_part_loc(r));
20536   mp_install(mp, yy_part_loc(q),x_part_loc(r));
20537   mp_install(mp, yx_part_loc(q),y_part_loc(r));
20538   if ( type(y_part_loc(r))==mp_known ) negate(value(y_part_loc(r)));
20539   else mp_negate_dep_list(mp, dep_list(y_part_loc(r)));
20540   mp_install(mp, xy_part_loc(q),y_part_loc(r));
20541   goto DONE;
20542 }
20543
20544 @ Procedure |set_up_known_trans| is like |set_up_trans|, but it
20545 insists that the transformation be entirely known.
20546
20547 @<Declare binary action...@>=
20548 void mp_set_up_known_trans (MP mp,quarterword c) { 
20549   mp_set_up_trans(mp, c);
20550   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
20551     exp_err("Transform components aren't all known");
20552 @.Transform components...@>
20553     help3("I'm unable to apply a partially specified transformation")
20554       ("except to a fully known pair or transform.")
20555       ("Proceed, and I'll omit the transformation.");
20556     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
20557     mp->txx=unity; mp->txy=0; mp->tyx=0; mp->tyy=unity; 
20558     mp->tx=0; mp->ty=0;
20559   }
20560 }
20561
20562 @ Here's a procedure that applies the transform |txx..ty| to a pair of
20563 coordinates in locations |p| and~|q|.
20564
20565 @<Declare binary action...@>= 
20566 void mp_trans (MP mp,pointer p, pointer q) {
20567   scaled v; /* the new |x| value */
20568   v=mp_take_scaled(mp, mp->mem[p].sc,mp->txx)+
20569   mp_take_scaled(mp, mp->mem[q].sc,mp->txy)+mp->tx;
20570   mp->mem[q].sc=mp_take_scaled(mp, mp->mem[p].sc,mp->tyx)+
20571   mp_take_scaled(mp, mp->mem[q].sc,mp->tyy)+mp->ty;
20572   mp->mem[p].sc=v;
20573 }
20574
20575 @ The simplest transformation procedure applies a transform to all
20576 coordinates of a path.  The |path_trans(c)(p)| macro applies
20577 a transformation defined by |cur_exp| and the transform operator |c|
20578 to the path~|p|.
20579
20580 @d path_trans(A,B) { mp_set_up_known_trans(mp, (A)); 
20581                      mp_unstash_cur_exp(mp, (B)); 
20582                      mp_do_path_trans(mp, mp->cur_exp); }
20583
20584 @<Declare binary action...@>=
20585 void mp_do_path_trans (MP mp,pointer p) {
20586   pointer q; /* list traverser */
20587   q=p;
20588   do { 
20589     if ( left_type(q)!=mp_endpoint ) 
20590       mp_trans(mp, q+3,q+4); /* that's |left_x| and |left_y| */
20591     mp_trans(mp, q+1,q+2); /* that's |x_coord| and |y_coord| */
20592     if ( right_type(q)!=mp_endpoint ) 
20593       mp_trans(mp, q+5,q+6); /* that's |right_x| and |right_y| */
20594 @^data structure assumptions@>
20595     q=link(q);
20596   } while (q!=p);
20597 }
20598
20599 @ Transforming a pen is very similar, except that there are no |left_type|
20600 and |right_type| fields.
20601
20602 @d pen_trans(A,B) { mp_set_up_known_trans(mp, (A)); 
20603                     mp_unstash_cur_exp(mp, (B)); 
20604                     mp_do_pen_trans(mp, mp->cur_exp); }
20605
20606 @<Declare binary action...@>=
20607 void mp_do_pen_trans (MP mp,pointer p) {
20608   pointer q; /* list traverser */
20609   if ( pen_is_elliptical(p) ) {
20610     mp_trans(mp, p+3,p+4); /* that's |left_x| and |left_y| */
20611     mp_trans(mp, p+5,p+6); /* that's |right_x| and |right_y| */
20612   };
20613   q=p;
20614   do { 
20615     mp_trans(mp, q+1,q+2); /* that's |x_coord| and |y_coord| */
20616 @^data structure assumptions@>
20617     q=link(q);
20618   } while (q!=p);
20619 }
20620
20621 @ The next transformation procedure applies to edge structures. It will do
20622 any transformation, but the results may be substandard if the picture contains
20623 text that uses downloaded bitmap fonts.  The binary action procedure is
20624 |do_edges_trans|, but we also need a function that just scales a picture.
20625 That routine is |scale_edges|.  Both it and the underlying routine |edges_trans|
20626 should be thought of as procedures that update an edge structure |h|, except
20627 that they have to return a (possibly new) structure because of the need to call
20628 |private_edges|.
20629
20630 @<Declare binary action...@>=
20631 pointer mp_edges_trans (MP mp, pointer h) {
20632   pointer q; /* the object being transformed */
20633   pointer r,s; /* for list manipulation */
20634   scaled sx,sy; /* saved transformation parameters */
20635   scaled sqdet; /* square root of determinant for |dash_scale| */
20636   integer sgndet; /* sign of the determinant */
20637   scaled v; /* a temporary value */
20638   h=mp_private_edges(mp, h);
20639   sqdet=mp_sqrt_det(mp, mp->txx,mp->txy,mp->tyx,mp->tyy);
20640   sgndet=mp_ab_vs_cd(mp, mp->txx,mp->tyy,mp->txy,mp->tyx);
20641   if ( dash_list(h)!=null_dash ) {
20642     @<Try to transform the dash list of |h|@>;
20643   }
20644   @<Make the bounding box of |h| unknown if it can't be updated properly
20645     without scanning the whole structure@>;  
20646   q=link(dummy_loc(h));
20647   while ( q!=null ) { 
20648     @<Transform graphical object |q|@>;
20649     q=link(q);
20650   }
20651   return h;
20652 }
20653 void mp_do_edges_trans (MP mp,pointer p, quarterword c) { 
20654   mp_set_up_known_trans(mp, c);
20655   value(p)=mp_edges_trans(mp, value(p));
20656   mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20657 }
20658 void mp_scale_edges (MP mp) { 
20659   mp->txx=mp->se_sf; mp->tyy=mp->se_sf;
20660   mp->txy=0; mp->tyx=0; mp->tx=0; mp->ty=0;
20661   mp->se_pic=mp_edges_trans(mp, mp->se_pic);
20662 }
20663
20664 @ @<Try to transform the dash list of |h|@>=
20665 if ( (mp->txy!=0)||(mp->tyx!=0)||
20666      (mp->ty!=0)||(abs(mp->txx)!=abs(mp->tyy))) {
20667   mp_flush_dash_list(mp, h);
20668 } else { 
20669   if ( mp->txx<0 ) { @<Reverse the dash list of |h|@>; } 
20670   @<Scale the dash list by |txx| and shift it by |tx|@>;
20671   dash_y(h)=mp_take_scaled(mp, dash_y(h),abs(mp->tyy));
20672 }
20673
20674 @ @<Reverse the dash list of |h|@>=
20675
20676   r=dash_list(h);
20677   dash_list(h)=null_dash;
20678   while ( r!=null_dash ) {
20679     s=r; r=link(r);
20680     v=start_x(s); start_x(s)=stop_x(s); stop_x(s)=v;
20681     link(s)=dash_list(h);
20682     dash_list(h)=s;
20683   }
20684 }
20685
20686 @ @<Scale the dash list by |txx| and shift it by |tx|@>=
20687 r=dash_list(h);
20688 while ( r!=null_dash ) {
20689   start_x(r)=mp_take_scaled(mp, start_x(r),mp->txx)+mp->tx;
20690   stop_x(r)=mp_take_scaled(mp, stop_x(r),mp->txx)+mp->tx;
20691   r=link(r);
20692 }
20693
20694 @ @<Make the bounding box of |h| unknown if it can't be updated properly...@>=
20695 if ( (mp->txx==0)&&(mp->tyy==0) ) {
20696   @<Swap the $x$ and $y$ parameters in the bounding box of |h|@>;
20697 } else if ( (mp->txy!=0)||(mp->tyx!=0) ) {
20698   mp_init_bbox(mp, h);
20699   goto DONE1;
20700 }
20701 if ( minx_val(h)<=maxx_val(h) ) {
20702   @<Scale the bounding box by |txx+txy| and |tyx+tyy|; then shift by
20703    |(tx,ty)|@>;
20704 }
20705 DONE1:
20706
20707
20708
20709 @ @<Swap the $x$ and $y$ parameters in the bounding box of |h|@>=
20710
20711   v=minx_val(h); minx_val(h)=miny_val(h); miny_val(h)=v;
20712   v=maxx_val(h); maxx_val(h)=maxy_val(h); maxy_val(h)=v;
20713 }
20714
20715 @ The sum ``|txx+txy|'' is whichever of |txx| or |txy| is nonzero.  The other
20716 sum is similar.
20717
20718 @<Scale the bounding box by |txx+txy| and |tyx+tyy|; then shift...@>=
20719
20720   minx_val(h)=mp_take_scaled(mp, minx_val(h),mp->txx+mp->txy)+mp->tx;
20721   maxx_val(h)=mp_take_scaled(mp, maxx_val(h),mp->txx+mp->txy)+mp->tx;
20722   miny_val(h)=mp_take_scaled(mp, miny_val(h),mp->tyx+mp->tyy)+mp->ty;
20723   maxy_val(h)=mp_take_scaled(mp, maxy_val(h),mp->tyx+mp->tyy)+mp->ty;
20724   if ( mp->txx+mp->txy<0 ) {
20725     v=minx_val(h); minx_val(h)=maxx_val(h); maxx_val(h)=v;
20726   }
20727   if ( mp->tyx+mp->tyy<0 ) {
20728     v=miny_val(h); miny_val(h)=maxy_val(h); maxy_val(h)=v;
20729   }
20730 }
20731
20732 @ Now we ready for the main task of transforming the graphical objects in edge
20733 structure~|h|.
20734
20735 @<Transform graphical object |q|@>=
20736 switch (type(q)) {
20737 case mp_fill_code: case mp_stroked_code: 
20738   mp_do_path_trans(mp, path_p(q));
20739   @<Transform |pen_p(q)|, making sure polygonal pens stay counter-clockwise@>;
20740   break;
20741 case mp_start_clip_code: case mp_start_bounds_code: 
20742   mp_do_path_trans(mp, path_p(q));
20743   break;
20744 case mp_text_code: 
20745   r=text_tx_loc(q);
20746   @<Transform the compact transformation starting at |r|@>;
20747   break;
20748 case mp_stop_clip_code: case mp_stop_bounds_code: 
20749   break;
20750 } /* there are no other cases */
20751
20752 @ Note that the shift parameters |(tx,ty)| apply only to the path being stroked.
20753 The |dash_scale| has to be adjusted  to scale the dash lengths in |dash_p(q)|
20754 since the \ps\ output procedures will try to compensate for the transformation
20755 we are applying to |pen_p(q)|.  Since this compensation is based on the square
20756 root of the determinant, |sqdet| is the appropriate factor.
20757
20758 @<Transform |pen_p(q)|, making sure...@>=
20759 if ( pen_p(q)!=null ) {
20760   sx=mp->tx; sy=mp->ty;
20761   mp->tx=0; mp->ty=0;
20762   mp_do_pen_trans(mp, pen_p(q));
20763   if ( ((type(q)==mp_stroked_code)&&(dash_p(q)!=null)) )
20764     dash_scale(q)=mp_take_scaled(mp, dash_scale(q),sqdet);
20765   if ( ! pen_is_elliptical(pen_p(q)) )
20766     if ( sgndet<0 )
20767       pen_p(q)=mp_make_pen(mp, mp_copy_path(mp, pen_p(q)),true); 
20768          /* this unreverses the pen */
20769   mp->tx=sx; mp->ty=sy;
20770 }
20771
20772 @ This uses the fact that transformations are stored in the order
20773 |(tx,ty,txx,txy,tyx,tyy)|.
20774 @^data structure assumptions@>
20775
20776 @<Transform the compact transformation starting at |r|@>=
20777 mp_trans(mp, r,r+1);
20778 sx=mp->tx; sy=mp->ty;
20779 mp->tx=0; mp->ty=0;
20780 mp_trans(mp, r+2,r+4);
20781 mp_trans(mp, r+3,r+5);
20782 mp->tx=sx; mp->ty=sy
20783
20784 @ The hard cases of transformation occur when big nodes are involved,
20785 and when some of their components are unknown.
20786
20787 @<Declare binary action...@>=
20788 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>;
20789 void mp_big_trans (MP mp,pointer p, quarterword c) {
20790   pointer q,r,pp,qq; /* list manipulation registers */
20791   small_number s; /* size of a big node */
20792   s=mp->big_node_size[type(p)]; q=value(p); r=q+s;
20793   do {  
20794     r=r-2;
20795     if ( type(r)!=mp_known ) {
20796       @<Transform an unknown big node and |return|@>;
20797     }
20798   } while (r!=q);
20799   @<Transform a known big node@>;
20800 }; /* node |p| will now be recycled by |do_binary| */
20801
20802 @ @<Transform an unknown big node and |return|@>=
20803
20804   mp_set_up_known_trans(mp, c); mp_make_exp_copy(mp, p); 
20805   r=value(mp->cur_exp);
20806   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20807     mp_bilin1(mp, yy_part_loc(r),mp->tyy,xy_part_loc(q),mp->tyx,0);
20808     mp_bilin1(mp, yx_part_loc(r),mp->tyy,xx_part_loc(q),mp->tyx,0);
20809     mp_bilin1(mp, xy_part_loc(r),mp->txx,yy_part_loc(q),mp->txy,0);
20810     mp_bilin1(mp, xx_part_loc(r),mp->txx,yx_part_loc(q),mp->txy,0);
20811   }
20812   mp_bilin1(mp, y_part_loc(r),mp->tyy,x_part_loc(q),mp->tyx,mp->ty);
20813   mp_bilin1(mp, x_part_loc(r),mp->txx,y_part_loc(q),mp->txy,mp->tx);
20814   return;
20815 }
20816
20817 @ Let |p| point to a two-word value field inside a big node of |cur_exp|,
20818 and let |q| point to a another value field. The |bilin1| procedure
20819 replaces |p| by $p\cdot t+q\cdot u+\delta$.
20820
20821 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20822 void mp_bilin1 (MP mp, pointer p, scaled t, pointer q, 
20823                 scaled u, scaled delta) {
20824   pointer r; /* list traverser */
20825   if ( t!=unity ) mp_dep_mult(mp, p,t,true);
20826   if ( u!=0 ) {
20827     if ( type(q)==mp_known ) {
20828       delta+=mp_take_scaled(mp, value(q),u);
20829     } else { 
20830       @<Ensure that |type(p)=mp_proto_dependent|@>;
20831       dep_list(p)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(p),u,dep_list(q),
20832                                mp_proto_dependent,type(q));
20833     }
20834   }
20835   if ( type(p)==mp_known ) {
20836     value(p)+=delta;
20837   } else {
20838     r=dep_list(p);
20839     while ( info(r)!=null ) r=link(r);
20840     delta+=value(r);
20841     if ( r!=dep_list(p) ) value(r)=delta;
20842     else { mp_recycle_value(mp, p); type(p)=mp_known; value(p)=delta; };
20843   }
20844   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
20845 }
20846
20847 @ @<Ensure that |type(p)=mp_proto_dependent|@>=
20848 if ( type(p)!=mp_proto_dependent ) {
20849   if ( type(p)==mp_known ) 
20850     mp_new_dep(mp, p,mp_const_dependency(mp, value(p)));
20851   else 
20852     dep_list(p)=mp_p_times_v(mp, dep_list(p),unity,mp_dependent,
20853                              mp_proto_dependent,true);
20854   type(p)=mp_proto_dependent;
20855 }
20856
20857 @ @<Transform a known big node@>=
20858 mp_set_up_trans(mp, c);
20859 if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20860   @<Transform known by known@>;
20861 } else { 
20862   pp=mp_stash_cur_exp(mp); qq=value(pp);
20863   mp_make_exp_copy(mp, p); r=value(mp->cur_exp);
20864   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20865     mp_bilin2(mp, yy_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20866       value(xy_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),null);
20867     mp_bilin2(mp, yx_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20868       value(xx_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),null);
20869     mp_bilin2(mp, xy_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20870       value(yy_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),null);
20871     mp_bilin2(mp, xx_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20872       value(yx_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),null);
20873   };
20874   mp_bilin2(mp, y_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20875     value(x_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),y_part_loc(qq));
20876   mp_bilin2(mp, x_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20877     value(y_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),x_part_loc(qq));
20878   mp_recycle_value(mp, pp); mp_free_node(mp, pp,value_node_size);
20879 }
20880
20881 @ Let |p| be a |mp_proto_dependent| value whose dependency list ends
20882 at |dep_final|. The following procedure adds |v| times another
20883 numeric quantity to~|p|.
20884
20885 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20886 void mp_add_mult_dep (MP mp,pointer p, scaled v, pointer r) { 
20887   if ( type(r)==mp_known ) {
20888     value(mp->dep_final)+=mp_take_scaled(mp, value(r),v);
20889   } else  { 
20890     dep_list(p)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(p),v,dep_list(r),
20891                                                          mp_proto_dependent,type(r));
20892     if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
20893   }
20894 }
20895
20896 @ The |bilin2| procedure is something like |bilin1|, but with known
20897 and unknown quantities reversed. Parameter |p| points to a value field
20898 within the big node for |cur_exp|; and |type(p)=mp_known|. Parameters
20899 |t| and~|u| point to value fields elsewhere; so does parameter~|q|,
20900 unless it is |null| (which stands for zero). Location~|p| will be
20901 replaced by $p\cdot t+v\cdot u+q$.
20902
20903 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20904 void mp_bilin2 (MP mp,pointer p, pointer t, scaled v, 
20905                 pointer u, pointer q) {
20906   scaled vv; /* temporary storage for |value(p)| */
20907   vv=value(p); type(p)=mp_proto_dependent;
20908   mp_new_dep(mp, p,mp_const_dependency(mp, 0)); /* this sets |dep_final| */
20909   if ( vv!=0 ) 
20910     mp_add_mult_dep(mp, p,vv,t); /* |dep_final| doesn't change */
20911   if ( v!=0 ) mp_add_mult_dep(mp, p,v,u);
20912   if ( q!=null ) mp_add_mult_dep(mp, p,unity,q);
20913   if ( dep_list(p)==mp->dep_final ) {
20914     vv=value(mp->dep_final); mp_recycle_value(mp, p);
20915     type(p)=mp_known; value(p)=vv;
20916   }
20917 }
20918
20919 @ @<Transform known by known@>=
20920
20921   mp_make_exp_copy(mp, p); r=value(mp->cur_exp);
20922   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20923     mp_bilin3(mp, yy_part_loc(r),mp->tyy,value(xy_part_loc(q)),mp->tyx,0);
20924     mp_bilin3(mp, yx_part_loc(r),mp->tyy,value(xx_part_loc(q)),mp->tyx,0);
20925     mp_bilin3(mp, xy_part_loc(r),mp->txx,value(yy_part_loc(q)),mp->txy,0);
20926     mp_bilin3(mp, xx_part_loc(r),mp->txx,value(yx_part_loc(q)),mp->txy,0);
20927   }
20928   mp_bilin3(mp, y_part_loc(r),mp->tyy,value(x_part_loc(q)),mp->tyx,mp->ty);
20929   mp_bilin3(mp, x_part_loc(r),mp->txx,value(y_part_loc(q)),mp->txy,mp->tx);
20930 }
20931
20932 @ Finally, in |bilin3| everything is |known|.
20933
20934 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20935 void mp_bilin3 (MP mp,pointer p, scaled t, 
20936                scaled v, scaled u, scaled delta) { 
20937   if ( t!=unity )
20938     delta+=mp_take_scaled(mp, value(p),t);
20939   else 
20940     delta+=value(p);
20941   if ( u!=0 ) value(p)=delta+mp_take_scaled(mp, v,u);
20942   else value(p)=delta;
20943 }
20944
20945 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20946 case concatenate: 
20947   if ( (mp->cur_type==mp_string_type)&&(type(p)==mp_string_type) ) mp_cat(mp, p);
20948   else mp_bad_binary(mp, p,concatenate);
20949   break;
20950 case substring_of: 
20951   if ( mp_nice_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type==mp_string_type) )
20952     mp_chop_string(mp, value(p));
20953   else mp_bad_binary(mp, p,substring_of);
20954   break;
20955 case subpath_of: 
20956   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
20957   if ( mp_nice_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type==mp_path_type) )
20958     mp_chop_path(mp, value(p));
20959   else mp_bad_binary(mp, p,subpath_of);
20960   break;
20961
20962 @ @<Declare binary action...@>=
20963 void mp_cat (MP mp,pointer p) {
20964   str_number a,b; /* the strings being concatenated */
20965   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
20966   a=value(p); b=mp->cur_exp; str_room(length(a)+length(b));
20967   for (k=mp->str_start[a];k<=str_stop(a)-1;k++) {
20968     append_char(mp->str_pool[k]);
20969   }
20970   for (k=mp->str_start[b];k<=str_stop(b)-1;k++) {
20971     append_char(mp->str_pool[k]);
20972   }
20973   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); delete_str_ref(b);
20974 }
20975
20976 @ @<Declare binary action...@>=
20977 void mp_chop_string (MP mp,pointer p) {
20978   integer a, b; /* start and stop points */
20979   integer l; /* length of the original string */
20980   integer k; /* runs from |a| to |b| */
20981   str_number s; /* the original string */
20982   boolean reversed; /* was |a>b|? */
20983   a=mp_round_unscaled(mp, value(x_part_loc(p)));
20984   b=mp_round_unscaled(mp, value(y_part_loc(p)));
20985   if ( a<=b ) reversed=false;
20986   else  { reversed=true; k=a; a=b; b=k; };
20987   s=mp->cur_exp; l=length(s);
20988   if ( a<0 ) { 
20989     a=0;
20990     if ( b<0 ) b=0;
20991   }
20992   if ( b>l ) { 
20993     b=l;
20994     if ( a>l ) a=l;
20995   }
20996   str_room(b-a);
20997   if ( reversed ) {
20998     for (k=mp->str_start[s]+b-1;k>=mp->str_start[s]+a;k--)  {
20999       append_char(mp->str_pool[k]);
21000     }
21001   } else  {
21002     for (k=mp->str_start[s]+a;k<=mp->str_start[s]+b-1;k++)  {
21003       append_char(mp->str_pool[k]);
21004     }
21005   }
21006   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); delete_str_ref(s);
21007 }
21008
21009 @ @<Declare binary action...@>=
21010 void mp_chop_path (MP mp,pointer p) {
21011   pointer q; /* a knot in the original path */
21012   pointer pp,qq,rr,ss; /* link variables for copies of path nodes */
21013   scaled a,b,k,l; /* indices for chopping */
21014   boolean reversed; /* was |a>b|? */
21015   l=mp_path_length(mp); a=value(x_part_loc(p)); b=value(y_part_loc(p));
21016   if ( a<=b ) reversed=false;
21017   else  { reversed=true; k=a; a=b; b=k; };
21018   @<Dispense with the cases |a<0| and/or |b>l|@>;
21019   q=mp->cur_exp;
21020   while ( a>=unity ) {
21021     q=link(q); a=a-unity; b=b-unity;
21022   }
21023   if ( b==a ) {
21024     @<Construct a path from |pp| to |qq| of length zero@>; 
21025   } else { 
21026     @<Construct a path from |pp| to |qq| of length $\lceil b\rceil$@>; 
21027   }
21028   left_type(pp)=mp_endpoint; right_type(qq)=mp_endpoint; link(qq)=pp;
21029   mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp);
21030   if ( reversed ) {
21031     mp->cur_exp=link(mp_htap_ypoc(mp, pp)); mp_toss_knot_list(mp, pp);
21032   } else {
21033     mp->cur_exp=pp;
21034   }
21035 }
21036
21037 @ @<Dispense with the cases |a<0| and/or |b>l|@>=
21038 if ( a<0 ) {
21039   if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
21040     a=0; if ( b<0 ) b=0;
21041   } else  {
21042     do {  a=a+l; b=b+l; } while (a<0); /* a cycle always has length |l>0| */
21043   }
21044 }
21045 if ( b>l ) {
21046   if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
21047     b=l; if ( a>l ) a=l;
21048   } else {
21049     while ( a>=l ) { 
21050       a=a-l; b=b-l;
21051     }
21052   }
21053 }
21054
21055 @ @<Construct a path from |pp| to |qq| of length $\lceil b\rceil$@>=
21056
21057   pp=mp_copy_knot(mp, q); qq=pp;
21058   do {  
21059     q=link(q); rr=qq; qq=mp_copy_knot(mp, q); link(rr)=qq; b=b-unity;
21060   } while (b>0);
21061   if ( a>0 ) {
21062     ss=pp; pp=link(pp);
21063     mp_split_cubic(mp, ss,a*010000); pp=link(ss);
21064     mp_free_node(mp, ss,knot_node_size);
21065     if ( rr==ss ) {
21066       b=mp_make_scaled(mp, b,unity-a); rr=pp;
21067     }
21068   }
21069   if ( b<0 ) {
21070     mp_split_cubic(mp, rr,(b+unity)*010000);
21071     mp_free_node(mp, qq,knot_node_size);
21072     qq=link(rr);
21073   }
21074 }
21075
21076 @ @<Construct a path from |pp| to |qq| of length zero@>=
21077
21078   if ( a>0 ) { mp_split_cubic(mp, q,a*010000); q=link(q); };
21079   pp=mp_copy_knot(mp, q); qq=pp;
21080 }
21081
21082 @ @<Additional cases of binary operators@>=
21083 case point_of: case precontrol_of: case postcontrol_of: 
21084   if ( mp->cur_type==mp_pair_type )
21085      mp_pair_to_path(mp);
21086   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_known) )
21087     mp_find_point(mp, value(p),c);
21088   else 
21089     mp_bad_binary(mp, p,c);
21090   break;
21091 case pen_offset_of: 
21092   if ( (mp->cur_type==mp_pen_type)&& mp_nice_pair(mp, p,type(p)) )
21093     mp_set_up_offset(mp, value(p));
21094   else 
21095     mp_bad_binary(mp, p,pen_offset_of);
21096   break;
21097 case direction_time_of: 
21098   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
21099   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&& mp_nice_pair(mp, p,type(p)) )
21100     mp_set_up_direction_time(mp, value(p));
21101   else 
21102     mp_bad_binary(mp, p,direction_time_of);
21103   break;
21104
21105 @ @<Declare binary action...@>=
21106 void mp_set_up_offset (MP mp,pointer p) { 
21107   mp_find_offset(mp, value(x_part_loc(p)),value(y_part_loc(p)),mp->cur_exp);
21108   mp_pair_value(mp, mp->cur_x,mp->cur_y);
21109 }
21110 void mp_set_up_direction_time (MP mp,pointer p) { 
21111   mp_flush_cur_exp(mp, mp_find_direction_time(mp, value(x_part_loc(p)),
21112   value(y_part_loc(p)),mp->cur_exp));
21113 }
21114
21115 @ @<Declare binary action...@>=
21116 void mp_find_point (MP mp,scaled v, quarterword c) {
21117   pointer p; /* the path */
21118   scaled n; /* its length */
21119   p=mp->cur_exp;
21120   if ( left_type(p)==mp_endpoint ) n=-unity; else n=0;
21121   do {  p=link(p); n=n+unity; } while (p!=mp->cur_exp);
21122   if ( n==0 ) { 
21123     v=0; 
21124   } else if ( v<0 ) {
21125     if ( left_type(p)==mp_endpoint ) v=0;
21126     else v=n-1-((-v-1) % n);
21127   } else if ( v>n ) {
21128     if ( left_type(p)==mp_endpoint ) v=n;
21129     else v=v % n;
21130   }
21131   p=mp->cur_exp;
21132   while ( v>=unity ) { p=link(p); v=v-unity;  };
21133   if ( v!=0 ) {
21134      @<Insert a fractional node by splitting the cubic@>;
21135   }
21136   @<Set the current expression to the desired path coordinates@>;
21137 }
21138
21139 @ @<Insert a fractional node...@>=
21140 { mp_split_cubic(mp, p,v*010000); p=link(p); }
21141
21142 @ @<Set the current expression to the desired path coordinates...@>=
21143 switch (c) {
21144 case point_of: 
21145   mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
21146   break;
21147 case precontrol_of: 
21148   if ( left_type(p)==mp_endpoint ) mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
21149   else mp_pair_value(mp, left_x(p),left_y(p));
21150   break;
21151 case postcontrol_of: 
21152   if ( right_type(p)==mp_endpoint ) mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
21153   else mp_pair_value(mp, right_x(p),right_y(p));
21154   break;
21155 } /* there are no other cases */
21156
21157 @ @<Additional cases of binary operators@>=
21158 case arc_time_of: 
21159   if ( mp->cur_type==mp_pair_type )
21160      mp_pair_to_path(mp);
21161   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_known) )
21162     mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_arc_time(mp, mp->cur_exp,value(p)));
21163   else 
21164     mp_bad_binary(mp, p,c);
21165   break;
21166
21167 @ @<Additional cases of bin...@>=
21168 case intersect: 
21169   if ( type(p)==mp_pair_type ) {
21170     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, p);
21171     mp_pair_to_path(mp); p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q);
21172   };
21173   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
21174   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_path_type) ) {
21175     mp_path_intersection(mp, value(p),mp->cur_exp);
21176     mp_pair_value(mp, mp->cur_t,mp->cur_tt);
21177   } else {
21178     mp_bad_binary(mp, p,intersect);
21179   }
21180   break;
21181
21182 @ @<Additional cases of bin...@>=
21183 case in_font:
21184   if ( (mp->cur_type!=mp_string_type)||(type(p)!=mp_string_type)) 
21185     mp_bad_binary(mp, p,in_font);
21186   else { mp_do_infont(mp, p); return; }
21187   break;
21188
21189 @ Function |new_text_node| owns the reference count for its second argument
21190 (the text string) but not its first (the font name).
21191
21192 @<Declare binary action...@>=
21193 void mp_do_infont (MP mp,pointer p) {
21194   pointer q;
21195   q=mp_get_node(mp, edge_header_size);
21196   mp_init_edges(mp, q);
21197   link(obj_tail(q))=mp_new_text_node(mp, str(mp->cur_exp),value(p));
21198   obj_tail(q)=link(obj_tail(q));
21199   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
21200   mp_flush_cur_exp(mp, q);
21201   mp->cur_type=mp_picture_type;
21202 }
21203
21204 @* \[40] Statements and commands.
21205 The chief executive of \MP\ is the |do_statement| routine, which
21206 contains the master switch that causes all the various pieces of \MP\
21207 to do their things, in the right order.
21208
21209 In a sense, this is the grand climax of the program: It applies all the
21210 tools that we have worked so hard to construct. In another sense, this is
21211 the messiest part of the program: It necessarily refers to other pieces
21212 of code all over the place, so that a person can't fully understand what is
21213 going on without paging back and forth to be reminded of conventions that
21214 are defined elsewhere. We are now at the hub of the web.
21215
21216 The structure of |do_statement| itself is quite simple.  The first token
21217 of the statement is fetched using |get_x_next|.  If it can be the first
21218 token of an expression, we look for an equation, an assignment, or a
21219 title. Otherwise we use a \&{case} construction to branch at high speed to
21220 the appropriate routine for various and sundry other types of commands,
21221 each of which has an ``action procedure'' that does the necessary work.
21222
21223 The program uses the fact that
21224 $$\hbox{|min_primary_command=max_statement_command=type_name|}$$
21225 to interpret a statement that starts with, e.g., `\&{string}',
21226 as a type declaration rather than a boolean expression.
21227
21228 @c void mp_do_statement (MP mp) { /* governs \MP's activities */
21229   mp->cur_type=mp_vacuous; mp_get_x_next(mp);
21230   if ( mp->cur_cmd>max_primary_command ) {
21231     @<Worry about bad statement@>;
21232   } else if ( mp->cur_cmd>max_statement_command ) {
21233     @<Do an equation, assignment, title, or
21234      `$\langle\,$expression$\,\rangle\,$\&{endgroup}'@>;
21235   } else {
21236     @<Do a statement that doesn't begin with an expression@>;
21237   }
21238   if ( mp->cur_cmd<semicolon )
21239     @<Flush unparsable junk that was found after the statement@>;
21240   mp->error_count=0;
21241 }
21242
21243 @ @<Declarations@>=
21244 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>;
21245
21246 @ The only command codes |>max_primary_command| that can be present
21247 at the beginning of a statement are |semicolon| and higher; these
21248 occur when the statement is null.
21249
21250 @<Worry about bad statement@>=
21251
21252   if ( mp->cur_cmd<semicolon ) {
21253     print_err("A statement can't begin with `");
21254 @.A statement can't begin with x@>
21255     mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod); mp_print_char(mp, '\'');
21256     help5("I was looking for the beginning of a new statement.")
21257       ("If you just proceed without changing anything, I'll ignore")
21258       ("everything up to the next `;'. Please insert a semicolon")
21259       ("now in front of anything that you don't want me to delete.")
21260       ("(See Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.)");
21261 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
21262     mp_back_error(mp); mp_get_x_next(mp);
21263   }
21264 }
21265
21266 @ The help message printed here says that everything is flushed up to
21267 a semicolon, but actually the commands |end_group| and |stop| will
21268 also terminate a statement.
21269
21270 @<Flush unparsable junk that was found after the statement@>=
21271
21272   print_err("Extra tokens will be flushed");
21273 @.Extra tokens will be flushed@>
21274   help6("I've just read as much of that statement as I could fathom,")
21275        ("so a semicolon should have been next. It's very puzzling...")
21276        ("but I'll try to get myself back together, by ignoring")
21277        ("everything up to the next `;'. Please insert a semicolon")
21278        ("now in front of anything that you don't want me to delete.")
21279        ("(See Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.)");
21280 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
21281   mp_back_error(mp); mp->scanner_status=flushing;
21282   do {  
21283     get_t_next;
21284     @<Decrease the string reference count...@>;
21285   } while (! end_of_statement); /* |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop| */
21286   mp->scanner_status=normal;
21287 }
21288
21289 @ If |do_statement| ends with |cur_cmd=end_group|, we should have
21290 |cur_type=mp_vacuous| unless the statement was simply an expression;
21291 in the latter case, |cur_type| and |cur_exp| should represent that
21292 expression.
21293
21294 @<Do a statement that doesn't...@>=
21295
21296   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>0 ) 
21297     show_cur_cmd_mod;
21298   switch (mp->cur_cmd ) {
21299   case type_name:mp_do_type_declaration(mp); break;
21300   case macro_def:
21301     if ( mp->cur_mod>var_def ) mp_make_op_def(mp);
21302     else if ( mp->cur_mod>end_def ) mp_scan_def(mp);
21303      break;
21304   @<Cases of |do_statement| that invoke particular commands@>;
21305   } /* there are no other cases */
21306   mp->cur_type=mp_vacuous;
21307 }
21308
21309 @ The most important statements begin with expressions.
21310
21311 @<Do an equation, assignment, title, or...@>=
21312
21313   mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21314   if ( mp->cur_cmd<end_group ) {
21315     if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21316     else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21317     else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {@<Do a title@> ; }
21318     else if ( mp->cur_type!=mp_vacuous ){ 
21319       exp_err("Isolated expression");
21320 @.Isolated expression@>
21321       help3("I couldn't find an `=' or `:=' after the")
21322         ("expression that is shown above this error message,")
21323         ("so I guess I'll just ignore it and carry on.");
21324       mp_put_get_error(mp);
21325     }
21326     mp_flush_cur_exp(mp, 0); mp->cur_type=mp_vacuous;
21327   }
21328 }
21329
21330 @ @<Do a title@>=
21331
21332   if ( mp->internal[mp_tracing_titles]>0 ) {
21333     mp_print_nl(mp, "");  mp_print_str(mp, mp->cur_exp); update_terminal;
21334   }
21335 }
21336
21337 @ Equations and assignments are performed by the pair of mutually recursive
21338 @^recursion@>
21339 routines |do_equation| and |do_assignment|. These routines are called when
21340 |cur_cmd=equals| and when |cur_cmd=assignment|, respectively; the left-hand
21341 side is in |cur_type| and |cur_exp|, while the right-hand side is yet
21342 to be scanned. After the routines are finished, |cur_type| and |cur_exp|
21343 will be equal to the right-hand side (which will normally be equal
21344 to the left-hand side).
21345
21346 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21347 @<Declare the procedure called |try_eq|@>;
21348 @<Declare the procedure called |make_eq|@>;
21349 void mp_do_equation (MP mp) ;
21350
21351 @ @c
21352 void mp_do_equation (MP mp) {
21353   pointer lhs; /* capsule for the left-hand side */
21354   pointer p; /* temporary register */
21355   lhs=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); 
21356   mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21357   if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21358   else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21359   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) 
21360     @<Trace the current equation@>;
21361   if ( mp->cur_type==mp_unknown_path ) if ( type(lhs)==mp_pair_type ) {
21362     p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, lhs); lhs=p;
21363   }; /* in this case |make_eq| will change the pair to a path */
21364   mp_make_eq(mp, lhs); /* equate |lhs| to |(cur_type,cur_exp)| */
21365 }
21366
21367 @ And |do_assignment| is similar to |do_expression|:
21368
21369 @<Declarations@>=
21370 void mp_do_assignment (MP mp);
21371
21372 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21373 void mp_do_assignment (MP mp) ;
21374
21375 @ @c
21376 void mp_do_assignment (MP mp) {
21377   pointer lhs; /* token list for the left-hand side */
21378   pointer p; /* where the left-hand value is stored */
21379   pointer q; /* temporary capsule for the right-hand value */
21380   if ( mp->cur_type!=mp_token_list ) { 
21381     exp_err("Improper `:=' will be changed to `='");
21382 @.Improper `:='@>
21383     help2("I didn't find a variable name at the left of the `:=',")
21384       ("so I'm going to pretend that you said `=' instead.");
21385     mp_error(mp); mp_do_equation(mp);
21386   } else { 
21387     lhs=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
21388     mp_get_x_next(mp); mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21389     if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21390     else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21391     if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) 
21392       @<Trace the current assignment@>;
21393     if ( info(lhs)>hash_end ) {
21394       @<Assign the current expression to an internal variable@>;
21395     } else  {
21396       @<Assign the current expression to the variable |lhs|@>;
21397     }
21398     mp_flush_node_list(mp, lhs);
21399   }
21400 }
21401
21402 @ @<Trace the current equation@>=
21403
21404   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{("); mp_print_exp(mp,lhs,0);
21405   mp_print(mp,")=("); mp_print_exp(mp,null,0); 
21406   mp_print(mp,")}"); mp_end_diagnostic(mp, false);
21407 }
21408
21409 @ @<Trace the current assignment@>=
21410
21411   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{");
21412   if ( info(lhs)>hash_end ) 
21413      mp_print(mp, mp->int_name[info(lhs)-(hash_end)]);
21414   else 
21415      mp_show_token_list(mp, lhs,null,1000,0);
21416   mp_print(mp, ":="); mp_print_exp(mp, null,0); 
21417   mp_print_char(mp, '}'); mp_end_diagnostic(mp, false);
21418 }
21419
21420 @ @<Assign the current expression to an internal variable@>=
21421 if ( mp->cur_type==mp_known )  {
21422   mp->internal[info(lhs)-(hash_end)]=mp->cur_exp;
21423 } else { 
21424   exp_err("Internal quantity `");
21425 @.Internal quantity...@>
21426   mp_print(mp, mp->int_name[info(lhs)-(hash_end)]);
21427   mp_print(mp, "' must receive a known value");
21428   help2("I can\'t set an internal quantity to anything but a known")
21429     ("numeric value, so I'll have to ignore this assignment.");
21430   mp_put_get_error(mp);
21431 }
21432
21433 @ @<Assign the current expression to the variable |lhs|@>=
21434
21435   p=mp_find_variable(mp, lhs);
21436   if ( p!=null ) {
21437     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp->cur_type=mp_und_type(mp, p); 
21438     mp_recycle_value(mp, p);
21439     type(p)=mp->cur_type; value(p)=null; mp_make_exp_copy(mp, p);
21440     p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q); mp_make_eq(mp, p);
21441   } else  { 
21442     mp_obliterated(mp, lhs); mp_put_get_error(mp);
21443   }
21444 }
21445
21446
21447 @ And now we get to the nitty-gritty. The |make_eq| procedure is given
21448 a pointer to a capsule that is to be equated to the current expression.
21449
21450 @<Declare the procedure called |make_eq|@>=
21451 void mp_make_eq (MP mp,pointer lhs) ;
21452
21453
21454
21455 @c void mp_make_eq (MP mp,pointer lhs) {
21456   small_number t; /* type of the left-hand side */
21457   pointer p,q; /* pointers inside of big nodes */
21458   integer v=0; /* value of the left-hand side */
21459 RESTART: 
21460   t=type(lhs);
21461   if ( t<=mp_pair_type ) v=value(lhs);
21462   switch (t) {
21463   @<For each type |t|, make an equation and |goto done| unless |cur_type|
21464     is incompatible with~|t|@>;
21465   } /* all cases have been listed */
21466   @<Announce that the equation cannot be performed@>;
21467 DONE:
21468   check_arith; mp_recycle_value(mp, lhs); 
21469   mp_free_node(mp, lhs,value_node_size);
21470 }
21471
21472 @ @<Announce that the equation cannot be performed@>=
21473 mp_disp_err(mp, lhs,""); 
21474 exp_err("Equation cannot be performed (");
21475 @.Equation cannot be performed@>
21476 if ( type(lhs)<=mp_pair_type ) mp_print_type(mp, type(lhs));
21477 else mp_print(mp, "numeric");
21478 mp_print_char(mp, '=');
21479 if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) mp_print_type(mp, mp->cur_type);
21480 else mp_print(mp, "numeric");
21481 mp_print_char(mp, ')');
21482 help2("I'm sorry, but I don't know how to make such things equal.")
21483      ("(See the two expressions just above the error message.)");
21484 mp_put_get_error(mp)
21485
21486 @ @<For each type |t|, make an equation and |goto done| unless...@>=
21487 case mp_boolean_type: case mp_string_type: case mp_pen_type:
21488 case mp_path_type: case mp_picture_type:
21489   if ( mp->cur_type==t+unknown_tag ) { 
21490     mp_nonlinear_eq(mp, v,mp->cur_exp,false); goto DONE;
21491   } else if ( mp->cur_type==t ) {
21492     @<Report redundant or inconsistent equation and |goto done|@>;
21493   }
21494   break;
21495 case unknown_types:
21496   if ( mp->cur_type==t-unknown_tag ) { 
21497     mp_nonlinear_eq(mp, mp->cur_exp,lhs,true); goto DONE;
21498   } else if ( mp->cur_type==t ) { 
21499     mp_ring_merge(mp, lhs,mp->cur_exp); goto DONE;
21500   } else if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) {
21501     if ( t==mp_unknown_path ) { 
21502      mp_pair_to_path(mp); goto RESTART;
21503     };
21504   }
21505   break;
21506 case mp_transform_type: case mp_color_type:
21507 case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type:
21508   if ( mp->cur_type==t ) {
21509     @<Do multiple equations and |goto done|@>;
21510   }
21511   break;
21512 case mp_known: case mp_dependent:
21513 case mp_proto_dependent: case mp_independent:
21514   if ( mp->cur_type>=mp_known ) { 
21515     mp_try_eq(mp, lhs,null); goto DONE;
21516   };
21517   break;
21518 case mp_vacuous:
21519   break;
21520
21521 @ @<Report redundant or inconsistent equation and |goto done|@>=
21522
21523   if ( mp->cur_type<=mp_string_type ) {
21524     if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
21525       if ( mp_str_vs_str(mp, v,mp->cur_exp)!=0 ) {
21526         goto NOT_FOUND;
21527       }
21528     } else if ( v!=mp->cur_exp ) {
21529       goto NOT_FOUND;
21530     }
21531     @<Exclaim about a redundant equation@>; goto DONE;
21532   }
21533   print_err("Redundant or inconsistent equation");
21534 @.Redundant or inconsistent equation@>
21535   help2("An equation between already-known quantities can't help.")
21536        ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21537   mp_put_get_error(mp); goto DONE;
21538 NOT_FOUND: 
21539   print_err("Inconsistent equation");
21540 @.Inconsistent equation@>
21541   help2("The equation I just read contradicts what was said before.")
21542        ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21543   mp_put_get_error(mp); goto DONE;
21544 }
21545
21546 @ @<Do multiple equations and |goto done|@>=
21547
21548   p=v+mp->big_node_size[t]; 
21549   q=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[t];
21550   do {  
21551     p=p-2; q=q-2; mp_try_eq(mp, p,q);
21552   } while (p!=v);
21553   goto DONE;
21554 }
21555
21556 @ The first argument to |try_eq| is the location of a value node
21557 in a capsule that will soon be recycled. The second argument is
21558 either a location within a pair or transform node pointed to by
21559 |cur_exp|, or it is |null| (which means that |cur_exp| itself
21560 serves as the second argument). The idea is to leave |cur_exp| unchanged,
21561 but to equate the two operands.
21562
21563 @<Declare the procedure called |try_eq|@>=
21564 void mp_try_eq (MP mp,pointer l, pointer r) ;
21565
21566
21567 @c void mp_try_eq (MP mp,pointer l, pointer r) {
21568   pointer p; /* dependency list for right operand minus left operand */
21569   int t; /* the type of list |p| */
21570   pointer q; /* the constant term of |p| is here */
21571   pointer pp; /* dependency list for right operand */
21572   int tt; /* the type of list |pp| */
21573   boolean copied; /* have we copied a list that ought to be recycled? */
21574   @<Remove the left operand from its container, negate it, and
21575     put it into dependency list~|p| with constant term~|q|@>;
21576   @<Add the right operand to list |p|@>;
21577   if ( info(p)==null ) {
21578     @<Deal with redundant or inconsistent equation@>;
21579   } else { 
21580     mp_linear_eq(mp, p,t);
21581     if ( r==null ) if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
21582       if ( type(mp->cur_exp)==mp_known ) {
21583         pp=mp->cur_exp; mp->cur_exp=value(mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_known;
21584         mp_free_node(mp, pp,value_node_size);
21585       }
21586     }
21587   }
21588 }
21589
21590 @ @<Remove the left operand from its container, negate it, and...@>=
21591 t=type(l);
21592 if ( t==mp_known ) { 
21593   t=mp_dependent; p=mp_const_dependency(mp, -value(l)); q=p;
21594 } else if ( t==mp_independent ) {
21595   t=mp_dependent; p=mp_single_dependency(mp, l); negate(value(p));
21596   q=mp->dep_final;
21597 } else { 
21598   p=dep_list(l); q=p;
21599   while (1) { 
21600     negate(value(q));
21601     if ( info(q)==null ) break;
21602     q=link(q);
21603   }
21604   link(prev_dep(l))=link(q); prev_dep(link(q))=prev_dep(l);
21605   type(l)=mp_known;
21606 }
21607
21608 @ @<Deal with redundant or inconsistent equation@>=
21609
21610   if ( abs(value(p))>64 ) { /* off by .001 or more */
21611     print_err("Inconsistent equation");
21612 @.Inconsistent equation@>
21613     mp_print(mp, " (off by "); mp_print_scaled(mp, value(p)); 
21614     mp_print_char(mp, ')');
21615     help2("The equation I just read contradicts what was said before.")
21616       ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21617     mp_put_get_error(mp);
21618   } else if ( r==null ) {
21619     @<Exclaim about a redundant equation@>;
21620   }
21621   mp_free_node(mp, p,dep_node_size);
21622 }
21623
21624 @ @<Add the right operand to list |p|@>=
21625 if ( r==null ) {
21626   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
21627     value(q)=value(q)+mp->cur_exp; goto DONE1;
21628   } else { 
21629     tt=mp->cur_type;
21630     if ( tt==mp_independent ) pp=mp_single_dependency(mp, mp->cur_exp);
21631     else pp=dep_list(mp->cur_exp);
21632   } 
21633 } else {
21634   if ( type(r)==mp_known ) {
21635     value(q)=value(q)+value(r); goto DONE1;
21636   } else { 
21637     tt=type(r);
21638     if ( tt==mp_independent ) pp=mp_single_dependency(mp, r);
21639     else pp=dep_list(r);
21640   }
21641 }
21642 if ( tt!=mp_independent ) copied=false;
21643 else  { copied=true; tt=mp_dependent; };
21644 @<Add dependency list |pp| of type |tt| to dependency list~|p| of type~|t|@>;
21645 if ( copied ) mp_flush_node_list(mp, pp);
21646 DONE1:
21647
21648 @ @<Add dependency list |pp| of type |tt| to dependency list~|p| of type~|t|@>=
21649 mp->watch_coefs=false;
21650 if ( t==tt ) {
21651   p=mp_p_plus_q(mp, p,pp,t);
21652 } else if ( t==mp_proto_dependent ) {
21653   p=mp_p_plus_fq(mp, p,unity,pp,mp_proto_dependent,mp_dependent);
21654 } else { 
21655   q=p;
21656   while ( info(q)!=null ) {
21657     value(q)=mp_round_fraction(mp, value(q)); q=link(q);
21658   }
21659   t=mp_proto_dependent; p=mp_p_plus_q(mp, p,pp,t);
21660 }
21661 mp->watch_coefs=true;
21662
21663 @ Our next goal is to process type declarations. For this purpose it's
21664 convenient to have a procedure that scans a $\langle\,$declared
21665 variable$\,\rangle$ and returns the corresponding token list. After the
21666 following procedure has acted, the token after the declared variable
21667 will have been scanned, so it will appear in |cur_cmd|, |cur_mod|,
21668 and~|cur_sym|.
21669
21670 @<Declare the function called |scan_declared_variable|@>=
21671 pointer mp_scan_declared_variable (MP mp) {
21672   pointer x; /* hash address of the variable's root */
21673   pointer h,t; /* head and tail of the token list to be returned */
21674   pointer l; /* hash address of left bracket */
21675   mp_get_symbol(mp); x=mp->cur_sym;
21676   if ( mp->cur_cmd!=tag_token ) mp_clear_symbol(mp, x,false);
21677   h=mp_get_avail(mp); info(h)=x; t=h;
21678   while (1) { 
21679     mp_get_x_next(mp);
21680     if ( mp->cur_sym==0 ) break;
21681     if ( mp->cur_cmd!=tag_token ) if ( mp->cur_cmd!=internal_quantity)  {
21682       if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
21683         @<Descend past a collective subscript@>;
21684       } else {
21685         break;
21686       }
21687     }
21688     link(t)=mp_get_avail(mp); t=link(t); info(t)=mp->cur_sym;
21689   }
21690   if ( eq_type(x)!=tag_token ) mp_clear_symbol(mp, x,false);
21691   if ( equiv(x)==null ) mp_new_root(mp, x);
21692   return h;
21693 }
21694
21695 @ If the subscript isn't collective, we don't accept it as part of the
21696 declared variable.
21697
21698 @<Descend past a collective subscript@>=
21699
21700   l=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
21701   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
21702     mp_back_input(mp); mp->cur_sym=l; mp->cur_cmd=left_bracket; break;
21703   } else {
21704     mp->cur_sym=collective_subscript;
21705   }
21706 }
21707
21708 @ Type declarations are introduced by the following primitive operations.
21709
21710 @<Put each...@>=
21711 mp_primitive(mp, "numeric",type_name,mp_numeric_type);
21712 @:numeric_}{\&{numeric} primitive@>
21713 mp_primitive(mp, "string",type_name,mp_string_type);
21714 @:string_}{\&{string} primitive@>
21715 mp_primitive(mp, "boolean",type_name,mp_boolean_type);
21716 @:boolean_}{\&{boolean} primitive@>
21717 mp_primitive(mp, "path",type_name,mp_path_type);
21718 @:path_}{\&{path} primitive@>
21719 mp_primitive(mp, "pen",type_name,mp_pen_type);
21720 @:pen_}{\&{pen} primitive@>
21721 mp_primitive(mp, "picture",type_name,mp_picture_type);
21722 @:picture_}{\&{picture} primitive@>
21723 mp_primitive(mp, "transform",type_name,mp_transform_type);
21724 @:transform_}{\&{transform} primitive@>
21725 mp_primitive(mp, "color",type_name,mp_color_type);
21726 @:color_}{\&{color} primitive@>
21727 mp_primitive(mp, "rgbcolor",type_name,mp_color_type);
21728 @:color_}{\&{rgbcolor} primitive@>
21729 mp_primitive(mp, "cmykcolor",type_name,mp_cmykcolor_type);
21730 @:color_}{\&{cmykcolor} primitive@>
21731 mp_primitive(mp, "pair",type_name,mp_pair_type);
21732 @:pair_}{\&{pair} primitive@>
21733
21734 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21735 case type_name: mp_print_type(mp, m); break;
21736
21737 @ Now we are ready to handle type declarations, assuming that a
21738 |type_name| has just been scanned.
21739
21740 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21741 void mp_do_type_declaration (MP mp) ;
21742
21743 @ @c
21744 void mp_do_type_declaration (MP mp) {
21745   small_number t; /* the type being declared */
21746   pointer p; /* token list for a declared variable */
21747   pointer q; /* value node for the variable */
21748   if ( mp->cur_mod>=mp_transform_type ) 
21749     t=mp->cur_mod;
21750   else 
21751     t=mp->cur_mod+unknown_tag;
21752   do {  
21753     p=mp_scan_declared_variable(mp);
21754     mp_flush_variable(mp, equiv(info(p)),link(p),false);
21755     q=mp_find_variable(mp, p);
21756     if ( q!=null ) { 
21757       type(q)=t; value(q)=null; 
21758     } else  { 
21759       print_err("Declared variable conflicts with previous vardef");
21760 @.Declared variable conflicts...@>
21761       help2("You can't use, e.g., `numeric foo[]' after `vardef foo'.")
21762            ("Proceed, and I'll ignore the illegal redeclaration.");
21763       mp_put_get_error(mp);
21764     }
21765     mp_flush_list(mp, p);
21766     if ( mp->cur_cmd<comma ) {
21767       @<Flush spurious symbols after the declared variable@>;
21768     }
21769   } while (! end_of_statement);
21770 }
21771
21772 @ @<Flush spurious symbols after the declared variable@>=
21773
21774   print_err("Illegal suffix of declared variable will be flushed");
21775 @.Illegal suffix...flushed@>
21776   help5("Variables in declarations must consist entirely of")
21777     ("names and collective subscripts, e.g., `x[]a'.")
21778     ("Are you trying to use a reserved word in a variable name?")
21779     ("I'm going to discard the junk I found here,")
21780     ("up to the next comma or the end of the declaration.");
21781   if ( mp->cur_cmd==numeric_token )
21782     mp->help_line[2]="Explicit subscripts like `x15a' aren't permitted.";
21783   mp_put_get_error(mp); mp->scanner_status=flushing;
21784   do {  
21785     get_t_next;
21786     @<Decrease the string reference count...@>;
21787   } while (mp->cur_cmd<comma); /* either |end_of_statement| or |cur_cmd=comma| */
21788   mp->scanner_status=normal;
21789 }
21790
21791 @ \MP's |main_control| procedure just calls |do_statement| repeatedly
21792 until coming to the end of the user's program.
21793 Each execution of |do_statement| concludes with
21794 |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop|.
21795
21796 @c void mp_main_control (MP mp) { 
21797   do {  
21798     mp_do_statement(mp);
21799     if ( mp->cur_cmd==end_group ) {
21800       print_err("Extra `endgroup'");
21801 @.Extra `endgroup'@>
21802       help2("I'm not currently working on a `begingroup',")
21803         ("so I had better not try to end anything.");
21804       mp_flush_error(mp, 0);
21805     }
21806   } while (mp->cur_cmd!=stop);
21807 }
21808 int mp_run (MP mp) {
21809   @<Install and test the non-local jump buffer@>;
21810   mp_main_control(mp); /* come to life */
21811   mp_final_cleanup(mp); /* prepare for death */
21812   mp_close_files_and_terminate(mp);
21813   return mp->history;
21814 }
21815 char * mp_mplib_version (MP mp) {
21816   assert(mp);
21817   return mplib_version;
21818 }
21819 char * mp_metapost_version (MP mp) {
21820   assert(mp);
21821   return metapost_version;
21822 }
21823
21824 @ @<Exported function headers@>=
21825 int mp_run (MP mp);
21826 char * mp_mplib_version (MP mp);
21827 char * mp_metapost_version (MP mp);
21828
21829 @ @<Put each...@>=
21830 mp_primitive(mp, "end",stop,0);
21831 @:end_}{\&{end} primitive@>
21832 mp_primitive(mp, "dump",stop,1);
21833 @:dump_}{\&{dump} primitive@>
21834
21835 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21836 case stop:
21837   if ( m==0 ) mp_print(mp, "end");
21838   else mp_print(mp, "dump");
21839   break;
21840
21841 @* \[41] Commands.
21842 Let's turn now to statements that are classified as ``commands'' because
21843 of their imperative nature. We'll begin with simple ones, so that it
21844 will be clear how to hook command processing into the |do_statement| routine;
21845 then we'll tackle the tougher commands.
21846
21847 Here's one of the simplest:
21848
21849 @<Cases of |do_statement|...@>=
21850 case random_seed: mp_do_random_seed(mp);  break;
21851
21852 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21853 void mp_do_random_seed (MP mp) ;
21854
21855 @ @c void mp_do_random_seed (MP mp) { 
21856   mp_get_x_next(mp);
21857   if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
21858     mp_missing_err(mp, ":=");
21859 @.Missing `:='@>
21860     help1("Always say `randomseed:=<numeric expression>'.");
21861     mp_back_error(mp);
21862   };
21863   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
21864   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
21865     exp_err("Unknown value will be ignored");
21866 @.Unknown value...ignored@>
21867     help2("Your expression was too random for me to handle,")
21868       ("so I won't change the random seed just now.");
21869     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
21870   } else {
21871    @<Initialize the random seed to |cur_exp|@>;
21872   }
21873 }
21874
21875 @ @<Initialize the random seed to |cur_exp|@>=
21876
21877   mp_init_randoms(mp, mp->cur_exp);
21878   if ( mp->selector>=log_only && mp->selector<write_file) {
21879     mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=log_only;
21880     mp_print_nl(mp, "{randomseed:="); 
21881     mp_print_scaled(mp, mp->cur_exp); 
21882     mp_print_char(mp, '}');
21883     mp_print_nl(mp, ""); mp->selector=mp->old_setting;
21884   }
21885 }
21886
21887 @ And here's another simple one (somewhat different in flavor):
21888
21889 @<Cases of |do_statement|...@>=
21890 case mode_command: 
21891   mp_print_ln(mp); mp->interaction=mp->cur_mod;
21892   @<Initialize the print |selector| based on |interaction|@>;
21893   if ( mp->log_opened ) mp->selector=mp->selector+2;
21894   mp_get_x_next(mp);
21895   break;
21896
21897 @ @<Put each...@>=
21898 mp_primitive(mp, "batchmode",mode_command,mp_batch_mode);
21899 @:mp_batch_mode_}{\&{batchmode} primitive@>
21900 mp_primitive(mp, "nonstopmode",mode_command,mp_nonstop_mode);
21901 @:mp_nonstop_mode_}{\&{nonstopmode} primitive@>
21902 mp_primitive(mp, "scrollmode",mode_command,mp_scroll_mode);
21903 @:mp_scroll_mode_}{\&{scrollmode} primitive@>
21904 mp_primitive(mp, "errorstopmode",mode_command,mp_error_stop_mode);
21905 @:mp_error_stop_mode_}{\&{errorstopmode} primitive@>
21906
21907 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
21908 case mode_command: 
21909   switch (m) {
21910   case mp_batch_mode: mp_print(mp, "batchmode"); break;
21911   case mp_nonstop_mode: mp_print(mp, "nonstopmode"); break;
21912   case mp_scroll_mode: mp_print(mp, "scrollmode"); break;
21913   default: mp_print(mp, "errorstopmode"); break;
21914   }
21915   break;
21916
21917 @ The `\&{inner}' and `\&{outer}' commands are only slightly harder.
21918
21919 @<Cases of |do_statement|...@>=
21920 case protection_command: mp_do_protection(mp); break;
21921
21922 @ @<Put each...@>=
21923 mp_primitive(mp, "inner",protection_command,0);
21924 @:inner_}{\&{inner} primitive@>
21925 mp_primitive(mp, "outer",protection_command,1);
21926 @:outer_}{\&{outer} primitive@>
21927
21928 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21929 case protection_command: 
21930   if ( m==0 ) mp_print(mp, "inner");
21931   else mp_print(mp, "outer");
21932   break;
21933
21934 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21935 void mp_do_protection (MP mp) ;
21936
21937 @ @c void mp_do_protection (MP mp) {
21938   int m; /* 0 to unprotect, 1 to protect */
21939   halfword t; /* the |eq_type| before we change it */
21940   m=mp->cur_mod;
21941   do {  
21942     mp_get_symbol(mp); t=eq_type(mp->cur_sym);
21943     if ( m==0 ) { 
21944       if ( t>=outer_tag ) 
21945         eq_type(mp->cur_sym)=t-outer_tag;
21946     } else if ( t<outer_tag ) {
21947       eq_type(mp->cur_sym)=t+outer_tag;
21948     }
21949     mp_get_x_next(mp);
21950   } while (mp->cur_cmd==comma);
21951 }
21952
21953 @ \MP\ never defines the tokens `\.(' and `\.)' to be primitives, but
21954 plain \MP\ begins with the declaration `\&{delimiters} \.{()}'. Such a
21955 declaration assigns the command code |left_delimiter| to `\.{(}' and
21956 |right_delimiter| to `\.{)}'; the |equiv| of each delimiter is the
21957 hash address of its mate.
21958
21959 @<Cases of |do_statement|...@>=
21960 case delimiters: mp_def_delims(mp); break;
21961
21962 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21963 void mp_def_delims (MP mp) ;
21964
21965 @ @c void mp_def_delims (MP mp) {
21966   pointer l_delim,r_delim; /* the new delimiter pair */
21967   mp_get_clear_symbol(mp); l_delim=mp->cur_sym;
21968   mp_get_clear_symbol(mp); r_delim=mp->cur_sym;
21969   eq_type(l_delim)=left_delimiter; equiv(l_delim)=r_delim;
21970   eq_type(r_delim)=right_delimiter; equiv(r_delim)=l_delim;
21971   mp_get_x_next(mp);
21972 }
21973
21974 @ Here is a procedure that is called when \MP\ has reached a point
21975 where some right delimiter is mandatory.
21976
21977 @<Declare the procedure called |check_delimiter|@>=
21978 void mp_check_delimiter (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) {
21979   if ( mp->cur_cmd==right_delimiter ) 
21980     if ( mp->cur_mod==l_delim ) 
21981       return;
21982   if ( mp->cur_sym!=r_delim ) {
21983      mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
21984 @.Missing `)'@>
21985     help2("I found no right delimiter to match a left one. So I've")
21986       ("put one in, behind the scenes; this may fix the problem.");
21987     mp_back_error(mp);
21988   } else { 
21989     print_err("The token `"); mp_print_text(r_delim);
21990 @.The token...delimiter@>
21991     mp_print(mp, "' is no longer a right delimiter");
21992     help3("Strange: This token has lost its former meaning!")
21993       ("I'll read it as a right delimiter this time;")
21994       ("but watch out, I'll probably miss it later.");
21995     mp_error(mp);
21996   }
21997 }
21998
21999 @ The next four commands save or change the values associated with tokens.
22000
22001 @<Cases of |do_statement|...@>=
22002 case save_command: 
22003   do {  
22004     mp_get_symbol(mp); mp_save_variable(mp, mp->cur_sym); mp_get_x_next(mp);
22005   } while (mp->cur_cmd==comma);
22006   break;
22007 case interim_command: mp_do_interim(mp); break;
22008 case let_command: mp_do_let(mp); break;
22009 case new_internal: mp_do_new_internal(mp); break;
22010
22011 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22012 void mp_do_statement (MP mp);
22013 void mp_do_interim (MP mp);
22014
22015 @ @c void mp_do_interim (MP mp) { 
22016   mp_get_x_next(mp);
22017   if ( mp->cur_cmd!=internal_quantity ) {
22018      print_err("The token `");
22019 @.The token...quantity@>
22020     if ( mp->cur_sym==0 ) mp_print(mp, "(%CAPSULE)");
22021     else mp_print_text(mp->cur_sym);
22022     mp_print(mp, "' isn't an internal quantity");
22023     help1("Something like `tracingonline' should follow `interim'.");
22024     mp_back_error(mp);
22025   } else { 
22026     mp_save_internal(mp, mp->cur_mod); mp_back_input(mp);
22027   }
22028   mp_do_statement(mp);
22029 }
22030
22031 @ The following procedure is careful not to undefine the left-hand symbol
22032 too soon, lest commands like `{\tt let x=x}' have a surprising effect.
22033
22034 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22035 void mp_do_let (MP mp) ;
22036
22037 @ @c void mp_do_let (MP mp) {
22038   pointer l; /* hash location of the left-hand symbol */
22039   mp_get_symbol(mp); l=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
22040   if ( mp->cur_cmd!=equals ) if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
22041      mp_missing_err(mp, "=");
22042 @.Missing `='@>
22043     help3("You should have said `let symbol = something'.")
22044       ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
22045       ("was present. The next token I read will be `something'.");
22046     mp_back_error(mp);
22047   }
22048   mp_get_symbol(mp);
22049   switch (mp->cur_cmd) {
22050   case defined_macro: case secondary_primary_macro:
22051   case tertiary_secondary_macro: case expression_tertiary_macro: 
22052     add_mac_ref(mp->cur_mod);
22053     break;
22054   default: 
22055     break;
22056   }
22057   mp_clear_symbol(mp, l,false); eq_type(l)=mp->cur_cmd;
22058   if ( mp->cur_cmd==tag_token ) equiv(l)=null;
22059   else equiv(l)=mp->cur_mod;
22060   mp_get_x_next(mp);
22061 }
22062
22063 @ @<Declarations@>=
22064 void mp_grow_internals (MP mp, int l);
22065 void mp_do_new_internal (MP mp) ;
22066
22067 @ @c
22068 void mp_grow_internals (MP mp, int l) {
22069   scaled *internal;
22070   char * *int_name; 
22071   int k;
22072   if ( hash_end+l>max_halfword ) {
22073     mp_confusion(mp, "out of memory space"); /* can't be reached */
22074   }
22075   int_name = xmalloc ((l+1),sizeof(char *));
22076   internal = xmalloc ((l+1),sizeof(scaled));
22077   for (k=0;k<=l; k++ ) { 
22078     if (k<=mp->max_internal) {
22079       internal[k]=mp->internal[k]; 
22080       int_name[k]=mp->int_name[k]; 
22081     } else {
22082       internal[k]=0; 
22083       int_name[k]=NULL; 
22084     }
22085   }
22086   xfree(mp->internal); xfree(mp->int_name);
22087   mp->int_name = int_name;
22088   mp->internal = internal;
22089   mp->max_internal = l;
22090 }
22091
22092
22093 void mp_do_new_internal (MP mp) { 
22094   do {  
22095     if ( mp->int_ptr==mp->max_internal ) {
22096       mp_grow_internals(mp, (mp->max_internal + (mp->max_internal>>2)));
22097     }
22098     mp_get_clear_symbol(mp); incr(mp->int_ptr);
22099     eq_type(mp->cur_sym)=internal_quantity; 
22100     equiv(mp->cur_sym)=mp->int_ptr;
22101     if(mp->int_name[mp->int_ptr]!=NULL)
22102       xfree(mp->int_name[mp->int_ptr]);
22103     mp->int_name[mp->int_ptr]=str(text(mp->cur_sym)); 
22104     mp->internal[mp->int_ptr]=0;
22105     mp_get_x_next(mp);
22106   } while (mp->cur_cmd==comma);
22107 }
22108
22109 @ @<Dealloc variables@>=
22110 for (k=0;k<=mp->max_internal;k++) {
22111    xfree(mp->int_name[k]);
22112 }
22113 xfree(mp->internal); 
22114 xfree(mp->int_name); 
22115
22116
22117 @ The various `\&{show}' commands are distinguished by modifier fields
22118 in the usual way.
22119
22120 @d show_token_code 0 /* show the meaning of a single token */
22121 @d show_stats_code 1 /* show current memory and string usage */
22122 @d show_code 2 /* show a list of expressions */
22123 @d show_var_code 3 /* show a variable and its descendents */
22124 @d show_dependencies_code 4 /* show dependent variables in terms of independents */
22125
22126 @<Put each...@>=
22127 mp_primitive(mp, "showtoken",show_command,show_token_code);
22128 @:show_token_}{\&{showtoken} primitive@>
22129 mp_primitive(mp, "showstats",show_command,show_stats_code);
22130 @:show_stats_}{\&{showstats} primitive@>
22131 mp_primitive(mp, "show",show_command,show_code);
22132 @:show_}{\&{show} primitive@>
22133 mp_primitive(mp, "showvariable",show_command,show_var_code);
22134 @:show_var_}{\&{showvariable} primitive@>
22135 mp_primitive(mp, "showdependencies",show_command,show_dependencies_code);
22136 @:show_dependencies_}{\&{showdependencies} primitive@>
22137
22138 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22139 case show_command: 
22140   switch (m) {
22141   case show_token_code:mp_print(mp, "showtoken"); break;
22142   case show_stats_code:mp_print(mp, "showstats"); break;
22143   case show_code:mp_print(mp, "show"); break;
22144   case show_var_code:mp_print(mp, "showvariable"); break;
22145   default: mp_print(mp, "showdependencies"); break;
22146   }
22147   break;
22148
22149 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22150 case show_command:mp_do_show_whatever(mp); break;
22151
22152 @ The value of |cur_mod| controls the |verbosity| in the |print_exp| routine:
22153 if it's |show_code|, complicated structures are abbreviated, otherwise
22154 they aren't.
22155
22156 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22157 void mp_do_show (MP mp) ;
22158
22159 @ @c void mp_do_show (MP mp) { 
22160   do {  
22161     mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22162     mp_print_nl(mp, ">> ");
22163 @.>>@>
22164     mp_print_exp(mp, null,2); mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22165   } while (mp->cur_cmd==comma);
22166 }
22167
22168 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22169 void mp_disp_token (MP mp) ;
22170
22171 @ @c void mp_disp_token (MP mp) { 
22172   mp_print_nl(mp, "> ");
22173 @.>\relax@>
22174   if ( mp->cur_sym==0 ) {
22175     @<Show a numeric or string or capsule token@>;
22176   } else { 
22177     mp_print_text(mp->cur_sym); mp_print_char(mp, '=');
22178     if ( eq_type(mp->cur_sym)>=outer_tag ) mp_print(mp, "(outer) ");
22179     mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod);
22180     if ( mp->cur_cmd==defined_macro ) {
22181       mp_print_ln(mp); mp_show_macro(mp, mp->cur_mod,null,100000);
22182     } /* this avoids recursion between |show_macro| and |print_cmd_mod| */
22183 @^recursion@>
22184   }
22185 }
22186
22187 @ @<Show a numeric or string or capsule token@>=
22188
22189   if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) {
22190     mp_print_scaled(mp, mp->cur_mod);
22191   } else if ( mp->cur_cmd==capsule_token ) {
22192     mp->g_pointer=mp->cur_mod; mp_print_capsule(mp);
22193   } else  { 
22194     mp_print_char(mp, '"'); 
22195     mp_print_str(mp, mp->cur_mod); mp_print_char(mp, '"');
22196     delete_str_ref(mp->cur_mod);
22197   }
22198 }
22199
22200 @ The following cases of |print_cmd_mod| might arise in connection
22201 with |disp_token|, although they don't correspond to any
22202 primitive tokens.
22203
22204 @<Cases of |print_cmd_...@>=
22205 case left_delimiter:
22206 case right_delimiter: 
22207   if ( c==left_delimiter ) mp_print(mp, "left");
22208   else mp_print(mp, "right");
22209   mp_print(mp, " delimiter that matches "); 
22210   mp_print_text(m);
22211   break;
22212 case tag_token:
22213   if ( m==null ) mp_print(mp, "tag");
22214    else mp_print(mp, "variable");
22215    break;
22216 case defined_macro: 
22217    mp_print(mp, "macro:");
22218    break;
22219 case secondary_primary_macro:
22220 case tertiary_secondary_macro:
22221 case expression_tertiary_macro:
22222   mp_print_cmd_mod(mp, macro_def,c); 
22223   mp_print(mp, "'d macro:");
22224   mp_print_ln(mp); mp_show_token_list(mp, link(link(m)),null,1000,0);
22225   break;
22226 case repeat_loop:
22227   mp_print(mp, "[repeat the loop]");
22228   break;
22229 case internal_quantity:
22230   mp_print(mp, mp->int_name[m]);
22231   break;
22232
22233 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22234 void mp_do_show_token (MP mp) ;
22235
22236 @ @c void mp_do_show_token (MP mp) { 
22237   do {  
22238     get_t_next; mp_disp_token(mp);
22239     mp_get_x_next(mp);
22240   } while (mp->cur_cmd==comma);
22241 }
22242
22243 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22244 void mp_do_show_stats (MP mp) ;
22245
22246 @ @c void mp_do_show_stats (MP mp) { 
22247   mp_print_nl(mp, "Memory usage ");
22248 @.Memory usage...@>
22249   mp_print_int(mp, mp->var_used); mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->dyn_used);
22250   if ( false )
22251     mp_print(mp, "unknown");
22252   mp_print(mp, " ("); mp_print_int(mp, mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max-1);
22253   mp_print(mp, " still untouched)"); mp_print_ln(mp);
22254   mp_print_nl(mp, "String usage ");
22255   mp_print_int(mp, mp->strs_in_use-mp->init_str_use);
22256   mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->pool_in_use-mp->init_pool_ptr);
22257   if ( false )
22258     mp_print(mp, "unknown");
22259   mp_print(mp, " (");
22260   mp_print_int(mp, mp->max_strings-1-mp->strs_used_up); mp_print_char(mp, '&');
22261   mp_print_int(mp, mp->pool_size-mp->pool_ptr); 
22262   mp_print(mp, " now untouched)"); mp_print_ln(mp);
22263   mp_get_x_next(mp);
22264 }
22265
22266 @ Here's a recursive procedure that gives an abbreviated account
22267 of a variable, for use by |do_show_var|.
22268
22269 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22270 void mp_disp_var (MP mp,pointer p) ;
22271
22272 @ @c void mp_disp_var (MP mp,pointer p) {
22273   pointer q; /* traverses attributes and subscripts */
22274   int n; /* amount of macro text to show */
22275   if ( type(p)==mp_structured )  {
22276     @<Descend the structure@>;
22277   } else if ( type(p)>=mp_unsuffixed_macro ) {
22278     @<Display a variable macro@>;
22279   } else if ( type(p)!=undefined ){ 
22280     mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p); 
22281     mp_print_char(mp, '=');
22282     mp_print_exp(mp, p,0);
22283   }
22284 }
22285
22286 @ @<Descend the structure@>=
22287
22288   q=attr_head(p);
22289   do {  mp_disp_var(mp, q); q=link(q); } while (q!=end_attr);
22290   q=subscr_head(p);
22291   while ( name_type(q)==mp_subscr ) { 
22292     mp_disp_var(mp, q); q=link(q);
22293   }
22294 }
22295
22296 @ @<Display a variable macro@>=
22297
22298   mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p);
22299   if ( type(p)>mp_unsuffixed_macro ) 
22300     mp_print(mp, "@@#"); /* |suffixed_macro| */
22301   mp_print(mp, "=macro:");
22302   if ( (int)mp->file_offset>=mp->max_print_line-20 ) n=5;
22303   else n=mp->max_print_line-mp->file_offset-15;
22304   mp_show_macro(mp, value(p),null,n);
22305 }
22306
22307 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22308 void mp_do_show_var (MP mp) ;
22309
22310 @ @c void mp_do_show_var (MP mp) { 
22311   do {  
22312     get_t_next;
22313     if ( mp->cur_sym>0 ) if ( mp->cur_sym<=hash_end )
22314       if ( mp->cur_cmd==tag_token ) if ( mp->cur_mod!=null ) {
22315       mp_disp_var(mp, mp->cur_mod); goto DONE;
22316     }
22317    mp_disp_token(mp);
22318   DONE:
22319    mp_get_x_next(mp);
22320   } while (mp->cur_cmd==comma);
22321 }
22322
22323 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22324 void mp_do_show_dependencies (MP mp) ;
22325
22326 @ @c void mp_do_show_dependencies (MP mp) {
22327   pointer p; /* link that runs through all dependencies */
22328   p=link(dep_head);
22329   while ( p!=dep_head ) {
22330     if ( mp_interesting(mp, p) ) {
22331       mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p);
22332       if ( type(p)==mp_dependent ) mp_print_char(mp, '=');
22333       else mp_print(mp, " = "); /* extra spaces imply proto-dependency */
22334       mp_print_dependency(mp, dep_list(p),type(p));
22335     }
22336     p=dep_list(p);
22337     while ( info(p)!=null ) p=link(p);
22338     p=link(p);
22339   }
22340   mp_get_x_next(mp);
22341 }
22342
22343 @ Finally we are ready for the procedure that governs all of the
22344 show commands.
22345
22346 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22347 void mp_do_show_whatever (MP mp) ;
22348
22349 @ @c void mp_do_show_whatever (MP mp) { 
22350   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
22351   switch (mp->cur_mod) {
22352   case show_token_code:mp_do_show_token(mp); break;
22353   case show_stats_code:mp_do_show_stats(mp); break;
22354   case show_code:mp_do_show(mp); break;
22355   case show_var_code:mp_do_show_var(mp); break;
22356   case show_dependencies_code:mp_do_show_dependencies(mp); break;
22357   } /* there are no other cases */
22358   if ( mp->internal[mp_showstopping]>0 ){ 
22359     print_err("OK");
22360 @.OK@>
22361     if ( mp->interaction<mp_error_stop_mode ) { 
22362       help0; decr(mp->error_count);
22363     } else {
22364       help1("This isn't an error message; I'm just showing something.");
22365     }
22366     if ( mp->cur_cmd==semicolon ) mp_error(mp);
22367      else mp_put_get_error(mp);
22368   }
22369 }
22370
22371 @ The `\&{addto}' command needs the following additional primitives:
22372
22373 @d double_path_code 0 /* command modifier for `\&{doublepath}' */
22374 @d contour_code 1 /* command modifier for `\&{contour}' */
22375 @d also_code 2 /* command modifier for `\&{also}' */
22376
22377 @ Pre and postscripts need two new identifiers:
22378
22379 @d with_pre_script 11
22380 @d with_post_script 13
22381
22382 @<Put each...@>=
22383 mp_primitive(mp, "doublepath",thing_to_add,double_path_code);
22384 @:double_path_}{\&{doublepath} primitive@>
22385 mp_primitive(mp, "contour",thing_to_add,contour_code);
22386 @:contour_}{\&{contour} primitive@>
22387 mp_primitive(mp, "also",thing_to_add,also_code);
22388 @:also_}{\&{also} primitive@>
22389 mp_primitive(mp, "withpen",with_option,mp_pen_type);
22390 @:with_pen_}{\&{withpen} primitive@>
22391 mp_primitive(mp, "dashed",with_option,mp_picture_type);
22392 @:dashed_}{\&{dashed} primitive@>
22393 mp_primitive(mp, "withprescript",with_option,with_pre_script);
22394 @:with_pre_script_}{\&{withprescript} primitive@>
22395 mp_primitive(mp, "withpostscript",with_option,with_post_script);
22396 @:with_post_script_}{\&{withpostscript} primitive@>
22397 mp_primitive(mp, "withoutcolor",with_option,mp_no_model);
22398 @:with_color_}{\&{withoutcolor} primitive@>
22399 mp_primitive(mp, "withgreyscale",with_option,mp_grey_model);
22400 @:with_color_}{\&{withgreyscale} primitive@>
22401 mp_primitive(mp, "withcolor",with_option,mp_uninitialized_model);
22402 @:with_color_}{\&{withcolor} primitive@>
22403 /*  \&{withrgbcolor} is an alias for \&{withcolor} */
22404 mp_primitive(mp, "withrgbcolor",with_option,mp_rgb_model);
22405 @:with_color_}{\&{withrgbcolor} primitive@>
22406 mp_primitive(mp, "withcmykcolor",with_option,mp_cmyk_model);
22407 @:with_color_}{\&{withcmykcolor} primitive@>
22408
22409 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22410 case thing_to_add:
22411   if ( m==contour_code ) mp_print(mp, "contour");
22412   else if ( m==double_path_code ) mp_print(mp, "doublepath");
22413   else mp_print(mp, "also");
22414   break;
22415 case with_option:
22416   if ( m==mp_pen_type ) mp_print(mp, "withpen");
22417   else if ( m==with_pre_script ) mp_print(mp, "withprescript");
22418   else if ( m==with_post_script ) mp_print(mp, "withpostscript");
22419   else if ( m==mp_no_model ) mp_print(mp, "withoutcolor");
22420   else if ( m==mp_rgb_model ) mp_print(mp, "withrgbcolor");
22421   else if ( m==mp_uninitialized_model ) mp_print(mp, "withcolor");
22422   else if ( m==mp_cmyk_model ) mp_print(mp, "withcmykcolor");
22423   else if ( m==mp_grey_model ) mp_print(mp, "withgreyscale");
22424   else mp_print(mp, "dashed");
22425   break;
22426
22427 @ The |scan_with_list| procedure parses a $\langle$with list$\rangle$ and
22428 updates the list of graphical objects starting at |p|.  Each $\langle$with
22429 clause$\rangle$ updates all graphical objects whose |type| is compatible.
22430 Other objects are ignored.
22431
22432 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22433 void mp_scan_with_list (MP mp,pointer p) ;
22434
22435 @ @c void mp_scan_with_list (MP mp,pointer p) {
22436   small_number t; /* |cur_mod| of the |with_option| (should match |cur_type|) */
22437   pointer q; /* for list manipulation */
22438   int old_setting; /* saved |selector| setting */
22439   pointer k; /* for finding the near-last item in a list  */
22440   str_number s; /* for string cleanup after combining  */
22441   pointer cp,pp,dp,ap,bp;
22442     /* objects being updated; |void| initially; |null| to suppress update */
22443   cp=mp_void; pp=mp_void; dp=mp_void; ap=mp_void; bp=mp_void;
22444   k=0;
22445   while ( mp->cur_cmd==with_option ){ 
22446     t=mp->cur_mod;
22447     mp_get_x_next(mp);
22448     if ( t!=mp_no_model ) mp_scan_expression(mp);
22449     if (((t==with_pre_script)&&(mp->cur_type!=mp_string_type))||
22450      ((t==with_post_script)&&(mp->cur_type!=mp_string_type))||
22451      ((t==mp_uninitialized_model)&&
22452         ((mp->cur_type!=mp_cmykcolor_type)&&(mp->cur_type!=mp_color_type)
22453           &&(mp->cur_type!=mp_known)&&(mp->cur_type!=mp_boolean_type)))||
22454      ((t==mp_cmyk_model)&&(mp->cur_type!=mp_cmykcolor_type))||
22455      ((t==mp_rgb_model)&&(mp->cur_type!=mp_color_type))||
22456      ((t==mp_grey_model)&&(mp->cur_type!=mp_known))||
22457      ((t==mp_pen_type)&&(mp->cur_type!=t))||
22458      ((t==mp_picture_type)&&(mp->cur_type!=t)) ) {
22459       @<Complain about improper type@>;
22460     } else if ( t==mp_uninitialized_model ) {
22461       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22462       if ( cp!=null )
22463         @<Transfer a color from the current expression to object~|cp|@>;
22464       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22465     } else if ( t==mp_rgb_model ) {
22466       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22467       if ( cp!=null )
22468         @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>;
22469       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22470     } else if ( t==mp_cmyk_model ) {
22471       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22472       if ( cp!=null )
22473         @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>;
22474       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22475     } else if ( t==mp_grey_model ) {
22476       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22477       if ( cp!=null )
22478         @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>;
22479       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22480     } else if ( t==mp_no_model ) {
22481       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22482       if ( cp!=null )
22483         @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>;
22484     } else if ( t==mp_pen_type ) {
22485       if ( pp==mp_void ) @<Make |pp| an object in list~|p| that needs a pen@>;
22486       if ( pp!=null ) {
22487         if ( pen_p(pp)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(pp));
22488         pen_p(pp)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
22489       }
22490     } else if ( t==with_pre_script ) {
22491       if ( ap==mp_void )
22492         ap=p;
22493       while ( (ap!=null)&&(! has_color(ap)) )
22494          ap=link(ap);
22495       if ( ap!=null ) {
22496         if ( pre_script(ap)!=null ) { /*  build a new,combined string  */
22497           s=pre_script(ap);
22498           old_setting=mp->selector;
22499               mp->selector=new_string;
22500           str_room(length(pre_script(ap))+length(mp->cur_exp)+2);
22501               mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22502           append_char(13);  /* a forced \ps\ newline  */
22503           mp_print_str(mp, pre_script(ap));
22504           pre_script(ap)=mp_make_string(mp);
22505           delete_str_ref(s);
22506           mp->selector=old_setting;
22507         } else {
22508           pre_script(ap)=mp->cur_exp;
22509         }
22510         mp->cur_type=mp_vacuous;
22511       }
22512     } else if ( t==with_post_script ) {
22513       if ( bp==mp_void )
22514         k=p; 
22515       bp=k;
22516       while ( link(k)!=null ) {
22517         k=link(k);
22518         if ( has_color(k) ) bp=k;
22519       }
22520       if ( bp!=null ) {
22521          if ( post_script(bp)!=null ) {
22522            s=post_script(bp);
22523            old_setting=mp->selector;
22524                mp->selector=new_string;
22525            str_room(length(post_script(bp))+length(mp->cur_exp)+2);
22526            mp_print_str(mp, post_script(bp));
22527            append_char(13); /* a forced \ps\ newline  */
22528            mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22529            post_script(bp)=mp_make_string(mp);
22530            delete_str_ref(s);
22531            mp->selector=old_setting;
22532          } else {
22533            post_script(bp)=mp->cur_exp;
22534          }
22535          mp->cur_type=mp_vacuous;
22536        }
22537     } else { 
22538       if ( dp==mp_void ) {
22539         @<Make |dp| a stroked node in list~|p|@>;
22540       }
22541       if ( dp!=null ) {
22542         if ( dash_p(dp)!=null ) delete_edge_ref(dash_p(dp));
22543         dash_p(dp)=mp_make_dashes(mp, mp->cur_exp);
22544         dash_scale(dp)=unity;
22545         mp->cur_type=mp_vacuous;
22546       }
22547     }
22548   }
22549   @<Copy the information from objects |cp|, |pp|, and |dp| into the rest
22550     of the list@>;
22551 };
22552
22553 @ @<Complain about improper type@>=
22554 { exp_err("Improper type");
22555 @.Improper type@>
22556 help2("Next time say `withpen <known pen expression>';")
22557   ("I'll ignore the bad `with' clause and look for another.");
22558 if ( t==with_pre_script )
22559   mp->help_line[1]="Next time say `withprescript <known string expression>';";
22560 else if ( t==with_post_script )
22561   mp->help_line[1]="Next time say `withpostscript <known string expression>';";
22562 else if ( t==mp_picture_type )
22563   mp->help_line[1]="Next time say `dashed <known picture expression>';";
22564 else if ( t==mp_uninitialized_model )
22565   mp->help_line[1]="Next time say `withcolor <known color expression>';";
22566 else if ( t==mp_rgb_model )
22567   mp->help_line[1]="Next time say `withrgbcolor <known color expression>';";
22568 else if ( t==mp_cmyk_model )
22569   mp->help_line[1]="Next time say `withcmykcolor <known cmykcolor expression>';";
22570 else if ( t==mp_grey_model )
22571   mp->help_line[1]="Next time say `withgreyscale <known numeric expression>';";;
22572 mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22573 }
22574
22575 @ Forcing the color to be between |0| and |unity| here guarantees that no
22576 picture will ever contain a color outside the legal range for \ps\ graphics.
22577
22578 @<Transfer a color from the current expression to object~|cp|@>=
22579 { if ( mp->cur_type==mp_color_type )
22580    @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>
22581 else if ( mp->cur_type==mp_cmykcolor_type )
22582    @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>
22583 else if ( mp->cur_type==mp_known )
22584    @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>
22585 else if ( mp->cur_exp==false_code )
22586    @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>;
22587 }
22588
22589 @ @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>=
22590 { q=value(mp->cur_exp);
22591 cyan_val(cp)=0;
22592 magenta_val(cp)=0;
22593 yellow_val(cp)=0;
22594 black_val(cp)=0;
22595 red_val(cp)=value(red_part_loc(q));
22596 green_val(cp)=value(green_part_loc(q));
22597 blue_val(cp)=value(blue_part_loc(q));
22598 color_model(cp)=mp_rgb_model;
22599 if ( red_val(cp)<0 ) red_val(cp)=0;
22600 if ( green_val(cp)<0 ) green_val(cp)=0;
22601 if ( blue_val(cp)<0 ) blue_val(cp)=0;
22602 if ( red_val(cp)>unity ) red_val(cp)=unity;
22603 if ( green_val(cp)>unity ) green_val(cp)=unity;
22604 if ( blue_val(cp)>unity ) blue_val(cp)=unity;
22605 }
22606
22607 @ @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>=
22608 { q=value(mp->cur_exp);
22609 cyan_val(cp)=value(cyan_part_loc(q));
22610 magenta_val(cp)=value(magenta_part_loc(q));
22611 yellow_val(cp)=value(yellow_part_loc(q));
22612 black_val(cp)=value(black_part_loc(q));
22613 color_model(cp)=mp_cmyk_model;
22614 if ( cyan_val(cp)<0 ) cyan_val(cp)=0;
22615 if ( magenta_val(cp)<0 ) magenta_val(cp)=0;
22616 if ( yellow_val(cp)<0 ) yellow_val(cp)=0;
22617 if ( black_val(cp)<0 ) black_val(cp)=0;
22618 if ( cyan_val(cp)>unity ) cyan_val(cp)=unity;
22619 if ( magenta_val(cp)>unity ) magenta_val(cp)=unity;
22620 if ( yellow_val(cp)>unity ) yellow_val(cp)=unity;
22621 if ( black_val(cp)>unity ) black_val(cp)=unity;
22622 }
22623
22624 @ @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>=
22625 { q=mp->cur_exp;
22626 cyan_val(cp)=0;
22627 magenta_val(cp)=0;
22628 yellow_val(cp)=0;
22629 black_val(cp)=0;
22630 grey_val(cp)=q;
22631 color_model(cp)=mp_grey_model;
22632 if ( grey_val(cp)<0 ) grey_val(cp)=0;
22633 if ( grey_val(cp)>unity ) grey_val(cp)=unity;
22634 }
22635
22636 @ @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>=
22637 {
22638 cyan_val(cp)=0;
22639 magenta_val(cp)=0;
22640 yellow_val(cp)=0;
22641 black_val(cp)=0;
22642 grey_val(cp)=0;
22643 color_model(cp)=mp_no_model;
22644 }
22645
22646 @ @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>=
22647 { cp=p;
22648   while ( cp!=null ){ 
22649     if ( has_color(cp) ) break;
22650     cp=link(cp);
22651   }
22652 }
22653
22654 @ @<Make |pp| an object in list~|p| that needs a pen@>=
22655 { pp=p;
22656   while ( pp!=null ) {
22657     if ( has_pen(pp) ) break;
22658     pp=link(pp);
22659   }
22660 }
22661
22662 @ @<Make |dp| a stroked node in list~|p|@>=
22663 { dp=p;
22664   while ( dp!=null ) {
22665     if ( type(dp)==mp_stroked_code ) break;
22666     dp=link(dp);
22667   }
22668 }
22669
22670 @ @<Copy the information from objects |cp|, |pp|, and |dp| into...@>=
22671 @<Copy |cp|'s color into the colored objects linked to~|cp|@>;
22672 if ( pp>mp_void ) {
22673   @<Copy |pen_p(pp)| into stroked and filled nodes linked to |pp|@>;
22674 }
22675 if ( dp>mp_void ) {
22676   @<Make stroked nodes linked to |dp| refer to |dash_p(dp)|@>;
22677 }
22678
22679
22680 @ @<Copy |cp|'s color into the colored objects linked to~|cp|@>=
22681 { q=link(cp);
22682   while ( q!=null ) { 
22683     if ( has_color(q) ) {
22684       red_val(q)=red_val(cp);
22685       green_val(q)=green_val(cp);
22686       blue_val(q)=blue_val(cp);
22687       black_val(q)=black_val(cp);
22688       color_model(q)=color_model(cp);
22689     }
22690     q=link(q);
22691   }
22692 }
22693
22694 @ @<Copy |pen_p(pp)| into stroked and filled nodes linked to |pp|@>=
22695 { q=link(pp);
22696   while ( q!=null ) {
22697     if ( has_pen(q) ) {
22698       if ( pen_p(q)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(q));
22699       pen_p(q)=copy_pen(pen_p(pp));
22700     }
22701     q=link(q);
22702   }
22703 }
22704
22705 @ @<Make stroked nodes linked to |dp| refer to |dash_p(dp)|@>=
22706 { q=link(dp);
22707   while ( q!=null ) {
22708     if ( type(q)==mp_stroked_code ) {
22709       if ( dash_p(q)!=null ) delete_edge_ref(dash_p(q));
22710       dash_p(q)=dash_p(dp);
22711       dash_scale(q)=unity;
22712       if ( dash_p(q)!=null ) add_edge_ref(dash_p(q));
22713     }
22714     q=link(q);
22715   }
22716 }
22717
22718 @ One of the things we need to do when we've parsed an \&{addto} or
22719 similar command is find the header of a supposed \&{picture} variable, given
22720 a token list for that variable.  Since the edge structure is about to be
22721 updated, we use |private_edges| to make sure that this is possible.
22722
22723 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22724 pointer mp_find_edges_var (MP mp, pointer t) ;
22725
22726 @ @c pointer mp_find_edges_var (MP mp, pointer t) {
22727   pointer p;
22728   pointer cur_edges; /* the return value */
22729   p=mp_find_variable(mp, t); cur_edges=null;
22730   if ( p==null ) { 
22731     mp_obliterated(mp, t); mp_put_get_error(mp);
22732   } else if ( type(p)!=mp_picture_type )  { 
22733     print_err("Variable "); mp_show_token_list(mp, t,null,1000,0);
22734 @.Variable x is the wrong type@>
22735     mp_print(mp, " is the wrong type ("); 
22736     mp_print_type(mp, type(p)); mp_print_char(mp, ')');
22737     help2("I was looking for a \"known\" picture variable.")
22738          ("So I'll not change anything just now."); 
22739     mp_put_get_error(mp);
22740   } else { 
22741     value(p)=mp_private_edges(mp, value(p));
22742     cur_edges=value(p);
22743   }
22744   mp_flush_node_list(mp, t);
22745   return cur_edges;
22746 };
22747
22748 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22749 case add_to_command: mp_do_add_to(mp); break;
22750 case bounds_command:mp_do_bounds(mp); break;
22751
22752 @ @<Put each...@>=
22753 mp_primitive(mp, "clip",bounds_command,mp_start_clip_code);
22754 @:clip_}{\&{clip} primitive@>
22755 mp_primitive(mp, "setbounds",bounds_command,mp_start_bounds_code);
22756 @:set_bounds_}{\&{setbounds} primitive@>
22757
22758 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22759 case bounds_command: 
22760   if ( m==mp_start_clip_code ) mp_print(mp, "clip");
22761   else mp_print(mp, "setbounds");
22762   break;
22763
22764 @ The following function parses the beginning of an \&{addto} or \&{clip}
22765 command: it expects a variable name followed by a token with |cur_cmd=sep|
22766 and then an expression.  The function returns the token list for the variable
22767 and stores the command modifier for the separator token in the global variable
22768 |last_add_type|.  We must be careful because this variable might get overwritten
22769 any time we call |get_x_next|.
22770
22771 @<Glob...@>=
22772 quarterword last_add_type;
22773   /* command modifier that identifies the last \&{addto} command */
22774
22775 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22776 pointer mp_start_draw_cmd (MP mp,quarterword sep) ;
22777
22778 @ @c pointer mp_start_draw_cmd (MP mp,quarterword sep) {
22779   pointer lhv; /* variable to add to left */
22780   quarterword add_type=0; /* value to be returned in |last_add_type| */
22781   lhv=null;
22782   mp_get_x_next(mp); mp->var_flag=sep; mp_scan_primary(mp);
22783   if ( mp->cur_type!=mp_token_list ) {
22784     @<Abandon edges command because there's no variable@>;
22785   } else  { 
22786     lhv=mp->cur_exp; add_type=mp->cur_mod;
22787     mp->cur_type=mp_vacuous; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22788   }
22789   mp->last_add_type=add_type;
22790   return lhv;
22791 }
22792
22793 @ @<Abandon edges command because there's no variable@>=
22794 { exp_err("Not a suitable variable");
22795 @.Not a suitable variable@>
22796   help4("At this point I needed to see the name of a picture variable.")
22797     ("(Or perhaps you have indeed presented me with one; I might")
22798     ("have missed it, if it wasn't followed by the proper token.)")
22799     ("So I'll not change anything just now.");
22800   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22801 }
22802
22803 @ Here is an example of how to use |start_draw_cmd|.
22804
22805 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22806 void mp_do_bounds (MP mp) ;
22807
22808 @ @c void mp_do_bounds (MP mp) {
22809   pointer lhv,lhe; /* variable on left, the corresponding edge structure */
22810   pointer p; /* for list manipulation */
22811   integer m; /* initial value of |cur_mod| */
22812   m=mp->cur_mod;
22813   lhv=mp_start_draw_cmd(mp, to_token);
22814   if ( lhv!=null ) {
22815     lhe=mp_find_edges_var(mp, lhv);
22816     if ( lhe==null ) {
22817       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22818     } else if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) {
22819       exp_err("Improper `clip'");
22820 @.Improper `addto'@>
22821       help2("This expression should have specified a known path.")
22822         ("So I'll not change anything just now."); 
22823       mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22824     } else if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
22825       @<Complain about a non-cycle@>;
22826     } else {
22827       @<Make |cur_exp| into a \&{setbounds} or clipping path and add it to |lhe|@>;
22828     }
22829   }
22830 }
22831
22832 @ @<Complain about a non-cycle@>=
22833 { print_err("Not a cycle");
22834 @.Not a cycle@>
22835   help2("That contour should have ended with `..cycle' or `&cycle'.")
22836     ("So I'll not change anything just now."); mp_put_get_error(mp);
22837 }
22838
22839 @ @<Make |cur_exp| into a \&{setbounds} or clipping path and add...@>=
22840 { p=mp_new_bounds_node(mp, mp->cur_exp,m);
22841   link(p)=link(dummy_loc(lhe));
22842   link(dummy_loc(lhe))=p;
22843   if ( obj_tail(lhe)==dummy_loc(lhe) ) obj_tail(lhe)=p;
22844   p=mp_get_node(mp, mp->gr_object_size[stop_type(m)]);
22845   type(p)=stop_type(m);
22846   link(obj_tail(lhe))=p;
22847   obj_tail(lhe)=p;
22848   mp_init_bbox(mp, lhe);
22849 }
22850
22851 @ The |do_add_to| procedure is a little like |do_clip| but there are a lot more
22852 cases to deal with.
22853
22854 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22855 void mp_do_add_to (MP mp) ;
22856
22857 @ @c void mp_do_add_to (MP mp) {
22858   pointer lhv,lhe; /* variable on left, the corresponding edge structure */
22859   pointer p; /* the graphical object or list for |scan_with_list| to update */
22860   pointer e; /* an edge structure to be merged */
22861   quarterword add_type; /* |also_code|, |contour_code|, or |double_path_code| */
22862   lhv=mp_start_draw_cmd(mp, thing_to_add); add_type=mp->last_add_type;
22863   if ( lhv!=null ) {
22864     if ( add_type==also_code ) {
22865       @<Make sure the current expression is a suitable picture and set |e| and |p|
22866        appropriately@>;
22867     } else {
22868       @<Create a graphical object |p| based on |add_type| and the current
22869         expression@>;
22870     }
22871     mp_scan_with_list(mp, p);
22872     @<Use |p|, |e|, and |add_type| to augment |lhv| as requested@>;
22873   }
22874 }
22875
22876 @ Setting |p:=null| causes the $\langle$with list$\rangle$ to be ignored;
22877 setting |e:=null| prevents anything from being added to |lhe|.
22878
22879 @ @<Make sure the current expression is a suitable picture and set |e|...@>=
22880
22881   p=null; e=null;
22882   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
22883     exp_err("Improper `addto'");
22884 @.Improper `addto'@>
22885     help2("This expression should have specified a known picture.")
22886       ("So I'll not change anything just now."); mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22887   } else { 
22888     e=mp_private_edges(mp, mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_vacuous;
22889     p=link(dummy_loc(e));
22890   }
22891 }
22892
22893 @ In this case |add_type<>also_code| so setting |p:=null| suppresses future
22894 attempts to add to the edge structure.
22895
22896 @<Create a graphical object |p| based on |add_type| and the current...@>=
22897 { e=null; p=null;
22898   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
22899   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) {
22900     exp_err("Improper `addto'");
22901 @.Improper `addto'@>
22902     help2("This expression should have specified a known path.")
22903       ("So I'll not change anything just now."); 
22904     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22905   } else if ( add_type==contour_code ) {
22906     if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
22907       @<Complain about a non-cycle@>;
22908     } else { 
22909       p=mp_new_fill_node(mp, mp->cur_exp);
22910       mp->cur_type=mp_vacuous;
22911     }
22912   } else { 
22913     p=mp_new_stroked_node(mp, mp->cur_exp);
22914     mp->cur_type=mp_vacuous;
22915   }
22916 }
22917
22918 @ @<Use |p|, |e|, and |add_type| to augment |lhv| as requested@>=
22919 lhe=mp_find_edges_var(mp, lhv);
22920 if ( lhe==null ) {
22921   if ( (e==null)&&(p!=null) ) e=mp_toss_gr_object(mp, p);
22922   if ( e!=null ) delete_edge_ref(e);
22923 } else if ( add_type==also_code ) {
22924   if ( e!=null ) {
22925     @<Merge |e| into |lhe| and delete |e|@>;
22926   } else { 
22927     do_nothing;
22928   }
22929 } else if ( p!=null ) {
22930   link(obj_tail(lhe))=p;
22931   obj_tail(lhe)=p;
22932   if ( add_type==double_path_code )
22933     if ( pen_p(p)==null ) 
22934       pen_p(p)=mp_get_pen_circle(mp, 0);
22935 }
22936
22937 @ @<Merge |e| into |lhe| and delete |e|@>=
22938 { if ( link(dummy_loc(e))!=null ) {
22939     link(obj_tail(lhe))=link(dummy_loc(e));
22940     obj_tail(lhe)=obj_tail(e);
22941     obj_tail(e)=dummy_loc(e);
22942     link(dummy_loc(e))=null;
22943     mp_flush_dash_list(mp, lhe);
22944   }
22945   mp_toss_edges(mp, e);
22946 }
22947
22948 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22949 case ship_out_command: mp_do_ship_out(mp); break;
22950
22951 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22952 @<Declare the function called |tfm_check|@>;
22953 @<Declare the \ps\ output procedures@>;
22954 void mp_do_ship_out (MP mp) ;
22955
22956 @ @c void mp_do_ship_out (MP mp) {
22957   integer c; /* the character code */
22958   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22959   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
22960     @<Complain that it's not a known picture@>;
22961   } else { 
22962     c=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_char_code]) % 256;
22963     if ( c<0 ) c=c+256;
22964     @<Store the width information for character code~|c|@>;
22965     mp_ship_out(mp, mp->cur_exp);
22966     mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22967   }
22968 }
22969
22970 @ @<Complain that it's not a known picture@>=
22971
22972   exp_err("Not a known picture");
22973   help1("I can only output known pictures.");
22974   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22975 }
22976
22977 @ The \&{everyjob} command simply assigns a nonzero value to the global variable
22978 |start_sym|.
22979
22980 @<Cases of |do_statement|...@>=
22981 case every_job_command: 
22982   mp_get_symbol(mp); mp->start_sym=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
22983   break;
22984
22985 @ @<Glob...@>=
22986 halfword start_sym; /* a symbolic token to insert at beginning of job */
22987
22988 @ @<Set init...@>=
22989 mp->start_sym=0;
22990
22991 @ Finally, we have only the ``message'' commands remaining.
22992
22993 @d message_code 0
22994 @d err_message_code 1
22995 @d err_help_code 2
22996 @d filename_template_code 3
22997 @d print_with_leading_zeroes(A)  g = mp->pool_ptr;
22998               mp_print_int(mp, (A)); g = mp->pool_ptr-g;
22999               if ( f>g ) {
23000                 mp->pool_ptr = mp->pool_ptr - g;
23001                 while ( f>g ) {
23002                   mp_print_char(mp, '0');
23003                   decr(f);
23004                   };
23005                 mp_print_int(mp, (A));
23006               };
23007               f = 0
23008
23009 @<Put each...@>=
23010 mp_primitive(mp, "message",message_command,message_code);
23011 @:message_}{\&{message} primitive@>
23012 mp_primitive(mp, "errmessage",message_command,err_message_code);
23013 @:err_message_}{\&{errmessage} primitive@>
23014 mp_primitive(mp, "errhelp",message_command,err_help_code);
23015 @:err_help_}{\&{errhelp} primitive@>
23016 mp_primitive(mp, "filenametemplate",message_command,filename_template_code);
23017 @:filename_template_}{\&{filenametemplate} primitive@>
23018
23019 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
23020 case message_command: 
23021   if ( m<err_message_code ) mp_print(mp, "message");
23022   else if ( m==err_message_code ) mp_print(mp, "errmessage");
23023   else if ( m==filename_template_code ) mp_print(mp, "filenametemplate");
23024   else mp_print(mp, "errhelp");
23025   break;
23026
23027 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
23028 case message_command: mp_do_message(mp); break;
23029
23030 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23031 @<Declare a procedure called |no_string_err|@>;
23032 void mp_do_message (MP mp) ;
23033
23034
23035 @c void mp_do_message (MP mp) {
23036   int m; /* the type of message */
23037   m=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23038   if ( mp->cur_type!=mp_string_type )
23039     mp_no_string_err(mp, "A message should be a known string expression.");
23040   else {
23041     switch (m) {
23042     case message_code: 
23043       mp_print_nl(mp, ""); mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
23044       break;
23045     case err_message_code:
23046       @<Print string |cur_exp| as an error message@>;
23047       break;
23048     case err_help_code:
23049       @<Save string |cur_exp| as the |err_help|@>;
23050       break;
23051     case filename_template_code:
23052       @<Save the filename template@>;
23053       break;
23054     } /* there are no other cases */
23055   }
23056   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
23057 }
23058
23059 @ @<Declare a procedure called |no_string_err|@>=
23060 void mp_no_string_err (MP mp,char *s) { 
23061    exp_err("Not a string");
23062 @.Not a string@>
23063   help1(s);
23064   mp_put_get_error(mp);
23065 }
23066
23067 @ The global variable |err_help| is zero when the user has most recently
23068 given an empty help string, or if none has ever been given.
23069
23070 @<Save string |cur_exp| as the |err_help|@>=
23071
23072   if ( mp->err_help!=0 ) delete_str_ref(mp->err_help);
23073   if ( length(mp->cur_exp)==0 ) mp->err_help=0;
23074   else  { mp->err_help=mp->cur_exp; add_str_ref(mp->err_help); }
23075 }
23076
23077 @ If \&{errmessage} occurs often in |mp_scroll_mode|, without user-defined
23078 \&{errhelp}, we don't want to give a long help message each time. So we
23079 give a verbose explanation only once.
23080
23081 @<Glob...@>=
23082 boolean long_help_seen; /* has the long \.{\\errmessage} help been used? */
23083
23084 @ @<Set init...@>=mp->long_help_seen=false;
23085
23086 @ @<Print string |cur_exp| as an error message@>=
23087
23088   print_err(""); mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
23089   if ( mp->err_help!=0 ) {
23090     mp->use_err_help=true;
23091   } else if ( mp->long_help_seen ) { 
23092     help1("(That was another `errmessage'.)") ; 
23093   } else  { 
23094    if ( mp->interaction<mp_error_stop_mode ) mp->long_help_seen=true;
23095     help4("This error message was generated by an `errmessage'")
23096      ("command, so I can\'t give any explicit help.")
23097      ("Pretend that you're Miss Marple: Examine all clues,")
23098 @^Marple, Jane@>
23099      ("and deduce the truth by inspired guesses.");
23100   }
23101   mp_put_get_error(mp); mp->use_err_help=false;
23102 }
23103
23104 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
23105 case write_command: mp_do_write(mp); break;
23106
23107 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23108 void mp_do_write (MP mp) ;
23109
23110 @ @c void mp_do_write (MP mp) {
23111   str_number t; /* the line of text to be written */
23112   write_index n,n0; /* for searching |wr_fname| and |wr_file| arrays */
23113   int old_setting; /* for saving |selector| during output */
23114   mp_get_x_next(mp);
23115   mp_scan_expression(mp);
23116   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
23117     mp_no_string_err(mp, "The text to be written should be a known string expression");
23118   } else if ( mp->cur_cmd!=to_token ) { 
23119     print_err("Missing `to' clause");
23120     help1("A write command should end with `to <filename>'");
23121     mp_put_get_error(mp);
23122   } else { 
23123     t=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
23124     mp_get_x_next(mp);
23125     mp_scan_expression(mp);
23126     if ( mp->cur_type!=mp_string_type )
23127       mp_no_string_err(mp, "I can\'t write to that file name.  It isn't a known string");
23128     else {
23129       @<Write |t| to the file named by |cur_exp|@>;
23130     }
23131     delete_str_ref(t);
23132   }
23133   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
23134 }
23135
23136 @ @<Write |t| to the file named by |cur_exp|@>=
23137
23138   @<Find |n| where |wr_fname[n]=cur_exp| and call |open_write_file| if
23139     |cur_exp| must be inserted@>;
23140   if ( mp_str_vs_str(mp, t,mp->eof_line)==0 ) {
23141     @<Record the end of file on |wr_file[n]|@>;
23142   } else { 
23143     old_setting=mp->selector;
23144     mp->selector=n+write_file;
23145     mp_print_str(mp, t); mp_print_ln(mp);
23146     mp->selector = old_setting;
23147   }
23148 }
23149
23150 @ @<Find |n| where |wr_fname[n]=cur_exp| and call |open_write_file| if...@>=
23151 {
23152   char *fn = str(mp->cur_exp);
23153   n=mp->write_files;
23154   n0=mp->write_files;
23155   while (mp_xstrcmp(fn,mp->wr_fname[n])!=0) { 
23156     if ( n==0 ) { /* bottom reached */
23157           if ( n0==mp->write_files ) {
23158         if ( mp->write_files<mp->max_write_files ) {
23159           incr(mp->write_files);
23160         } else {
23161           FILE **wr_file;
23162           char **wr_fname;
23163               write_index l,k;
23164           l = mp->max_write_files + (mp->max_write_files>>2);
23165           wr_file = xmalloc((l+1),sizeof(FILE *));
23166           wr_fname = xmalloc((l+1),sizeof(char *));
23167               for (k=0;k<=l;k++) {
23168             if (k<=mp->max_write_files) {
23169                   wr_file[k]=mp->wr_file[k]; 
23170               wr_fname[k]=mp->wr_fname[k];
23171             } else {
23172                   wr_file[k]=0; 
23173               wr_fname[k]=NULL;
23174             }
23175           }
23176               xfree(mp->wr_file); xfree(mp->wr_fname);
23177           mp->max_write_files = l;
23178           mp->wr_file = wr_file;
23179           mp->wr_fname = wr_fname;
23180         }
23181       }
23182       n=n0;
23183       mp_open_write_file(mp, fn ,n);
23184     } else { 
23185       decr(n);
23186           if ( mp->wr_fname[n]==NULL )  n0=n; 
23187     }
23188   }
23189 }
23190
23191 @ @<Record the end of file on |wr_file[n]|@>=
23192 { fclose(mp->wr_file[n]);
23193   xfree(mp->wr_fname[n]);
23194   mp->wr_fname[n]=NULL;
23195   if ( n==mp->write_files-1 ) mp->write_files=n;
23196 }
23197
23198
23199 @* \[42] Writing font metric data.
23200 \TeX\ gets its knowledge about fonts from font metric files, also called
23201 \.{TFM} files; the `\.T' in `\.{TFM}' stands for \TeX,
23202 but other programs know about them too. One of \MP's duties is to
23203 write \.{TFM} files so that the user's fonts can readily be
23204 applied to typesetting.
23205 @:TFM files}{\.{TFM} files@>
23206 @^font metric files@>
23207
23208 The information in a \.{TFM} file appears in a sequence of 8-bit bytes.
23209 Since the number of bytes is always a multiple of~4, we could
23210 also regard the file as a sequence of 32-bit words, but \MP\ uses the
23211 byte interpretation. The format of \.{TFM} files was designed by
23212 Lyle Ramshaw in 1980. The intent is to convey a lot of different kinds
23213 @^Ramshaw, Lyle Harold@>
23214 of information in a compact but useful form.
23215
23216 @<Glob...@>=
23217 FILE * tfm_file; /* the font metric output goes here */
23218 char * metric_file_name; /* full name of the font metric file */
23219
23220 @ The first 24 bytes (6 words) of a \.{TFM} file contain twelve 16-bit
23221 integers that give the lengths of the various subsequent portions
23222 of the file. These twelve integers are, in order:
23223 $$\vbox{\halign{\hfil#&$\null=\null$#\hfil\cr
23224 |lf|&length of the entire file, in words;\cr
23225 |lh|&length of the header data, in words;\cr
23226 |bc|&smallest character code in the font;\cr
23227 |ec|&largest character code in the font;\cr
23228 |nw|&number of words in the width table;\cr
23229 |nh|&number of words in the height table;\cr
23230 |nd|&number of words in the depth table;\cr
23231 |ni|&number of words in the italic correction table;\cr
23232 |nl|&number of words in the lig/kern table;\cr
23233 |nk|&number of words in the kern table;\cr
23234 |ne|&number of words in the extensible character table;\cr
23235 |np|&number of font parameter words.\cr}}$$
23236 They are all nonnegative and less than $2^{15}$. We must have |bc-1<=ec<=255|,
23237 |ne<=256|, and
23238 $$\hbox{|lf=6+lh+(ec-bc+1)+nw+nh+nd+ni+nl+nk+ne+np|.}$$
23239 Note that a font may contain as many as 256 characters (if |bc=0| and |ec=255|),
23240 and as few as 0 characters (if |bc=ec+1|).
23241
23242 Incidentally, when two or more 8-bit bytes are combined to form an integer of
23243 16 or more bits, the most significant bytes appear first in the file.
23244 This is called BigEndian order.
23245 @^BigEndian order@>
23246
23247 @ The rest of the \.{TFM} file may be regarded as a sequence of ten data
23248 arrays.
23249
23250 The most important data type used here is a |fix_word|, which is
23251 a 32-bit representation of a binary fraction. A |fix_word| is a signed
23252 quantity, with the two's complement of the entire word used to represent
23253 negation. Of the 32 bits in a |fix_word|, exactly 12 are to the left of the
23254 binary point; thus, the largest |fix_word| value is $2048-2^{-20}$, and
23255 the smallest is $-2048$. We will see below, however, that all but two of
23256 the |fix_word| values must lie between $-16$ and $+16$.
23257
23258 @ The first data array is a block of header information, which contains
23259 general facts about the font. The header must contain at least two words,
23260 |header[0]| and |header[1]|, whose meaning is explained below.  Additional
23261 header information of use to other software routines might also be
23262 included, and \MP\ will generate it if the \.{headerbyte} command occurs.
23263 For example, 16 more words of header information are in use at the Xerox
23264 Palo Alto Research Center; the first ten specify the character coding
23265 scheme used (e.g., `\.{XEROX TEXT}' or `\.{TEX MATHSY}'), the next five
23266 give the font family name (e.g., `\.{HELVETICA}' or `\.{CMSY}'), and the
23267 last gives the ``face byte.''
23268
23269 \yskip\hang|header[0]| is a 32-bit check sum that \MP\ will copy into
23270 the \.{GF} output file. This helps ensure consistency between files,
23271 since \TeX\ records the check sums from the \.{TFM}'s it reads, and these
23272 should match the check sums on actual fonts that are used.  The actual
23273 relation between this check sum and the rest of the \.{TFM} file is not
23274 important; the check sum is simply an identification number with the
23275 property that incompatible fonts almost always have distinct check sums.
23276 @^check sum@>
23277
23278 \yskip\hang|header[1]| is a |fix_word| containing the design size of the
23279 font, in units of \TeX\ points. This number must be at least 1.0; it is
23280 fairly arbitrary, but usually the design size is 10.0 for a ``10 point''
23281 font, i.e., a font that was designed to look best at a 10-point size,
23282 whatever that really means. When a \TeX\ user asks for a font `\.{at}
23283 $\delta$ \.{pt}', the effect is to override the design size and replace it
23284 by $\delta$, and to multiply the $x$ and~$y$ coordinates of the points in
23285 the font image by a factor of $\delta$ divided by the design size.  {\sl
23286 All other dimensions in the\/ \.{TFM} file are |fix_word|\kern-1pt\
23287 numbers in design-size units.} Thus, for example, the value of |param[6]|,
23288 which defines the \.{em} unit, is often the |fix_word| value $2^{20}=1.0$,
23289 since many fonts have a design size equal to one em.  The other dimensions
23290 must be less than 16 design-size units in absolute value; thus,
23291 |header[1]| and |param[1]| are the only |fix_word| entries in the whole
23292 \.{TFM} file whose first byte might be something besides 0 or 255.
23293
23294 @ Next comes the |char_info| array, which contains one |char_info_word|
23295 per character. Each word in this part of the file contains six fields
23296 packed into four bytes as follows.
23297
23298 \yskip\hang first byte: |width_index| (8 bits)\par
23299 \hang second byte: |height_index| (4 bits) times 16, plus |depth_index|
23300   (4~bits)\par
23301 \hang third byte: |italic_index| (6 bits) times 4, plus |tag|
23302   (2~bits)\par
23303 \hang fourth byte: |remainder| (8 bits)\par
23304 \yskip\noindent
23305 The actual width of a character is \\{width}|[width_index]|, in design-size
23306 units; this is a device for compressing information, since many characters
23307 have the same width. Since it is quite common for many characters
23308 to have the same height, depth, or italic correction, the \.{TFM} format
23309 imposes a limit of 16 different heights, 16 different depths, and
23310 64 different italic corrections.
23311
23312 Incidentally, the relation $\\{width}[0]=\\{height}[0]=\\{depth}[0]=
23313 \\{italic}[0]=0$ should always hold, so that an index of zero implies a
23314 value of zero.  The |width_index| should never be zero unless the
23315 character does not exist in the font, since a character is valid if and
23316 only if it lies between |bc| and |ec| and has a nonzero |width_index|.
23317
23318 @ The |tag| field in a |char_info_word| has four values that explain how to
23319 interpret the |remainder| field.
23320
23321 \yskip\hang|tag=0| (|no_tag|) means that |remainder| is unused.\par
23322 \hang|tag=1| (|lig_tag|) means that this character has a ligature/kerning
23323 program starting at location |remainder| in the |lig_kern| array.\par
23324 \hang|tag=2| (|list_tag|) means that this character is part of a chain of
23325 characters of ascending sizes, and not the largest in the chain.  The
23326 |remainder| field gives the character code of the next larger character.\par
23327 \hang|tag=3| (|ext_tag|) means that this character code represents an
23328 extensible character, i.e., a character that is built up of smaller pieces
23329 so that it can be made arbitrarily large. The pieces are specified in
23330 |exten[remainder]|.\par
23331 \yskip\noindent
23332 Characters with |tag=2| and |tag=3| are treated as characters with |tag=0|
23333 unless they are used in special circumstances in math formulas. For example,
23334 \TeX's \.{\\sum} operation looks for a |list_tag|, and the \.{\\left}
23335 operation looks for both |list_tag| and |ext_tag|.
23336
23337 @d no_tag 0 /* vanilla character */
23338 @d lig_tag 1 /* character has a ligature/kerning program */
23339 @d list_tag 2 /* character has a successor in a charlist */
23340 @d ext_tag 3 /* character is extensible */
23341
23342 @ The |lig_kern| array contains instructions in a simple programming language
23343 that explains what to do for special letter pairs. Each word in this array is a
23344 |lig_kern_command| of four bytes.
23345
23346 \yskip\hang first byte: |skip_byte|, indicates that this is the final program
23347   step if the byte is 128 or more, otherwise the next step is obtained by
23348   skipping this number of intervening steps.\par
23349 \hang second byte: |next_char|, ``if |next_char| follows the current character,
23350   then perform the operation and stop, otherwise continue.''\par
23351 \hang third byte: |op_byte|, indicates a ligature step if less than~128,
23352   a kern step otherwise.\par
23353 \hang fourth byte: |remainder|.\par
23354 \yskip\noindent
23355 In a kern step, an
23356 additional space equal to |kern[256*(op_byte-128)+remainder]| is inserted
23357 between the current character and |next_char|. This amount is
23358 often negative, so that the characters are brought closer together
23359 by kerning; but it might be positive.
23360
23361 There are eight kinds of ligature steps, having |op_byte| codes $4a+2b+c$ where
23362 $0\le a\le b+c$ and $0\le b,c\le1$. The character whose code is
23363 |remainder| is inserted between the current character and |next_char|;
23364 then the current character is deleted if $b=0$, and |next_char| is
23365 deleted if $c=0$; then we pass over $a$~characters to reach the next
23366 current character (which may have a ligature/kerning program of its own).
23367
23368 If the very first instruction of the |lig_kern| array has |skip_byte=255|,
23369 the |next_char| byte is the so-called right boundary character of this font;
23370 the value of |next_char| need not lie between |bc| and~|ec|.
23371 If the very last instruction of the |lig_kern| array has |skip_byte=255|,
23372 there is a special ligature/kerning program for a left boundary character,
23373 beginning at location |256*op_byte+remainder|.
23374 The interpretation is that \TeX\ puts implicit boundary characters
23375 before and after each consecutive string of characters from the same font.
23376 These implicit characters do not appear in the output, but they can affect
23377 ligatures and kerning.
23378
23379 If the very first instruction of a character's |lig_kern| program has
23380 |skip_byte>128|, the program actually begins in location
23381 |256*op_byte+remainder|. This feature allows access to large |lig_kern|
23382 arrays, because the first instruction must otherwise
23383 appear in a location |<=255|.
23384
23385 Any instruction with |skip_byte>128| in the |lig_kern| array must satisfy
23386 the condition
23387 $$\hbox{|256*op_byte+remainder<nl|.}$$
23388 If such an instruction is encountered during
23389 normal program execution, it denotes an unconditional halt; no ligature
23390 command is performed.
23391
23392 @d stop_flag (128)
23393   /* value indicating `\.{STOP}' in a lig/kern program */
23394 @d kern_flag (128) /* op code for a kern step */
23395 @d skip_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b0
23396 @d next_char(A) mp->lig_kern[(A)].b1
23397 @d op_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b2
23398 @d rem_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b3
23399
23400 @ Extensible characters are specified by an |extensible_recipe|, which
23401 consists of four bytes called |top|, |mid|, |bot|, and |rep| (in this
23402 order). These bytes are the character codes of individual pieces used to
23403 build up a large symbol.  If |top|, |mid|, or |bot| are zero, they are not
23404 present in the built-up result. For example, an extensible vertical line is
23405 like an extensible bracket, except that the top and bottom pieces are missing.
23406
23407 Let $T$, $M$, $B$, and $R$ denote the respective pieces, or an empty box
23408 if the piece isn't present. Then the extensible characters have the form
23409 $TR^kMR^kB$ from top to bottom, for some |k>=0|, unless $M$ is absent;
23410 in the latter case we can have $TR^kB$ for both even and odd values of~|k|.
23411 The width of the extensible character is the width of $R$; and the
23412 height-plus-depth is the sum of the individual height-plus-depths of the
23413 components used, since the pieces are butted together in a vertical list.
23414
23415 @d ext_top(A) mp->exten[(A)].b0 /* |top| piece in a recipe */
23416 @d ext_mid(A) mp->exten[(A)].b1 /* |mid| piece in a recipe */
23417 @d ext_bot(A) mp->exten[(A)].b2 /* |bot| piece in a recipe */
23418 @d ext_rep(A) mp->exten[(A)].b3 /* |rep| piece in a recipe */
23419
23420 @ The final portion of a \.{TFM} file is the |param| array, which is another
23421 sequence of |fix_word| values.
23422
23423 \yskip\hang|param[1]=slant| is the amount of italic slant, which is used
23424 to help position accents. For example, |slant=.25| means that when you go
23425 up one unit, you also go .25 units to the right. The |slant| is a pure
23426 number; it is the only |fix_word| other than the design size itself that is
23427 not scaled by the design size.
23428
23429 \hang|param[2]=space| is the normal spacing between words in text.
23430 Note that character 040 in the font need not have anything to do with
23431 blank spaces.
23432
23433 \hang|param[3]=space_stretch| is the amount of glue stretching between words.
23434
23435 \hang|param[4]=space_shrink| is the amount of glue shrinking between words.
23436
23437 \hang|param[5]=x_height| is the size of one ex in the font; it is also
23438 the height of letters for which accents don't have to be raised or lowered.
23439
23440 \hang|param[6]=quad| is the size of one em in the font.
23441
23442 \hang|param[7]=extra_space| is the amount added to |param[2]| at the
23443 ends of sentences.
23444
23445 \yskip\noindent
23446 If fewer than seven parameters are present, \TeX\ sets the missing parameters
23447 to zero.
23448
23449 @d slant_code 1
23450 @d space_code 2
23451 @d space_stretch_code 3
23452 @d space_shrink_code 4
23453 @d x_height_code 5
23454 @d quad_code 6
23455 @d extra_space_code 7
23456
23457 @ So that is what \.{TFM} files hold. One of \MP's duties is to output such
23458 information, and it does this all at once at the end of a job.
23459 In order to prepare for such frenetic activity, it squirrels away the
23460 necessary facts in various arrays as information becomes available.
23461
23462 Character dimensions (\&{charwd}, \&{charht}, \&{chardp}, and \&{charic})
23463 are stored respectively in |tfm_width|, |tfm_height|, |tfm_depth|, and
23464 |tfm_ital_corr|. Other information about a character (e.g., about
23465 its ligatures or successors) is accessible via the |char_tag| and
23466 |char_remainder| arrays. Other information about the font as a whole
23467 is kept in additional arrays called |header_byte|, |lig_kern|,
23468 |kern|, |exten|, and |param|.
23469
23470 @d max_tfm_int 32510
23471 @d undefined_label max_tfm_int /* an undefined local label */
23472
23473 @<Glob...@>=
23474 #define TFM_ITEMS 257
23475 eight_bits bc;
23476 eight_bits ec; /* smallest and largest character codes shipped out */
23477 scaled tfm_width[TFM_ITEMS]; /* \&{charwd} values */
23478 scaled tfm_height[TFM_ITEMS]; /* \&{charht} values */
23479 scaled tfm_depth[TFM_ITEMS]; /* \&{chardp} values */
23480 scaled tfm_ital_corr[TFM_ITEMS]; /* \&{charic} values */
23481 boolean char_exists[TFM_ITEMS]; /* has this code been shipped out? */
23482 int char_tag[TFM_ITEMS]; /* |remainder| category */
23483 int char_remainder[TFM_ITEMS]; /* the |remainder| byte */
23484 char *header_byte; /* bytes of the \.{TFM} header */
23485 int header_last; /* last initialized \.{TFM} header byte */
23486 int header_size; /* size of the \.{TFM} header */
23487 four_quarters *lig_kern; /* the ligature/kern table */
23488 short nl; /* the number of ligature/kern steps so far */
23489 scaled *kern; /* distinct kerning amounts */
23490 short nk; /* the number of distinct kerns so far */
23491 four_quarters exten[TFM_ITEMS]; /* extensible character recipes */
23492 short ne; /* the number of extensible characters so far */
23493 scaled *param; /* \&{fontinfo} parameters */
23494 short np; /* the largest \&{fontinfo} parameter specified so far */
23495 short nw;short nh;short nd;short ni; /* sizes of \.{TFM} subtables */
23496 short skip_table[TFM_ITEMS]; /* local label status */
23497 boolean lk_started; /* has there been a lig/kern step in this command yet? */
23498 integer bchar; /* right boundary character */
23499 short bch_label; /* left boundary starting location */
23500 short ll;short lll; /* registers used for lig/kern processing */
23501 short label_loc[257]; /* lig/kern starting addresses */
23502 eight_bits label_char[257]; /* characters for |label_loc| */
23503 short label_ptr; /* highest position occupied in |label_loc| */
23504
23505 @ @<Allocate or initialize ...@>=
23506 mp->header_last = 0; mp->header_size = 128; /* just for init */
23507 mp->header_byte = xmalloc(mp->header_size, sizeof(char));
23508 mp->lig_kern = NULL; /* allocated when needed */
23509 mp->kern = NULL; /* allocated when needed */ 
23510 mp->param = NULL; /* allocated when needed */
23511
23512 @ @<Dealloc variables@>=
23513 xfree(mp->header_byte);
23514 xfree(mp->lig_kern);
23515 xfree(mp->kern);
23516 xfree(mp->param);
23517
23518 @ @<Set init...@>=
23519 for (k=0;k<= 255;k++ ) {
23520   mp->tfm_width[k]=0; mp->tfm_height[k]=0; mp->tfm_depth[k]=0; mp->tfm_ital_corr[k]=0;
23521   mp->char_exists[k]=false; mp->char_tag[k]=no_tag; mp->char_remainder[k]=0;
23522   mp->skip_table[k]=undefined_label;
23523 };
23524 memset(mp->header_byte,0,mp->header_size);
23525 mp->bc=255; mp->ec=0; mp->nl=0; mp->nk=0; mp->ne=0; mp->np=0;
23526 mp->internal[mp_boundary_char]=-unity;
23527 mp->bch_label=undefined_label;
23528 mp->label_loc[0]=-1; mp->label_ptr=0;
23529
23530 @ @<Declarations@>=
23531 scaled mp_tfm_check (MP mp,small_number m) ;
23532
23533 @ @<Declare the function called |tfm_check|@>=
23534 scaled mp_tfm_check (MP mp,small_number m) {
23535   if ( abs(mp->internal[m])>=fraction_half ) {
23536     print_err("Enormous "); mp_print(mp, mp->int_name[m]);
23537 @.Enormous charwd...@>
23538 @.Enormous chardp...@>
23539 @.Enormous charht...@>
23540 @.Enormous charic...@>
23541 @.Enormous designsize...@>
23542     mp_print(mp, " has been reduced");
23543     help1("Font metric dimensions must be less than 2048pt.");
23544     mp_put_get_error(mp);
23545     if ( mp->internal[m]>0 ) return (fraction_half-1);
23546     else return (1-fraction_half);
23547   } else {
23548     return mp->internal[m];
23549   }
23550 }
23551
23552 @ @<Store the width information for character code~|c|@>=
23553 if ( c<mp->bc ) mp->bc=c;
23554 if ( c>mp->ec ) mp->ec=c;
23555 mp->char_exists[c]=true;
23556 mp->tfm_width[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_wd);
23557 mp->tfm_height[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_ht);
23558 mp->tfm_depth[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_dp);
23559 mp->tfm_ital_corr[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_ic)
23560
23561 @ Now let's consider \MP's special \.{TFM}-oriented commands.
23562
23563 @<Cases of |do_statement|...@>=
23564 case tfm_command: mp_do_tfm_command(mp); break;
23565
23566 @ @d char_list_code 0
23567 @d lig_table_code 1
23568 @d extensible_code 2
23569 @d header_byte_code 3
23570 @d font_dimen_code 4
23571
23572 @<Put each...@>=
23573 mp_primitive(mp, "charlist",tfm_command,char_list_code);
23574 @:char_list_}{\&{charlist} primitive@>
23575 mp_primitive(mp, "ligtable",tfm_command,lig_table_code);
23576 @:lig_table_}{\&{ligtable} primitive@>
23577 mp_primitive(mp, "extensible",tfm_command,extensible_code);
23578 @:extensible_}{\&{extensible} primitive@>
23579 mp_primitive(mp, "headerbyte",tfm_command,header_byte_code);
23580 @:header_byte_}{\&{headerbyte} primitive@>
23581 mp_primitive(mp, "fontdimen",tfm_command,font_dimen_code);
23582 @:font_dimen_}{\&{fontdimen} primitive@>
23583
23584 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
23585 case tfm_command: 
23586   switch (m) {
23587   case char_list_code:mp_print(mp, "charlist"); break;
23588   case lig_table_code:mp_print(mp, "ligtable"); break;
23589   case extensible_code:mp_print(mp, "extensible"); break;
23590   case header_byte_code:mp_print(mp, "headerbyte"); break;
23591   default: mp_print(mp, "fontdimen"); break;
23592   }
23593   break;
23594
23595 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23596 eight_bits mp_get_code (MP mp) ;
23597
23598 @ @c eight_bits mp_get_code (MP mp) { /* scans a character code value */
23599   integer c; /* the code value found */
23600   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23601   if ( mp->cur_type==mp_known ) { 
23602     c=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp);
23603     if ( c>=0 ) if ( c<256 ) return c;
23604   } else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
23605     if ( length(mp->cur_exp)==1 )  { 
23606       c=mp->str_pool[mp->str_start[mp->cur_exp]];
23607       return c;
23608     }
23609   }
23610   exp_err("Invalid code has been replaced by 0");
23611 @.Invalid code...@>
23612   help2("I was looking for a number between 0 and 255, or for a")
23613        ("string of length 1. Didn't find it; will use 0 instead.");
23614   mp_put_get_flush_error(mp, 0); c=0;
23615   return c;
23616 };
23617
23618 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23619 void mp_set_tag (MP mp,halfword c, small_number t, halfword r) ;
23620
23621 @ @c void mp_set_tag (MP mp,halfword c, small_number t, halfword r) { 
23622   if ( mp->char_tag[c]==no_tag ) {
23623     mp->char_tag[c]=t; mp->char_remainder[c]=r;
23624     if ( t==lig_tag ){ 
23625       incr(mp->label_ptr); mp->label_loc[mp->label_ptr]=r; 
23626       mp->label_char[mp->label_ptr]=c;
23627     }
23628   } else {
23629     @<Complain about a character tag conflict@>;
23630   }
23631 }
23632
23633 @ @<Complain about a character tag conflict@>=
23634
23635   print_err("Character ");
23636   if ( (c>' ')&&(c<127) ) mp_print_char(mp,c);
23637   else if ( c==256 ) mp_print(mp, "||");
23638   else  { mp_print(mp, "code "); mp_print_int(mp, c); };
23639   mp_print(mp, " is already ");
23640 @.Character c is already...@>
23641   switch (mp->char_tag[c]) {
23642   case lig_tag: mp_print(mp, "in a ligtable"); break;
23643   case list_tag: mp_print(mp, "in a charlist"); break;
23644   case ext_tag: mp_print(mp, "extensible"); break;
23645   } /* there are no other cases */
23646   help2("It's not legal to label a character more than once.")
23647     ("So I'll not change anything just now.");
23648   mp_put_get_error(mp); 
23649 }
23650
23651 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23652 void mp_do_tfm_command (MP mp) ;
23653
23654 @ @c void mp_do_tfm_command (MP mp) {
23655   int c,cc; /* character codes */
23656   int k; /* index into the |kern| array */
23657   int j; /* index into |header_byte| or |param| */
23658   switch (mp->cur_mod) {
23659   case char_list_code: 
23660     c=mp_get_code(mp);
23661      /* we will store a list of character successors */
23662     while ( mp->cur_cmd==colon )   { 
23663       cc=mp_get_code(mp); mp_set_tag(mp, c,list_tag,cc); c=cc;
23664     };
23665     break;
23666   case lig_table_code: 
23667     if (mp->lig_kern==NULL) 
23668        mp->lig_kern = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(four_quarters));
23669     if (mp->kern==NULL) 
23670        mp->kern = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(scaled));
23671     @<Store a list of ligature/kern steps@>;
23672     break;
23673   case extensible_code: 
23674     @<Define an extensible recipe@>;
23675     break;
23676   case header_byte_code: 
23677   case font_dimen_code: 
23678     c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp);
23679     mp_scan_expression(mp);
23680     if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<half_unit) ) {
23681       exp_err("Improper location");
23682 @.Improper location@>
23683       help2("I was looking for a known, positive number.")
23684        ("For safety's sake I'll ignore the present command.");
23685       mp_put_get_error(mp);
23686     } else  { 
23687       j=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp);
23688       if ( mp->cur_cmd!=colon ) {
23689         mp_missing_err(mp, ":");
23690 @.Missing `:'@>
23691         help1("A colon should follow a headerbyte or fontinfo location.");
23692         mp_back_error(mp);
23693       }
23694       if ( c==header_byte_code ) { 
23695         @<Store a list of header bytes@>;
23696       } else {     
23697         if (mp->param==NULL) 
23698           mp->param = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(scaled));
23699         @<Store a list of font dimensions@>;
23700       }
23701     }
23702     break;
23703   } /* there are no other cases */
23704 };
23705
23706 @ @<Store a list of ligature/kern steps@>=
23707
23708   mp->lk_started=false;
23709 CONTINUE: 
23710   mp_get_x_next(mp);
23711   if ((mp->cur_cmd==skip_to)&& mp->lk_started )
23712     @<Process a |skip_to| command and |goto done|@>;
23713   if ( mp->cur_cmd==bchar_label ) { c=256; mp->cur_cmd=colon; }
23714   else { mp_back_input(mp); c=mp_get_code(mp); };
23715   if ((mp->cur_cmd==colon)||(mp->cur_cmd==double_colon)) {
23716     @<Record a label in a lig/kern subprogram and |goto continue|@>;
23717   }
23718   if ( mp->cur_cmd==lig_kern_token ) { 
23719     @<Compile a ligature/kern command@>; 
23720   } else  { 
23721     print_err("Illegal ligtable step");
23722 @.Illegal ligtable step@>
23723     help1("I was looking for `=:' or `kern' here.");
23724     mp_back_error(mp); next_char(mp->nl)=qi(0); 
23725     op_byte(mp->nl)=qi(0); rem_byte(mp->nl)=qi(0);
23726     skip_byte(mp->nl)=stop_flag+1; /* this specifies an unconditional stop */
23727   }
23728   if ( mp->nl==max_tfm_int) mp_fatal_error(mp, "ligtable too large");
23729   incr(mp->nl);
23730   if ( mp->cur_cmd==comma ) goto CONTINUE;
23731   if ( skip_byte(mp->nl-1)<stop_flag ) skip_byte(mp->nl-1)=stop_flag;
23732 }
23733 DONE:
23734
23735 @ @<Put each...@>=
23736 mp_primitive(mp, "=:",lig_kern_token,0);
23737 @:=:_}{\.{=:} primitive@>
23738 mp_primitive(mp, "=:|",lig_kern_token,1);
23739 @:=:/_}{\.{=:\char'174} primitive@>
23740 mp_primitive(mp, "=:|>",lig_kern_token,5);
23741 @:=:/>_}{\.{=:\char'174>} primitive@>
23742 mp_primitive(mp, "|=:",lig_kern_token,2);
23743 @:=:/_}{\.{\char'174=:} primitive@>
23744 mp_primitive(mp, "|=:>",lig_kern_token,6);
23745 @:=:/>_}{\.{\char'174=:>} primitive@>
23746 mp_primitive(mp, "|=:|",lig_kern_token,3);
23747 @:=:/_}{\.{\char'174=:\char'174} primitive@>
23748 mp_primitive(mp, "|=:|>",lig_kern_token,7);
23749 @:=:/>_}{\.{\char'174=:\char'174>} primitive@>
23750 mp_primitive(mp, "|=:|>>",lig_kern_token,11);
23751 @:=:/>_}{\.{\char'174=:\char'174>>} primitive@>
23752 mp_primitive(mp, "kern",lig_kern_token,128);
23753 @:kern_}{\&{kern} primitive@>
23754
23755 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
23756 case lig_kern_token: 
23757   switch (m) {
23758   case 0:mp_print(mp, "=:"); break;
23759   case 1:mp_print(mp, "=:|"); break;
23760   case 2:mp_print(mp, "|=:"); break;
23761   case 3:mp_print(mp, "|=:|"); break;
23762   case 5:mp_print(mp, "=:|>"); break;
23763   case 6:mp_print(mp, "|=:>"); break;
23764   case 7:mp_print(mp, "|=:|>"); break;
23765   case 11:mp_print(mp, "|=:|>>"); break;
23766   default: mp_print(mp, "kern"); break;
23767   }
23768   break;
23769
23770 @ Local labels are implemented by maintaining the |skip_table| array,
23771 where |skip_table[c]| is either |undefined_label| or the address of the
23772 most recent lig/kern instruction that skips to local label~|c|. In the
23773 latter case, the |skip_byte| in that instruction will (temporarily)
23774 be zero if there were no prior skips to this label, or it will be the
23775 distance to the prior skip.
23776
23777 We may need to cancel skips that span more than 127 lig/kern steps.
23778
23779 @d cancel_skips(A) mp->ll=(A);
23780   do {  
23781     mp->lll=qo(skip_byte(mp->ll)); 
23782     skip_byte(mp->ll)=stop_flag; mp->ll=mp->ll-mp->lll;
23783   } while (mp->lll!=0)
23784 @d skip_error(A) { print_err("Too far to skip");
23785 @.Too far to skip@>
23786   help1("At most 127 lig/kern steps can separate skipto1 from 1::.");
23787   mp_error(mp); cancel_skips((A));
23788   }
23789
23790 @<Process a |skip_to| command and |goto done|@>=
23791
23792   c=mp_get_code(mp);
23793   if ( mp->nl-mp->skip_table[c]>128 ) { /* |skip_table[c]<<nl<=undefined_label| */
23794     skip_error(mp->skip_table[c]); mp->skip_table[c]=undefined_label;
23795   }
23796   if ( mp->skip_table[c]==undefined_label ) skip_byte(mp->nl-1)=qi(0);
23797   else skip_byte(mp->nl-1)=qi(mp->nl-mp->skip_table[c]-1);
23798   mp->skip_table[c]=mp->nl-1; goto DONE;
23799 }
23800
23801 @ @<Record a label in a lig/kern subprogram and |goto continue|@>=
23802
23803   if ( mp->cur_cmd==colon ) {
23804     if ( c==256 ) mp->bch_label=mp->nl;
23805     else mp_set_tag(mp, c,lig_tag,mp->nl);
23806   } else if ( mp->skip_table[c]<undefined_label ) {
23807     mp->ll=mp->skip_table[c]; mp->skip_table[c]=undefined_label;
23808     do {  
23809       mp->lll=qo(skip_byte(mp->ll));
23810       if ( mp->nl-mp->ll>128 ) {
23811         skip_error(mp->ll); goto CONTINUE;
23812       }
23813       skip_byte(mp->ll)=qi(mp->nl-mp->ll-1); mp->ll=mp->ll-mp->lll;
23814     } while (mp->lll!=0);
23815   }
23816   goto CONTINUE;
23817 }
23818
23819 @ @<Compile a ligature/kern...@>=
23820
23821   next_char(mp->nl)=qi(c); skip_byte(mp->nl)=qi(0);
23822   if ( mp->cur_mod<128 ) { /* ligature op */
23823     op_byte(mp->nl)=qi(mp->cur_mod); rem_byte(mp->nl)=qi(mp_get_code(mp));
23824   } else { 
23825     mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23826     if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
23827       exp_err("Improper kern");
23828 @.Improper kern@>
23829       help2("The amount of kern should be a known numeric value.")
23830         ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
23831       mp_put_get_flush_error(mp, 0);
23832     }
23833     mp->kern[mp->nk]=mp->cur_exp;
23834     k=0; 
23835     while ( mp->kern[k]!=mp->cur_exp ) incr(k);
23836     if ( k==mp->nk ) {
23837       if ( mp->nk==max_tfm_int ) mp_fatal_error(mp, "too many TFM kerns");
23838       incr(mp->nk);
23839     }
23840     op_byte(mp->nl)=kern_flag+(k / 256);
23841     rem_byte(mp->nl)=qi((k % 256));
23842   }
23843   mp->lk_started=true;
23844 }
23845
23846 @ @d missing_extensible_punctuation(A) 
23847   { mp_missing_err(mp, (A));
23848 @.Missing `\char`\#'@>
23849   help1("I'm processing `extensible c: t,m,b,r'."); mp_back_error(mp);
23850   }
23851
23852 @<Define an extensible recipe@>=
23853
23854   if ( mp->ne==256 ) mp_fatal_error(mp, "too many extensible recipies");
23855   c=mp_get_code(mp); mp_set_tag(mp, c,ext_tag,mp->ne);
23856   if ( mp->cur_cmd!=colon ) missing_extensible_punctuation(":");
23857   ext_top(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23858   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23859   ext_mid(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23860   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23861   ext_bot(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23862   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23863   ext_rep(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23864   incr(mp->ne);
23865 }
23866
23867 @ The header could contain ASCII zeroes, so can't use |strdup|.
23868
23869 @<Store a list of header bytes@>=
23870 do {  
23871   if ( j>=mp->header_size ) {
23872     int l = mp->header_size + (mp->header_size >> 2);
23873     char *t = xmalloc(l,sizeof(char));
23874     memset(t,0,l); 
23875     memcpy(t,mp->header_byte,mp->header_size);
23876     xfree (mp->header_byte);
23877     mp->header_byte = t;
23878     mp->header_size = l;
23879   }
23880   mp->header_byte[j]=mp_get_code(mp); 
23881   incr(j); incr(mp->header_last);
23882 } while (mp->cur_cmd==comma)
23883
23884 @ @<Store a list of font dimensions@>=
23885 do {  
23886   if ( j>max_tfm_int ) mp_fatal_error(mp, "too many fontdimens");
23887   while ( j>mp->np ) { incr(mp->np); mp->param[mp->np]=0; };
23888   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23889   if ( mp->cur_type!=mp_known ){ 
23890     exp_err("Improper font parameter");
23891 @.Improper font parameter@>
23892     help1("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
23893     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
23894   }
23895   mp->param[j]=mp->cur_exp; incr(j);
23896 } while (mp->cur_cmd==comma)
23897
23898 @ OK: We've stored all the data that is needed for the \.{TFM} file.
23899 All that remains is to output it in the correct format.
23900
23901 An interesting problem needs to be solved in this connection, because
23902 the \.{TFM} format allows at most 256~widths, 16~heights, 16~depths,
23903 and 64~italic corrections. If the data has more distinct values than
23904 this, we want to meet the necessary restrictions by perturbing the
23905 given values as little as possible.
23906
23907 \MP\ solves this problem in two steps. First the values of a given
23908 kind (widths, heights, depths, or italic corrections) are sorted;
23909 then the list of sorted values is perturbed, if necessary.
23910
23911 The sorting operation is facilitated by having a special node of
23912 essentially infinite |value| at the end of the current list.
23913
23914 @<Initialize table entries...@>=
23915 value(inf_val)=fraction_four;
23916
23917 @ Straight linear insertion is good enough for sorting, since the lists
23918 are usually not terribly long. As we work on the data, the current list
23919 will start at |link(temp_head)| and end at |inf_val|; the nodes in this
23920 list will be in increasing order of their |value| fields.
23921
23922 Given such a list, the |sort_in| function takes a value and returns a pointer
23923 to where that value can be found in the list. The value is inserted in
23924 the proper place, if necessary.
23925
23926 At the time we need to do these operations, most of \MP's work has been
23927 completed, so we will have plenty of memory to play with. The value nodes
23928 that are allocated for sorting will never be returned to free storage.
23929
23930 @d clear_the_list link(temp_head)=inf_val
23931
23932 @c pointer mp_sort_in (MP mp,scaled v) {
23933   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
23934   p=temp_head;
23935   while (1) { 
23936     q=link(p);
23937     if ( v<=value(q) ) break;
23938     p=q;
23939   }
23940   if ( v<value(q) ) {
23941     r=mp_get_node(mp, value_node_size); value(r)=v; link(r)=q; link(p)=r;
23942   }
23943   return link(p);
23944 }
23945
23946 @ Now we come to the interesting part, where we reduce the list if necessary
23947 until it has the required size. The |min_cover| routine is basic to this
23948 process; it computes the minimum number~|m| such that the values of the
23949 current sorted list can be covered by |m|~intervals of width~|d|. It
23950 also sets the global value |perturbation| to the smallest value $d'>d$
23951 such that the covering found by this algorithm would be different.
23952
23953 In particular, |min_cover(0)| returns the number of distinct values in the
23954 current list and sets |perturbation| to the minimum distance between
23955 adjacent values.
23956
23957 @c integer mp_min_cover (MP mp,scaled d) {
23958   pointer p; /* runs through the current list */
23959   scaled l; /* the least element covered by the current interval */
23960   integer m; /* lower bound on the size of the minimum cover */
23961   m=0; p=link(temp_head); mp->perturbation=el_gordo;
23962   while ( p!=inf_val ){ 
23963     incr(m); l=value(p);
23964     do {  p=link(p); } while (value(p)<=l+d);
23965     if ( value(p)-l<mp->perturbation ) 
23966       mp->perturbation=value(p)-l;
23967   }
23968   return m;
23969 }
23970
23971 @ @<Glob...@>=
23972 scaled perturbation; /* quantity related to \.{TFM} rounding */
23973 integer excess; /* the list is this much too long */
23974
23975 @ The smallest |d| such that a given list can be covered with |m| intervals
23976 is determined by the |threshold| routine, which is sort of an inverse
23977 to |min_cover|. The idea is to increase the interval size rapidly until
23978 finding the range, then to go sequentially until the exact borderline has
23979 been discovered.
23980
23981 @c scaled mp_threshold (MP mp,integer m) {
23982   scaled d; /* lower bound on the smallest interval size */
23983   mp->excess=mp_min_cover(mp, 0)-m;
23984   if ( mp->excess<=0 ) {
23985     return 0;
23986   } else  { 
23987     do {  
23988       d=mp->perturbation;
23989     } while (mp_min_cover(mp, d+d)>m);
23990     while ( mp_min_cover(mp, d)>m ) 
23991       d=mp->perturbation;
23992     return d;
23993   }
23994 }
23995
23996 @ The |skimp| procedure reduces the current list to at most |m| entries,
23997 by changing values if necessary. It also sets |info(p):=k| if |value(p)|
23998 is the |k|th distinct value on the resulting list, and it sets
23999 |perturbation| to the maximum amount by which a |value| field has
24000 been changed. The size of the resulting list is returned as the
24001 value of |skimp|.
24002
24003 @c integer mp_skimp (MP mp,integer m) {
24004   scaled d; /* the size of intervals being coalesced */
24005   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
24006   scaled l; /* the least value in the current interval */
24007   scaled v; /* a compromise value */
24008   d=mp_threshold(mp, m); mp->perturbation=0;
24009   q=temp_head; m=0; p=link(temp_head);
24010   while ( p!=inf_val ) {
24011     incr(m); l=value(p); info(p)=m;
24012     if ( value(link(p))<=l+d ) {
24013       @<Replace an interval of values by its midpoint@>;
24014     }
24015     q=p; p=link(p);
24016   }
24017   return m;
24018 }
24019
24020 @ @<Replace an interval...@>=
24021
24022   do {  
24023     p=link(p); info(p)=m;
24024     decr(mp->excess); if ( mp->excess==0 ) d=0;
24025   } while (value(link(p))<=l+d);
24026   v=l+halfp(value(p)-l);
24027   if ( value(p)-v>mp->perturbation ) 
24028     mp->perturbation=value(p)-v;
24029   r=q;
24030   do {  
24031     r=link(r); value(r)=v;
24032   } while (r!=p);
24033   link(q)=p; /* remove duplicate values from the current list */
24034 }
24035
24036 @ A warning message is issued whenever something is perturbed by
24037 more than 1/16\thinspace pt.
24038
24039 @c void mp_tfm_warning (MP mp,small_number m) { 
24040   mp_print_nl(mp, "(some "); 
24041   mp_print(mp, mp->int_name[m]);
24042 @.some charwds...@>
24043 @.some chardps...@>
24044 @.some charhts...@>
24045 @.some charics...@>
24046   mp_print(mp, " values had to be adjusted by as much as ");
24047   mp_print_scaled(mp, mp->perturbation); mp_print(mp, "pt)");
24048 }
24049
24050 @ Here's an example of how we use these routines.
24051 The width data needs to be perturbed only if there are 256 distinct
24052 widths, but \MP\ must check for this case even though it is
24053 highly unusual.
24054
24055 An integer variable |k| will be defined when we use this code.
24056 The |dimen_head| array will contain pointers to the sorted
24057 lists of dimensions.
24058
24059 @<Massage the \.{TFM} widths@>=
24060 clear_the_list;
24061 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++)  {
24062   if ( mp->char_exists[k] )
24063     mp->tfm_width[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_width[k]);
24064 }
24065 mp->nw=mp_skimp(mp, 255)+1; mp->dimen_head[1]=link(temp_head);
24066 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_wd)
24067
24068 @ @<Glob...@>=
24069 pointer dimen_head[5]; /* lists of \.{TFM} dimensions */
24070
24071 @ Heights, depths, and italic corrections are different from widths
24072 not only because their list length is more severely restricted, but
24073 also because zero values do not need to be put into the lists.
24074
24075 @<Massage the \.{TFM} heights, depths, and italic corrections@>=
24076 clear_the_list;
24077 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
24078   if ( mp->char_exists[k] ) {
24079     if ( mp->tfm_height[k]==0 ) mp->tfm_height[k]=zero_val;
24080     else mp->tfm_height[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_height[k]);
24081   }
24082 }
24083 mp->nh=mp_skimp(mp, 15)+1; mp->dimen_head[2]=link(temp_head);
24084 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_ht);
24085 clear_the_list;
24086 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
24087   if ( mp->char_exists[k] ) {
24088     if ( mp->tfm_depth[k]==0 ) mp->tfm_depth[k]=zero_val;
24089     else mp->tfm_depth[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_depth[k]);
24090   }
24091 }
24092 mp->nd=mp_skimp(mp, 15)+1; mp->dimen_head[3]=link(temp_head);
24093 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_dp);
24094 clear_the_list;
24095 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
24096   if ( mp->char_exists[k] ) {
24097     if ( mp->tfm_ital_corr[k]==0 ) mp->tfm_ital_corr[k]=zero_val;
24098     else mp->tfm_ital_corr[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_ital_corr[k]);
24099   }
24100 }
24101 mp->ni=mp_skimp(mp, 63)+1; mp->dimen_head[4]=link(temp_head);
24102 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_ic)
24103
24104 @ @<Initialize table entries...@>=
24105 value(zero_val)=0; info(zero_val)=0;
24106
24107 @ Bytes 5--8 of the header are set to the design size, unless the user has
24108 some crazy reason for specifying them differently.
24109
24110 Error messages are not allowed at the time this procedure is called,
24111 so a warning is printed instead.
24112
24113 The value of |max_tfm_dimen| is calculated so that
24114 $$\hbox{|make_scaled(16*max_tfm_dimen,internal[mp_design_size])|}
24115  < \\{three\_bytes}.$$
24116
24117 @d three_bytes 0100000000 /* $2^{24}$ */
24118
24119 @c 
24120 void mp_fix_design_size (MP mp) {
24121   scaled d; /* the design size */
24122   d=mp->internal[mp_design_size];
24123   if ( (d<unity)||(d>=fraction_half) ) {
24124     if ( d!=0 )
24125       mp_print_nl(mp, "(illegal design size has been changed to 128pt)");
24126 @.illegal design size...@>
24127     d=040000000; mp->internal[mp_design_size]=d;
24128   }
24129   if ( mp->header_byte[4]<0 ) if ( mp->header_byte[5]<0 )
24130     if ( mp->header_byte[6]<0 ) if ( mp->header_byte[7]<0 ) {
24131      mp->header_byte[4]=d / 04000000;
24132      mp->header_byte[5]=(d / 4096) % 256;
24133      mp->header_byte[6]=(d / 16) % 256;
24134      mp->header_byte[7]=(d % 16)*16;
24135   };
24136   mp->max_tfm_dimen=16*mp->internal[mp_design_size]-mp->internal[mp_design_size] / 010000000;
24137   if ( mp->max_tfm_dimen>=fraction_half ) mp->max_tfm_dimen=fraction_half-1;
24138 }
24139
24140 @ The |dimen_out| procedure computes a |fix_word| relative to the
24141 design size. If the data was out of range, it is corrected and the
24142 global variable |tfm_changed| is increased by~one.
24143
24144 @c integer mp_dimen_out (MP mp,scaled x) { 
24145   if ( abs(x)>mp->max_tfm_dimen ) {
24146     incr(mp->tfm_changed);
24147     if ( x>0 ) x=three_bytes-1; else x=1-three_bytes;
24148   } else {
24149     x=mp_make_scaled(mp, x*16,mp->internal[mp_design_size]);
24150   }
24151   return x;
24152 }
24153
24154 @ @<Glob...@>=
24155 scaled max_tfm_dimen; /* bound on widths, heights, kerns, etc. */
24156 integer tfm_changed; /* the number of data entries that were out of bounds */
24157
24158 @ If the user has not specified any of the first four header bytes,
24159 the |fix_check_sum| procedure replaces them by a ``check sum'' computed
24160 from the |tfm_width| data relative to the design size.
24161 @^check sum@>
24162
24163 @c void mp_fix_check_sum (MP mp) {
24164   eight_bits k; /* runs through character codes */
24165   eight_bits B1,B2,B3,B4; /* bytes of the check sum */
24166   integer x;  /* hash value used in check sum computation */
24167   if ( mp->header_byte[0]==0 && mp->header_byte[1]==0 &&
24168        mp->header_byte[2]==0 && mp->header_byte[3]==0 ) {
24169     @<Compute a check sum in |(b1,b2,b3,b4)|@>;
24170     mp->header_byte[0]=B1; mp->header_byte[1]=B2;
24171     mp->header_byte[2]=B3; mp->header_byte[3]=B4; 
24172     return;
24173   }
24174 }
24175
24176 @ @<Compute a check sum in |(b1,b2,b3,b4)|@>=
24177 B1=mp->bc; B2=mp->ec; B3=mp->bc; B4=mp->ec; mp->tfm_changed=0;
24178 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) { 
24179   if ( mp->char_exists[k] ) {
24180     x=mp_dimen_out(mp, value(mp->tfm_width[k]))+(k+4)*020000000; /* this is positive */
24181     B1=(B1+B1+x) % 255;
24182     B2=(B2+B2+x) % 253;
24183     B3=(B3+B3+x) % 251;
24184     B4=(B4+B4+x) % 247;
24185   }
24186 }
24187
24188 @ Finally we're ready to actually write the \.{TFM} information.
24189 Here are some utility routines for this purpose.
24190
24191 @d tfm_out(A) fputc((A),mp->tfm_file) /* output one byte to |tfm_file| */
24192
24193 @c void mp_tfm_two (MP mp,integer x) { /* output two bytes to |tfm_file| */
24194   tfm_out(x / 256); tfm_out(x % 256);
24195 }
24196 void mp_tfm_four (MP mp,integer x) { /* output four bytes to |tfm_file| */
24197   if ( x>=0 ) tfm_out(x / three_bytes);
24198   else { 
24199     x=x+010000000000; /* use two's complement for negative values */
24200     x=x+010000000000;
24201     tfm_out((x / three_bytes) + 128);
24202   };
24203   x=x % three_bytes; tfm_out(x / unity);
24204   x=x % unity; tfm_out(x / 0400);
24205   tfm_out(x % 0400);
24206 }
24207 void mp_tfm_qqqq (MP mp,four_quarters x) { /* output four quarterwords to |tfm_file| */
24208   tfm_out(qo(x.b0)); tfm_out(qo(x.b1)); 
24209   tfm_out(qo(x.b2)); tfm_out(qo(x.b3));
24210 }
24211
24212 @ @<Finish the \.{TFM} file@>=
24213 if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
24214 mp_pack_job_name(mp, ".tfm");
24215 while ( ! mp_b_open_out(mp, &mp->tfm_file, mp_filetype_metrics) )
24216   mp_prompt_file_name(mp, "file name for font metrics",".tfm");
24217 mp->metric_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
24218 @<Output the subfile sizes and header bytes@>;
24219 @<Output the character information bytes, then
24220   output the dimensions themselves@>;
24221 @<Output the ligature/kern program@>;
24222 @<Output the extensible character recipes and the font metric parameters@>;
24223   if ( mp->internal[mp_tracing_stats]>0 )
24224   @<Log the subfile sizes of the \.{TFM} file@>;
24225 mp_print_nl(mp, "Font metrics written on "); 
24226 mp_print(mp, mp->metric_file_name); mp_print_char(mp, '.');
24227 @.Font metrics written...@>
24228 fclose(mp->tfm_file)
24229
24230 @ Integer variables |lh|, |k|, and |lk_offset| will be defined when we use
24231 this code.
24232
24233 @<Output the subfile sizes and header bytes@>=
24234 k=mp->header_last;
24235 LH=(k+3) / 4; /* this is the number of header words */
24236 if ( mp->bc>mp->ec ) mp->bc=1; /* if there are no characters, |ec=0| and |bc=1| */
24237 @<Compute the ligature/kern program offset and implant the
24238   left boundary label@>;
24239 mp_tfm_two(mp,6+LH+(mp->ec-mp->bc+1)+mp->nw+mp->nh+mp->nd+mp->ni+mp->nl
24240      +lk_offset+mp->nk+mp->ne+mp->np);
24241   /* this is the total number of file words that will be output */
24242 mp_tfm_two(mp, LH); mp_tfm_two(mp, mp->bc); mp_tfm_two(mp, mp->ec); 
24243 mp_tfm_two(mp, mp->nw); mp_tfm_two(mp, mp->nh);
24244 mp_tfm_two(mp, mp->nd); mp_tfm_two(mp, mp->ni); mp_tfm_two(mp, mp->nl+lk_offset); 
24245 mp_tfm_two(mp, mp->nk); mp_tfm_two(mp, mp->ne);
24246 mp_tfm_two(mp, mp->np);
24247 for (k=0;k< 4*LH;k++)   { 
24248   tfm_out(mp->header_byte[k]);
24249 }
24250
24251 @ @<Output the character information bytes...@>=
24252 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
24253   if ( ! mp->char_exists[k] ) {
24254     mp_tfm_four(mp, 0);
24255   } else { 
24256     tfm_out(info(mp->tfm_width[k])); /* the width index */
24257     tfm_out((info(mp->tfm_height[k]))*16+info(mp->tfm_depth[k]));
24258     tfm_out((info(mp->tfm_ital_corr[k]))*4+mp->char_tag[k]);
24259     tfm_out(mp->char_remainder[k]);
24260   };
24261 }
24262 mp->tfm_changed=0;
24263 for (k=1;k<=4;k++) { 
24264   mp_tfm_four(mp, 0); p=mp->dimen_head[k];
24265   while ( p!=inf_val ) {
24266     mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, value(p))); p=link(p);
24267   }
24268 }
24269
24270
24271 @ We need to output special instructions at the beginning of the
24272 |lig_kern| array in order to specify the right boundary character
24273 and/or to handle starting addresses that exceed 255. The |label_loc|
24274 and |label_char| arrays have been set up to record all the
24275 starting addresses; we have $-1=|label_loc|[0]<|label_loc|[1]\le\cdots
24276 \le|label_loc|[|label_ptr]|$.
24277
24278 @<Compute the ligature/kern program offset...@>=
24279 mp->bchar=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_boundary_char]);
24280 if ((mp->bchar<0)||(mp->bchar>255))
24281   { mp->bchar=-1; mp->lk_started=false; lk_offset=0; }
24282 else { mp->lk_started=true; lk_offset=1; };
24283 @<Find the minimum |lk_offset| and adjust all remainders@>;
24284 if ( mp->bch_label<undefined_label )
24285   { skip_byte(mp->nl)=qi(255); next_char(mp->nl)=qi(0);
24286   op_byte(mp->nl)=qi(((mp->bch_label+lk_offset)/ 256));
24287   rem_byte(mp->nl)=qi(((mp->bch_label+lk_offset)% 256));
24288   incr(mp->nl); /* possibly |nl=lig_table_size+1| */
24289   }
24290
24291 @ @<Find the minimum |lk_offset|...@>=
24292 k=mp->label_ptr; /* pointer to the largest unallocated label */
24293 if ( mp->label_loc[k]+lk_offset>255 ) {
24294   lk_offset=0; mp->lk_started=false; /* location 0 can do double duty */
24295   do {  
24296     mp->char_remainder[mp->label_char[k]]=lk_offset;
24297     while ( mp->label_loc[k-1]==mp->label_loc[k] ) {
24298        decr(k); mp->char_remainder[mp->label_char[k]]=lk_offset;
24299     }
24300     incr(lk_offset); decr(k);
24301   } while (! (lk_offset+mp->label_loc[k]<256));
24302     /* N.B.: |lk_offset=256| satisfies this when |k=0| */
24303 };
24304 if ( lk_offset>0 ) {
24305   while ( k>0 ) {
24306     mp->char_remainder[mp->label_char[k]]
24307      =mp->char_remainder[mp->label_char[k]]+lk_offset;
24308     decr(k);
24309   }
24310 }
24311
24312 @ @<Output the ligature/kern program@>=
24313 for (k=0;k<= 255;k++ ) {
24314   if ( mp->skip_table[k]<undefined_label ) {
24315      mp_print_nl(mp, "(local label "); mp_print_int(mp, k); mp_print(mp, ":: was missing)");
24316 @.local label l:: was missing@>
24317     cancel_skips(mp->skip_table[k]);
24318   }
24319 }
24320 if ( mp->lk_started ) { /* |lk_offset=1| for the special |bchar| */
24321   tfm_out(255); tfm_out(mp->bchar); mp_tfm_two(mp, 0);
24322 } else {
24323   for (k=1;k<=lk_offset;k++) {/* output the redirection specs */
24324     mp->ll=mp->label_loc[mp->label_ptr];
24325     if ( mp->bchar<0 ) { tfm_out(254); tfm_out(0);   }
24326     else { tfm_out(255); tfm_out(mp->bchar);   };
24327     mp_tfm_two(mp, mp->ll+lk_offset);
24328     do {  
24329       decr(mp->label_ptr);
24330     } while (! (mp->label_loc[mp->label_ptr]<mp->ll));
24331   }
24332 }
24333 for (k=0;k<=mp->nl-1;k++) mp_tfm_qqqq(mp, mp->lig_kern[k]);
24334 for (k=0;k<=mp->nk-1;k++) mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, mp->kern[k]))
24335
24336 @ @<Output the extensible character recipes...@>=
24337 for (k=0;k<=mp->ne-1;k++) 
24338   mp_tfm_qqqq(mp, mp->exten[k]);
24339 for (k=1;k<=mp->np;k++) {
24340   if ( k==1 ) {
24341     if ( abs(mp->param[1])<fraction_half ) {
24342       mp_tfm_four(mp, mp->param[1]*16);
24343     } else  { 
24344       incr(mp->tfm_changed);
24345       if ( mp->param[1]>0 ) mp_tfm_four(mp, el_gordo);
24346       else mp_tfm_four(mp, -el_gordo);
24347     }
24348   } else {
24349     mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, mp->param[k]));
24350   }
24351 }
24352 if ( mp->tfm_changed>0 )  { 
24353   if ( mp->tfm_changed==1 ) mp_print_nl(mp, "(a font metric dimension");
24354 @.a font metric dimension...@>
24355   else  { 
24356     mp_print_nl(mp, "("); mp_print_int(mp, mp->tfm_changed);
24357 @.font metric dimensions...@>
24358     mp_print(mp, " font metric dimensions");
24359   }
24360   mp_print(mp, " had to be decreased)");
24361 }
24362
24363 @ @<Log the subfile sizes of the \.{TFM} file@>=
24364
24365   char s[200];
24366   wlog_ln(" ");
24367   if ( mp->bch_label<undefined_label ) decr(mp->nl);
24368   snprintf(s,128,"(You used %iw,%ih,%id,%ii,%il,%ik,%ie,%ip metric file positions)",
24369                  mp->nw, mp->nh, mp->nd, mp->ni, mp->nl, mp->nk, mp->ne,mp->np);
24370   wlog_ln(s);
24371 }
24372
24373 @* \[43] Reading font metric data.
24374
24375 \MP\ isn't a typesetting program but it does need to find the bounding box
24376 of a sequence of typeset characters.  Thus it needs to read \.{TFM} files as
24377 well as write them.
24378
24379 @<Glob...@>=
24380 FILE * tfm_infile;
24381
24382 @ All the width, height, and depth information is stored in an array called
24383 |font_info|.  This array is allocated sequentially and each font is stored
24384 as a series of |char_info| words followed by the width, height, and depth
24385 tables.  Since |font_name| entries are permanent, their |str_ref| values are
24386 set to |max_str_ref|.
24387
24388 @<Types...@>=
24389 typedef unsigned int font_number; /* |0..font_max| */
24390
24391 @ The |font_info| array is indexed via a group directory arrays.
24392 For example, the |char_info| data for character~|c| in font~|f| will be
24393 in |font_info[char_base[f]+c].qqqq|.
24394
24395 @<Glob...@>=
24396 font_number font_max; /* maximum font number for included text fonts */
24397 size_t      font_mem_size; /* number of words for \.{TFM} information for text fonts */
24398 memory_word *font_info; /* height, width, and depth data */
24399 char        **font_enc_name; /* encoding names, if any */
24400 boolean     *font_ps_name_fixed; /* are the postscript names fixed already?  */
24401 int         next_fmem; /* next unused entry in |font_info| */
24402 font_number last_fnum; /* last font number used so far */
24403 scaled      *font_dsize;  /* 16 times the ``design'' size in \ps\ points */
24404 char        **font_name;  /* name as specified in the \&{infont} command */
24405 char        **font_ps_name;  /* PostScript name for use when |internal[mp_prologues]>0| */
24406 font_number last_ps_fnum; /* last valid |font_ps_name| index */
24407 eight_bits  *font_bc;
24408 eight_bits  *font_ec;  /* first and last character code */
24409 int         *char_base;  /* base address for |char_info| */
24410 int         *width_base; /* index for zeroth character width */
24411 int         *height_base; /* index for zeroth character height */
24412 int         *depth_base; /* index for zeroth character depth */
24413 pointer     *font_sizes;
24414
24415 @ @<Allocate or initialize ...@>=
24416 mp->font_mem_size = 10000; 
24417 mp->font_info = xmalloc ((mp->font_mem_size+1),sizeof(memory_word));
24418 memset (mp->font_info,0,sizeof(memory_word)*(mp->font_mem_size+1));
24419 mp->font_enc_name = NULL;
24420 mp->font_ps_name_fixed = NULL;
24421 mp->font_dsize = NULL;
24422 mp->font_name = NULL;
24423 mp->font_ps_name = NULL;
24424 mp->font_bc = NULL;
24425 mp->font_ec = NULL;
24426 mp->last_fnum = null_font;
24427 mp->char_base = NULL;
24428 mp->width_base = NULL;
24429 mp->height_base = NULL;
24430 mp->depth_base = NULL;
24431 mp->font_sizes = null;
24432
24433 @ @<Dealloc variables@>=
24434 xfree(mp->font_info);
24435 xfree(mp->font_enc_name);
24436 xfree(mp->font_ps_name_fixed);
24437 xfree(mp->font_dsize);
24438 xfree(mp->font_name);
24439 xfree(mp->font_ps_name);
24440 xfree(mp->font_bc);
24441 xfree(mp->font_ec);
24442 xfree(mp->char_base);
24443 xfree(mp->width_base);
24444 xfree(mp->height_base);
24445 xfree(mp->depth_base);
24446 xfree(mp->font_sizes);
24447
24448
24449 @c 
24450 void mp_reallocate_fonts (MP mp, font_number l) {
24451   font_number f;
24452   XREALLOC(mp->font_enc_name,      l, char *);
24453   XREALLOC(mp->font_ps_name_fixed, l, boolean);
24454   XREALLOC(mp->font_dsize,         l, scaled);
24455   XREALLOC(mp->font_name,          l, char *);
24456   XREALLOC(mp->font_ps_name,       l, char *);
24457   XREALLOC(mp->font_bc,            l, eight_bits);
24458   XREALLOC(mp->font_ec,            l, eight_bits);
24459   XREALLOC(mp->char_base,          l, int);
24460   XREALLOC(mp->width_base,         l, int);
24461   XREALLOC(mp->height_base,        l, int);
24462   XREALLOC(mp->depth_base,         l, int);
24463   XREALLOC(mp->font_sizes,         l, pointer);
24464   for (f=(mp->last_fnum+1);f<=l;f++) {
24465     mp->font_enc_name[f]=NULL;
24466     mp->font_ps_name_fixed[f] = false;
24467     mp->font_name[f]=NULL;
24468     mp->font_ps_name[f]=NULL;
24469     mp->font_sizes[f]=null;
24470   }
24471   mp->font_max = l;
24472 }
24473
24474 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
24475 void mp_reallocate_fonts (MP mp, font_number l);
24476
24477
24478 @ A |null_font| containing no characters is useful for error recovery.  Its
24479 |font_name| entry starts out empty but is reset each time an erroneous font is
24480 found.  This helps to cut down on the number of duplicate error messages without
24481 wasting a lot of space.
24482
24483 @d null_font 0 /* the |font_number| for an empty font */
24484
24485 @<Set initial...@>=
24486 mp->font_dsize[null_font]=0;
24487 mp->font_bc[null_font]=1;
24488 mp->font_ec[null_font]=0;
24489 mp->char_base[null_font]=0;
24490 mp->width_base[null_font]=0;
24491 mp->height_base[null_font]=0;
24492 mp->depth_base[null_font]=0;
24493 mp->next_fmem=0;
24494 mp->last_fnum=null_font;
24495 mp->last_ps_fnum=null_font;
24496 mp->font_name[null_font]="nullfont";
24497 mp->font_ps_name[null_font]="";
24498
24499 @ Each |char_info| word is of type |four_quarters|.  The |b0| field contains
24500 the |width index|; the |b1| field contains the height
24501 index; the |b2| fields contains the depth index, and the |b3| field used only
24502 for temporary storage. (It is used to keep track of which characters occur in
24503 an edge structure that is being shipped out.)
24504 The corresponding words in the width, height, and depth tables are stored as
24505 |scaled| values in units of \ps\ points.
24506
24507 With the macros below, the |char_info| word for character~|c| in font~|f| is
24508 |char_info(f)(c)| and the width is
24509 $$\hbox{|char_width(f)(char_info(f)(c)).sc|.}$$
24510
24511 @d char_info_end(A) (A)].qqqq
24512 @d char_info(A) mp->font_info[mp->char_base[(A)]+char_info_end
24513 @d char_width_end(A) (A).b0].sc
24514 @d char_width(A) mp->font_info[mp->width_base[(A)]+char_width_end
24515 @d char_height_end(A) (A).b1].sc
24516 @d char_height(A) mp->font_info[mp->height_base[(A)]+char_height_end
24517 @d char_depth_end(A) (A).b2].sc
24518 @d char_depth(A) mp->font_info[mp->depth_base[(A)]+char_depth_end
24519 @d ichar_exists(A) ((A).b0>0)
24520
24521 @ The |font_ps_name| for a built-in font should be what PostScript expects.
24522 A preliminary name is obtained here from the \.{TFM} name as given in the
24523 |fname| argument.  This gets updated later from an external table if necessary.
24524
24525 @<Declare text measuring subroutines@>=
24526 @<Declare subroutines for parsing file names@>;
24527 font_number mp_read_font_info (MP mp, char*fname) {
24528   boolean file_opened; /* has |tfm_infile| been opened? */
24529   font_number n; /* the number to return */
24530   halfword lf,tfm_lh,bc,ec,nw,nh,nd; /* subfile size parameters */
24531   size_t whd_size; /* words needed for heights, widths, and depths */
24532   int i,ii; /* |font_info| indices */
24533   int jj; /* counts bytes to be ignored */
24534   scaled z; /* used to compute the design size */
24535   fraction d;
24536   /* height, width, or depth as a fraction of design size times $2^{-8}$ */
24537   eight_bits h_and_d; /* height and depth indices being unpacked */
24538   int tfbyte; /* a byte read from the file */
24539   n=null_font;
24540   @<Open |tfm_infile| for input@>;
24541   @<Read data from |tfm_infile|; if there is no room, say so and |goto done|;
24542     otherwise |goto bad_tfm| or |goto done| as appropriate@>;
24543 BAD_TFM:
24544   @<Complain that the \.{TFM} file is bad@>;
24545 DONE:
24546   if ( file_opened ) fclose(mp->tfm_infile);
24547   if ( n!=null_font ) { 
24548     mp->font_ps_name[n]=fname;
24549     mp->font_name[n]=fname;
24550   }
24551   return n;
24552 }
24553
24554 @ \MP\ doesn't bother to check the entire \.{TFM} file for errors or explain
24555 precisely what is wrong if it does find a problem.  Programs called \.{TFtoPL}
24556 @.TFtoPL@> @.PLtoTF@>
24557 and \.{PLtoTF} can be used to debug \.{TFM} files.
24558
24559 @<Complain that the \.{TFM} file is bad@>=
24560 print_err("Font ");
24561 mp_print(mp, fname);
24562 if ( file_opened ) mp_print(mp, " not usable: TFM file is bad");
24563 else mp_print(mp, " not usable: TFM file not found");
24564 help3("I wasn't able to read the size data for this font so this")
24565   ("`infont' operation won't produce anything. If the font name")
24566   ("is right, you might ask an expert to make a TFM file");
24567 if ( file_opened )
24568   mp->help_line[0]="is right, try asking an expert to fix the TFM file";
24569 mp_error(mp)
24570
24571 @ @<Read data from |tfm_infile|; if there is no room, say so...@>=
24572 @<Read the \.{TFM} size fields@>;
24573 @<Use the size fields to allocate space in |font_info|@>;
24574 @<Read the \.{TFM} header@>;
24575 @<Read the character data and the width, height, and depth tables and
24576   |goto done|@>
24577
24578 @ A bad \.{TFM} file can be shorter than it claims to be.  The code given here
24579 might try to read past the end of the file if this happens.  Changes will be
24580 needed if it causes a system error to refer to |tfm_infile^| or call
24581 |get_tfm_infile| when |eof(tfm_infile)| is true.  For example, the definition
24582 @^system dependencies@>
24583 of |tfget| could be changed to
24584 ``|begin get(tfm_infile); if eof(tfm_infile) then goto bad_tfm; end|.''
24585
24586 @d tfget {tfbyte = fgetc(mp->tfm_infile); }
24587 @d read_two(A) { (A)=tfbyte;
24588   if ( (A)>127 ) goto BAD_TFM;
24589   tfget; (A)=(A)*0400+tfbyte;
24590   }
24591 @d tf_ignore(A) { for (jj=(A);jj>=1;jj--) tfget; }
24592
24593 @<Read the \.{TFM} size fields@>=
24594 tfget; read_two(lf);
24595 tfget; read_two(tfm_lh);
24596 tfget; read_two(bc);
24597 tfget; read_two(ec);
24598 if ( (bc>1+ec)||(ec>255) ) goto BAD_TFM;
24599 tfget; read_two(nw);
24600 tfget; read_two(nh);
24601 tfget; read_two(nd);
24602 whd_size=(ec+1-bc)+nw+nh+nd;
24603 if ( lf<(int)(6+tfm_lh+whd_size) ) goto BAD_TFM;
24604 tf_ignore(10)
24605
24606 @ Offsets are added to |char_base[n]| and |width_base[n]| so that is not
24607 necessary to apply the |so|  and |qo| macros when looking up the width of a
24608 character in the string pool.  In order to ensure nonnegative |char_base|
24609 values when |bc>0|, it may be necessary to reserve a few unused |font_info|
24610 elements.
24611
24612 @<Use the size fields to allocate space in |font_info|@>=
24613 if ( mp->next_fmem<bc) mp->next_fmem=bc;  /* ensure nonnegative |char_base| */
24614 if (mp->last_fnum==mp->font_max)
24615   mp_reallocate_fonts(mp,(mp->font_max+(mp->font_max>>2)));
24616 while (mp->next_fmem+whd_size>=mp->font_mem_size) {
24617   size_t l = mp->font_mem_size+(mp->font_mem_size>>2);
24618   memory_word *font_info;
24619   font_info = xmalloc ((l+1),sizeof(memory_word));
24620   memset (font_info,0,sizeof(memory_word)*(l+1));
24621   memcpy (font_info,mp->font_info,sizeof(memory_word)*(mp->font_mem_size+1));
24622   xfree(mp->font_info);
24623   mp->font_info = font_info;
24624   mp->font_mem_size = l;
24625 }
24626 incr(mp->last_fnum);
24627 n=mp->last_fnum;
24628 mp->font_bc[n]=bc;
24629 mp->font_ec[n]=ec;
24630 mp->char_base[n]=mp->next_fmem-bc;
24631 mp->width_base[n]=mp->next_fmem+ec-bc+1;
24632 mp->height_base[n]=mp->width_base[n]+nw;
24633 mp->depth_base[n]=mp->height_base[n]+nh;
24634 mp->next_fmem=mp->next_fmem+whd_size;
24635
24636
24637 @ @<Read the \.{TFM} header@>=
24638 if ( tfm_lh<2 ) goto BAD_TFM;
24639 tf_ignore(4);
24640 tfget; read_two(z);
24641 tfget; z=z*0400+tfbyte;
24642 tfget; z=z*0400+tfbyte; /* now |z| is 16 times the design size */
24643 mp->font_dsize[n]=mp_take_fraction(mp, z,267432584);
24644   /* times ${72\over72.27}2^{28}$ to convert from \TeX\ points */
24645 tf_ignore(4*(tfm_lh-2))
24646
24647 @ @<Read the character data and the width, height, and depth tables...@>=
24648 ii=mp->width_base[n];
24649 i=mp->char_base[n]+bc;
24650 while ( i<ii ) { 
24651   tfget; mp->font_info[i].qqqq.b0=qi(tfbyte);
24652   tfget; h_and_d=tfbyte;
24653   mp->font_info[i].qqqq.b1=h_and_d / 16;
24654   mp->font_info[i].qqqq.b2=h_and_d % 16;
24655   tfget; tfget;
24656   incr(i);
24657 }
24658 while ( i<mp->next_fmem ) {
24659   @<Read a four byte dimension, scale it by the design size, store it in
24660     |font_info[i]|, and increment |i|@>;
24661 }
24662 if (feof(mp->tfm_infile) ) goto BAD_TFM;
24663 goto DONE
24664
24665 @ The raw dimension read into |d| should have magnitude at most $2^{24}$ when
24666 interpreted as an integer, and this includes a scale factor of $2^{20}$.  Thus
24667 we can multiply it by sixteen and think of it as a |fraction| that has been
24668 divided by sixteen.  This cancels the extra scale factor contained in
24669 |font_dsize[n|.
24670
24671 @<Read a four byte dimension, scale it by the design size, store it in...@>=
24672
24673 tfget; d=tfbyte;
24674 if ( d>=0200 ) d=d-0400;
24675 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24676 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24677 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24678 mp->font_info[i].sc=mp_take_fraction(mp, d*16,mp->font_dsize[n]);
24679 incr(i);
24680 }
24681
24682 @ This function does no longer use the file name parser, because |fname| is
24683 a C string already.
24684 @<Open |tfm_infile| for input@>=
24685 file_opened=false;
24686 mp_ptr_scan_file(mp, fname);
24687 if ( strlen(mp->cur_area)==0 ) { xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(MP_font_area);}
24688 if ( strlen(mp->cur_ext)==0 )  { xfree(mp->cur_ext); mp->cur_ext=xstrdup(".tfm"); }
24689 pack_cur_name;
24690 mp->tfm_infile = mp_open_file(mp, mp->name_of_file, "rb",mp_filetype_metrics);
24691 if ( !mp->tfm_infile  ) goto BAD_TFM;
24692 file_opened=true
24693
24694 @ When we have a font name and we don't know whether it has been loaded yet,
24695 we scan the |font_name| array before calling |read_font_info|.
24696
24697 @<Declare text measuring subroutines@>=
24698 font_number mp_find_font (MP mp, char *f) {
24699   font_number n;
24700   for (n=0;n<=mp->last_fnum;n++) {
24701     if (mp_xstrcmp(f,mp->font_name[n])==0 )
24702       return n;
24703   }
24704   return mp_read_font_info(mp, f);
24705 }
24706
24707 @ One simple application of |find_font| is the implementation of the |font_size|
24708 operator that gets the design size for a given font name.
24709
24710 @<Find the design size of the font whose name is |cur_exp|@>=
24711 mp_flush_cur_exp(mp, (mp->font_dsize[mp_find_font(mp, str(mp->cur_exp))]+8) / 16)
24712
24713 @ If we discover that the font doesn't have a requested character, we omit it
24714 from the bounding box computation and expect the \ps\ interpreter to drop it.
24715 This routine issues a warning message if the user has asked for it.
24716
24717 @<Declare text measuring subroutines@>=
24718 void mp_lost_warning (MP mp,font_number f, pool_pointer k) { 
24719   if ( mp->internal[mp_tracing_lost_chars]>0 ) { 
24720     mp_begin_diagnostic(mp);
24721     if ( mp->selector==log_only ) incr(mp->selector);
24722     mp_print_nl(mp, "Missing character: There is no ");
24723 @.Missing character@>
24724     mp_print_str(mp, mp->str_pool[k]); 
24725     mp_print(mp, " in font ");
24726     mp_print(mp, mp->font_name[f]); mp_print_char(mp, '!'); 
24727     mp_end_diagnostic(mp, false);
24728   }
24729 }
24730
24731 @ The whole purpose of saving the height, width, and depth information is to be
24732 able to find the bounding box of an item of text in an edge structure.  The
24733 |set_text_box| procedure takes a text node and adds this information.
24734
24735 @<Declare text measuring subroutines@>=
24736 void mp_set_text_box (MP mp,pointer p) {
24737   font_number f; /* |font_n(p)| */
24738   ASCII_code bc,ec; /* range of valid characters for font |f| */
24739   pool_pointer k,kk; /* current character and character to stop at */
24740   four_quarters cc; /* the |char_info| for the current character */
24741   scaled h,d; /* dimensions of the current character */
24742   width_val(p)=0;
24743   height_val(p)=-el_gordo;
24744   depth_val(p)=-el_gordo;
24745   f=font_n(p);
24746   bc=mp->font_bc[f];
24747   ec=mp->font_ec[f];
24748   kk=str_stop(text_p(p));
24749   k=mp->str_start[text_p(p)];
24750   while ( k<kk ) {
24751     @<Adjust |p|'s bounding box to contain |str_pool[k]|; advance |k|@>;
24752   }
24753   @<Set the height and depth to zero if the bounding box is empty@>;
24754 }
24755
24756 @ @<Adjust |p|'s bounding box to contain |str_pool[k]|; advance |k|@>=
24757
24758   if ( (mp->str_pool[k]<bc)||(mp->str_pool[k]>ec) ) {
24759     mp_lost_warning(mp, f,k);
24760   } else { 
24761     cc=char_info(f)(mp->str_pool[k]);
24762     if ( ! ichar_exists(cc) ) {
24763       mp_lost_warning(mp, f,k);
24764     } else { 
24765       width_val(p)=width_val(p)+char_width(f)(cc);
24766       h=char_height(f)(cc);
24767       d=char_depth(f)(cc);
24768       if ( h>height_val(p) ) height_val(p)=h;
24769       if ( d>depth_val(p) ) depth_val(p)=d;
24770     }
24771   }
24772   incr(k);
24773 }
24774
24775 @ Let's hope modern compilers do comparisons correctly when the difference would
24776 overflow.
24777
24778 @<Set the height and depth to zero if the bounding box is empty@>=
24779 if ( height_val(p)<-depth_val(p) ) { 
24780   height_val(p)=0;
24781   depth_val(p)=0;
24782 }
24783
24784 @ The new primitives fontmapfile and fontmapline.
24785
24786 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
24787 void mp_do_mapfile (MP mp) ;
24788 void mp_do_mapline (MP mp) ;
24789
24790 @ @c void mp_do_mapfile (MP mp) { 
24791   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
24792   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
24793     @<Complain about improper map operation@>;
24794   } else {
24795     mp_map_file(mp,mp->cur_exp);
24796   }
24797 }
24798 void mp_do_mapline (MP mp) { 
24799   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
24800   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
24801      @<Complain about improper map operation@>;
24802   } else { 
24803      mp_map_line(mp,mp->cur_exp);
24804   }
24805 }
24806
24807 @ @<Complain about improper map operation@>=
24808
24809   exp_err("Unsuitable expression");
24810   help1("Only known strings can be map files or map lines.");
24811   mp_put_get_error(mp);
24812 }
24813
24814 @ This is temporary.
24815
24816 @d ps_room(A) mp_ps_room(mp,A)
24817
24818 @ To print |scaled| value to PDF output we need some subroutines to ensure
24819 accurary.
24820
24821 @d max_integer   0x7FFFFFFF /* $2^{31}-1$ */
24822
24823 @<Glob...@>=
24824 scaled one_bp; /* scaled value corresponds to 1bp */
24825 scaled one_hundred_bp; /* scaled value corresponds to 100bp */
24826 scaled one_hundred_inch; /* scaled value corresponds to 100in */
24827 integer ten_pow[10]; /* $10^0..10^9$ */
24828 integer scaled_out; /* amount of |scaled| that was taken out in |divide_scaled| */
24829
24830 @ @<Set init...@>=
24831 mp->one_bp = 65782; /* 65781.76 */
24832 mp->one_hundred_bp = 6578176;
24833 mp->one_hundred_inch = 473628672;
24834 mp->ten_pow[0] = 1;
24835 for (i = 1;i<= 9; i++ ) {
24836   mp->ten_pow[i] = 10*mp->ten_pow[i - 1];
24837 }
24838
24839 @ The following function divides |s| by |m|. |dd| is number of decimal digits.
24840
24841 @c scaled mp_divide_scaled (MP mp,scaled s, scaled m, integer  dd) {
24842   scaled q,r;
24843   integer sign,i;
24844   sign = 1;
24845   if ( s < 0 ) { sign = -sign; s = -s; }
24846   if ( m < 0 ) { sign = -sign; m = -m; }
24847   if ( m == 0 )
24848     mp_confusion(mp, "arithmetic: divided by zero");
24849   else if ( m >= (max_integer / 10) )
24850     mp_confusion(mp, "arithmetic: number too big");
24851   q = s / m;
24852   r = s % m;
24853   for (i = 1;i<=dd;i++) {
24854     q = 10*q + (10*r) / m;
24855     r = (10*r) % m;
24856   }
24857   if ( 2*r >= m ) { incr(q); r = r - m; }
24858   mp->scaled_out = sign*(s - (r / mp->ten_pow[dd]));
24859   return (sign*q);
24860 }
24861
24862 @* \[44] Shipping pictures out.
24863 The |ship_out| procedure, to be described below, is given a pointer to
24864 an edge structure. Its mission is to output a file containing the \ps\
24865 description of an edge structure.
24866
24867 @ Each time an edge structure is shipped out we write a new \ps\ output
24868 file named according to the current \&{charcode}.
24869 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24870
24871 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24872 void mp_open_output_file (MP mp) ;
24873
24874 @ @c void mp_open_output_file (MP mp) {
24875   integer c; /* \&{charcode} rounded to the nearest integer */
24876   int old_setting; /* previous |selector| setting */
24877   pool_pointer i; /*  indexes into |filename_template|  */
24878   integer cc; /* a temporary integer for template building  */
24879   integer f,g=0; /* field widths */
24880   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
24881   c=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_char_code]);
24882   if ( mp->filename_template==0 ) {
24883     char *s; /* a file extension derived from |c| */
24884     if ( c<0 ) 
24885       s=xstrdup(".ps");
24886     else 
24887       @<Use |c| to compute the file extension |s|@>;
24888     mp_pack_job_name(mp, s);
24889     xfree(s);
24890     while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->ps_file, mp_filetype_postscript) )
24891       mp_prompt_file_name(mp, "file name for output",s);
24892   } else { /* initializations */
24893     str_number s, n; /* a file extension derived from |c| */
24894     old_setting=mp->selector; 
24895     mp->selector=new_string;
24896     f = 0;
24897     i = mp->str_start[mp->filename_template];
24898     n = rts(""); /* initialize */
24899     while ( i<str_stop(mp->filename_template) ) {
24900        if ( mp->str_pool[i]=='%' ) {
24901       CONTINUE:
24902         incr(i);
24903         if ( i<str_stop(mp->filename_template) ) {
24904           if ( mp->str_pool[i]=='j' ) {
24905             mp_print(mp, mp->job_name);
24906           } else if ( mp->str_pool[i]=='d' ) {
24907              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_day]);
24908              print_with_leading_zeroes(cc);
24909           } else if ( mp->str_pool[i]=='m' ) {
24910              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_month]);
24911              print_with_leading_zeroes(cc);
24912           } else if ( mp->str_pool[i]=='y' ) {
24913              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_year]);
24914              print_with_leading_zeroes(cc);
24915           } else if ( mp->str_pool[i]=='H' ) {
24916              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]) / 60;
24917              print_with_leading_zeroes(cc);
24918           }  else if ( mp->str_pool[i]=='M' ) {
24919              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]) % 60;
24920              print_with_leading_zeroes(cc);
24921           } else if ( mp->str_pool[i]=='c' ) {
24922             if ( c<0 ) mp_print(mp, "ps");
24923             else print_with_leading_zeroes(c);
24924           } else if ( (mp->str_pool[i]>='0') && 
24925                       (mp->str_pool[i]<='9') ) {
24926             if ( (f<10)  )
24927               f = (f*10) + mp->str_pool[i]-'0';
24928             goto CONTINUE;
24929           } else {
24930             mp_print_str(mp, mp->str_pool[i]);
24931           }
24932         }
24933       } else {
24934         if ( mp->str_pool[i]=='.' )
24935           if (length(n)==0)
24936             n = mp_make_string(mp);
24937         mp_print_str(mp, mp->str_pool[i]);
24938       };
24939       incr(i);
24940     };
24941     s = mp_make_string(mp);
24942     mp->selector= old_setting;
24943     if (length(n)==0) {
24944        n=s;
24945        s=rts("");
24946     };
24947     mp_pack_file_name(mp, str(n),"",str(s));
24948     while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->ps_file, mp_filetype_postscript) )
24949       mp_prompt_file_name(mp, "file name for output",str(s));
24950     delete_str_ref(n);
24951     delete_str_ref(s);
24952   }
24953   @<Store the true output file name if appropriate@>;
24954   @<Begin the progress report for the output of picture~|c|@>;
24955 }
24956
24957 @ The file extension created here could be up to five characters long in
24958 extreme cases so it may have to be shortened on some systems.
24959 @^system dependencies@>
24960
24961 @<Use |c| to compute the file extension |s|@>=
24962
24963   s = xmalloc(7,1);
24964   snprintf(s,7,".%i",(int)c);
24965 }
24966
24967 @ The user won't want to see all the output file names so we only save the
24968 first and last ones and a count of how many there were.  For this purpose
24969 files are ordered primarily by \&{charcode} and secondarily by order of
24970 creation.
24971 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24972
24973 @<Store the true output file name if appropriate@>=
24974 if ((c<mp->first_output_code)&&(mp->first_output_code>=0)) {
24975   mp->first_output_code=c;
24976   xfree(mp->first_file_name);
24977   mp->first_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
24978 }
24979 if ( c>=mp->last_output_code ) {
24980   mp->last_output_code=c;
24981   xfree(mp->last_file_name);
24982   mp->last_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
24983 }
24984
24985 @ @<Glob...@>=
24986 char * first_file_name;
24987 char * last_file_name; /* full file names */
24988 integer first_output_code;integer last_output_code; /* rounded \&{charcode} values */
24989 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24990 integer total_shipped; /* total number of |ship_out| operations completed */
24991
24992 @ @<Set init...@>=
24993 mp->first_file_name=xstrdup("");
24994 mp->last_file_name=xstrdup("");
24995 mp->first_output_code=32768;
24996 mp->last_output_code=-32768;
24997 mp->total_shipped=0;
24998
24999 @ @<Dealloc variables@>=
25000 xfree(mp->first_file_name);
25001 xfree(mp->last_file_name);
25002
25003 @ @<Begin the progress report for the output of picture~|c|@>=
25004 if ( (int)mp->term_offset>mp->max_print_line-6 ) mp_print_ln(mp);
25005 else if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_char(mp, ' ');
25006 mp_print_char(mp, '[');
25007 if ( c>=0 ) mp_print_int(mp, c)
25008
25009 @ @<End progress report@>=
25010 mp_print_char(mp, ']');
25011 update_terminal;
25012 incr(mp->total_shipped)
25013
25014 @ @<Explain what output files were written@>=
25015 if ( mp->total_shipped>0 ) { 
25016   mp_print_nl(mp, "");
25017   mp_print_int(mp, mp->total_shipped);
25018   mp_print(mp, " output file");
25019   if ( mp->total_shipped>1 ) mp_print_char(mp, 's');
25020   mp_print(mp, " written: ");
25021   mp_print(mp, mp->first_file_name);
25022   if ( mp->total_shipped>1 ) {
25023     if ( 31+strlen(mp->first_file_name)+
25024          strlen(mp->last_file_name)> (unsigned)mp->max_print_line) 
25025       mp_print_ln(mp);
25026     mp_print(mp, " .. ");
25027     mp_print(mp, mp->last_file_name);
25028   }
25029 }
25030
25031 @ A text node may specify an arbitrary transformation but the usual case
25032 involves only shifting, scaling, and occasionally rotation.  The purpose
25033 of |choose_scale| is to select a scale factor so that the remaining
25034 transformation is as ``nice'' as possible.  The definition of ``nice''
25035 is somewhat arbitrary but shifting and $90^\circ$ rotation are especially
25036 nice because they work out well for bitmap fonts.  The code here selects
25037 a scale factor equal to $1/\sqrt2$ times the Frobenius norm of the
25038 non-shifting part of the transformation matrix.  It is careful to avoid
25039 additions that might cause undetected overflow.
25040
25041 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25042 scaled mp_choose_scale (MP mp,pointer p) ;
25043
25044 @ @c scaled mp_choose_scale (MP mp,pointer p) {
25045   /* |p| should point to a text node */
25046   scaled a,b,c,d,ad,bc; /* temporary values */
25047   a=txx_val(p);
25048   b=txy_val(p);
25049   c=tyx_val(p);
25050   d=tyy_val(p);
25051   if ( (a<0) ) negate(a);
25052   if ( (b<0) ) negate(b);
25053   if ( (c<0) ) negate(c);
25054   if ( (d<0) ) negate(d);
25055   ad=half(a-d);
25056   bc=half(b-c);
25057   return mp_pyth_add(mp, mp_pyth_add(mp, d+ad,ad), mp_pyth_add(mp, c+bc,bc));
25058 }
25059
25060 @ There may be many sizes of one font and we need to keep track of the
25061 characters used for each size.  This is done by keeping a linked list of
25062 sizes for each font with a counter in each text node giving the appropriate
25063 position in the size list for its font.
25064
25065 @d sc_factor(A) mp->mem[(A)+1].sc /* the scale factor stored in a font size node */
25066 @d font_size_size 2 /* size of a font size node */
25067
25068 @ @<Internal library declarations@>=
25069 boolean mp_has_font_size(MP mp, font_number f );
25070
25071 @ @c 
25072 boolean mp_has_font_size(MP mp, font_number f ) {
25073   return (mp->font_sizes[f]!=null);
25074 }
25075
25076
25077 @ The potential overflow here is caused by the fact the returned value
25078 has to fit in a |name_type|, which is a quarterword. 
25079
25080 @d fscale_tolerance 65 /* that's $.001\times2^{16}$ */
25081
25082 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25083 quarterword mp_size_index (MP mp, font_number f, scaled s) {
25084   pointer p,q; /* the previous and current font size nodes */
25085   quarterword i; /* the size index for |q| */
25086   q=mp->font_sizes[f];
25087   i=0;
25088   while ( q!=null ) {
25089     if ( abs(s-sc_factor(q))<=fscale_tolerance ) 
25090       return i;
25091     else 
25092       { p=q; q=link(q); incr(i); };
25093     if ( i==max_quarterword )
25094       mp_overflow(mp, "sizes per font",max_quarterword);
25095 @:MetaPost capacity exceeded sizes per font}{\quad sizes per font@>
25096   }
25097   q=mp_get_node(mp, font_size_size);
25098   sc_factor(q)=s;
25099   if ( i==0 ) mp->font_sizes[f]=q;  else link(p)=q;
25100   return i;
25101 }
25102
25103 @ @<Internal library ...@>=
25104 scaled mp_indexed_size (MP mp,font_number f, quarterword j);
25105
25106 @ @c
25107 scaled mp_indexed_size (MP mp,font_number f, quarterword j) {
25108   pointer p; /* a font size node */
25109   quarterword i; /* the size index for |p| */
25110   p=mp->font_sizes[f];
25111   i=0;
25112   if ( p==null ) mp_confusion(mp, "size");
25113   while ( (i!=j) ) { 
25114     incr(i); p=link(p);
25115     if ( p==null ) mp_confusion(mp, "size");
25116   }
25117   return sc_factor(p);
25118 }
25119
25120 @ @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25121 void mp_clear_sizes (MP mp) ;
25122
25123 @ @c void mp_clear_sizes (MP mp) {
25124   font_number f;  /* the font whose size list is being cleared */
25125   pointer p;  /* current font size nodes */
25126   for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25127     while ( mp->font_sizes[f]!=null ) {
25128       p=mp->font_sizes[f];
25129       mp->font_sizes[f]=link(p);
25130       mp_free_node(mp, p,font_size_size);
25131     }
25132   }
25133 }
25134
25135 @ The \&{special} command saves up lines of text to be printed during the next
25136 |ship_out| operation.  The saved items are stored as a list of capsule tokens.
25137
25138 @<Glob...@>=
25139 pointer last_pending; /* the last token in a list of pending specials */
25140
25141 @ @<Set init...@>=
25142 mp->last_pending=spec_head;
25143
25144 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
25145 case special_command: 
25146   if ( mp->cur_mod==0 ) mp_do_special(mp); else 
25147   if ( mp->cur_mod==1 ) mp_do_mapfile(mp); else 
25148   mp_do_mapline(mp);
25149   break;
25150
25151 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
25152 void mp_do_special (MP mp) ;
25153
25154 @ @c void mp_do_special (MP mp) { 
25155   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
25156   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
25157     @<Complain about improper special operation@>;
25158   } else { 
25159     link(mp->last_pending)=mp_stash_cur_exp(mp);
25160     mp->last_pending=link(mp->last_pending);
25161     link(mp->last_pending)=null;
25162   }
25163 }
25164
25165 @ @<Complain about improper special operation@>=
25166
25167   exp_err("Unsuitable expression");
25168   help1("Only known strings are allowed for output as specials.");
25169   mp_put_get_error(mp);
25170 }
25171
25172 @ @<Print any pending specials@>=
25173 t=link(spec_head);
25174 while ( t!=null ) {
25175   mp_print_str(mp, value(t));
25176   mp_print_ln(mp);
25177   t=link(t);
25178 }
25179 mp_flush_token_list(mp, link(spec_head));
25180 link(spec_head)=null;
25181 mp->last_pending=spec_head
25182
25183 @ We are now ready for the main output procedure.  Note that the |selector|
25184 setting is saved in a global variable so that |begin_diagnostic| can access it.
25185
25186 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25187 void mp_ship_out (MP mp, pointer h) ;
25188
25189
25190 @d gr_type(A)         (A)->_type_field
25191 @d gr_link(A)         (A)->_link_field
25192 @d gr_name_type(A)    (A)->name_type_field
25193 @d gr_path_p(A)       (A)->path_p_field 
25194 @d gr_htap_p(A)       (A)->htap_p_field 
25195 @d gr_pen_p(A)        (A)->pen_p_field 
25196 @d gr_ljoin_val(A)    (A)->ljoin_field
25197 @d gr_lcap_val(A)     (A)->lcap_field
25198 @d gr_dash_scale(A)   (A)->dash_scale_field
25199 @d gr_miterlim_val(A) (A)->miterlim_field
25200 @d gr_pre_script(A)   (A)->pre_script_field
25201 @d gr_post_script(A)  (A)->post_script_field
25202 @d gr_dash_p(A)       (A)->dash_p_field
25203 @d gr_text_p(A)       (A)->text_p_field 
25204 @d gr_font_n(A)       (A)->font_n_field 
25205 @d gr_width_val(A)    (A)->width_field
25206 @d gr_height_val(A)   (A)->height_field
25207 @d gr_depth_val(A)    (A)->depth_field
25208 @d gr_tx_val(A)       (A)->tx_field
25209 @d gr_ty_val(A)       (A)->ty_field
25210 @d gr_txx_val(A)      (A)->txx_field
25211 @d gr_txy_val(A)      (A)->txy_field
25212 @d gr_tyx_val(A)      (A)->tyx_field
25213 @d gr_tyy_val(A)      (A)->tyy_field
25214
25215 @c
25216 void mp_ship_out (MP mp, pointer h) { /* output edge structure |h| */
25217   pointer p; /* the current graphical object */
25218   integer t; /* a temporary value */
25219   font_number f; /* fonts used in a text node or as loop counters */
25220   mp_open_output_file(mp);
25221   mp->non_ps_setting=mp->selector;
25222   mp->selector=ps_file_only;
25223   mp_set_bbox(mp, h, true);
25224   mp_print_initial_comment(mp, minx_val(h),miny_val(h),maxx_val(h),maxy_val(h));
25225   if ( (mp->internal[mp_prologues]==two)||(mp->internal[mp_prologues]==three) ) {
25226     @<Scan all the text nodes and mark the used characters@>;
25227     @<Update encoding names@>;
25228     mp_print_improved_prologue(mp, h);
25229   } else {
25230     @<Scan all the text nodes and set the |font_sizes| lists;
25231      if |internal[mp_prologues]<=0| list the sizes selected by |choose_scale|,
25232      apply |unmark_font| to each font encountered, and call |mark_string|
25233      whenever the size index is zero@>;
25234     mp_print_prologue(mp, h);
25235   }
25236   @<Print any pending specials@>;
25237   {
25238     struct mp_edge_object *hh; /* the first graphical object */
25239     struct mp_graphic_object *hp; /* the current graphical object */
25240     struct mp_graphic_object *hq; /* something |hp| points to  */
25241     hh = mp_xmalloc(mp,1,sizeof(struct mp_edge_object));
25242         hh->body = NULL;
25243         p=link(dummy_loc(h));
25244     while ( p!=null ) { 
25245           hq = mp_new_graphic_object(mp,type(p));
25246       switch (type(p)) {
25247       case mp_fill_code:
25248             gr_pen_p(hq)        = mp_export_knot_list(mp,pen_p(p));
25249         if ((pen_p(p)==null) || pen_is_elliptical(pen_p(p)))  {
25250                   gr_path_p(hq)       = mp_export_knot_list(mp,path_p(p));
25251         } else {
25252               pointer pc, pp;
25253               pc = mp_copy_path(mp, path_p(p));
25254           pp = mp_make_envelope(mp, pc, pen_p(p),ljoin_val(p),0,miterlim_val(p));
25255           gr_path_p(hq)       = mp_export_knot_list(mp,pp);
25256           mp_toss_knot_list(mp, pp);
25257               pc = mp_htap_ypoc(mp, path_p(p));
25258           pp = mp_make_envelope(mp, pc, pen_p(p),ljoin_val(p),0,miterlim_val(p));
25259           gr_htap_p(hq)       = mp_export_knot_list(mp,pp);
25260           mp_toss_knot_list(mp, pp);
25261         }
25262         @<Export object color@>;
25263         @<Export object scripts@>;
25264         gr_ljoin_val(hq)    = ljoin_val(p);
25265         gr_miterlim_val(hq) = miterlim_val(p);
25266             break;
25267       case mp_stroked_code:
25268             gr_pen_p(hq)        = mp_export_knot_list(mp,pen_p(p));
25269         if (pen_is_elliptical(pen_p(p)))  {
25270               gr_path_p(hq)       = mp_export_knot_list(mp,path_p(p));
25271         } else {
25272               pointer pc;
25273           pc=mp_copy_path(mp, path_p(p));
25274           t=lcap_val(p);
25275           if ( left_type(pc)!=mp_endpoint ) { 
25276             left_type(mp_insert_knot(mp, pc,x_coord(pc),y_coord(pc)))=mp_endpoint;
25277             right_type(pc)=mp_endpoint;
25278             pc=link(pc);
25279             t=1;
25280           }
25281           pc=mp_make_envelope(mp,pc,pen_p(p),ljoin_val(p),t,miterlim_val(p));
25282           gr_path_p(hq)       = mp_export_knot_list(mp,pc);
25283           mp_toss_knot_list(mp, pc);
25284         }
25285         @<Export object color@>;
25286         @<Export object scripts@>;
25287         gr_ljoin_val(hq)    = ljoin_val(p);
25288         gr_miterlim_val(hq) = miterlim_val(p);
25289         gr_lcap_val(hq)     = lcap_val(p);
25290         gr_dash_scale(hq)   = dash_scale(p);
25291         gr_dash_p(hq)       = mp_export_dashes(mp,dash_p(p));
25292             break;
25293       case mp_text_code:
25294             gr_text_p(hq)       = str(text_p(p));
25295             gr_font_n(hq)       = font_n(p);
25296         @<Export object color@>;
25297         @<Export object scripts@>;
25298         gr_width_val(hq)    = width_val(p);
25299         gr_height_val(hq)   = height_val(p);
25300         gr_depth_val(hq)    = depth_val(p);
25301         gr_tx_val(hq)       = tx_val(p);
25302         gr_ty_val(hq)       = ty_val(p);
25303         gr_txx_val(hq)      = txx_val(p);
25304         gr_txy_val(hq)      = txy_val(p);
25305         gr_tyx_val(hq)      = tyx_val(p);
25306         gr_tyy_val(hq)      = tyy_val(p);
25307             break;
25308       case mp_start_clip_code: 
25309       case mp_start_bounds_code:
25310             gr_path_p(hq) = mp_export_knot_list(mp,path_p(p));
25311             break;
25312       case mp_stop_clip_code: 
25313       case mp_stop_bounds_code:
25314         /* nothing to do here */
25315             break;
25316       } 
25317       if (hh->body==NULL) { 
25318          hh->body=hq; hp = hq; 
25319       } else {
25320         gr_link(hp) = hq;
25321         hp = gr_link(hp);
25322       }
25323       p=link(p);
25324     }
25325     mp_gr_ship_out (mp, hh->body);
25326     mp_xfree(hh);
25327   }
25328   fclose(mp->ps_file);
25329   mp->selector=mp->non_ps_setting;
25330   if ( mp->internal[mp_prologues]<=0 ) mp_clear_sizes(mp);
25331   @<End progress report@>;
25332   if ( mp->internal[mp_tracing_output]>0 ) 
25333    mp_print_edges(mp, h," (just shipped out)",true);
25334 }
25335
25336
25337 @d gr_color_model(A)  (A)->color_model_field
25338 @d gr_red_val(A)      (A)->color_field.rgb._red_val
25339 @d gr_green_val(A)    (A)->color_field.rgb._green_val
25340 @d gr_blue_val(A)     (A)->color_field.rgb._blue_val
25341 @d gr_cyan_val(A)     (A)->color_field.cmyk._cyan_val
25342 @d gr_magenta_val(A)  (A)->color_field.cmyk._magenta_val
25343 @d gr_yellow_val(A)   (A)->color_field.cmyk._yellow_val
25344 @d gr_black_val(A)    (A)->color_field.cmyk._black_val
25345 @d gr_grey_val(A)     (A)->color_field.grey._grey_val
25346
25347 @<Export object color@>=
25348 gr_color_model(hq)  = color_model(p);
25349 gr_cyan_val(hq)     = cyan_val(p);
25350 gr_magenta_val(hq)  = magenta_val(p);
25351 gr_yellow_val(hq)   = yellow_val(p);
25352 gr_black_val(hq)    = black_val(p);
25353 gr_red_val(hq)      = red_val(p);
25354 gr_green_val(hq)    = green_val(p);
25355 gr_blue_val(hq)     = blue_val(p);
25356 gr_grey_val(hq)     = grey_val(p)
25357
25358
25359 @ @<Export object scripts@>=
25360 if (pre_script(p)!=null)
25361   gr_pre_script(hq)   = str(pre_script(p));
25362 if (post_script(p)!=null)
25363   gr_post_script(hq)  = str(post_script(p));
25364
25365 @ @<Internal library declarations@>=
25366 void mp_apply_mark_string_chars(MP mp, pointer h, int next_size);
25367
25368 @ @c
25369 void mp_apply_mark_string_chars(MP mp, pointer h, int next_size) {
25370   pointer p;
25371   p=link(dummy_loc(h));
25372   while ( p!=null ) {
25373     if ( type(p)==mp_text_code )
25374       if ( font_n(p)!=null_font )
25375         if ( name_type(p)==next_size )
25376           mp_mark_string_chars(mp, font_n(p),text_p(p));
25377     p=link(p);
25378   }
25379 }
25380
25381 @ @<Scan all the text nodes and mark the used ...@>=
25382 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25383   if ( mp->font_sizes[f]!=null ) {
25384     mp_unmark_font(mp, f);
25385     mp->font_sizes[f]=null;
25386   }
25387 }
25388 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25389   p=link(dummy_loc(h));
25390   while ( p!=null ) {
25391     if ( type(p)==mp_text_code ) {
25392       if ( font_n(p)!=null_font ) {
25393         mp->font_sizes[font_n(p)] = mp_void;
25394         mp_mark_string_chars(mp, font_n(p),text_p(p));
25395         if ( mp_has_fm_entry(mp,font_n(p),NULL) )
25396           mp->font_ps_name[font_n(p)] = mp_fm_font_name(mp,font_n(p));
25397       }
25398     }
25399     p=link(p);
25400   }
25401 }
25402
25403 @ @<Update encoding names@>=
25404 mp_reload_encodings(mp);
25405 p=link(dummy_loc(h));
25406 while ( p!=null ) {
25407   if ( type(p)==mp_text_code )
25408     if ( font_n(p)!=null_font )
25409       if ( mp_has_fm_entry(mp,font_n(p),NULL) )
25410         if ( mp->font_enc_name[font_n(p)]==NULL )
25411           mp->font_enc_name[font_n(p)] = mp_fm_encoding_name(mp,font_n(p));
25412   p=link(p);
25413 }
25414
25415
25416 @ @<Scan all the text nodes and set the |font_sizes| lists;...@>=
25417 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) 
25418   mp->font_sizes[f]=null;
25419 p=link(dummy_loc(h));
25420 while ( p!=null ) {
25421   if ( type(p)==mp_text_code ) {
25422     if ( font_n(p)!=null_font ) {
25423       f=font_n(p);
25424       if ( mp->internal[mp_prologues]>0 ) {
25425         mp->font_sizes[f]=mp_void;
25426       } else { 
25427         if ( mp->font_sizes[f]==null )
25428           mp_unmark_font(mp, f);
25429         name_type(p)=mp_size_index(mp, f,mp_choose_scale(mp, p));
25430         if ( name_type(p)==0 )
25431           mp_mark_string_chars(mp, f,text_p(p));
25432       }
25433     }
25434   }
25435   p=link(p);
25436 }
25437
25438 @ Now that we've finished |ship_out|, let's look at the other commands
25439 by which a user can send things to the \.{GF} file.
25440
25441 @ @<Determine if a character has been shipped out@>=
25442
25443   mp->cur_exp=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp) % 256;
25444   if ( mp->cur_exp<0 ) mp->cur_exp=mp->cur_exp+256;
25445   boolean_reset(mp->char_exists[mp->cur_exp]);
25446   mp->cur_type=mp_boolean_type;
25447 }
25448
25449 @ @<Glob...@>=
25450 psout_data ps;
25451
25452 @ @<Allocate or initialize ...@>=
25453 mp_backend_initialize(mp);
25454
25455 @ @<Dealloc...@>=
25456 mp_backend_free(mp);
25457
25458
25459 @* \[45] Dumping and undumping the tables.
25460 After \.{INIMP} has seen a collection of macros, it
25461 can write all the necessary information on an auxiliary file so
25462 that production versions of \MP\ are able to initialize their
25463 memory at high speed. The present section of the program takes
25464 care of such output and input. We shall consider simultaneously
25465 the processes of storing and restoring,
25466 so that the inverse relation between them is clear.
25467 @.INIMP@>
25468
25469 The global variable |mem_ident| is a string that is printed right
25470 after the |banner| line when \MP\ is ready to start. For \.{INIMP} this
25471 string says simply `\.{(INIMP)}'; for other versions of \MP\ it says,
25472 for example, `\.{(mem=plain 90.4.14)}', showing the year,
25473 month, and day that the mem file was created. We have |mem_ident=0|
25474 before \MP's tables are loaded.
25475
25476 @<Glob...@>=
25477 char * mem_ident;
25478
25479 @ @<Set init...@>=
25480 mp->mem_ident=NULL;
25481
25482 @ @<Initialize table entries...@>=
25483 mp->mem_ident=xstrdup(" (INIMP)");
25484
25485 @ @<Declare act...@>=
25486 void mp_store_mem_file (MP mp) ;
25487
25488 @ @c void mp_store_mem_file (MP mp) {
25489   integer k;  /* all-purpose index */
25490   pointer p,q; /* all-purpose pointers */
25491   integer x; /* something to dump */
25492   four_quarters w; /* four ASCII codes */
25493   memory_word WW;
25494   @<Create the |mem_ident|, open the mem file,
25495     and inform the user that dumping has begun@>;
25496   @<Dump constants for consistency check@>;
25497   @<Dump the string pool@>;
25498   @<Dump the dynamic memory@>;
25499   @<Dump the table of equivalents and the hash table@>;
25500   @<Dump a few more things and the closing check word@>;
25501   @<Close the mem file@>;
25502 }
25503
25504 @ Corresponding to the procedure that dumps a mem file, we also have a function
25505 that reads~one~in. The function returns |false| if the dumped mem is
25506 incompatible with the present \MP\ table sizes, etc.
25507
25508 @d off_base 6666 /* go here if the mem file is unacceptable */
25509 @d too_small(A) { wake_up_terminal;
25510   wterm_ln("---! Must increase the "); wterm((A));
25511 @.Must increase the x@>
25512   goto OFF_BASE;
25513   }
25514
25515 @c 
25516 boolean mp_load_mem_file (MP mp) {
25517   integer k; /* all-purpose index */
25518   pointer p,q; /* all-purpose pointers */
25519   integer x; /* something undumped */
25520   str_number s; /* some temporary string */
25521   four_quarters w; /* four ASCII codes */
25522   memory_word WW;
25523   @<Undump constants for consistency check@>;
25524   @<Undump the string pool@>;
25525   @<Undump the dynamic memory@>;
25526   @<Undump the table of equivalents and the hash table@>;
25527   @<Undump a few more things and the closing check word@>;
25528   return true; /* it worked! */
25529 OFF_BASE: 
25530   wake_up_terminal;
25531   wterm_ln("(Fatal mem file error; I'm stymied)\n");
25532 @.Fatal mem file error@>
25533    return false;
25534 }
25535
25536 @ @<Declarations@>=
25537 boolean mp_load_mem_file (MP mp) ;
25538
25539 @ Mem files consist of |memory_word| items, and we use the following
25540 macros to dump words of different types:
25541
25542 @d dump_wd(A)   { WW=(A);       fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
25543 @d dump_int(A)  { int cint=(A); fwrite(&cint,sizeof(cint),1,mp->mem_file); }
25544 @d dump_hh(A)   { WW.hh=(A);    fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
25545 @d dump_qqqq(A) { WW.qqqq=(A);  fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
25546 @d dump_string(A) { dump_int(strlen(A)+1);
25547                     fwrite(A,strlen(A)+1,1,mp->mem_file); }
25548
25549 @<Glob...@>=
25550 FILE * mem_file; /* for input or output of mem information */
25551
25552 @ The inverse macros are slightly more complicated, since we need to check
25553 the range of the values we are reading in. We say `|undump(a)(b)(x)|' to
25554 read an integer value |x| that is supposed to be in the range |a<=x<=b|.
25555
25556 @d undump_wd(A)   { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); A=WW; }
25557 @d undump_int(A)  { int cint; fread(&cint,sizeof(cint),1,mp->mem_file); A=cint; }
25558 @d undump_hh(A)   { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); A=WW.hh; }
25559 @d undump_qqqq(A) { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); A=WW.qqqq; }
25560 @d undump_strings(A,B,C) { 
25561    undump_int(x); if ( (x<(A)) || (x>(B)) ) goto OFF_BASE; else C=str(x); }
25562 @d undump(A,B,C) { undump_int(x); if ( (x<(A)) || (x>(int)(B)) ) goto OFF_BASE; else C=x; }
25563 @d undump_size(A,B,C,D) { undump_int(x);
25564                           if (x<(A)) goto OFF_BASE; 
25565                           if (x>(B)) { too_small((C)); } else { D=x;} }
25566 @d undump_string(A) { integer XX=0; undump_int(XX);
25567                       A = xmalloc(XX,sizeof(char));
25568                       fread(A,XX,1,mp->mem_file); }
25569
25570 @ The next few sections of the program should make it clear how we use the
25571 dump/undump macros.
25572
25573 @<Dump constants for consistency check@>=
25574 dump_int(mp->mem_top);
25575 dump_int(mp->hash_size);
25576 dump_int(mp->hash_prime)
25577 dump_int(mp->param_size);
25578 dump_int(mp->max_in_open);
25579
25580 @ Sections of a \.{WEB} program that are ``commented out'' still contribute
25581 strings to the string pool; therefore \.{INIMP} and \MP\ will have
25582 the same strings. (And it is, of course, a good thing that they do.)
25583 @.WEB@>
25584 @^string pool@>
25585
25586 @<Undump constants for consistency check@>=
25587 undump_int(x); mp->mem_top = x;
25588 undump_int(x); if (mp->hash_size != x) goto OFF_BASE;
25589 undump_int(x); if (mp->hash_prime != x) goto OFF_BASE;
25590 undump_int(x); if (mp->param_size != x) goto OFF_BASE;
25591 undump_int(x); if (mp->max_in_open != x) goto OFF_BASE
25592
25593 @ We do string pool compaction to avoid dumping unused strings.
25594
25595 @d dump_four_ASCII 
25596   w.b0=qi(mp->str_pool[k]); w.b1=qi(mp->str_pool[k+1]);
25597   w.b2=qi(mp->str_pool[k+2]); w.b3=qi(mp->str_pool[k+3]);
25598   dump_qqqq(w)
25599
25600 @<Dump the string pool@>=
25601 mp_do_compaction(mp, mp->pool_size);
25602 dump_int(mp->pool_ptr);
25603 dump_int(mp->max_str_ptr);
25604 dump_int(mp->str_ptr);
25605 k=0;
25606 while ( (mp->next_str[k]==k+1) && (k<=mp->max_str_ptr) ) 
25607   incr(k);
25608 dump_int(k);
25609 while ( k<=mp->max_str_ptr ) { 
25610   dump_int(mp->next_str[k]); incr(k);
25611 }
25612 k=0;
25613 while (1)  { 
25614   dump_int(mp->str_start[k]); /* TODO: valgrind warning here */
25615   if ( k==mp->str_ptr ) {
25616     break;
25617   } else { 
25618     k=mp->next_str[k]; 
25619   }
25620 };
25621 k=0;
25622 while (k+4<mp->pool_ptr ) { 
25623   dump_four_ASCII; k=k+4; 
25624 }
25625 k=mp->pool_ptr-4; dump_four_ASCII;
25626 mp_print_ln(mp); mp_print(mp, "at most "); mp_print_int(mp, mp->max_str_ptr);
25627 mp_print(mp, " strings of total length ");
25628 mp_print_int(mp, mp->pool_ptr)
25629
25630 @ @d undump_four_ASCII 
25631   undump_qqqq(w);
25632   mp->str_pool[k]=qo(w.b0); mp->str_pool[k+1]=qo(w.b1);
25633   mp->str_pool[k+2]=qo(w.b2); mp->str_pool[k+3]=qo(w.b3)
25634
25635 @<Undump the string pool@>=
25636 undump_int(mp->pool_ptr);
25637 mp_reallocate_pool(mp, mp->pool_ptr) ;
25638 undump_int(mp->max_str_ptr);
25639 mp_reallocate_strings (mp,mp->max_str_ptr) ;
25640 undump(0,mp->max_str_ptr,mp->str_ptr);
25641 undump(0,mp->max_str_ptr+1,s);
25642 for (k=0;k<=s-1;k++) 
25643   mp->next_str[k]=k+1;
25644 for (k=s;k<=mp->max_str_ptr;k++) 
25645   undump(s+1,mp->max_str_ptr+1,mp->next_str[k]);
25646 mp->fixed_str_use=0;
25647 k=0;
25648 while (1) { 
25649   undump(0,mp->pool_ptr,mp->str_start[k]);
25650   if ( k==mp->str_ptr ) break;
25651   mp->str_ref[k]=max_str_ref;
25652   incr(mp->fixed_str_use);
25653   mp->last_fixed_str=k; k=mp->next_str[k];
25654 }
25655 k=0;
25656 while ( k+4<mp->pool_ptr ) { 
25657   undump_four_ASCII; k=k+4;
25658 }
25659 k=mp->pool_ptr-4; undump_four_ASCII;
25660 mp->init_str_use=mp->fixed_str_use; mp->init_pool_ptr=mp->pool_ptr;
25661 mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr;
25662 mp->strs_used_up=mp->fixed_str_use;
25663 mp->pool_in_use=mp->str_start[mp->str_ptr]; mp->strs_in_use=mp->fixed_str_use;
25664 mp->max_pl_used=mp->pool_in_use; mp->max_strs_used=mp->strs_in_use;
25665 mp->pact_count=0; mp->pact_chars=0; mp->pact_strs=0;
25666
25667 @ By sorting the list of available spaces in the variable-size portion of
25668 |mem|, we are usually able to get by without having to dump very much
25669 of the dynamic memory.
25670
25671 We recompute |var_used| and |dyn_used|, so that \.{INIMP} dumps valid
25672 information even when it has not been gathering statistics.
25673
25674 @<Dump the dynamic memory@>=
25675 mp_sort_avail(mp); mp->var_used=0;
25676 dump_int(mp->lo_mem_max); dump_int(mp->rover);
25677 p=0; q=mp->rover; x=0;
25678 do {  
25679   for (k=p;k<= q+1;k++) 
25680     dump_wd(mp->mem[k]);
25681   x=x+q+2-p; mp->var_used=mp->var_used+q-p;
25682   p=q+node_size(q); q=rlink(q);
25683 } while (q!=mp->rover);
25684 mp->var_used=mp->var_used+mp->lo_mem_max-p; 
25685 mp->dyn_used=mp->mem_end+1-mp->hi_mem_min;
25686 for (k=p;k<= mp->lo_mem_max;k++ ) 
25687   dump_wd(mp->mem[k]);
25688 x=x+mp->lo_mem_max+1-p;
25689 dump_int(mp->hi_mem_min); dump_int(mp->avail);
25690 for (k=mp->hi_mem_min;k<=mp->mem_end;k++ ) 
25691   dump_wd(mp->mem[k]);
25692 x=x+mp->mem_end+1-mp->hi_mem_min;
25693 p=mp->avail;
25694 while ( p!=null ) { 
25695   decr(mp->dyn_used); p=link(p);
25696 }
25697 dump_int(mp->var_used); dump_int(mp->dyn_used);
25698 mp_print_ln(mp); mp_print_int(mp, x);
25699 mp_print(mp, " memory locations dumped; current usage is ");
25700 mp_print_int(mp, mp->var_used); mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->dyn_used)
25701
25702 @ @<Undump the dynamic memory@>=
25703 undump(lo_mem_stat_max+1000,hi_mem_stat_min-1,mp->lo_mem_max);
25704 undump(lo_mem_stat_max+1,mp->lo_mem_max,mp->rover);
25705 p=0; q=mp->rover;
25706 do {  
25707   for (k=p;k<= q+1; k++) 
25708     undump_wd(mp->mem[k]);
25709   p=q+node_size(q);
25710   if ( (p>mp->lo_mem_max)||((q>=rlink(q))&&(rlink(q)!=mp->rover)) ) 
25711     goto OFF_BASE;
25712   q=rlink(q);
25713 } while (q!=mp->rover);
25714 for (k=p;k<=mp->lo_mem_max;k++ ) 
25715   undump_wd(mp->mem[k]);
25716 undump(mp->lo_mem_max+1,hi_mem_stat_min,mp->hi_mem_min);
25717 undump(null,mp->mem_top,mp->avail); mp->mem_end=mp->mem_top;
25718 for (k=mp->hi_mem_min;k<= mp->mem_end;k++) 
25719   undump_wd(mp->mem[k]);
25720 undump_int(mp->var_used); undump_int(mp->dyn_used)
25721
25722 @ A different scheme is used to compress the hash table, since its lower region
25723 is usually sparse. When |text(p)<>0| for |p<=hash_used|, we output three
25724 words: |p|, |hash[p]|, and |eqtb[p]|. The hash table is, of course, densely
25725 packed for |p>=hash_used|, so the remaining entries are output in~a~block.
25726
25727 @<Dump the table of equivalents and the hash table@>=
25728 dump_int(mp->hash_used); 
25729 mp->st_count=frozen_inaccessible-1-mp->hash_used;
25730 for (p=1;p<=mp->hash_used;p++) {
25731   if ( text(p)!=0 ) {
25732      dump_int(p); dump_hh(mp->hash[p]); dump_hh(mp->eqtb[p]); incr(mp->st_count);
25733   }
25734 }
25735 for (p=mp->hash_used+1;p<=(int)hash_end;p++) {
25736   dump_hh(mp->hash[p]); dump_hh(mp->eqtb[p]);
25737 }
25738 dump_int(mp->st_count);
25739 mp_print_ln(mp); mp_print_int(mp, mp->st_count); mp_print(mp, " symbolic tokens")
25740
25741 @ @<Undump the table of equivalents and the hash table@>=
25742 undump(1,frozen_inaccessible,mp->hash_used); 
25743 p=0;
25744 do {  
25745   undump(p+1,mp->hash_used,p); 
25746   undump_hh(mp->hash[p]); undump_hh(mp->eqtb[p]);
25747 } while (p!=mp->hash_used);
25748 for (p=mp->hash_used+1;p<=(int)hash_end;p++ )  { 
25749   undump_hh(mp->hash[p]); undump_hh(mp->eqtb[p]);
25750 }
25751 undump_int(mp->st_count)
25752
25753 @ We have already printed a lot of statistics, so we set |mp_tracing_stats:=0|
25754 to prevent them appearing again.
25755
25756 @<Dump a few more things and the closing check word@>=
25757 dump_int(mp->max_internal);
25758 dump_int(mp->int_ptr);
25759 for (k=1;k<= mp->int_ptr;k++ ) { 
25760   dump_int(mp->internal[k]); 
25761   dump_string(mp->int_name[k]);
25762 }
25763 dump_int(mp->start_sym); 
25764 dump_int(mp->interaction); 
25765 dump_string(mp->mem_ident);
25766 dump_int(mp->bg_loc); dump_int(mp->eg_loc); dump_int(mp->serial_no); dump_int(69073);
25767 mp->internal[mp_tracing_stats]=0
25768
25769 @ @<Undump a few more things and the closing check word@>=
25770 undump_int(x);
25771 if (x>mp->max_internal) mp_grow_internals(mp,x);
25772 undump_int(mp->int_ptr);
25773 for (k=1;k<= mp->int_ptr;k++) { 
25774   undump_int(mp->internal[k]);
25775   undump_string(mp->int_name[k]);
25776 }
25777 undump(0,frozen_inaccessible,mp->start_sym);
25778 if (mp->interaction==mp_unspecified_mode) {
25779   undump(mp_unspecified_mode,mp_error_stop_mode,mp->interaction);
25780 } else {
25781   undump(mp_unspecified_mode,mp_error_stop_mode,x);
25782 }
25783 undump_string(mp->mem_ident);
25784 undump(1,hash_end,mp->bg_loc);
25785 undump(1,hash_end,mp->eg_loc);
25786 undump_int(mp->serial_no);
25787 undump_int(x); 
25788 if ( (x!=69073)|| feof(mp->mem_file) ) goto OFF_BASE
25789
25790 @ @<Create the |mem_ident|...@>=
25791
25792   xfree(mp->mem_ident);
25793   mp->mem_ident = xmalloc(256,1);
25794   snprintf(mp->mem_ident,256," (mem=%s %i.%i.%i)", 
25795            mp->job_name,
25796            (int)(mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_year]) % 100),
25797            (int)mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_month]),
25798            (int)mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_day]));
25799   mp_pack_job_name(mp, mem_extension);
25800   while (! mp_w_open_out(mp, &mp->mem_file) )
25801     mp_prompt_file_name(mp, "mem file name", mem_extension);
25802   mp_print_nl(mp, "Beginning to dump on file ");
25803 @.Beginning to dump...@>
25804   mp_print(mp, mp->name_of_file); 
25805   mp_print_nl(mp, mp->mem_ident);
25806 }
25807
25808 @ @<Dealloc variables@>=
25809 xfree(mp->mem_ident);
25810
25811 @ @<Close the mem file@>=
25812 fclose(mp->mem_file)
25813
25814 @* \[46] The main program.
25815 This is it: the part of \MP\ that executes all those procedures we have
25816 written.
25817
25818 Well---almost. We haven't put the parsing subroutines into the
25819 program yet; and we'd better leave space for a few more routines that may
25820 have been forgotten.
25821
25822 @c @<Declare the basic parsing subroutines@>;
25823 @<Declare miscellaneous procedures that were declared |forward|@>;
25824 @<Last-minute procedures@>
25825
25826 @ We've noted that there are two versions of \MP. One, called \.{INIMP},
25827 @.INIMP@>
25828 has to be run first; it initializes everything from scratch, without
25829 reading a mem file, and it has the capability of dumping a mem file.
25830 The other one is called `\.{VIRMP}'; it is a ``virgin'' program that needs
25831 @.VIRMP@>
25832 to input a mem file in order to get started. \.{VIRMP} typically has
25833 a bit more memory capacity than \.{INIMP}, because it does not need the
25834 space consumed by the dumping/undumping routines and the numerous calls on
25835 |primitive|, etc.
25836
25837 The \.{VIRMP} program cannot read a mem file instantaneously, of course;
25838 the best implementations therefore allow for production versions of \MP\ that
25839 not only avoid the loading routine for \PASCAL\ object code, they also have
25840 a mem file pre-loaded. 
25841
25842 @<Glob...@>=
25843 boolean ini_version; /* are we iniMP? */
25844
25845 @ @<Option variables@>=
25846 int ini_version; /* are we iniMP? */
25847
25848 @ @<Set |ini_version|@>=
25849 mp->ini_version = (opt->ini_version ? true : false);
25850
25851 @ Here we do whatever is needed to complete \MP's job gracefully on the
25852 local operating system. The code here might come into play after a fatal
25853 error; it must therefore consist entirely of ``safe'' operations that
25854 cannot produce error messages. For example, it would be a mistake to call
25855 |str_room| or |make_string| at this time, because a call on |overflow|
25856 might lead to an infinite loop.
25857 @^system dependencies@>
25858
25859 This program doesn't bother to close the input files that may still be open.
25860
25861 @<Last-minute...@>=
25862 void mp_close_files_and_terminate (MP mp) {
25863   integer k; /* all-purpose index */
25864   integer LH; /* the length of the \.{TFM} header, in words */
25865   int lk_offset; /* extra words inserted at beginning of |lig_kern| array */
25866   pointer p; /* runs through a list of \.{TFM} dimensions */
25867   @<Close all open files in the |rd_file| and |wr_file| arrays@>;
25868   if ( mp->internal[mp_tracing_stats]>0 )
25869     @<Output statistics about this job@>;
25870   wake_up_terminal; 
25871   @<Do all the finishing work on the \.{TFM} file@>;
25872   @<Explain what output files were written@>;
25873   if ( mp->log_opened ){ 
25874     wlog_cr;
25875     fclose(mp->log_file); mp->selector=mp->selector-2;
25876     if ( mp->selector==term_only ) {
25877       mp_print_nl(mp, "Transcript written on ");
25878 @.Transcript written...@>
25879       mp_print(mp, mp->log_name); mp_print_char(mp, '.');
25880     }
25881   }
25882   mp_print_ln(mp);
25883 }
25884
25885 @ @<Declarations@>=
25886 void mp_close_files_and_terminate (MP mp) ;
25887
25888 @ @<Close all open files in the |rd_file| and |wr_file| arrays@>=
25889 if (mp->rd_fname!=NULL) {
25890   for (k=0;k<=(int)mp->read_files-1;k++ ) {
25891     if ( mp->rd_fname[k]!=NULL ) {
25892       fclose(mp->rd_file[k]);
25893    }
25894  }
25895 }
25896 if (mp->wr_fname!=NULL) {
25897   for (k=0;k<=(int)mp->write_files-1;k++) {
25898     if ( mp->wr_fname[k]!=NULL ) {
25899      fclose(mp->wr_file[k]);
25900     }
25901   }
25902 }
25903
25904 @ @<Dealloc ...@>=
25905 for (k=0;k<(int)mp->max_read_files;k++ ) {
25906   if ( mp->rd_fname[k]!=NULL ) {
25907     fclose(mp->rd_file[k]);
25908     mp_xfree(mp->rd_fname[k]); 
25909   }
25910 }
25911 mp_xfree(mp->rd_file);
25912 mp_xfree(mp->rd_fname);
25913 for (k=0;k<(int)mp->max_write_files;k++) {
25914   if ( mp->wr_fname[k]!=NULL ) {
25915     fclose(mp->wr_file[k]);
25916     mp_xfree(mp->wr_fname[k]); 
25917   }
25918 }
25919 mp_xfree(mp->wr_file);
25920 mp_xfree(mp->wr_fname);
25921
25922
25923 @ We want to produce a \.{TFM} file if and only if |mp_fontmaking| is positive.
25924
25925 We reclaim all of the variable-size memory at this point, so that
25926 there is no chance of another memory overflow after the memory capacity
25927 has already been exceeded.
25928
25929 @<Do all the finishing work on the \.{TFM} file@>=
25930 if ( mp->internal[mp_fontmaking]>0 ) {
25931   @<Make the dynamic memory into one big available node@>;
25932   @<Massage the \.{TFM} widths@>;
25933   mp_fix_design_size(mp); mp_fix_check_sum(mp);
25934   @<Massage the \.{TFM} heights, depths, and italic corrections@>;
25935   mp->internal[mp_fontmaking]=0; /* avoid loop in case of fatal error */
25936   @<Finish the \.{TFM} file@>;
25937 }
25938
25939 @ @<Make the dynamic memory into one big available node@>=
25940 mp->rover=lo_mem_stat_max+1; link(mp->rover)=empty_flag; mp->lo_mem_max=mp->hi_mem_min-1;
25941 if ( mp->lo_mem_max-mp->rover>max_halfword ) mp->lo_mem_max=max_halfword+mp->rover;
25942 node_size(mp->rover)=mp->lo_mem_max-mp->rover; 
25943 llink(mp->rover)=mp->rover; rlink(mp->rover)=mp->rover;
25944 link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null
25945
25946 @ The present section goes directly to the log file instead of using
25947 |print| commands, because there's no need for these strings to take
25948 up |str_pool| memory when a non-{\bf stat} version of \MP\ is being used.
25949
25950 @<Output statistics...@>=
25951 if ( mp->log_opened ) { 
25952   char s[128];
25953   wlog_ln(" ");
25954   wlog_ln("Here is how much of MetaPost's memory you used:");
25955 @.Here is how much...@>
25956   snprintf(s,128," %i string%s out of %i",(int)mp->max_strs_used-mp->init_str_use,
25957           (mp->max_strs_used!=mp->init_str_use+1 ? "s" : ""),
25958           (int)(mp->max_strings-1-mp->init_str_use));
25959   wlog_ln(s);
25960   snprintf(s,128," %i string characters out of %i",
25961            (int)mp->max_pl_used-mp->init_pool_ptr,
25962            (int)mp->pool_size-mp->init_pool_ptr);
25963   wlog_ln(s);
25964   snprintf(s,128," %i words of memory out of %i",
25965            (int)mp->lo_mem_max+mp->mem_end-mp->hi_mem_min+2,
25966            (int)mp->mem_end+1);
25967   wlog_ln(s);
25968   snprintf(s,128," %i symbolic tokens out of %i", (int)mp->st_count, (int)mp->hash_size);
25969   wlog_ln(s);
25970   snprintf(s,128," %ii, %in, %ip, %ib stack positions out of %ii, %in, %ip, %ib",
25971            (int)mp->max_in_stack,(int)mp->int_ptr,
25972            (int)mp->max_param_stack,(int)mp->max_buf_stack+1,
25973            (int)mp->stack_size,(int)mp->max_internal,(int)mp->param_size,(int)mp->buf_size);
25974   wlog_ln(s);
25975   snprintf(s,128," %i string compactions (moved %i characters, %i strings)",
25976           (int)mp->pact_count,(int)mp->pact_chars,(int)mp->pact_strs);
25977   wlog_ln(s);
25978 }
25979
25980 @ We get to the |final_cleanup| routine when \&{end} or \&{dump} has
25981 been scanned.
25982
25983 @<Last-minute...@>=
25984 void mp_final_cleanup (MP mp) {
25985   small_number c; /* 0 for \&{end}, 1 for \&{dump} */
25986   c=mp->cur_mod;
25987   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
25988   while ( mp->input_ptr>0 ) {
25989     if ( token_state ) mp_end_token_list(mp);
25990     else  mp_end_file_reading(mp);
25991   }
25992   while ( mp->loop_ptr!=null ) mp_stop_iteration(mp);
25993   while ( mp->open_parens>0 ) { 
25994     mp_print(mp, " )"); decr(mp->open_parens);
25995   };
25996   while ( mp->cond_ptr!=null ) {
25997     mp_print_nl(mp, "(end occurred when ");
25998 @.end occurred...@>
25999     mp_print_cmd_mod(mp, fi_or_else,mp->cur_if);
26000     /* `\.{if}' or `\.{elseif}' or `\.{else}' */
26001     if ( mp->if_line!=0 ) {
26002       mp_print(mp, " on line "); mp_print_int(mp, mp->if_line);
26003     }
26004     mp_print(mp, " was incomplete)");
26005     mp->if_line=if_line_field(mp->cond_ptr);
26006     mp->cur_if=name_type(mp->cond_ptr); mp->cond_ptr=link(mp->cond_ptr);
26007   }
26008   if ( mp->history!=mp_spotless )
26009     if ( ((mp->history==mp_warning_issued)||(mp->interaction<mp_error_stop_mode)) )
26010       if ( mp->selector==term_and_log ) {
26011     mp->selector=term_only;
26012     mp_print_nl(mp, "(see the transcript file for additional information)");
26013 @.see the transcript file...@>
26014     mp->selector=term_and_log;
26015   }
26016   if ( c==1 ) {
26017     if (mp->ini_version) {
26018       mp_store_mem_file(mp); return;
26019     }
26020     mp_print_nl(mp, "(dump is performed only by INIMP)"); return;
26021 @.dump...only by INIMP@>
26022   }
26023 }
26024
26025 @ @<Declarations@>=
26026 void mp_final_cleanup (MP mp) ;
26027 void mp_init_prim (MP mp) ;
26028 void mp_init_tab (MP mp) ;
26029
26030 @ @<Last-minute...@>=
26031 void mp_init_prim (MP mp) { /* initialize all the primitives */
26032   @<Put each...@>;
26033 }
26034 @#
26035 void mp_init_tab (MP mp) { /* initialize other tables */
26036   integer k; /* all-purpose index */
26037   @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>;
26038 }
26039
26040
26041 @ When we begin the following code, \MP's tables may still contain garbage;
26042 the strings might not even be present. Thus we must proceed cautiously to get
26043 bootstrapped in.
26044
26045 But when we finish this part of the program, \MP\ is ready to call on the
26046 |main_control| routine to do its work.
26047
26048 @<Get the first line...@>=
26049
26050   @<Initialize the input routines@>;
26051   if ( (mp->mem_ident==NULL)||(mp->buffer[loc]=='&') ) {
26052     if ( mp->mem_ident!=NULL ) {
26053       mp_do_initialize(mp); /* erase preloaded mem */
26054     }
26055     if ( ! mp_open_mem_file(mp) ) return mp_fatal_error_stop;
26056     if ( ! mp_load_mem_file(mp) ) {
26057       fclose( mp->mem_file); return mp_fatal_error_stop;
26058     }
26059     fclose( mp->mem_file);
26060     while ( (loc<limit)&&(mp->buffer[loc]==' ') ) incr(loc);
26061   }
26062   mp->buffer[limit]='%';
26063   mp_fix_date_and_time(mp);
26064   mp->sys_random_seed = (scaled)(mp->get_random_seed)(mp);
26065   mp_init_randoms(mp, mp->sys_random_seed);
26066   @<Initialize the print |selector|...@>;
26067   if ( loc<limit ) if ( mp->buffer[loc]!='\\' ) 
26068     mp_start_input(mp); /* \&{input} assumed */
26069 }
26070
26071 @ @<Run inimpost commands@>=
26072 {
26073   mp_get_strings_started(mp);
26074   mp_init_tab(mp); /* initialize the tables */
26075   mp_init_prim(mp); /* call |primitive| for each primitive */
26076   mp->init_str_use=mp->str_ptr; mp->init_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26077   mp->max_str_ptr=mp->str_ptr; mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26078   mp_fix_date_and_time(mp);
26079 }
26080
26081
26082 @* \[47] Debugging.
26083 Once \MP\ is working, you should be able to diagnose most errors with
26084 the \.{show} commands and other diagnostic features. But for the initial
26085 stages of debugging, and for the revelation of really deep mysteries, you
26086 can compile \MP\ with a few more aids, including the \PASCAL\ runtime
26087 checks and its debugger. An additional routine called |debug_help|
26088 will also come into play when you type `\.D' after an error message;
26089 |debug_help| also occurs just before a fatal error causes \MP\ to succumb.
26090 @^debugging@>
26091 @^system dependencies@>
26092
26093 The interface to |debug_help| is primitive, but it is good enough when used
26094 with a \PASCAL\ debugger that allows you to set breakpoints and to read
26095 variables and change their values. After getting the prompt `\.{debug \#}', you
26096 type either a negative number (this exits |debug_help|), or zero (this
26097 goes to a location where you can set a breakpoint, thereby entering into
26098 dialog with the \PASCAL\ debugger), or a positive number |m| followed by
26099 an argument |n|. The meaning of |m| and |n| will be clear from the
26100 program below. (If |m=13|, there is an additional argument, |l|.)
26101 @.debug \#@>
26102
26103 @<Last-minute...@>=
26104 void mp_debug_help (MP mp) { /* routine to display various things */
26105   integer k;
26106   int l,m,n;
26107   while (1) { 
26108     wake_up_terminal;
26109     mp_print_nl(mp, "debug # (-1 to exit):"); update_terminal;
26110 @.debug \#@>
26111     m = 0;
26112     fscanf(mp->term_in,"%i",&m);
26113     if ( m<=0 )
26114       return;
26115     n = 0 ;
26116     fscanf(mp->term_in,"%i",&n);
26117     switch (m) {
26118     @<Numbered cases for |debug_help|@>;
26119     default: mp_print(mp, "?"); break;
26120     }
26121   }
26122 }
26123
26124 @ @<Numbered cases...@>=
26125 case 1: mp_print_word(mp, mp->mem[n]); /* display |mem[n]| in all forms */
26126   break;
26127 case 2: mp_print_int(mp, info(n));
26128   break;
26129 case 3: mp_print_int(mp, link(n));
26130   break;
26131 case 4: mp_print_int(mp, eq_type(n)); mp_print_char(mp, ':'); mp_print_int(mp, equiv(n));
26132   break;
26133 case 5: mp_print_variable_name(mp, n);
26134   break;
26135 case 6: mp_print_int(mp, mp->internal[n]);
26136   break;
26137 case 7: mp_do_show_dependencies(mp);
26138   break;
26139 case 9: mp_show_token_list(mp, n,null,100000,0);
26140   break;
26141 case 10: mp_print_str(mp, n);
26142   break;
26143 case 11: mp_check_mem(mp, n>0); /* check wellformedness; print new busy locations if |n>0| */
26144   break;
26145 case 12: mp_search_mem(mp, n); /* look for pointers to |n| */
26146   break;
26147 case 13: l = 0;  fscanf(mp->term_in,"%i",&l); mp_print_cmd_mod(mp, n,l); 
26148   break;
26149 case 14: for (k=0;k<=n;k++) mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
26150   break;
26151 case 15: mp->panicking=! mp->panicking;
26152   break;
26153
26154
26155 @ Saving the filename template
26156
26157 @<Save the filename template@>=
26158
26159   if ( mp->filename_template!=0 ) delete_str_ref(mp->filename_template);
26160   if ( length(mp->cur_exp)==0 ) mp->filename_template=0;
26161   else { 
26162     mp->filename_template=mp->cur_exp; add_str_ref(mp->filename_template);
26163   }
26164 }
26165
26166 @* \[48] System-dependent changes.
26167 This section should be replaced, if necessary, by any special
26168 modification of the program
26169 that are necessary to make \MP\ work at a particular installation.
26170 It is usually best to design your change file so that all changes to
26171 previous sections preserve the section numbering; then everybody's version
26172 will be consistent with the published program. More extensive changes,
26173 which introduce new sections, can be inserted here; then only the index
26174 itself will get a new section number.
26175 @^system dependencies@>
26176
26177 @* \[49] Index.
26178 Here is where you can find all uses of each identifier in the program,
26179 with underlined entries pointing to where the identifier was defined.
26180 If the identifier is only one letter long, however, you get to see only
26181 the underlined entries. {\sl All references are to section numbers instead of
26182 page numbers.}
26183
26184 This index also lists error messages and other aspects of the program
26185 that you might want to look up some day. For example, the entry
26186 for ``system dependencies'' lists all sections that should receive
26187 special attention from people who are installing \MP\ in a new
26188 operating environment. A list of various things that can't happen appears
26189 under ``this can't happen''.
26190 Approximately 25 sections are listed under ``inner loop''; these account
26191 for more than 60\pct! of \MP's running time, exclusive of input and output.