attempt to use autofoo
[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 The \PASCAL\ program that follows defines a standard version
43 @:PASCAL}{\PASCAL@>
44 of \MP\ that is designed to be highly portable so that identical output
45 will be obtainable on a great variety of computers.
46
47 The main purpose of the following program is to explain the algorithms of \MP\
48 as clearly as possible. As a result, the program will not necessarily be very
49 efficient when a particular \PASCAL\ compiler has translated it into a
50 particular machine language. However, the program has been written so that it
51 can be tuned to run efficiently in a wide variety of operating environments
52 by making comparatively few changes. Such flexibility is possible because
53 the documentation that follows is written in the \.{WEB} language, which is
54 at a higher level than \PASCAL; the preprocessing step that converts \.{WEB}
55 to \PASCAL\ is able to introduce most of the necessary refinements.
56 Semi-automatic translation to other languages is also feasible, because the
57 program below does not make extensive use of features that are peculiar to
58 \PASCAL.
59
60 A large piece of software like \MP\ has inherent complexity that cannot
61 be reduced below a certain level of difficulty, although each individual
62 part is fairly simple by itself. The \.{WEB} language is intended to make
63 the algorithms as readable as possible, by reflecting the way the
64 individual program pieces fit together and by providing the
65 cross-references that connect different parts. Detailed comments about
66 what is going on, and about why things were done in certain ways, have
67 been liberally sprinkled throughout the program.  These comments explain
68 features of the implementation, but they rarely attempt to explain the
69 \MP\ language itself, since the reader is supposed to be familiar with
70 {\sl The {\logos METAFONT\/}book} as well as the manual
71 @.WEB@>
72 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
73 {\sl A User's Manual for MetaPost}, Computing Science Technical Report 162,
74 AT\AM T Bell Laboratories.
75
76 @ The present implementation is a preliminary version, but the possibilities
77 for new features are limited by the desire to remain as nearly compatible
78 with \MF\ as possible.
79
80 On the other hand, the \.{WEB} description can be extended without changing
81 the core of the program, and it has been designed so that such
82 extensions are not extremely difficult to make.
83 The |banner| string defined here should be changed whenever \MP\
84 undergoes any modifications, so that it will be clear which version of
85 \MP\ might be the guilty party when a problem arises.
86 @^extensions to \MP@>
87 @^system dependencies@>
88
89 @d banner "This is MetaPost, Version 1.002" /* printed when \MP\ starts */
90 @d metapost_version "1.002"
91 @d mplib_version "0.10"
92 @d version_string " (Cweb version 0.10)"
93
94 @ Different \PASCAL s have slightly different conventions, and the present
95 @:PASCAL H}{\ph@>
96 program is expressed in a version of \PASCAL\ that D. E. Knuth used for \MF.
97 Constructions that apply to
98 this particular compiler, which we shall call \ph, should help the
99 reader see how to make an appropriate interface for other systems
100 if necessary. (\ph\ is Charles Hedrick's modification of a compiler
101 @^Hedrick, Charles Locke@>
102 for the DECsystem-10 that was originally developed at the University of
103 Hamburg; cf.\ {\sl SOFTWARE---Practice \AM\ Experience \bf6} (1976),
104 29--42. The \MP\ program below is intended to be adaptable, without
105 extensive changes, to most other versions of \PASCAL\ and commonly used
106 \PASCAL-to-C translators, so it does not fully
107 @:C@>
108 use the admirable features of \ph. Indeed, a conscious effort has been
109 made here to avoid using several idiosyncratic features of standard
110 \PASCAL\ itself, so that most of the code can be translated mechanically
111 into other high-level languages. For example, the `\&{with}' and `\\{new}'
112 features are not used, nor are pointer types, set types, or enumerated
113 scalar types; there are no `\&{var}' parameters, except in the case of files;
114 there are no tag fields on variant records; there are no |real| variables;
115 no procedures are declared local to other procedures.)
116
117 The portions of this program that involve system-dependent code, where
118 changes might be necessary because of differences between \PASCAL\ compilers
119 and/or differences between
120 operating systems, can be identified by looking at the sections whose
121 numbers are listed under `system dependencies' in the index. Furthermore,
122 the index entries for `dirty \PASCAL' list all places where the restrictions
123 of \PASCAL\ have not been followed perfectly, for one reason or another.
124 @^system dependencies@>
125 @^dirty \PASCAL@>
126
127 @ The program begins with a normal \PASCAL\ program heading, whose
128 components will be filled in later, using the conventions of \.{WEB}.
129 @.WEB@>
130 For example, the portion of the program called `\X\glob:Global
131 variables\X' below will be replaced by a sequence of variable declarations
132 that starts in $\section\glob$ of this documentation. In this way, we are able
133 to define each individual global variable when we are prepared to
134 understand what it means; we do not have to define all of the globals at
135 once.  Cross references in $\section\glob$, where it says ``See also
136 sections \gglob, \dots,'' also make it possible to look at the set of
137 all global variables, if desired.  Similar remarks apply to the other
138 portions of the program heading.
139
140 Actually the heading shown here is not quite normal: The |program| line
141 does not mention any |output| file, because \ph\ would ask the \MP\ user
142 to specify a file name if |output| were specified here.
143 @^system dependencies@>
144
145 @d true 1
146 @d false 0
147  
148 @(mplib.h@>=
149 #  ifndef LIBAVL_ALLOCATOR
150 #    define LIBAVL_ALLOCATOR
151     struct libavl_allocator {
152         void *(*libavl_malloc) (struct libavl_allocator *, size_t libavl_size);
153         void (*libavl_free) (struct libavl_allocator *, void *libavl_block);
154     };
155 #  endif
156 typedef struct psout_data_struct * psout_data;
157 typedef struct MP_instance * MP;
158 typedef int boolean;
159 typedef signed int integer;
160 @<Types in the outer block@>
161 typedef struct MP_options {
162   @<Option variables@>
163 } MP_options;
164 @<Exported function headers@>
165
166 @ @(mpmp.h@>=
167 @<Declare helpers@>;
168 @<Constants in the outer block@>
169 typedef struct MP_instance {
170   @<Global variables@>
171 } MP_instance;
172
173 @ @c 
174 #include <stdio.h>
175 #include <stdlib.h>
176 #include <string.h>
177 #include <stdarg.h>
178 #include <assert.h>
179 #include <unistd.h> /* for access() */
180 #include <time.h> /* for struct tm \& co */
181 #include "mplib.h"
182 #include "mpmp.h" /* internal header */
183 #include "mppsout.h" /* internal header */
184 @h
185 @<Declarations@>
186 @<Basic printing procedures@>
187 @<Error handling procedures@>
188
189 @ Here are the functions that set up the \MP\ instance.
190
191 @<Declarations@> =
192 @<Declare |mp_reallocate| functions@>;
193 struct MP_options mp_options (void) {
194   struct MP_options *opt;
195   opt = xmalloc(1,sizeof(MP_options));
196   memset (opt,0,sizeof(MP_options));
197   return *opt;
198
199 MP mp_new (struct MP_options opt) {
200   MP mp;
201   mp = xmalloc(1,sizeof(MP_instance));
202   @<Set |ini_version|@>;
203   @<Allocate or initialize variables@>
204   mp_reallocate_paths(mp,1000);
205   mp_reallocate_fonts(mp,8);
206   mp->term_in = stdin;
207   mp->term_out = stdout;
208   return mp;
209 }
210 void mp_free (MP mp) {
211   int k; /* loop variable */
212   @<Dealloc variables@>
213   xfree(mp);
214 }
215
216 @ @c
217 boolean mp_initialize (MP mp) { /* this procedure gets things started properly */
218   @<Local variables for initialization@>
219   mp->history=fatal_error_stop; /* in case we quit during initialization */
220   t_open_out; /* open the terminal for output */
221   @<Check the ``constant'' values...@>;
222   if ( mp->bad>0 ) {
223     fprintf(stdout,"Ouch---my internal constants have been clobbered!\n"
224                    "---case %i",(int)mp->bad);
225 @.Ouch...clobbered@>
226     return false;
227   }
228   @<Set initial values of key variables@>
229   if (mp->ini_version) {
230     @<Run inimpost commands@>;
231   }
232   @<Initialize the output routines@>;
233   @<Get the first line of input and prepare to start@>;
234   mp_set_job_id(mp,mp->internal[year],mp->internal[month],
235                        mp->internal[day],mp->internal[mp_time]);
236   mp_init_map_file(mp, mp->troff_mode);
237   mp->history=spotless; /* ready to go! */
238   if (mp->troff_mode) {
239     mp->internal[gtroffmode]=unity; 
240     mp->internal[prologues]=unity; 
241   }
242   if ( mp->start_sym>0 ) { /* insert the `\&{everyjob}' symbol */
243     mp->cur_sym=mp->start_sym; mp_back_input(mp);
244   }
245   return true;
246 }
247
248
249 @<Exported function headers@>=
250 extern struct MP_options mp_options (void);
251 extern MP mp_new (struct MP_options opt) ;
252 extern void mp_free (MP mp);
253 extern boolean mp_initialize (MP mp);
254
255
256 @ The overall \MP\ program begins with the heading just shown, after which
257 comes a bunch of procedure declarations and function declarations.
258 Finally we will get to the main program, which begins with the
259 comment `|start_here|'. If you want to skip down to the
260 main program now, you can look up `|start_here|' in the index.
261 But the author suggests that the best way to understand this program
262 is to follow pretty much the order of \MP's components as they appear in the
263 \.{WEB} description you are now reading, since the present ordering is
264 intended to combine the advantages of the ``bottom up'' and ``top down''
265 approaches to the problem of understanding a somewhat complicated system.
266
267 @ Some of the code below is intended to be used only when diagnosing the
268 strange behavior that sometimes occurs when \MP\ is being installed or
269 when system wizards are fooling around with \MP\ without quite knowing
270 what they are doing. Such code will not normally be compiled; it is
271 delimited by the preprocessor test `|#ifdef DEBUG .. #endif|'.
272
273 @ This program has two important variations: (1) There is a long and slow
274 version called \.{INIMP}, which does the extra calculations needed to
275 @.INIMP@>
276 initialize \MP's internal tables; and (2)~there is a shorter and faster
277 production version, which cuts the initialization to a bare minimum.
278
279 Which is which is decided at runtime.
280
281 @ The following parameters can be changed at compile time to extend or
282 reduce \MP's capacity. They may have different values in \.{INIMP} and
283 in production versions of \MP.
284 @.INIMP@>
285 @^system dependencies@>
286
287 @<Constants...@>=
288 #define file_name_size 255 /* file names shouldn't be longer than this */
289 #define bistack_size 1500 /* size of stack for bisection algorithms;
290   should probably be left at this value */
291
292 @ Like the preceding parameters, the following quantities can be changed
293 at compile time to extend or reduce \MP's capacity. But if they are changed,
294 it is necessary to rerun the initialization program \.{INIMP}
295 @.INIMP@>
296 to generate new tables for the production \MP\ program.
297 One can't simply make helter-skelter changes to the following constants,
298 since certain rather complex initialization
299 numbers are computed from them. 
300
301 @ @<Glob...@>=
302 int max_strings; /* maximum number of strings; must not exceed |max_halfword| */
303 int pool_size; /* maximum number of characters in strings, including all
304   error messages and help texts, and the names of all identifiers */
305 int error_line; /* width of context lines on terminal error messages */
306 int half_error_line; /* width of first lines of contexts in terminal
307   error messages; should be between 30 and |error_line-15| */
308 int max_print_line; /* width of longest text lines output; should be at least 60 */
309 int mem_max; /* greatest index in \MP's internal |mem| array;
310   must be strictly less than |max_halfword|;
311   must be equal to |mem_top| in \.{INIMP}, otherwise |>=mem_top| */
312 int mem_top; /* largest index in the |mem| array dumped by \.{INIMP};
313   must not be greater than |mem_max| */
314 int hash_size; /* maximum number of symbolic tokens,
315   must be less than |max_halfword-3*param_size| */
316 int hash_prime; /* a prime number equal to about 85\pct! of |hash_size| */
317 int param_size; /* maximum number of simultaneous macro parameters */
318 int max_in_open; /* maximum number of input files and error insertions that
319   can be going on simultaneously */
320
321 @ @<Option variables@>=
322 int error_line;
323 int half_error_line;
324 int max_print_line;
325 int main_memory;
326 int hash_size; 
327 int hash_prime; 
328 int param_size; 
329 int max_in_open; 
330
331
332 @d set_value(a,b,c) do { a=c; if (b>c) a=b; } while (0)
333
334 @<Allocate or ...@>=
335 mp->max_strings=500;
336 mp->pool_size=10000;
337 set_value(mp->error_line,opt.error_line,79);
338 set_value(mp->half_error_line,opt.half_error_line,50);
339 set_value(mp->max_print_line,opt.max_print_line,79);
340 mp->mem_max=5000;
341 mp->mem_top=5000;
342 if (opt.main_memory>mp->mem_max)
343   mp_reallocate_memory(mp,opt.main_memory);
344 set_value(mp->hash_size,opt.hash_size,9500);
345 set_value(mp->hash_prime,opt.hash_prime,7919);
346 set_value(mp->param_size,opt.param_size,150);
347 set_value(mp->max_in_open,opt.max_in_open,10);
348
349
350 @ In case somebody has inadvertently made bad settings of the ``constants,''
351 \MP\ checks them using a global variable called |bad|.
352
353 This is the first of many sections of \MP\ where global variables are
354 defined.
355
356 @<Glob...@>=
357 integer bad; /* is some ``constant'' wrong? */
358
359 @ Later on we will say `\ignorespaces|if (mem_max>=max_halfword) bad=10;|',
360 or something similar. (We can't do that until |max_halfword| has been defined.)
361
362 @<Check the ``constant'' values for consistency@>=
363 mp->bad=0;
364 if ( (mp->half_error_line<30)||(mp->half_error_line>mp->error_line-15) ) mp->bad=1;
365 if ( mp->max_print_line<60 ) mp->bad=2;
366 if ( mp->mem_top<=1100 ) mp->bad=4;
367 if (mp->hash_prime>mp->hash_size ) mp->bad=5;
368
369 @ Labels are given symbolic names by the following definitions, so that
370 occasional |goto| statements will be meaningful. We insert the label
371 `|exit|:' just before the `\ignorespaces|end|\unskip' of a procedure in
372 which we have used the `|return|' statement defined below; the label
373 `|restart|' is occasionally used at the very beginning of a procedure; and
374 the label `|reswitch|' is occasionally used just prior to a |case|
375 statement in which some cases change the conditions and we wish to branch
376 to the newly applicable case.  Loops that are set up with the |loop|
377 construction defined below are commonly exited by going to `|done|' or to
378 `|found|' or to `|not_found|', and they are sometimes repeated by going to
379 `|continue|'.  If two or more parts of a subroutine start differently but
380 end up the same, the shared code may be gathered together at
381 `|common_ending|'.
382
383 Incidentally, this program never declares a label that isn't actually used,
384 because some fussy \PASCAL\ compilers will complain about redundant labels.
385
386 @d label_exit 10 /* go here to leave a procedure */
387 @d restart 20 /* go here to start a procedure again */
388 @d reswitch 21 /* go here to start a case statement again */
389 @d continue 22 /* go here to resume a loop */
390 @d done 30 /* go here to exit a loop */
391 @d done1 31 /* like |done|, when there is more than one loop */
392 @d done2 32 /* for exiting the second loop in a long block */
393 @d done3 33 /* for exiting the third loop in a very long block */
394 @d done4 34 /* for exiting the fourth loop in an extremely long block */
395 @d done5 35 /* for exiting the fifth loop in an immense block */
396 @d done6 36 /* for exiting the sixth loop in a block */
397 @d found 40 /* go here when you've found it */
398 @d found1 41 /* like |found|, when there's more than one per routine */
399 @d found2 42 /* like |found|, when there's more than two per routine */
400 @d found3 43 /* like |found|, when there's more than three per routine */
401 @d not_found 45 /* go here when you've found nothing */
402 @d common_ending 50 /* go here when you want to merge with another branch */
403
404 @ Here are some macros for common programming idioms.
405
406 @d incr(A)   (A)=(A)+1 /* increase a variable by unity */
407 @d decr(A)   (A)=(A)-1 /* decrease a variable by unity */
408 @d negate(A)   (A)=-(A) /* change the sign of a variable */
409 @d odd(A)   ((A)%2==1)
410 @d chr(A)   (A)
411 @d do_nothing   /* empty statement */
412 @d Return   goto exit /* terminate a procedure call */
413 @f return   nil /* \.{WEB} will henceforth say |return| instead of \\{return} */
414
415 @* \[2] The character set.
416 In order to make \MP\ readily portable to a wide variety of
417 computers, all of its input text is converted to an internal eight-bit
418 code that includes standard ASCII, the ``American Standard Code for
419 Information Interchange.''  This conversion is done immediately when each
420 character is read in. Conversely, characters are converted from ASCII to
421 the user's external representation just before they are output to a
422 text file.
423 @^ASCII code@>
424
425 Such an internal code is relevant to users of \MP\ only with respect to
426 the \&{char} and \&{ASCII} operations, and the comparison of strings.
427
428 @ Characters of text that have been converted to \MP's internal form
429 are said to be of type |ASCII_code|, which is a subrange of the integers.
430
431 @<Types...@>=
432 typedef unsigned char ASCII_code; /* eight-bit numbers */
433
434 @ The original \PASCAL\ compiler was designed in the late 60s, when six-bit
435 character sets were common, so it did not make provision for lowercase
436 letters. Nowadays, of course, we need to deal with both capital and small
437 letters in a convenient way, especially in a program for font design;
438 so the present specification of \MP\ has been written under the assumption
439 that the \PASCAL\ compiler and run-time system permit the use of text files
440 with more than 64 distinguishable characters. More precisely, we assume that
441 the character set contains at least the letters and symbols associated
442 with ASCII codes 040 through 0176; all of these characters are now
443 available on most computer terminals.
444
445 Since we are dealing with more characters than were present in the first
446 \PASCAL\ compilers, we have to decide what to call the associated data
447 type. Some \PASCAL s use the original name |char| for the
448 characters in text files, even though there now are more than 64 such
449 characters, while other \PASCAL s consider |char| to be a 64-element
450 subrange of a larger data type that has some other name.
451
452 In order to accommodate this difference, we shall use the name |text_char|
453 to stand for the data type of the characters that are converted to and
454 from |ASCII_code| when they are input and output. We shall also assume
455 that |text_char| consists of the elements |chr(first_text_char)| through
456 |chr(last_text_char)|, inclusive. The following definitions should be
457 adjusted if necessary.
458 @^system dependencies@>
459
460 @d first_text_char 0 /* ordinal number of the smallest element of |text_char| */
461 @d last_text_char 255 /* ordinal number of the largest element of |text_char| */
462
463 @<Types...@>=
464 typedef unsigned char text_char; /* the data type of characters in text files */
465
466 @ @<Local variables for init...@>=
467 integer i;
468
469 @ The \MP\ processor converts between ASCII code and
470 the user's external character set by means of arrays |xord| and |xchr|
471 that are analogous to \PASCAL's |ord| and |chr| functions.
472
473 @<Glob...@>=
474 ASCII_code xord[256];  /* specifies conversion of input characters */
475 text_char xchr[256];  /* specifies conversion of output characters */
476
477 @ The core system assumes all 8-bit is acceptable.  If it is not,
478 a change file has to alter the below section.
479 @^system dependencies@>
480
481 Additionally, people with extended character sets can
482 assign codes arbitrarily, giving an |xchr| equivalent to whatever
483 characters the users of \MP\ are allowed to have in their input files.
484 Appropriate changes to \MP's |char_class| table should then be made.
485 (Unlike \TeX, each installation of \MP\ has a fixed assignment of category
486 codes, called the |char_class|.) Such changes make portability of programs
487 more difficult, so they should be introduced cautiously if at all.
488 @^character set dependencies@>
489 @^system dependencies@>
490
491 @<Set initial ...@>=
492 for (i=0;i<=0377;i++) { mp->xchr[i]=i; }
493
494 @ The following system-independent code makes the |xord| array contain a
495 suitable inverse to the information in |xchr|. Note that if |xchr[i]=xchr[j]|
496 where |i<j<0177|, the value of |xord[xchr[i]]| will turn out to be
497 |j| or more; hence, standard ASCII code numbers will be used instead of
498 codes below 040 in case there is a coincidence.
499
500 @<Set initial ...@>=
501 for (i=first_text_char;i<=last_text_char;i++) { 
502    mp->xord[chr(i)]=0177;
503 }
504 for (i=0200;i<=0377;i++) { mp->xord[mp->xchr[i]]=i;}
505 for (i=0;i<=0176;i++) {mp->xord[mp->xchr[i]]=i;}
506
507 @* \[3] Input and output.
508 The bane of portability is the fact that different operating systems treat
509 input and output quite differently, perhaps because computer scientists
510 have not given sufficient attention to this problem. People have felt somehow
511 that input and output are not part of ``real'' programming. Well, it is true
512 that some kinds of programming are more fun than others. With existing
513 input/output conventions being so diverse and so messy, the only sources of
514 joy in such parts of the code are the rare occasions when one can find a
515 way to make the program a little less bad than it might have been. We have
516 two choices, either to attack I/O now and get it over with, or to postpone
517 I/O until near the end. Neither prospect is very attractive, so let's
518 get it over with.
519
520 The basic operations we need to do are (1)~inputting and outputting of
521 text, to or from a file or the user's terminal; (2)~inputting and
522 outputting of eight-bit bytes, to or from a file; (3)~instructing the
523 operating system to initiate (``open'') or to terminate (``close'') input or
524 output from a specified file; (4)~testing whether the end of an input
525 file has been reached; (5)~display of bits on the user's screen.
526 The bit-display operation will be discussed in a later section; we shall
527 deal here only with more traditional kinds of I/O.
528
529 @ Finding files happens in a slightly roundabout fashion: the \MP\
530 instance object contains a field that holds a function pointer that finds a
531 file, and returns its name, or NULL. For this, it receives three
532 parameters: the non-qualified name |fname|, the intended |fopen|
533 operation type |fmode|, and the type of the file |ftype|.
534
535 The file types that are passed on in |ftype| can be  used to 
536 differentiate file searches if a library like kpathsea is used,
537 the fopen mode is passed along for the same reason.
538
539 @<Types...@>=
540 typedef unsigned char eight_bits ; /* unsigned one-byte quantity */
541 enum {
542   mp_filetype_program = 1, /* \MP\ language input */
543   mp_filetype_log,  /* the log file */
544   mp_filetype_postscript, /* the postscript output */
545   mp_filetype_text,  /* text files for readfrom and writeto primitives */
546   mp_filetype_memfile, /* memory dumps */
547   mp_filetype_metrics, /* TeX font metric files */
548   mp_filetype_fontmap, /* PostScript font mapping files */
549   mp_filetype_font, /*  PostScript type1 font programs */
550   mp_filetype_encoding, /*  PostScript font encoding files */
551 };
552 typedef char *(*file_finder)(char *, char *, int);
553
554 @ @<Glob...@>=
555 file_finder find_file;
556
557 @ @<Option variables@>=
558 file_finder find_file;
559
560 @ The default function for finding files is |mp_find_file|. It is 
561 pretty stupid: it will only find files in the current directory.
562
563 @c
564 char *mp_find_file (char *fname, char *fmode, int ftype)  {
565   if (fmode[0] != 'r' || access (fname,R_OK) || ftype)  
566      return xstrdup(fname);
567   return NULL;
568 }
569
570 @ This has to be done very early on, so it is best to put it in with
571 the |mp_new| allocations
572
573 @d set_callback_option(A) do { mp->A = mp_##A;
574   if (opt.A!=NULL) mp->A = opt.A;
575 } while (0)
576
577 @<Allocate or initialize ...@>=
578 set_callback_option(find_file);
579
580 @ Because |mp_find_file| is used so early, it has to be in the helpers
581 section.
582
583 @<Declare helpers@>=
584 char *mp_find_file (char *fname, char *fmode, int ftype) ;
585
586 @ The function to open files can now be very short.
587
588 @c
589 FILE *mp_open_file(MP mp, char *fname, char *fmode, int ftype)  {
590   char *s = (mp->find_file)(fname,fmode,ftype);
591   if (s!=NULL) {
592     FILE *f = fopen(s, fmode);
593     xfree(s);
594     return f;   
595   }
596   return NULL;
597 }
598
599 @ This is a legacy interface: (almost) all file names pass through |name_of_file|.
600
601 @<Glob...@>=
602 char name_of_file[file_name_size+1]; /* the name of a system file */
603 int name_length;/* this many characters are actually
604   relevant in |name_of_file| (the rest are blank) */
605 boolean print_found_names; /* configuration parameter */
606
607 @ @<Option variables@>=
608 boolean print_found_names; /* configuration parameter */
609
610 @ If this parameter is true, the terminal and log will report the found
611 file names for input files instead of the requested ones. 
612 It is off by default because it creates an extra filename lookup.
613
614 @<Allocate or initialize ...@>=
615 mp->print_found_names = (opt.print_found_names>0 ? true : false);
616
617 @ \MP's file-opening procedures return |false| if no file identified by
618 |name_of_file| could be opened.
619
620 The |OPEN_FILE| macro takes care of the |print_found_names| parameter.
621 It is not used for opening a mem file for read, because that file name 
622 is never printed.
623
624 @d OPEN_FILE(A) do {
625   if (mp->print_found_names) {
626     char *s = (mp->find_file)(mp->name_of_file,A,ftype);
627     if (s!=NULL) {
628       *f = mp_open_file(mp,mp->name_of_file,A, ftype); 
629       strncpy(mp->name_of_file,s,file_name_size);
630       xfree(s);
631     } else {
632       *f = NULL;
633     }
634   } else {
635     *f = mp_open_file(mp,mp->name_of_file,A, ftype); 
636   }
637 } while (0);
638 return (*f ? true : false)
639
640 @c 
641 boolean mp_a_open_in (MP mp, FILE **f, int ftype) {
642   /* open a text file for input */
643   OPEN_FILE("r");
644 }
645 @#
646 boolean mp_w_open_in (MP mp, FILE **f) {
647   /* open a word file for input */
648   *f = mp_open_file(mp,mp->name_of_file,"rb",mp_filetype_memfile); 
649   return (*f ? true : false);
650 }
651 @#
652 boolean mp_a_open_out (MP mp, FILE **f, int ftype) {
653   /* open a text file for output */
654   OPEN_FILE("w");
655 }
656 @#
657 boolean mp_b_open_out (MP mp, FILE **f, int ftype) {
658   /* open a binary file for output */
659   OPEN_FILE("wb");
660 }
661 @#
662 boolean mp_w_open_out (MP mp, FILE**f) {
663   /* open a word file for output */
664   int ftype = mp_filetype_memfile;
665   OPEN_FILE("wb");
666 }
667
668 @ @<Exported...@>=
669 FILE *mp_open_file(MP mp, char *fname, char *fmode, int ftype);
670
671 @ Binary input and output are done with \PASCAL's ordinary |get| and |put|
672 procedures, so we don't have to make any other special arrangements for
673 binary~I/O. Text output is also easy to do with standard \PASCAL\ routines.
674 The treatment of text input is more difficult, however, because
675 of the necessary translation to |ASCII_code| values.
676 \MP's conventions should be efficient, and they should
677 blend nicely with the user's operating environment.
678
679 @ Input from text files is read one line at a time, using a routine called
680 |input_ln|. This function is defined in terms of global variables called
681 |buffer|, |first|, and |last| that will be described in detail later; for
682 now, it suffices for us to know that |buffer| is an array of |ASCII_code|
683 values, and that |first| and |last| are indices into this array
684 representing the beginning and ending of a line of text.
685
686 @<Glob...@>=
687 size_t buf_size; /* maximum number of characters simultaneously present in
688                     current lines of open files */
689 ASCII_code *buffer; /* lines of characters being read */
690 size_t first; /* the first unused position in |buffer| */
691 size_t last; /* end of the line just input to |buffer| */
692 size_t max_buf_stack; /* largest index used in |buffer| */
693
694 @ @<Allocate or initialize ...@>=
695 mp->buf_size = 200;
696 mp->buffer = xmalloc((mp->buf_size+1),sizeof(ASCII_code));
697
698 @ @<Dealloc variables@>=
699 xfree(mp->buffer);
700
701 @ @c
702 void mp_reallocate_buffer(MP mp, size_t l) {
703   ASCII_code *buffer;
704   if (l>max_halfword) {
705     mp_confusion(mp,"buffer size"); /* can't happen (I hope) */
706   }
707   buffer = xmalloc((l+1),sizeof(ASCII_code));
708   memcpy(buffer,mp->buffer,(mp->buf_size+1));
709   xfree(mp->buffer);
710   mp->buffer = buffer ;
711   mp->buf_size = l;
712 }
713
714 @ The |input_ln| function brings the next line of input from the specified
715 field into available positions of the buffer array and returns the value
716 |true|, unless the file has already been entirely read, in which case it
717 returns |false| and sets |last:=first|.  In general, the |ASCII_code|
718 numbers that represent the next line of the file are input into
719 |buffer[first]|, |buffer[first+1]|, \dots, |buffer[last-1]|; and the
720 global variable |last| is set equal to |first| plus the length of the
721 line. Trailing blanks are removed from the line; thus, either |last=first|
722 (in which case the line was entirely blank) or |buffer[last-1]<>" "|.
723 @^inner loop@>
724
725 An overflow error is given, however, if the normal actions of |input_ln|
726 would make |last>=buf_size|; this is done so that other parts of \MP\
727 can safely look at the contents of |buffer[last+1]| without overstepping
728 the bounds of the |buffer| array. Upon entry to |input_ln|, the condition
729 |first<buf_size| will always hold, so that there is always room for an
730 ``empty'' line.
731
732 The variable |max_buf_stack|, which is used to keep track of how large
733 the |buf_size| parameter must be to accommodate the present job, is
734 also kept up to date by |input_ln|.
735
736 If the |bypass_eoln| parameter is |true|, |input_ln| will do a |get|
737 before looking at the first character of the line; this skips over
738 an |eoln| that was in |f^|. The procedure does not do a |get| when it
739 reaches the end of the line; therefore it can be used to acquire input
740 from the user's terminal as well as from ordinary text files.
741
742 Standard \PASCAL\ says that a file should have |eoln| immediately
743 before |eof|, but \MP\ needs only a weaker restriction: If |eof|
744 occurs in the middle of a line, the system function |eoln| should return
745 a |true| result (even though |f^| will be undefined).
746
747 @c 
748 boolean mp_input_ln (MP mp,FILE *  f, boolean bypass_eoln) {
749   /* inputs the next line or returns |false| */
750   int last_nonblank; /* |last| with trailing blanks removed */
751   int c;
752   if ( bypass_eoln ) {
753     c = fgetc(f);
754     if (c==EOF)
755       return false;
756     if (c!='\n' && c!='\r') {
757       ungetc(c,f);
758     }
759   }
760   /* input the first character of the line into |f^| */
761   mp->last=mp->first; /* cf.\ Matthew 19\thinspace:\thinspace30 */
762   c = fgetc(f);
763   if (c==EOF)
764         return false;
765   last_nonblank=mp->first;
766   while (c!=EOF && c!='\n' && c!='\r') { 
767     if ( mp->last>=mp->max_buf_stack ) { 
768       mp->max_buf_stack=mp->last+1;
769       if ( mp->max_buf_stack==mp->buf_size ) {
770         mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
771       }
772     }
773     mp->buffer[mp->last]=mp->xord[c]; 
774     incr(mp->last);
775     if ( mp->buffer[mp->last-1]!=' ' ) 
776       last_nonblank=mp->last;
777     c = fgetc(f); 
778   } 
779   if (c!=EOF) {
780     ungetc(c,f);
781   }
782   mp->last=last_nonblank; 
783   return true;
784 }
785
786 @ The user's terminal acts essentially like other files of text, except
787 that it is used both for input and for output. When the terminal is
788 considered an input file, the file variable is called |term_in|, and when it
789 is considered an output file the file variable is |term_out|.
790 @^system dependencies@>
791
792 @<Glob...@>=
793 FILE * term_in; /* the terminal as an input file */
794 FILE * term_out; /* the terminal as an output file */
795
796 @ Here is how to open the terminal files. In the default configuration,
797 nothing happens except that the command line (if there is one) is copied
798 to the input buffer.  The variable |command_line| will be filled by the 
799 |main| procedure. The copying can not be done earlier in the program 
800 logic because in the |INI| version, the |buffer| is also used for primitive 
801 initialization.
802
803 @^system dependencies@>
804
805 @d t_open_out  /* open the terminal for text output */
806 @d t_open_in  do { /* open the terminal for text input */
807     if (mp->command_line!=NULL) {
808       mp->last = strlen(mp->command_line);
809       strncpy((char *)mp->buffer,mp->command_line,mp->last);
810       xfree(mp->command_line);
811     }
812 } while (0)
813
814 @<Glob...@>=
815 char *command_line;
816
817 @ @<Option variables@>=
818 char *command_line;
819
820 @ @<Allocate or initialize ...@>=
821 mp->command_line = mp_xstrdup(opt.command_line);
822
823 @ Sometimes it is necessary to synchronize the input/output mixture that
824 happens on the user's terminal, and three system-dependent
825 procedures are used for this
826 purpose. The first of these, |update_terminal|, is called when we want
827 to make sure that everything we have output to the terminal so far has
828 actually left the computer's internal buffers and been sent.
829 The second, |clear_terminal|, is called when we wish to cancel any
830 input that the user may have typed ahead (since we are about to
831 issue an unexpected error message). The third, |wake_up_terminal|,
832 is supposed to revive the terminal if the user has disabled it by
833 some instruction to the operating system.  The following macros show how
834 these operations can be specified in \ph:
835 @^system dependencies@>
836
837 @d update_terminal   fflush(mp->term_out) /* empty the terminal output buffer */
838 @d clear_terminal   do_nothing /* clear the terminal input buffer */
839 @d wake_up_terminal  fflush(mp->term_out) /* cancel the user's cancellation of output */
840
841 @ We need a special routine to read the first line of \MP\ input from
842 the user's terminal. This line is different because it is read before we
843 have opened the transcript file; there is sort of a ``chicken and
844 egg'' problem here. If the user types `\.{input cmr10}' on the first
845 line, or if some macro invoked by that line does such an \.{input},
846 the transcript file will be named `\.{cmr10.log}'; but if no \.{input}
847 commands are performed during the first line of terminal input, the transcript
848 file will acquire its default name `\.{mpout.log}'. (The transcript file
849 will not contain error messages generated by the first line before the
850 first \.{input} command.)
851
852 The first line is even more special if we are lucky enough to have an operating
853 system that treats \MP\ differently from a run-of-the-mill \PASCAL\ object
854 program. It's nice to let the user start running a \MP\ job by typing
855 a command line like `\.{MP cmr10}'; in such a case, \MP\ will operate
856 as if the first line of input were `\.{cmr10}', i.e., the first line will
857 consist of the remainder of the command line, after the part that invoked \MP.
858
859 @ Different systems have different ways to get started. But regardless of
860 what conventions are adopted, the routine that initializes the terminal
861 should satisfy the following specifications:
862
863 \yskip\textindent{1)}It should open file |term_in| for input from the
864   terminal. (The file |term_out| will already be open for output to the
865   terminal.)
866
867 \textindent{2)}If the user has given a command line, this line should be
868   considered the first line of terminal input. Otherwise the
869   user should be prompted with `\.{**}', and the first line of input
870   should be whatever is typed in response.
871
872 \textindent{3)}The first line of input, which might or might not be a
873   command line, should appear in locations |first| to |last-1| of the
874   |buffer| array.
875
876 \textindent{4)}The global variable |loc| should be set so that the
877   character to be read next by \MP\ is in |buffer[loc]|. This
878   character should not be blank, and we should have |loc<last|.
879
880 \yskip\noindent(It may be necessary to prompt the user several times
881 before a non-blank line comes in. The prompt is `\.{**}' instead of the
882 later `\.*' because the meaning is slightly different: `\.{input}' need
883 not be typed immediately after~`\.{**}'.)
884
885 @d loc mp->cur_input.loc_field /* location of first unread character in |buffer| */
886
887 @ The following program does the required initialization
888 without retrieving a possible command line.
889 It should be clear how to modify this routine to deal with command lines,
890 if the system permits them.
891 @^system dependencies@>
892
893 @c 
894 boolean mp_init_terminal (MP mp) { /* gets the terminal input started */
895   t_open_in; 
896   if (mp->last!=0) {
897     loc = mp->first = 0;
898         return true;
899   }
900   while (1) { 
901     wake_up_terminal; fprintf(mp->term_out,"**"); update_terminal;
902 @.**@>
903     if ( ! mp_input_ln(mp, mp->term_in,true) ) { /* this shouldn't happen */
904       fprintf(mp->term_out,"\n! End of file on the terminal... why?");
905 @.End of file on the terminal@>
906       return false;
907     }
908     loc=mp->first;
909     while ( (loc<(int)mp->last)&&(mp->buffer[loc]==' ') ) 
910       incr(loc);
911     if ( loc<(int)mp->last ) { 
912       return true; /* return unless the line was all blank */
913     };
914     fprintf(mp->term_out,"Please type the name of your input file.\n");
915   }
916 }
917
918 @ @<Declarations@>=
919 boolean mp_init_terminal (MP mp) ;
920
921
922 @* \[4] String handling.
923 Symbolic token names and diagnostic messages are variable-length strings
924 of eight-bit characters. Since \PASCAL\ does not have a well-developed string
925 mechanism, \MP\ does all of its string processing by homegrown methods.
926
927 \MP\ uses strings more extensively than \MF\ does, but the necessary
928 operations can still be handled with a fairly simple data structure.
929 The array |str_pool| contains all of the (eight-bit) ASCII codes in all
930 of the strings, and the array |str_start| contains indices of the starting
931 points of each string. Strings are referred to by integer numbers, so that
932 string number |s| comprises the characters |str_pool[j]| for
933 |str_start[s]<=j<str_start[ss]| where |ss=next_str[s]|.  The string pool
934 is allocated sequentially and |str_pool[pool_ptr]| is the next unused
935 location.  The first string number not currently in use is |str_ptr|
936 and |next_str[str_ptr]| begins a list of free string numbers.  String
937 pool entries |str_start[str_ptr]| up to |pool_ptr| are reserved for a
938 string currently being constructed.
939
940 String numbers 0 to 255 are reserved for strings that correspond to single
941 ASCII characters. This is in accordance with the conventions of \.{WEB},
942 @.WEB@>
943 which converts single-character strings into the ASCII code number of the
944 single character involved, while it converts other strings into integers
945 and builds a string pool file. Thus, when the string constant \.{"."} appears
946 in the program below, \.{WEB} converts it into the integer 46, which is the
947 ASCII code for a period, while \.{WEB} will convert a string like \.{"hello"}
948 into some integer greater than~255. String number 46 will presumably be the
949 single character `\..'\thinspace; but some ASCII codes have no standard visible
950 representation, and \MP\ may need to be able to print an arbitrary
951 ASCII character, so the first 256 strings are used to specify exactly what
952 should be printed for each of the 256 possibilities.
953
954 @<Types...@>=
955 typedef int pool_pointer; /* for variables that point into |str_pool| */
956 typedef int str_number; /* for variables that point into |str_start| */
957
958 @ @<Glob...@>=
959 ASCII_code *str_pool; /* the characters */
960 pool_pointer *str_start; /* the starting pointers */
961 str_number *next_str; /* for linking strings in order */
962 pool_pointer pool_ptr; /* first unused position in |str_pool| */
963 str_number str_ptr; /* number of the current string being created */
964 pool_pointer init_pool_ptr; /* the starting value of |pool_ptr| */
965 str_number init_str_use; /* the initial number of strings in use */
966 pool_pointer max_pool_ptr; /* the maximum so far of |pool_ptr| */
967 str_number max_str_ptr; /* the maximum so far of |str_ptr| */
968
969 @ @<Allocate or initialize ...@>=
970 mp->str_pool  = xmalloc ((mp->pool_size +1),sizeof(ASCII_code));
971 mp->str_start = xmalloc ((mp->max_strings+1),sizeof(pool_pointer));
972 mp->next_str  = xmalloc ((mp->max_strings+1),sizeof(str_number));
973
974 @ @<Dealloc variables@>=
975 xfree(mp->str_pool);
976 xfree(mp->str_start);
977 xfree(mp->next_str);
978
979 @ Most printing is done from |char *|s, but sometimes not. Here are
980 functions that convert an internal string into a |char *| for use
981 by the printing routines, and vice versa.
982
983 @d str(A) mp_str(mp,A)
984 @d rts(A) mp_rts(mp,A)
985
986 @<Exported function headers@>=
987 int mp_xstrcmp (const char *a, const char *b);
988 char * mp_str (MP mp, str_number s);
989
990 @ @<Declarations@>=
991 str_number mp_rts (MP mp, char *s);
992 str_number mp_make_string (MP mp);
993
994 @ The attempt to catch interrupted strings that is in |mp_rts|, is not 
995 very good: it does not handle nesting over more than one level.
996
997 @c 
998 int mp_xstrcmp (const char *a, const char *b) {
999         if (a==NULL && b==NULL) 
1000           return 0;
1001     if (a==NULL)
1002       return -1;
1003     if (b==NULL)
1004       return 1;
1005     return strcmp(a,b);
1006 }
1007
1008 @ @c
1009 char * mp_str (MP mp, str_number ss) {
1010   char *s;
1011   int len = length(ss);
1012   s = xmalloc(len+1,sizeof(char));
1013   strncpy(s,(char *)(mp->str_pool+(mp->str_start[ss])),len);
1014   s[len] = 0;
1015   return (char *)s;
1016 }
1017 str_number mp_rts (MP mp, char *s) {
1018   int r; /* the new string */ 
1019   int old; /* a possible string in progress */
1020   int i=0;
1021   if (strlen(s)==0) {
1022     return 256;
1023   } else if (strlen(s)==1) {
1024     return s[0];
1025   } else {
1026    old=0;
1027    str_room((integer)strlen(s));
1028    if (mp->str_start[mp->str_ptr]<mp->pool_ptr)
1029      old = mp_make_string(mp);
1030    while (*s) {
1031      append_char(*s);
1032      s++;
1033    }
1034    r = mp_make_string(mp);
1035    if (old!=0) {
1036       str_room(length(old));
1037       while (i<length(old)) {
1038         append_char((mp->str_start[old]+i));
1039       } 
1040       mp_flush_string(mp,old);
1041     }
1042     return r;
1043   }
1044 }
1045
1046 @ Except for |strs_used_up|, the following string statistics are only
1047 maintained when code between |stat| $\ldots$ |tats| delimiters is not
1048 commented out:
1049
1050 @<Glob...@>=
1051 integer strs_used_up; /* strings in use or unused but not reclaimed */
1052 integer pool_in_use; /* total number of cells of |str_pool| actually in use */
1053 integer strs_in_use; /* total number of strings actually in use */
1054 integer max_pl_used; /* maximum |pool_in_use| so far */
1055 integer max_strs_used; /* maximum |strs_in_use| so far */
1056
1057 @ Several of the elementary string operations are performed using \.{WEB}
1058 macros instead of \PASCAL\ procedures, because many of the
1059 operations are done quite frequently and we want to avoid the
1060 overhead of procedure calls. For example, here is
1061 a simple macro that computes the length of a string.
1062 @.WEB@>
1063
1064 @d str_stop(A) mp->str_start[mp->next_str[(A)]] /* one cell past the end of string
1065   number \# */
1066 @d length(A) (str_stop((A))-mp->str_start[(A)]) /* the number of characters in string \# */
1067
1068 @ The length of the current string is called |cur_length|.  If we decide that
1069 the current string is not needed, |flush_cur_string| resets |pool_ptr| so that
1070 |cur_length| becomes zero.
1071
1072 @d cur_length   (mp->pool_ptr - mp->str_start[mp->str_ptr])
1073 @d flush_cur_string   mp->pool_ptr=mp->str_start[mp->str_ptr]
1074
1075 @ Strings are created by appending character codes to |str_pool|.
1076 The |append_char| macro, defined here, does not check to see if the
1077 value of |pool_ptr| has gotten too high; this test is supposed to be
1078 made before |append_char| is used.
1079
1080 To test if there is room to append |l| more characters to |str_pool|,
1081 we shall write |str_room(l)|, which tries to make sure there is enough room
1082 by compacting the string pool if necessary.  If this does not work,
1083 |do_compaction| aborts \MP\ and gives an apologetic error message.
1084
1085 @d append_char(A)   /* put |ASCII_code| \# at the end of |str_pool| */
1086 { mp->str_pool[mp->pool_ptr]=(A); incr(mp->pool_ptr);
1087 }
1088 @d str_room(A)   /* make sure that the pool hasn't overflowed */
1089   { if ( mp->pool_ptr+(A) > mp->max_pool_ptr ) {
1090     if ( mp->pool_ptr+(A) > mp->pool_size ) mp_do_compaction(mp, (A));
1091     else mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr+(A); }
1092   }
1093
1094 @ The following routine is similar to |str_room(1)| but it uses the
1095 argument |mp->pool_size| to prevent |do_compaction| from aborting when
1096 string space is exhausted.
1097
1098 @<Declare the procedure called |unit_str_room|@>=
1099 void mp_unit_str_room (MP mp);
1100
1101 @ @c
1102 void mp_unit_str_room (MP mp) { 
1103   if ( mp->pool_ptr>=mp->pool_size ) mp_do_compaction(mp, mp->pool_size);
1104   if ( mp->pool_ptr>=mp->max_pool_ptr ) mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr+1;
1105 }
1106
1107 @ \MP's string expressions are implemented in a brute-force way: Every
1108 new string or substring that is needed is simply copied into the string pool.
1109 Space is eventually reclaimed by a procedure called |do_compaction| with
1110 the aid of a simple system system of reference counts.
1111 @^reference counts@>
1112
1113 The number of references to string number |s| will be |str_ref[s]|. The
1114 special value |str_ref[s]=max_str_ref=127| is used to denote an unknown
1115 positive number of references; such strings will never be recycled. If
1116 a string is ever referred to more than 126 times, simultaneously, we
1117 put it in this category. Hence a single byte suffices to store each |str_ref|.
1118
1119 @d max_str_ref 127 /* ``infinite'' number of references */
1120 @d add_str_ref(A) { if ( mp->str_ref[(A)]<max_str_ref ) incr(mp->str_ref[(A)]);
1121   }
1122
1123 @<Glob...@>=
1124 int *str_ref;
1125
1126 @ @<Allocate or initialize ...@>=
1127 mp->str_ref = xmalloc ((mp->max_strings+1),sizeof(int));
1128
1129 @ @<Dealloc variables@>=
1130 xfree(mp->str_ref);
1131
1132 @ Here's what we do when a string reference disappears:
1133
1134 @d delete_str_ref(A)  { 
1135     if ( mp->str_ref[(A)]<max_str_ref ) {
1136        if ( mp->str_ref[(A)]>1 ) decr(mp->str_ref[(A)]); 
1137        else mp_flush_string(mp, (A));
1138     }
1139   }
1140
1141 @<Declare the procedure called |flush_string|@>=
1142 void mp_flush_string (MP mp,str_number s) ;
1143
1144
1145 @ We can't flush the first set of static strings at all, so there 
1146 is no point in trying
1147
1148 @c
1149 void mp_flush_string (MP mp,str_number s) { 
1150   if (length(s)>1) {
1151     mp->pool_in_use=mp->pool_in_use-length(s);
1152     decr(mp->strs_in_use);
1153     if ( mp->next_str[s]!=mp->str_ptr ) {
1154       mp->str_ref[s]=0;
1155     } else { 
1156       mp->str_ptr=s;
1157       decr(mp->strs_used_up);
1158     }
1159     mp->pool_ptr=mp->str_start[mp->str_ptr];
1160   }
1161 }
1162
1163 @ C literals cannot be simply added, they need to be set so they can't
1164 be flushed.
1165
1166 @d intern(A) mp_intern(mp,(A))
1167
1168 @c
1169 str_number mp_intern (MP mp, char *s) {
1170   str_number r ;
1171   r = rts(s);
1172   mp->str_ref[r] = max_str_ref;
1173   return r;
1174 }
1175
1176 @ @<Declarations@>=
1177 str_number mp_intern (MP mp, char *s);
1178
1179
1180 @ Once a sequence of characters has been appended to |str_pool|, it
1181 officially becomes a string when the function |make_string| is called.
1182 This function returns the identification number of the new string as its
1183 value.
1184
1185 When getting the next unused string number from the linked list, we pretend
1186 that
1187 $$ \hbox{|max_str_ptr+1|, |max_str_ptr+2|, $\ldots$, |mp->max_strings|} $$
1188 are linked sequentially even though the |next_str| entries have not been
1189 initialized yet.  We never allow |str_ptr| to reach |mp->max_strings|;
1190 |do_compaction| is responsible for making sure of this.
1191
1192 @<Declarations@>=
1193 @<Declare the procedure called |do_compaction|@>;
1194 @<Declare the procedure called |unit_str_room|@>;
1195 str_number mp_make_string (MP mp);
1196
1197 @ @c 
1198 str_number mp_make_string (MP mp) { /* current string enters the pool */
1199   str_number s; /* the new string */
1200 RESTART: 
1201   s=mp->str_ptr;
1202   mp->str_ptr=mp->next_str[s];
1203   if ( mp->str_ptr>mp->max_str_ptr ) {
1204     if ( mp->str_ptr==mp->max_strings ) { 
1205       mp->str_ptr=s;
1206       mp_do_compaction(mp, 0);
1207       goto RESTART;
1208     } else {
1209 #ifdef DEBUG 
1210       if ( mp->strs_used_up!=mp->max_str_ptr ) mp_confusion(mp, "s");
1211 @:this can't happen s}{\quad \.s@>
1212 #endif
1213       mp->max_str_ptr=mp->str_ptr;
1214       mp->next_str[mp->str_ptr]=mp->max_str_ptr+1;
1215     }
1216   }
1217   mp->str_ref[s]=1;
1218   mp->str_start[mp->str_ptr]=mp->pool_ptr;
1219   incr(mp->strs_used_up);
1220   incr(mp->strs_in_use);
1221   mp->pool_in_use=mp->pool_in_use+length(s);
1222   if ( mp->pool_in_use>mp->max_pl_used ) 
1223     mp->max_pl_used=mp->pool_in_use;
1224   if ( mp->strs_in_use>mp->max_strs_used ) 
1225     mp->max_strs_used=mp->strs_in_use;
1226   return s;
1227 }
1228
1229 @ The most interesting string operation is string pool compaction.  The idea
1230 is to recover unused space in the |str_pool| array by recopying the strings
1231 to close the gaps created when some strings become unused.  All string
1232 numbers~$k$ where |str_ref[k]=0| are to be linked into the list of free string
1233 numbers after |str_ptr|.  If this fails to free enough pool space we issue an
1234 |overflow| error unless |needed=mp->pool_size|.  Calling |do_compaction|
1235 with |needed=mp->pool_size| supresses all overflow tests.
1236
1237 The compaction process starts with |last_fixed_str| because all lower numbered
1238 strings are permanently allocated with |max_str_ref| in their |str_ref| entries.
1239
1240 @<Glob...@>=
1241 str_number last_fixed_str; /* last permanently allocated string */
1242 str_number fixed_str_use; /* number of permanently allocated strings */
1243
1244 @ @<Declare the procedure called |do_compaction|@>=
1245 void mp_do_compaction (MP mp, pool_pointer needed) ;
1246
1247 @ @c
1248 void mp_do_compaction (MP mp, pool_pointer needed) {
1249   str_number str_use; /* a count of strings in use */
1250   str_number r,s,t; /* strings being manipulated */
1251   pool_pointer p,q; /* destination and source for copying string characters */
1252   @<Advance |last_fixed_str| as far as possible and set |str_use|@>;
1253   r=mp->last_fixed_str;
1254   s=mp->next_str[r];
1255   p=mp->str_start[s];
1256   while ( s!=mp->str_ptr ) { 
1257     while ( mp->str_ref[s]==0 ) {
1258       @<Advance |s| and add the old |s| to the list of free string numbers;
1259         then |break| if |s=str_ptr|@>;
1260     }
1261     r=s; s=mp->next_str[s];
1262     incr(str_use);
1263     @<Move string |r| back so that |str_start[r]=p|; make |p| the location
1264      after the end of the string@>;
1265   }
1266   @<Move the current string back so that it starts at |p|@>;
1267   if ( needed<mp->pool_size ) {
1268     @<Make sure that there is room for another string with |needed| characters@>;
1269   }
1270   @<Account for the compaction and make sure the statistics agree with the
1271      global versions@>;
1272   mp->strs_used_up=str_use;
1273 }
1274
1275 @ @<Advance |last_fixed_str| as far as possible and set |str_use|@>=
1276 t=mp->next_str[mp->last_fixed_str];
1277 while ( (mp->str_ref[t]==max_str_ref)&&(t!=mp->str_ptr) ) { 
1278   incr(mp->fixed_str_use);
1279   mp->last_fixed_str=t;
1280   t=mp->next_str[t];
1281 }
1282 str_use=mp->fixed_str_use
1283
1284 @ Because of the way |flush_string| has been written, it should never be
1285 necessary to |break| here.  The extra line of code seems worthwhile to
1286 preserve the generality of |do_compaction|.
1287
1288 @<Advance |s| and add the old |s| to the list of free string numbers;...@>=
1289 {
1290 t=s;
1291 s=mp->next_str[s];
1292 mp->next_str[r]=s;
1293 mp->next_str[t]=mp->next_str[mp->str_ptr];
1294 mp->next_str[mp->str_ptr]=t;
1295 if ( s==mp->str_ptr ) break;
1296 }
1297
1298 @ The string currently starts at |str_start[r]| and ends just before
1299 |str_start[s]|.  We don't change |str_start[s]| because it might be needed
1300 to locate the next string.
1301
1302 @<Move string |r| back so that |str_start[r]=p|; make |p| the location...@>=
1303 q=mp->str_start[r];
1304 mp->str_start[r]=p;
1305 while ( q<mp->str_start[s] ) { 
1306   mp->str_pool[p]=mp->str_pool[q];
1307   incr(p); incr(q);
1308 }
1309
1310 @ Pointers |str_start[str_ptr]| and |pool_ptr| have not been updated.  When
1311 we do this, anything between them should be moved.
1312
1313 @ @<Move the current string back so that it starts at |p|@>=
1314 q=mp->str_start[mp->str_ptr];
1315 mp->str_start[mp->str_ptr]=p;
1316 while ( q<mp->pool_ptr ) { 
1317   mp->str_pool[p]=mp->str_pool[q];
1318   incr(p); incr(q);
1319 }
1320 mp->pool_ptr=p
1321
1322 @ We must remember that |str_ptr| is not allowed to reach |mp->max_strings|.
1323
1324 @<Make sure that there is room for another string with |needed| char...@>=
1325 if ( str_use>=mp->max_strings-1 )
1326   mp_reallocate_strings (mp,str_use);
1327 if ( mp->pool_ptr+needed>mp->max_pool_ptr ) {
1328   mp_reallocate_pool(mp, mp->pool_ptr+needed);
1329   mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr+needed;
1330 }
1331
1332 @ @<Declarations@>=
1333 void mp_reallocate_strings (MP mp, str_number str_use) ;
1334 void mp_reallocate_pool(MP mp, pool_pointer needed) ;
1335
1336 @ @c 
1337 void mp_reallocate_strings (MP mp, str_number str_use) { 
1338   while ( str_use>=mp->max_strings-1 ) {
1339     int l = mp->max_strings + (mp->max_strings>>2);
1340     XREALLOC (mp->str_ref,   (l+1),sizeof(int));
1341     XREALLOC (mp->str_start, (l+1),sizeof(pool_pointer));
1342     XREALLOC (mp->next_str,  (l+1),sizeof(str_number));
1343     mp->max_strings = l;
1344   }
1345 }
1346 void mp_reallocate_pool(MP mp, pool_pointer needed) {
1347   while ( needed>mp->pool_size ) {
1348     int l = mp->pool_size + (mp->pool_size>>2);
1349         XREALLOC (mp->str_pool, (l+1),sizeof(ASCII_code));
1350     mp->pool_size = l;
1351   }
1352 }
1353
1354 @ @<Account for the compaction and make sure the statistics agree with...@>=
1355 if ( (mp->str_start[mp->str_ptr]!=mp->pool_in_use)||(str_use!=mp->strs_in_use) )
1356   mp_confusion(mp, "string");
1357 @:this can't happen string}{\quad string@>
1358 incr(mp->pact_count);
1359 mp->pact_chars=mp->pact_chars+mp->pool_ptr-str_stop(mp->last_fixed_str);
1360 mp->pact_strs=mp->pact_strs+str_use-mp->fixed_str_use;
1361 #ifdef DEBUG
1362 s=mp->str_ptr; t=str_use;
1363 while ( s<=mp->max_str_ptr ){
1364   if ( t>mp->max_str_ptr ) mp_confusion(mp, "\"");
1365   incr(t); s=mp->next_str[s];
1366 };
1367 if ( t<=mp->max_str_ptr ) mp_confusion(mp, "\"");
1368 #endif
1369
1370 @ A few more global variables are needed to keep track of statistics when
1371 |stat| $\ldots$ |tats| blocks are not commented out.
1372
1373 @<Glob...@>=
1374 integer pact_count; /* number of string pool compactions so far */
1375 integer pact_chars; /* total number of characters moved during compactions */
1376 integer pact_strs; /* total number of strings moved during compactions */
1377
1378 @ @<Initialize compaction statistics@>=
1379 mp->pact_count=0;
1380 mp->pact_chars=0;
1381 mp->pact_strs=0;
1382
1383 @ The following subroutine compares string |s| with another string of the
1384 same length that appears in |buffer| starting at position |k|;
1385 the result is |true| if and only if the strings are equal.
1386
1387 @c 
1388 boolean mp_str_eq_buf (MP mp,str_number s, integer k) {
1389   /* test equality of strings */
1390   pool_pointer j; /* running index */
1391   j=mp->str_start[s];
1392   while ( j<str_stop(s) ) { 
1393     if ( mp->str_pool[j++]!=mp->buffer[k++] ) 
1394       return false;
1395   }
1396   return true;
1397 }
1398
1399 @ Here is a similar routine, but it compares two strings in the string pool,
1400 and it does not assume that they have the same length. If the first string
1401 is lexicographically greater than, less than, or equal to the second,
1402 the result is respectively positive, negative, or zero.
1403
1404 @c 
1405 integer mp_str_vs_str (MP mp, str_number s, str_number t) {
1406   /* test equality of strings */
1407   pool_pointer j,k; /* running indices */
1408   integer ls,lt; /* lengths */
1409   integer l; /* length remaining to test */
1410   ls=length(s); lt=length(t);
1411   if ( ls<=lt ) l=ls; else l=lt;
1412   j=mp->str_start[s]; k=mp->str_start[t];
1413   while ( l-->0 ) { 
1414     if ( mp->str_pool[j]!=mp->str_pool[k] ) {
1415        return (mp->str_pool[j]-mp->str_pool[k]); 
1416     }
1417     incr(j); incr(k);
1418   }
1419   return (ls-lt);
1420 }
1421
1422 @ The initial values of |str_pool|, |str_start|, |pool_ptr|,
1423 and |str_ptr| are computed by the \.{INIMP} program, based in part
1424 on the information that \.{WEB} has output while processing \MP.
1425 @.INIMP@>
1426 @^string pool@>
1427
1428 @c 
1429 void mp_get_strings_started (MP mp) { 
1430   /* initializes the string pool,
1431     but returns |false| if something goes wrong */
1432   int k; /* small indices or counters */
1433   str_number g; /* a new string */
1434   mp->pool_ptr=0; mp->str_ptr=0; mp->max_pool_ptr=0; mp->max_str_ptr=0;
1435   mp->str_start[0]=0;
1436   mp->next_str[0]=1;
1437   mp->pool_in_use=0; mp->strs_in_use=0;
1438   mp->max_pl_used=0; mp->max_strs_used=0;
1439   @<Initialize compaction statistics@>;
1440   mp->strs_used_up=0;
1441   @<Make the first 256 strings@>;
1442   g=mp_make_string(mp); /* string 256 == "" */
1443   mp->last_fixed_str=mp->str_ptr-1;
1444   mp->fixed_str_use=mp->str_ptr;
1445   return;
1446 }
1447
1448 @ @<Declarations@>=
1449 void mp_get_strings_started (MP mp);
1450
1451 @ The first 256 strings will consist of a single character only.
1452
1453 @<Make the first 256...@>=
1454 for (k=0;k<=255;k++) { 
1455   append_char(k);
1456   g=mp_make_string(mp); 
1457   mp->str_ref[g]=max_str_ref;
1458 }
1459
1460 @ The first 128 strings will contain 95 standard ASCII characters, and the
1461 other 33 characters will be printed in three-symbol form like `\.{\^\^A}'
1462 unless a system-dependent change is made here. Installations that have
1463 an extended character set, where for example |xchr[032]=@t\.{'^^Z'}@>|,
1464 would like string 032 to be printed as the single character 032 instead
1465 of the three characters 0136, 0136, 0132 (\.{\^\^Z}). On the other hand,
1466 even people with an extended character set will want to represent string
1467 015 by \.{\^\^M}, since 015 is ASCII's ``carriage return'' code; the idea is
1468 to produce visible strings instead of tabs or line-feeds or carriage-returns
1469 or bell-rings or characters that are treated anomalously in text files.
1470
1471 Unprintable characters of codes 128--255 are, similarly, rendered
1472 \.{\^\^80}--\.{\^\^ff}.
1473
1474 The boolean expression defined here should be |true| unless \MP\ internal
1475 code number~|k| corresponds to a non-troublesome visible symbol in the
1476 local character set.
1477 If character |k| cannot be printed, and |k<0200|, then character |k+0100| or
1478 |k-0100| must be printable; moreover, ASCII codes |[060..071, 0141..0146]|
1479 must be printable.
1480 @^character set dependencies@>
1481 @^system dependencies@>
1482
1483 @<Character |k| cannot be printed@>=
1484   (k<' ')||(k>'~')
1485
1486 @* \[5] On-line and off-line printing.
1487 Messages that are sent to a user's terminal and to the transcript-log file
1488 are produced by several `|print|' procedures. These procedures will
1489 direct their output to a variety of places, based on the setting of
1490 the global variable |selector|, which has the following possible
1491 values:
1492
1493 \yskip
1494 \hang |term_and_log|, the normal setting, prints on the terminal and on the
1495   transcript file.
1496
1497 \hang |log_only|, prints only on the transcript file.
1498
1499 \hang |term_only|, prints only on the terminal.
1500
1501 \hang |no_print|, doesn't print at all. This is used only in rare cases
1502   before the transcript file is open.
1503
1504 \hang |ps_file_only| prints only on the \ps\ output file.
1505
1506 \hang |pseudo|, puts output into a cyclic buffer that is used
1507   by the |show_context| routine; when we get to that routine we shall discuss
1508   the reasoning behind this curious mode.
1509
1510 \hang |new_string|, appends the output to the current string in the
1511   string pool.
1512
1513 \hang |>=write_file| prints on one of the files used for the \&{write}
1514 @:write_}{\&{write} primitive@>
1515   command.
1516
1517 \yskip
1518 \noindent The symbolic names `|term_and_log|', etc., have been assigned
1519 numeric codes that satisfy the convenient relations |no_print+1=term_only|,
1520 |no_print+2=log_only|, |term_only+2=log_only+1=term_and_log|.  These
1521 relations are not used when |selector| could be |pseudo|, |new_string|,
1522 or |ps_file_only|.  We need not check for unprintable characters when
1523 |selector<pseudo|.
1524
1525 Four additional global variables, |tally|, |term_offset|, |file_offset|,
1526 and |ps_offset| record the number of characters that have been printed
1527 since they were most recently cleared to zero. We use |tally| to record
1528 the length of (possibly very long) stretches of printing; |term_offset|,
1529 |file_offset|, and |ps_offset|, on the other hand, keep track of how many
1530 characters have appeared so far on the current line that has been output
1531 to the terminal, the transcript file, or the \ps\ output file, respectively.
1532
1533 @d new_string 0 /* printing is deflected to the string pool */
1534 @d ps_file_only 1 /* printing goes to the \ps\ output file */
1535 @d pseudo 2 /* special |selector| setting for |show_context| */
1536 @d no_print 3 /* |selector| setting that makes data disappear */
1537 @d term_only 4 /* printing is destined for the terminal only */
1538 @d log_only 5 /* printing is destined for the transcript file only */
1539 @d term_and_log 6 /* normal |selector| setting */
1540 @d write_file 7 /* first write file selector */
1541
1542 @<Glob...@>=
1543 FILE * log_file; /* transcript of \MP\ session */
1544 FILE * ps_file; /* the generic font output goes here */
1545 unsigned int selector; /* where to print a message */
1546 unsigned char dig[23]; /* digits in a number being output */
1547 integer tally; /* the number of characters recently printed */
1548 unsigned int term_offset;
1549   /* the number of characters on the current terminal line */
1550 unsigned int file_offset;
1551   /* the number of characters on the current file line */
1552 integer ps_offset;
1553   /* the number of characters on the current \ps\ file line */
1554 ASCII_code *trick_buf; /* circular buffer for pseudoprinting */
1555 integer trick_count; /* threshold for pseudoprinting, explained later */
1556 integer first_count; /* another variable for pseudoprinting */
1557
1558 @ @<Allocate or initialize ...@>=
1559 memset(mp->dig,0,23);
1560 mp->trick_buf = xmalloc((mp->error_line+1),sizeof(ASCII_code));
1561
1562 @ @<Dealloc variables@>=
1563 xfree(mp->trick_buf);
1564
1565 @ @<Initialize the output routines@>=
1566 mp->selector=term_only; mp->tally=0; mp->term_offset=0; mp->file_offset=0; mp->ps_offset=0;
1567
1568 @ Macro abbreviations for output to the terminal and to the log file are
1569 defined here for convenience. Some systems need special conventions
1570 for terminal output, and it is possible to adhere to those conventions
1571 by changing |wterm|, |wterm_ln|, and |wterm_cr| here.
1572 @^system dependencies@>
1573
1574 @d wterm(A)    fprintf(mp->term_out,"%s",(A))
1575 @d wterm_chr(A)fprintf(mp->term_out,"%c",(A))
1576 @d wterm_ln(A) fprintf(mp->term_out,"\n%s",(A))
1577 @d wterm_cr    fprintf(mp->term_out,"\n")
1578 @d wlog(A)     fprintf(mp->log_file,"%s",(A))
1579 @d wlog_chr(A) fprintf(mp->log_file,"%c",(A))
1580 @d wlog_ln(A)  fprintf(mp->log_file,"\n%s",(A))
1581 @d wlog_cr     fprintf(mp->log_file, "\n")
1582 @d wps(A)      fprintf(mp->ps_file,"%s",(A))
1583 @d wps_chr(A)  fprintf(mp->ps_file,"%c",(A))
1584 @d wps_ln(A)   fprintf(mp->ps_file,,"\n%s",(A))
1585 @d wps_cr      fprintf(mp->ps_file,"\n")
1586
1587 @ To end a line of text output, we call |print_ln|.  Cases |0..max_write_files|
1588 use an array |wr_file| that will be declared later.
1589
1590 @d mp_print_text(A) mp_print_str(mp,text((A)))
1591
1592 @<Exported...@>=
1593 void mp_print_ln (MP mp);
1594 void mp_print_visible_char (MP mp, ASCII_code s); 
1595 void mp_print_char (MP mp, ASCII_code k);
1596 void mp_print (MP mp, char *s);
1597 void mp_print_str (MP mp, str_number s);
1598 void mp_print_nl (MP mp, char *s);
1599 void mp_print_two (MP mp,scaled x, scaled y) ;
1600 void mp_print_scaled (MP mp,scaled s);
1601
1602 @ @<Basic print...@>=
1603 void mp_print_ln (MP mp) { /* prints an end-of-line */
1604  switch (mp->selector) {
1605   case term_and_log: 
1606     wterm_cr; wlog_cr;
1607     mp->term_offset=0;  mp->file_offset=0;
1608     break;
1609   case log_only: 
1610     wlog_cr; mp->file_offset=0;
1611     break;
1612   case term_only: 
1613     wterm_cr; mp->term_offset=0;
1614     break;
1615   case ps_file_only: 
1616     wps_cr; mp->ps_offset=0;
1617     break;
1618   case no_print:
1619   case pseudo: 
1620   case new_string: 
1621     break;
1622   default: 
1623     fprintf(mp->wr_file[(mp->selector-write_file)],"\n");
1624   }
1625 } /* note that |tally| is not affected */
1626
1627 @ The |print_visible_char| procedure sends one character to the desired
1628 destination, using the |xchr| array to map it into an external character
1629 compatible with |input_ln|.  (It assumes that it is always called with
1630 a visible ASCII character.)  All printing comes through |print_ln| or
1631 |print_char|, which ultimately calls |print_visible_char|, hence these
1632 routines are the ones that limit lines to at most |max_print_line| characters.
1633 But we must make an exception for the \ps\ output file since it is not safe
1634 to cut up lines arbitrarily in \ps.
1635
1636 Procedure |unit_str_room| needs to be declared |forward| here because it calls
1637 |do_compaction| and |do_compaction| can call the error routines.  Actually,
1638 |unit_str_room| avoids |overflow| errors but it can call |confusion|.
1639
1640 @<Basic printing...@>=
1641 void mp_print_visible_char (MP mp, ASCII_code s) { /* prints a single character */
1642   switch (mp->selector) {
1643   case term_and_log: 
1644     wterm_chr(mp->xchr[s]); wlog_chr(mp->xchr[s]);
1645     incr(mp->term_offset); incr(mp->file_offset);
1646     if ( mp->term_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) { 
1647        wterm_cr; mp->term_offset=0;
1648     };
1649     if ( mp->file_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) { 
1650        wlog_cr; mp->file_offset=0;
1651     };
1652     break;
1653   case log_only: 
1654     wlog_chr(mp->xchr[s]); incr(mp->file_offset);
1655     if ( mp->file_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) mp_print_ln(mp);
1656     break;
1657   case term_only: 
1658     wterm_chr(mp->xchr[s]); incr(mp->term_offset);
1659     if ( mp->term_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) mp_print_ln(mp);
1660     break;
1661   case ps_file_only: 
1662     if ( s==13 ) {
1663       wps_cr; mp->ps_offset=0;
1664     } else {
1665       wps_chr(mp->xchr[s]); incr(mp->ps_offset);
1666     };
1667     break;
1668   case no_print: 
1669     break;
1670   case pseudo: 
1671     if ( mp->tally<mp->trick_count ) 
1672       mp->trick_buf[mp->tally % mp->error_line]=s;
1673     break;
1674   case new_string: 
1675     if ( mp->pool_ptr>=mp->max_pool_ptr ) { 
1676       mp_unit_str_room(mp);
1677       if ( mp->pool_ptr>=mp->pool_size ) 
1678         goto DONE; /* drop characters if string space is full */
1679     };
1680     append_char(s);
1681     break;
1682   default:
1683     fprintf(mp->wr_file[(mp->selector-write_file)],"%c",mp->xchr[s]);
1684   }
1685 DONE:
1686   incr(mp->tally);
1687 }
1688
1689 @ The |print_char| procedure sends one character to the desired destination.
1690 File names and string expressions might contain |ASCII_code| values that
1691 can't be printed using |print_visible_char|.  These characters will be
1692 printed in three- or four-symbol form like `\.{\^\^A}' or `\.{\^\^e4}'.
1693 (This procedure assumes that it is safe to bypass all checks for unprintable
1694 characters when |selector| is in the range |0..max_write_files-1| or when
1695 |selector=ps_file_only|.  In the former case the user might want to write
1696 unprintable characters, and in the latter case the \ps\ printing routines
1697 check their arguments themselves before calling |print_char| or |print|.)
1698
1699 @d print_lc_hex(A) do { l=(A);
1700     mp_print_visible_char(mp, (l<10 ? l+'0' : l-10+'a'));
1701   } while (0)
1702
1703 @<Basic printing...@>=
1704 void mp_print_char (MP mp, ASCII_code k) { /* prints a single character */
1705   int l; /* small index or counter */
1706   if ( mp->selector<pseudo || mp->selector>=write_file) {
1707     mp_print_visible_char(mp, k);
1708   } else if ( @<Character |k| cannot be printed@> ) { 
1709     mp_print(mp, "^^"); 
1710     if ( k<0100 ) { 
1711       mp_print_visible_char(mp, k+0100); 
1712     } else if ( k<0200 ) { 
1713       mp_print_visible_char(mp, k-0100); 
1714     } else { 
1715       print_lc_hex(k / 16);  
1716       print_lc_hex(k % 16); 
1717     }
1718   } else {
1719     mp_print_visible_char(mp, k);
1720   }
1721 };
1722
1723 @ An entire string is output by calling |print|. Note that if we are outputting
1724 the single standard ASCII character \.c, we could call |print("c")|, since
1725 |"c"=99| is the number of a single-character string, as explained above. But
1726 |print_char("c")| is quicker, so \MP\ goes directly to the |print_char|
1727 routine when it knows that this is safe. (The present implementation
1728 assumes that it is always safe to print a visible ASCII character.)
1729 @^system dependencies@>
1730
1731 @<Basic print...@>=
1732 void mp_do_print (MP mp, char *ss, unsigned int len) { /* prints string |s| */
1733   unsigned int j = 0;
1734   while ( j<len ){ 
1735     mp_print_char(mp, ss[j]); incr(j);
1736   }
1737 }
1738
1739
1740 @<Basic print...@>=
1741 void mp_print (MP mp, char *ss) {
1742   mp_do_print(mp, ss, strlen(ss));
1743 }
1744 void mp_print_str (MP mp, str_number s) {
1745   pool_pointer j; /* current character code position */
1746   if ( (s<0)||(s>mp->max_str_ptr) ) {
1747      mp_do_print(mp,"???",3); /* this can't happen */
1748 @.???@>
1749   }
1750   j=mp->str_start[s];
1751   mp_do_print(mp, (char *)(mp->str_pool+j), (str_stop(s)-j));
1752 }
1753
1754
1755 @ Here is the very first thing that \MP\ prints: a headline that identifies
1756 the version number and base name. The |term_offset| variable is temporarily
1757 incorrect, but the discrepancy is not serious since we assume that the banner
1758 and mem identifier together will occupy at most |max_print_line|
1759 character positions.
1760
1761 @<Initialize the output...@>=
1762 wterm (banner);
1763 wterm (version_string);
1764 if (mp->mem_ident!=NULL) 
1765   mp_print(mp,mp->mem_ident); 
1766 mp_print_ln(mp);
1767 update_terminal;
1768
1769 @ The procedure |print_nl| is like |print|, but it makes sure that the
1770 string appears at the beginning of a new line.
1771
1772 @<Basic print...@>=
1773 void mp_print_nl (MP mp, char *s) { /* prints string |s| at beginning of line */
1774   switch(mp->selector) {
1775   case term_and_log: 
1776     if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_ln(mp);
1777     break;
1778   case log_only: 
1779     if ( mp->file_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
1780     break;
1781   case term_only: 
1782     if ( mp->term_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
1783     break;
1784   case ps_file_only: 
1785     if ( mp->ps_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
1786     break;
1787   case no_print:
1788   case pseudo:
1789   case new_string: 
1790         break;
1791   } /* there are no other cases */
1792   mp_print(mp, s);
1793 }
1794
1795 @ An array of digits in the range |0..9| is printed by |print_the_digs|.
1796
1797 @<Basic print...@>=
1798 void mp_print_the_digs (MP mp, eight_bits k) {
1799   /* prints |dig[k-1]|$\,\ldots\,$|dig[0]| */
1800   while ( k>0 ){ 
1801     decr(k); mp_print_char(mp, '0'+mp->dig[k]);
1802   }
1803 };
1804
1805 @ The following procedure, which prints out the decimal representation of a
1806 given integer |n|, has been written carefully so that it works properly
1807 if |n=0| or if |(-n)| would cause overflow. It does not apply |mod| or |div|
1808 to negative arguments, since such operations are not implemented consistently
1809 by all \PASCAL\ compilers.
1810
1811 @<Basic print...@>=
1812 void mp_print_int (MP mp,integer n) { /* prints an integer in decimal form */
1813   integer m; /* used to negate |n| in possibly dangerous cases */
1814   int k = 0; /* index to current digit; we assume that $|n|<10^{23}$ */
1815   if ( n<0 ) { 
1816     mp_print_char(mp, '-');
1817     if ( n>-100000000 ) {
1818           negate(n);
1819     } else  { 
1820           m=-1-n; n=m / 10; m=(m % 10)+1; k=1;
1821       if ( m<10 ) {
1822         mp->dig[0]=m;
1823       } else { 
1824         mp->dig[0]=0; incr(n);
1825       }
1826     }
1827   }
1828   do {  
1829     mp->dig[k]=n % 10; n=n / 10; incr(k);
1830   } while (n!=0);
1831   mp_print_the_digs(mp, k);
1832 };
1833
1834 @ @<Exported...@>=
1835 void mp_print_int (MP mp,integer n);
1836
1837 @ \MP\ also makes use of a trivial procedure to print two digits. The
1838 following subroutine is usually called with a parameter in the range |0<=n<=99|.
1839
1840 @c 
1841 void mp_print_dd (MP mp,integer n) { /* prints two least significant digits */
1842   n=abs(n) % 100; 
1843   mp_print_char(mp, '0'+(n / 10));
1844   mp_print_char(mp, '0'+(n % 10));
1845 }
1846
1847 @ Here is a procedure that asks the user to type a line of input,
1848 assuming that the |selector| setting is either |term_only| or |term_and_log|.
1849 The input is placed into locations |first| through |last-1| of the
1850 |buffer| array, and echoed on the transcript file if appropriate.
1851
1852 This procedure is never called when |interaction<mp_scroll_mode|.
1853
1854 @d prompt_input(A) do { 
1855     wake_up_terminal; mp_print(mp, (A)); mp_term_input(mp);
1856   } while (0) /* prints a string and gets a line of input */
1857
1858 @c 
1859 void mp_term_input (MP mp) { /* gets a line from the terminal */
1860   size_t k; /* index into |buffer| */
1861   update_terminal; /* Now the user sees the prompt for sure */
1862   if (!mp_input_ln(mp, mp->term_in,true)) 
1863     mp_fatal_error(mp, "End of file on the terminal!");
1864 @.End of file on the terminal@>
1865   mp->term_offset=0; /* the user's line ended with \<\rm return> */
1866   decr(mp->selector); /* prepare to echo the input */
1867   if ( mp->last!=mp->first ) {
1868     for (k=mp->first;k<=mp->last-1;k++) {
1869       mp_print_char(mp, mp->buffer[k]);
1870     }
1871   }
1872   mp_print_ln(mp); 
1873   mp->buffer[mp->last]='%'; 
1874   incr(mp->selector); /* restore previous status */
1875 };
1876
1877 @* \[6] Reporting errors.
1878 When something anomalous is detected, \MP\ typically does something like this:
1879 $$\vbox{\halign{#\hfil\cr
1880 |print_err("Something anomalous has been detected");|\cr
1881 |help3("This is the first line of my offer to help.")|\cr
1882 |("This is the second line. I'm trying to")|\cr
1883 |("explain the best way for you to proceed.");|\cr
1884 |error;|\cr}}$$
1885 A two-line help message would be given using |help2|, etc.; these informal
1886 helps should use simple vocabulary that complements the words used in the
1887 official error message that was printed. (Outside the U.S.A., the help
1888 messages should preferably be translated into the local vernacular. Each
1889 line of help is at most 60 characters long, in the present implementation,
1890 so that |max_print_line| will not be exceeded.)
1891
1892 The |print_err| procedure supplies a `\.!' before the official message,
1893 and makes sure that the terminal is awake if a stop is going to occur.
1894 The |error| procedure supplies a `\..' after the official message, then it
1895 shows the location of the error; and if |interaction=error_stop_mode|,
1896 it also enters into a dialog with the user, during which time the help
1897 message may be printed.
1898 @^system dependencies@>
1899
1900 @ The global variable |interaction| has four settings, representing increasing
1901 amounts of user interaction:
1902
1903 @<Types...@>=
1904 enum { 
1905  mp_unspecified_mode=0, /* extra value for command-line switch */
1906  mp_batch_mode, /* omits all stops and omits terminal output */
1907  mp_nonstop_mode, /* omits all stops */
1908  mp_scroll_mode, /* omits error stops */
1909  mp_error_stop_mode, /* stops at every opportunity to interact */
1910 };
1911
1912 @ @<Glob...@>=
1913 int interaction; /* current level of interaction */
1914
1915 @ @<Option variables@>=
1916 int interaction; /* current level of interaction */
1917
1918 @ Set it here so it can be overwritten by the commandline
1919
1920 @<Allocate or initialize ...@>=
1921 mp->interaction=opt.interaction;
1922 if (mp->interaction==mp_unspecified_mode || mp->interaction>mp_error_stop_mode) 
1923   mp->interaction=mp_error_stop_mode;
1924 if (mp->interaction<mp_unspecified_mode) 
1925   mp->interaction=mp_batch_mode;
1926
1927
1928
1929 @d print_err(A) mp_print_err(mp,(A))
1930
1931 @<Exported...@>=
1932 void mp_print_err(MP mp, char * A);
1933
1934 @ @c
1935 void mp_print_err(MP mp, char * A) { 
1936   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) 
1937     wake_up_terminal;
1938   mp_print_nl(mp, "! "); 
1939   mp_print(mp, A);
1940 @.!\relax@>
1941 }
1942
1943
1944 @ \MP\ is careful not to call |error| when the print |selector| setting
1945 might be unusual. The only possible values of |selector| at the time of
1946 error messages are
1947
1948 \yskip\hang|no_print| (when |interaction=mp_batch_mode|
1949   and |log_file| not yet open);
1950
1951 \hang|term_only| (when |interaction>mp_batch_mode| and |log_file| not yet open);
1952
1953 \hang|log_only| (when |interaction=mp_batch_mode| and |log_file| is open);
1954
1955 \hang|term_and_log| (when |interaction>mp_batch_mode| and |log_file| is open).
1956
1957 @<Initialize the print |selector| based on |interaction|@>=
1958 if ( mp->interaction==mp_batch_mode ) mp->selector=no_print; else mp->selector=term_only
1959
1960 @ A global variable |deletions_allowed| is set |false| if the |get_next|
1961 routine is active when |error| is called; this ensures that |get_next|
1962 will never be called recursively.
1963 @^recursion@>
1964
1965 The global variable |history| records the worst level of error that
1966 has been detected. It has four possible values: |spotless|, |warning_issued|,
1967 |error_message_issued|, and |fatal_error_stop|.
1968
1969 Another global variable, |error_count|, is increased by one when an
1970 |error| occurs without an interactive dialog, and it is reset to zero at
1971 the end of every statement.  If |error_count| reaches 100, \MP\ decides
1972 that there is no point in continuing further.
1973
1974 @d spotless 0 /* |history| value when nothing has been amiss yet */
1975 @d warning_issued 1 /* |history| value when |begin_diagnostic| has been called */
1976 @d error_message_issued 2 /* |history| value when |error| has been called */
1977 @d fatal_error_stop 3 /* |history| value when termination was premature */
1978
1979 @<Glob...@>=
1980 boolean deletions_allowed; /* is it safe for |error| to call |get_next|? */
1981 int history; /* has the source input been clean so far? */
1982 int error_count; /* the number of scrolled errors since the last statement ended */
1983
1984 @ The value of |history| is initially |fatal_error_stop|, but it will
1985 be changed to |spotless| if \MP\ survives the initialization process.
1986
1987 @<Allocate or ...@>=
1988 mp->deletions_allowed=true; mp->error_count=0; /* |history| is initialized elsewhere */
1989
1990 @ Since errors can be detected almost anywhere in \MP, we want to declare the
1991 error procedures near the beginning of the program. But the error procedures
1992 in turn use some other procedures, which need to be declared |forward|
1993 before we get to |error| itself.
1994
1995 It is possible for |error| to be called recursively if some error arises
1996 when |get_next| is being used to delete a token, and/or if some fatal error
1997 occurs while \MP\ is trying to fix a non-fatal one. But such recursion
1998 @^recursion@>
1999 is never more than two levels deep.
2000
2001 @<Declarations@>=
2002 void mp_get_next (MP mp);
2003 void mp_term_input (MP mp);
2004 void mp_show_context (MP mp);
2005 void mp_begin_file_reading (MP mp);
2006 void mp_open_log_file (MP mp);
2007 void mp_clear_for_error_prompt (MP mp);
2008 void mp_debug_help (MP mp);
2009 @<Declare the procedure called |flush_string|@>
2010
2011 @ @<Exported...@>=
2012 void mp_normalize_selector (MP mp);
2013
2014 @ Individual lines of help are recorded in the array |help_line|, which
2015 contains entries in positions |0..(help_ptr-1)|. They should be printed
2016 in reverse order, i.e., with |help_line[0]| appearing last.
2017
2018 @d hlp1(A) mp->help_line[0]=(A); }
2019 @d hlp2(A) mp->help_line[1]=(A); hlp1
2020 @d hlp3(A) mp->help_line[2]=(A); hlp2
2021 @d hlp4(A) mp->help_line[3]=(A); hlp3
2022 @d hlp5(A) mp->help_line[4]=(A); hlp4
2023 @d hlp6(A) mp->help_line[5]=(A); hlp5
2024 @d help0 mp->help_ptr=0 /* sometimes there might be no help */
2025 @d help1  { mp->help_ptr=1; hlp1 /* use this with one help line */
2026 @d help2  { mp->help_ptr=2; hlp2 /* use this with two help lines */
2027 @d help3  { mp->help_ptr=3; hlp3 /* use this with three help lines */
2028 @d help4  { mp->help_ptr=4; hlp4 /* use this with four help lines */
2029 @d help5  { mp->help_ptr=5; hlp5 /* use this with five help lines */
2030 @d help6  { mp->help_ptr=6; hlp6 /* use this with six help lines */
2031
2032 @<Glob...@>=
2033 char * help_line[6]; /* helps for the next |error| */
2034 unsigned int help_ptr; /* the number of help lines present */
2035 boolean use_err_help; /* should the |err_help| string be shown? */
2036 str_number err_help; /* a string set up by \&{errhelp} */
2037 str_number filename_template; /* a string set up by \&{filenametemplate} */
2038
2039 @ @<Allocate or ...@>=
2040 mp->help_ptr=0; mp->use_err_help=false; mp->err_help=0; mp->filename_template=0;
2041
2042 @ The |jump_out| procedure just cuts across all active procedure levels and
2043 goes to |end_of_MP|. This is the only nonlocal |goto| statement in the
2044 whole program. It is used when there is no recovery from a particular error.
2045
2046 Some \PASCAL\ compilers do not implement non-local |goto| statements.
2047 @^system dependencies@>
2048 In such cases the body of |jump_out| should simply be
2049 `|close_files_and_terminate|;\thinspace' followed by a call on some system
2050 procedure that quietly terminates the program.
2051
2052 @<Error hand...@>=
2053 void mp_jump_out (MP mp) { 
2054  exit(mp->history);
2055 };
2056
2057 @ Here now is the general |error| routine.
2058
2059 @<Error hand...@>=
2060 void mp_error (MP mp) { /* completes the job of error reporting */
2061   ASCII_code c; /* what the user types */
2062   integer s1,s2,s3; /* used to save global variables when deleting tokens */
2063   pool_pointer j; /* character position being printed */
2064   if ( mp->history<error_message_issued ) mp->history=error_message_issued;
2065   mp_print_char(mp, '.'); mp_show_context(mp);
2066   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) {
2067     @<Get user's advice and |return|@>;
2068   }
2069   incr(mp->error_count);
2070   if ( mp->error_count==100 ) { 
2071     mp_print_nl(mp,"(That makes 100 errors; please try again.)");
2072 @.That makes 100 errors...@>
2073     mp->history=fatal_error_stop; mp_jump_out(mp);
2074   }
2075   @<Put help message on the transcript file@>;
2076 }
2077 void mp_warn (MP mp, char *msg) {
2078   int saved_selector = mp->selector;
2079   mp_normalize_selector(mp);
2080   mp_print_nl(mp,"Warning: ");
2081   mp_print(mp,msg);
2082   mp->selector = saved_selector;
2083 }
2084
2085 @ @<Exported...@>=
2086 void mp_error (MP mp);
2087 void mp_warn (MP mp, char *msg);
2088
2089
2090 @ @<Get user's advice...@>=
2091 while (1) { 
2092 CONTINUE:
2093   mp_clear_for_error_prompt(mp); prompt_input("? ");
2094 @.?\relax@>
2095   if ( mp->last==mp->first ) return;
2096   c=mp->buffer[mp->first];
2097   if ( c>='a' ) c=c+'A'-'a'; /* convert to uppercase */
2098   @<Interpret code |c| and |return| if done@>;
2099 }
2100
2101 @ It is desirable to provide an `\.E' option here that gives the user
2102 an easy way to return from \MP\ to the system editor, with the offending
2103 line ready to be edited. But such an extension requires some system
2104 wizardry, so the present implementation simply types out the name of the
2105 file that should be
2106 edited and the relevant line number.
2107 @^system dependencies@>
2108
2109 @<Types...@>=
2110 typedef void (*run_editor_command)(MP, char *, int);
2111
2112 @ @<Glob...@>=
2113 run_editor_command run_editor;
2114
2115 @ @<Option variables@>=
2116 run_editor_command run_editor;
2117
2118 @ @<Allocate or initialize ...@>=
2119 set_callback_option(run_editor);
2120
2121 @ @<Exported function headers@>=
2122 void mp_run_editor (MP mp, char *fname, int fline);
2123
2124 @ @c void mp_run_editor (MP mp, char *fname, int fline) {
2125     mp_print_nl(mp, "You want to edit file ");
2126 @.You want to edit file x@>
2127     mp_print(mp, fname);
2128     mp_print(mp, " at line "); 
2129     mp_print_int(mp, fline);
2130     mp->interaction=mp_scroll_mode; 
2131     mp_jump_out(mp);
2132 }
2133
2134
2135 There is a secret `\.D' option available when the debugging routines haven't
2136 been commented~out.
2137 @^debugging@>
2138
2139 @<Interpret code |c| and |return| if done@>=
2140 switch (c) {
2141 case '0': case '1': case '2': case '3': case '4':
2142 case '5': case '6': case '7': case '8': case '9': 
2143   if ( mp->deletions_allowed ) {
2144     @<Delete |c-"0"| tokens and |continue|@>;
2145   }
2146   break;
2147 #ifdef DEBUG
2148 case 'D': 
2149   mp_debug_help(mp); continue; 
2150   break;
2151 #endif
2152 case 'E': 
2153   if ( mp->file_ptr>0 ){ 
2154     (mp->run_editor)(mp, 
2155                      str(mp->input_stack[mp->file_ptr].name_field), 
2156                      mp_true_line(mp));
2157   }
2158   break;
2159 case 'H': 
2160   @<Print the help information and |continue|@>;
2161   break;
2162 case 'I':
2163   @<Introduce new material from the terminal and |return|@>;
2164   break;
2165 case 'Q': case 'R': case 'S':
2166   @<Change the interaction level and |return|@>;
2167   break;
2168 case 'X':
2169   mp->interaction=mp_scroll_mode; mp_jump_out(mp);
2170   break;
2171 default:
2172   break;
2173 }
2174 @<Print the menu of available options@>
2175
2176 @ @<Print the menu...@>=
2177
2178   mp_print(mp, "Type <return> to proceed, S to scroll future error messages,");
2179 @.Type <return> to proceed...@>
2180   mp_print_nl(mp, "R to run without stopping, Q to run quietly,");
2181   mp_print_nl(mp, "I to insert something, ");
2182   if ( mp->file_ptr>0 ) 
2183     mp_print(mp, "E to edit your file,");
2184   if ( mp->deletions_allowed )
2185     mp_print_nl(mp, "1 or ... or 9 to ignore the next 1 to 9 tokens of input,");
2186   mp_print_nl(mp, "H for help, X to quit.");
2187 }
2188
2189 @ Here the author of \MP\ apologizes for making use of the numerical
2190 relation between |"Q"|, |"R"|, |"S"|, and the desired interaction settings
2191 |mp_batch_mode|, |mp_nonstop_mode|, |mp_scroll_mode|.
2192 @^Knuth, Donald Ervin@>
2193
2194 @<Change the interaction...@>=
2195
2196   mp->error_count=0; mp->interaction=mp_batch_mode+c-'Q';
2197   mp_print(mp, "OK, entering ");
2198   switch (c) {
2199   case 'Q': mp_print(mp, "batchmode"); decr(mp->selector); break;
2200   case 'R': mp_print(mp, "nonstopmode"); break;
2201   case 'S': mp_print(mp, "scrollmode"); break;
2202   } /* there are no other cases */
2203   mp_print(mp, "..."); mp_print_ln(mp); update_terminal; return;
2204 }
2205
2206 @ When the following code is executed, |buffer[(first+1)..(last-1)]| may
2207 contain the material inserted by the user; otherwise another prompt will
2208 be given. In order to understand this part of the program fully, you need
2209 to be familiar with \MP's input stacks.
2210
2211 @<Introduce new material...@>=
2212
2213   mp_begin_file_reading(mp); /* enter a new syntactic level for terminal input */
2214   if ( mp->last>mp->first+1 ) { 
2215     loc=mp->first+1; mp->buffer[mp->first]=' ';
2216   } else { 
2217    prompt_input("insert>"); loc=mp->first;
2218 @.insert>@>
2219   };
2220   mp->first=mp->last+1; mp->cur_input.limit_field=mp->last; return;
2221 }
2222
2223 @ We allow deletion of up to 99 tokens at a time.
2224
2225 @<Delete |c-"0"| tokens...@>=
2226
2227   s1=mp->cur_cmd; s2=mp->cur_mod; s3=mp->cur_sym; mp->OK_to_interrupt=false;
2228   if ( (mp->last>mp->first+1) && (mp->buffer[mp->first+1]>='0')&&(mp->buffer[mp->first+1]<='9') )
2229     c=c*10+mp->buffer[mp->first+1]-'0'*11;
2230   else 
2231     c=c-'0';
2232   while ( c>0 ) { 
2233     mp_get_next(mp); /* one-level recursive call of |error| is possible */
2234     @<Decrease the string reference count, if the current token is a string@>;
2235     decr(c);
2236   };
2237   mp->cur_cmd=s1; mp->cur_mod=s2; mp->cur_sym=s3; mp->OK_to_interrupt=true;
2238   help2("I have just deleted some text, as you asked.")
2239        ("You can now delete more, or insert, or whatever.");
2240   mp_show_context(mp); 
2241   goto CONTINUE;
2242 }
2243
2244 @ @<Print the help info...@>=
2245
2246   if ( mp->use_err_help ) { 
2247     @<Print the string |err_help|, possibly on several lines@>;
2248     mp->use_err_help=false;
2249   } else { 
2250     if ( mp->help_ptr==0 ) {
2251       help2("Sorry, I don't know how to help in this situation.")
2252            ("Maybe you should try asking a human?");
2253      }
2254     do { 
2255       decr(mp->help_ptr); mp_print(mp, mp->help_line[mp->help_ptr]); mp_print_ln(mp);
2256     } while (mp->help_ptr!=0);
2257   };
2258   help4("Sorry, I already gave what help I could...")
2259        ("Maybe you should try asking a human?")
2260        ("An error might have occurred before I noticed any problems.")
2261        ("``If all else fails, read the instructions.''");
2262   goto CONTINUE;
2263 }
2264
2265 @ @<Print the string |err_help|, possibly on several lines@>=
2266 j=mp->str_start[mp->err_help];
2267 while ( j<str_stop(mp->err_help) ) { 
2268   if ( mp->str_pool[j]!='%' ) mp_print_str(mp, mp->str_pool[j]);
2269   else if ( j+1==str_stop(mp->err_help) ) mp_print_ln(mp);
2270   else if ( mp->str_pool[j+1]!='%' ) mp_print_ln(mp);
2271   else  { incr(j); mp_print_char(mp, '%'); };
2272   incr(j);
2273 }
2274
2275 @ @<Put help message on the transcript file@>=
2276 if ( mp->interaction>mp_batch_mode ) decr(mp->selector); /* avoid terminal output */
2277 if ( mp->use_err_help ) { 
2278   mp_print_nl(mp, "");
2279   @<Print the string |err_help|, possibly on several lines@>;
2280 } else { 
2281   while ( mp->help_ptr>0 ){ 
2282     decr(mp->help_ptr); mp_print_nl(mp, mp->help_line[mp->help_ptr]);
2283   };
2284 }
2285 mp_print_ln(mp);
2286 if ( mp->interaction>mp_batch_mode ) incr(mp->selector); /* re-enable terminal output */
2287 mp_print_ln(mp)
2288
2289 @ In anomalous cases, the print selector might be in an unknown state;
2290 the following subroutine is called to fix things just enough to keep
2291 running a bit longer.
2292
2293 @c 
2294 void mp_normalize_selector (MP mp) { 
2295   if ( mp->log_opened ) mp->selector=term_and_log;
2296   else mp->selector=term_only;
2297   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
2298   if ( mp->interaction==mp_batch_mode ) decr(mp->selector);
2299 }
2300
2301 @ The following procedure prints \MP's last words before dying.
2302
2303 @d succumb { if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode )
2304     mp->interaction=mp_scroll_mode; /* no more interaction */
2305   if ( mp->log_opened ) mp_error(mp);
2306   /* if ( mp->interaction>mp_batch_mode ) mp_debug_help(mp); */
2307   mp->history=fatal_error_stop; mp_jump_out(mp); /* irrecoverable error */
2308   }
2309
2310 @<Error hand...@>=
2311 void mp_fatal_error (MP mp, char *s) { /* prints |s|, and that's it */
2312   mp_normalize_selector(mp);
2313   print_err("Emergency stop"); help1(s); succumb;
2314 @.Emergency stop@>
2315 }
2316
2317 @ @<Exported...@>=
2318 void mp_fatal_error (MP mp, char *s);
2319
2320
2321 @ Here is the most dreaded error message.
2322
2323 @<Error hand...@>=
2324 void mp_overflow (MP mp, char *s, integer n) { /* stop due to finiteness */
2325   mp_normalize_selector(mp);
2326   print_err("MetaPost capacity exceeded, sorry [");
2327 @.MetaPost capacity exceeded ...@>
2328   mp_print(mp, s); mp_print_char(mp, '='); mp_print_int(mp, n); mp_print_char(mp, ']');
2329   help2("If you really absolutely need more capacity,")
2330        ("you can ask a wizard to enlarge me.");
2331   succumb;
2332 }
2333
2334 @ @<Declarations@>=
2335 void mp_overflow (MP mp, char *s, integer n);
2336
2337 @ The program might sometime run completely amok, at which point there is
2338 no choice but to stop. If no previous error has been detected, that's bad
2339 news; a message is printed that is really intended for the \MP\
2340 maintenance person instead of the user (unless the user has been
2341 particularly diabolical).  The index entries for `this can't happen' may
2342 help to pinpoint the problem.
2343 @^dry rot@>
2344
2345 @<Declarations@>=
2346 void mp_confusion (MP mp,char *s);
2347
2348 @ @<Error hand...@>=
2349 void mp_confusion (MP mp,char *s) {
2350   /* consistency check violated; |s| tells where */
2351   mp_normalize_selector(mp);
2352   if ( mp->history<error_message_issued ) { 
2353     print_err("This can't happen ("); mp_print(mp, s); mp_print_char(mp, ')');
2354 @.This can't happen@>
2355     help1("I'm broken. Please show this to someone who can fix can fix");
2356   } else { 
2357     print_err("I can\'t go on meeting you like this");
2358 @.I can't go on...@>
2359     help2("One of your faux pas seems to have wounded me deeply...")
2360          ("in fact, I'm barely conscious. Please fix it and try again.");
2361   }
2362   succumb;
2363 }
2364
2365 @ Users occasionally want to interrupt \MP\ while it's running.
2366 If the \PASCAL\ runtime system allows this, one can implement
2367 a routine that sets the global variable |interrupt| to some nonzero value
2368 when such an interrupt is signaled. Otherwise there is probably at least
2369 a way to make |interrupt| nonzero using the \PASCAL\ debugger.
2370 @^system dependencies@>
2371 @^debugging@>
2372
2373 @d check_interrupt { if ( mp->interrupt!=0 )
2374    mp_pause_for_instructions(mp); }
2375
2376 @<Global...@>=
2377 integer interrupt; /* should \MP\ pause for instructions? */
2378 boolean OK_to_interrupt; /* should interrupts be observed? */
2379
2380 @ @<Allocate or ...@>=
2381 mp->interrupt=0; mp->OK_to_interrupt=true;
2382
2383 @ When an interrupt has been detected, the program goes into its
2384 highest interaction level and lets the user have the full flexibility of
2385 the |error| routine.  \MP\ checks for interrupts only at times when it is
2386 safe to do this.
2387
2388 @c 
2389 void mp_pause_for_instructions (MP mp) { 
2390   if ( mp->OK_to_interrupt ) { 
2391     mp->interaction=mp_error_stop_mode;
2392     if ( (mp->selector==log_only)||(mp->selector==no_print) )
2393       incr(mp->selector);
2394     print_err("Interruption");
2395 @.Interruption@>
2396     help3("You rang?")
2397          ("Try to insert some instructions for me (e.g.,`I show x'),")
2398          ("unless you just want to quit by typing `X'.");
2399     mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
2400     mp->interrupt=0;
2401   }
2402 }
2403
2404 @ Many of \MP's error messages state that a missing token has been
2405 inserted behind the scenes. We can save string space and program space
2406 by putting this common code into a subroutine.
2407
2408 @c 
2409 void mp_missing_err (MP mp, char *s) { 
2410   print_err("Missing `"); mp_print(mp, s); mp_print(mp, "' has been inserted");
2411 @.Missing...inserted@>
2412 }
2413
2414 @* \[7] Arithmetic with scaled numbers.
2415 The principal computations performed by \MP\ are done entirely in terms of
2416 integers less than $2^{31}$ in magnitude; thus, the arithmetic specified in this
2417 program can be carried out in exactly the same way on a wide variety of
2418 computers, including some small ones.
2419 @^small computers@>
2420
2421 But \PASCAL\ does not define the |div|
2422 operation in the case of negative dividends; for example, the result of
2423 |(-2*n-1) div 2| is |-(n+1)| on some computers and |-n| on others.
2424 There are two principal types of arithmetic: ``translation-preserving,''
2425 in which the identity |(a+q*b)div b=(a div b)+q| is valid; and
2426 ``negation-preserving,'' in which |(-a)div b=-(a div b)|. This leads to
2427 two \MP s, which can produce different results, although the differences
2428 should be negligible when the language is being used properly.
2429 The \TeX\ processor has been defined carefully so that both varieties
2430 of arithmetic will produce identical output, but it would be too
2431 inefficient to constrain \MP\ in a similar way.
2432
2433 @d el_gordo   017777777777 /* $2^{31}-1$, the largest value that \MP\ likes */
2434
2435 @ One of \MP's most common operations is the calculation of
2436 $\lfloor{a+b\over2}\rfloor$,
2437 the midpoint of two given integers |a| and~|b|. The only decent way to do
2438 this in \PASCAL\ is to write `|(a+b) div 2|'; but on most machines it is
2439 far more efficient to calculate `|(a+b)| right shifted one bit'.
2440
2441 Therefore the midpoint operation will always be denoted by `|half(a+b)|'
2442 in this program. If \MP\ is being implemented with languages that permit
2443 binary shifting, the |half| macro should be changed to make this operation
2444 as efficient as possible.  Since some languages have shift operators that can
2445 only be trusted to work on positive numbers, there is also a macro |halfp|
2446 that is used only when the quantity being halved is known to be positive
2447 or zero.
2448
2449 @d half(A) ((A)) / 2
2450 @d halfp(A) ((A)) / 2
2451
2452 @ A single computation might use several subroutine calls, and it is
2453 desirable to avoid producing multiple error messages in case of arithmetic
2454 overflow. So the routines below set the global variable |arith_error| to |true|
2455 instead of reporting errors directly to the user.
2456
2457 @<Glob...@>=
2458 boolean arith_error; /* has arithmetic overflow occurred recently? */
2459
2460 @ @<Allocate or ...@>=
2461 mp->arith_error=false;
2462
2463 @ At crucial points the program will say |check_arith|, to test if
2464 an arithmetic error has been detected.
2465
2466 @d check_arith { if ( mp->arith_error ) mp_clear_arith(mp); }
2467
2468 @c 
2469 void mp_clear_arith (MP mp) { 
2470   print_err("Arithmetic overflow");
2471 @.Arithmetic overflow@>
2472   help4("Uh, oh. A little while ago one of the quantities that I was")
2473        ("computing got too large, so I'm afraid your answers will be")
2474        ("somewhat askew. You'll probably have to adopt different")
2475        ("tactics next time. But I shall try to carry on anyway.");
2476   mp_error(mp); 
2477   mp->arith_error=false;
2478 }
2479
2480 @ Addition is not always checked to make sure that it doesn't overflow,
2481 but in places where overflow isn't too unlikely the |slow_add| routine
2482 is used.
2483
2484 @c integer mp_slow_add (MP mp,integer x, integer y) { 
2485   if ( x>=0 )  {
2486     if ( y<=el_gordo-x ) { 
2487       return x+y;
2488     } else  { 
2489       mp->arith_error=true; 
2490           return el_gordo;
2491     }
2492   } else  if ( -y<=el_gordo+x ) {
2493     return x+y;
2494   } else { 
2495     mp->arith_error=true; 
2496         return -el_gordo;
2497   }
2498 }
2499
2500 @ Fixed-point arithmetic is done on {\sl scaled integers\/} that are multiples
2501 of $2^{-16}$. In other words, a binary point is assumed to be sixteen bit
2502 positions from the right end of a binary computer word.
2503
2504 @d quarter_unit   040000 /* $2^{14}$, represents 0.250000 */
2505 @d half_unit   0100000 /* $2^{15}$, represents 0.50000 */
2506 @d three_quarter_unit   0140000 /* $3\cdot2^{14}$, represents 0.75000 */
2507 @d unity   0200000 /* $2^{16}$, represents 1.00000 */
2508 @d two   0400000 /* $2^{17}$, represents 2.00000 */
2509 @d three   0600000 /* $2^{17}+2^{16}$, represents 3.00000 */
2510
2511 @<Types...@>=
2512 typedef integer scaled; /* this type is used for scaled integers */
2513 typedef unsigned char small_number; /* this type is self-explanatory */
2514
2515 @ The following function is used to create a scaled integer from a given decimal
2516 fraction $(.d_0d_1\ldots d_{k-1})$, where |0<=k<=17|. The digit $d_i$ is
2517 given in |dig[i]|, and the calculation produces a correctly rounded result.
2518
2519 @c 
2520 scaled mp_round_decimals (MP mp,small_number k) {
2521   /* converts a decimal fraction */
2522  integer a = 0; /* the accumulator */
2523  while ( k-->0 ) { 
2524     a=(a+mp->dig[k]*two) / 10;
2525   }
2526   return halfp(a+1);
2527 }
2528
2529 @ Conversely, here is a procedure analogous to |print_int|. If the output
2530 of this procedure is subsequently read by \MP\ and converted by the
2531 |round_decimals| routine above, it turns out that the original value will
2532 be reproduced exactly. A decimal point is printed only if the value is
2533 not an integer. If there is more than one way to print the result with
2534 the optimum number of digits following the decimal point, the closest
2535 possible value is given.
2536
2537 The invariant relation in the \&{repeat} loop is that a sequence of
2538 decimal digits yet to be printed will yield the original number if and only if
2539 they form a fraction~$f$ in the range $s-\delta\L10\cdot2^{16}f<s$.
2540 We can stop if and only if $f=0$ satisfies this condition; the loop will
2541 terminate before $s$ can possibly become zero.
2542
2543 @<Basic printing...@>=
2544 void mp_print_scaled (MP mp,scaled s) { /* prints scaled real, rounded to five  digits */
2545   scaled delta; /* amount of allowable inaccuracy */
2546   if ( s<0 ) { 
2547         mp_print_char(mp, '-'); 
2548     negate(s); /* print the sign, if negative */
2549   }
2550   mp_print_int(mp, s / unity); /* print the integer part */
2551   s=10*(s % unity)+5;
2552   if ( s!=5 ) { 
2553     delta=10; 
2554     mp_print_char(mp, '.');
2555     do {  
2556       if ( delta>unity )
2557         s=s+0100000-(delta / 2); /* round the final digit */
2558       mp_print_char(mp, '0'+(s / unity)); 
2559       s=10*(s % unity); 
2560       delta=delta*10;
2561     } while (s>delta);
2562   }
2563 }
2564
2565 @ We often want to print two scaled quantities in parentheses,
2566 separated by a comma.
2567
2568 @<Basic printing...@>=
2569 void mp_print_two (MP mp,scaled x, scaled y) { /* prints `|(x,y)|' */
2570   mp_print_char(mp, '('); 
2571   mp_print_scaled(mp, x); 
2572   mp_print_char(mp, ','); 
2573   mp_print_scaled(mp, y);
2574   mp_print_char(mp, ')');
2575 }
2576
2577 @ The |scaled| quantities in \MP\ programs are generally supposed to be
2578 less than $2^{12}$ in absolute value, so \MP\ does much of its internal
2579 arithmetic with 28~significant bits of precision. A |fraction| denotes
2580 a scaled integer whose binary point is assumed to be 28 bit positions
2581 from the right.
2582
2583 @d fraction_half 01000000000 /* $2^{27}$, represents 0.50000000 */
2584 @d fraction_one 02000000000 /* $2^{28}$, represents 1.00000000 */
2585 @d fraction_two 04000000000 /* $2^{29}$, represents 2.00000000 */
2586 @d fraction_three 06000000000 /* $3\cdot2^{28}$, represents 3.00000000 */
2587 @d fraction_four 010000000000 /* $2^{30}$, represents 4.00000000 */
2588
2589 @<Types...@>=
2590 typedef integer fraction; /* this type is used for scaled fractions */
2591
2592 @ In fact, the two sorts of scaling discussed above aren't quite
2593 sufficient; \MP\ has yet another, used internally to keep track of angles
2594 in units of $2^{-20}$ degrees.
2595
2596 @d forty_five_deg 0264000000 /* $45\cdot2^{20}$, represents $45^\circ$ */
2597 @d ninety_deg 0550000000 /* $90\cdot2^{20}$, represents $90^\circ$ */
2598 @d one_eighty_deg 01320000000 /* $180\cdot2^{20}$, represents $180^\circ$ */
2599 @d three_sixty_deg 02640000000 /* $360\cdot2^{20}$, represents $360^\circ$ */
2600
2601 @<Types...@>=
2602 typedef integer angle; /* this type is used for scaled angles */
2603
2604 @ The |make_fraction| routine produces the |fraction| equivalent of
2605 |p/q|, given integers |p| and~|q|; it computes the integer
2606 $f=\lfloor2^{28}p/q+{1\over2}\rfloor$, when $p$ and $q$ are
2607 positive. If |p| and |q| are both of the same scaled type |t|,
2608 the ``type relation'' |make_fraction(t,t)=fraction| is valid;
2609 and it's also possible to use the subroutine ``backwards,'' using
2610 the relation |make_fraction(t,fraction)=t| between scaled types.
2611
2612 If the result would have magnitude $2^{31}$ or more, |make_fraction|
2613 sets |arith_error:=true|. Most of \MP's internal computations have
2614 been designed to avoid this sort of error.
2615
2616 If this subroutine were programmed in assembly language on a typical
2617 machine, we could simply compute |(@t$2^{28}$@>*p)div q|, since a
2618 double-precision product can often be input to a fixed-point division
2619 instruction. But when we are restricted to \PASCAL\ arithmetic it
2620 is necessary either to resort to multiple-precision maneuvering
2621 or to use a simple but slow iteration. The multiple-precision technique
2622 would be about three times faster than the code adopted here, but it
2623 would be comparatively long and tricky, involving about sixteen
2624 additional multiplications and divisions.
2625
2626 This operation is part of \MP's ``inner loop''; indeed, it will
2627 consume nearly 10\pct! of the running time (exclusive of input and output)
2628 if the code below is left unchanged. A machine-dependent recoding
2629 will therefore make \MP\ run faster. The present implementation
2630 is highly portable, but slow; it avoids multiplication and division
2631 except in the initial stage. System wizards should be careful to
2632 replace it with a routine that is guaranteed to produce identical
2633 results in all cases.
2634 @^system dependencies@>
2635
2636 As noted below, a few more routines should also be replaced by machine-dependent
2637 code, for efficiency. But when a procedure is not part of the ``inner loop,''
2638 such changes aren't advisable; simplicity and robustness are
2639 preferable to trickery, unless the cost is too high.
2640 @^inner loop@>
2641
2642 @<Exported...@>=
2643 fraction mp_make_fraction (MP mp,integer p, integer q);
2644 integer mp_take_scaled (MP mp,integer q, scaled f) ;
2645
2646 @ If FIXPT is not defined, we need these preprocessor values
2647
2648 @d ELGORDO  0x7fffffff
2649 @d TWEXP31  2147483648.0
2650 @d TWEXP28  268435456.0
2651 @d TWEXP16 65536.0
2652 @d TWEXP_16 (1.0/65536.0)
2653 @d TWEXP_28 (1.0/268435456.0)
2654
2655
2656 @c 
2657 fraction mp_make_fraction (MP mp,integer p, integer q) {
2658 #ifdef FIXPT
2659   integer f; /* the fraction bits, with a leading 1 bit */
2660   integer n; /* the integer part of $\vert p/q\vert$ */
2661   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2662   boolean negative = false; /* should the result be negated? */
2663   if ( p<0 ) {
2664     negate(p); negative=true;
2665   }
2666   if ( q<=0 ) { 
2667 #ifdef DEBUG
2668     if ( q==0 ) mp_confusion(mp, '/');
2669 #endif
2670 @:this can't happen /}{\quad \./@>
2671     negate(q); negative = ! negative;
2672   };
2673   n=p / q; p=p % q;
2674   if ( n>=8 ){ 
2675     mp->arith_error=true;
2676     return ( negative ? -el_gordo : el_gordo);
2677   } else { 
2678     n=(n-1)*fraction_one;
2679     @<Compute $f=\lfloor 2^{28}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>;
2680     return (negative ? (-(f+n)) : (f+n));
2681   }
2682 #else /* FIXPT */
2683     register double d;
2684         register integer i;
2685 #ifdef DEBUG
2686         if (q==0) mp_confusion(mp,'/'); 
2687 #endif /* DEBUG */
2688         d = TWEXP28 * (double)p /(double)q;
2689         if ((p^q) >= 0) {
2690                 d += 0.5;
2691                 if (d>=TWEXP31) {mp->arith_error=true; return ELGORDO;}
2692                 i = (integer) d;
2693                 if (d==i && ( ((q>0 ? -q : q)&077777)
2694                                 * (((i&037777)<<1)-1) & 04000)!=0) --i;
2695         } else {
2696                 d -= 0.5;
2697                 if (d<= -TWEXP31) {mp->arith_error=true; return -ELGORDO;}
2698                 i = (integer) d;
2699                 if (d==i && ( ((q>0 ? q : -q)&077777)
2700                                 * (((i&037777)<<1)+1) & 04000)!=0) ++i;
2701         }
2702         return i;
2703 #endif /* FIXPT */
2704 }
2705
2706 @ The |repeat| loop here preserves the following invariant relations
2707 between |f|, |p|, and~|q|:
2708 (i)~|0<=p<q|; (ii)~$fq+p=2^k(q+p_0)$, where $k$ is an integer and
2709 $p_0$ is the original value of~$p$.
2710
2711 Notice that the computation specifies
2712 |(p-q)+p| instead of |(p+p)-q|, because the latter could overflow.
2713 Let us hope that optimizing compilers do not miss this point; a
2714 special variable |be_careful| is used to emphasize the necessary
2715 order of computation. Optimizing compilers should keep |be_careful|
2716 in a register, not store it in memory.
2717 @^inner loop@>
2718
2719 @<Compute $f=\lfloor 2^{28}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>=
2720 {
2721   f=1;
2722   do {  
2723     be_careful=p-q; p=be_careful+p;
2724     if ( p>=0 ) { 
2725       f=f+f+1;
2726     } else  { 
2727       f+=f; p=p+q;
2728     }
2729   } while (f<fraction_one);
2730   be_careful=p-q;
2731   if ( be_careful+p>=0 ) incr(f);
2732 }
2733
2734 @ The dual of |make_fraction| is |take_fraction|, which multiplies a
2735 given integer~|q| by a fraction~|f|. When the operands are positive, it
2736 computes $p=\lfloor qf/2^{28}+{1\over2}\rfloor$, a symmetric function
2737 of |q| and~|f|.
2738
2739 This routine is even more ``inner loopy'' than |make_fraction|;
2740 the present implementation consumes almost 20\pct! of \MP's computation
2741 time during typical jobs, so a machine-language substitute is advisable.
2742 @^inner loop@> @^system dependencies@>
2743
2744 @<Declarations@>=
2745 integer mp_take_fraction (MP mp,integer q, fraction f) ;
2746
2747 @ @c 
2748 #ifdef FIXPT
2749 integer mp_take_fraction (MP mp,integer q, fraction f) {
2750   integer p; /* the fraction so far */
2751   boolean negative; /* should the result be negated? */
2752   integer n; /* additional multiple of $q$ */
2753   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2754   @<Reduce to the case that |f>=0| and |q>0|@>;
2755   if ( f<fraction_one ) { 
2756     n=0;
2757   } else { 
2758     n=f / fraction_one; f=f % fraction_one;
2759     if ( q<=el_gordo / n ) { 
2760       n=n*q ; 
2761     } else { 
2762       mp->arith_error=true; n=el_gordo;
2763     }
2764   }
2765   f=f+fraction_one;
2766   @<Compute $p=\lfloor qf/2^{28}+{1\over2}\rfloor-q$@>;
2767   be_careful=n-el_gordo;
2768   if ( be_careful+p>0 ){ 
2769     mp->arith_error=true; n=el_gordo-p;
2770   }
2771   if ( negative ) 
2772         return (-(n+p));
2773   else 
2774     return (n+p);
2775 #else /* FIXPT */
2776 integer mp_take_fraction (MP mp,integer p, fraction q) {
2777     register double d;
2778         register integer i;
2779         d = (double)p * (double)q * TWEXP_28;
2780         if ((p^q) >= 0) {
2781                 d += 0.5;
2782                 if (d>=TWEXP31) {
2783                         if (d!=TWEXP31 || (((p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2784                                 mp->arith_error = true;
2785                         return ELGORDO;
2786                 }
2787                 i = (integer) d;
2788                 if (d==i && (((p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) --i;
2789         } else {
2790                 d -= 0.5;
2791                 if (d<= -TWEXP31) {
2792                         if (d!= -TWEXP31 || ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2793                                 mp->arith_error = true;
2794                         return -ELGORDO;
2795                 }
2796                 i = (integer) d;
2797                 if (d==i && ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) ++i;
2798         }
2799         return i;
2800 #endif /* FIXPT */
2801 }
2802
2803 @ @<Reduce to the case that |f>=0| and |q>0|@>=
2804 if ( f>=0 ) {
2805   negative=false;
2806 } else { 
2807   negate( f); negative=true;
2808 }
2809 if ( q<0 ) { 
2810   negate(q); negative=! negative;
2811 }
2812
2813 @ The invariant relations in this case are (i)~$\lfloor(qf+p)/2^k\rfloor
2814 =\lfloor qf_0/2^{28}+{1\over2}\rfloor$, where $k$ is an integer and
2815 $f_0$ is the original value of~$f$; (ii)~$2^k\L f<2^{k+1}$.
2816 @^inner loop@>
2817
2818 @<Compute $p=\lfloor qf/2^{28}+{1\over2}\rfloor-q$@>=
2819 p=fraction_half; /* that's $2^{27}$; the invariants hold now with $k=28$ */
2820 if ( q<fraction_four ) {
2821   do {  
2822     if ( odd(f) ) p=halfp(p+q); else p=halfp(p);
2823     f=halfp(f);
2824   } while (f!=1);
2825 } else  {
2826   do {  
2827     if ( odd(f) ) p=p+halfp(q-p); else p=halfp(p);
2828     f=halfp(f);
2829   } while (f!=1);
2830 }
2831
2832
2833 @ When we want to multiply something by a |scaled| quantity, we use a scheme
2834 analogous to |take_fraction| but with a different scaling.
2835 Given positive operands, |take_scaled|
2836 computes the quantity $p=\lfloor qf/2^{16}+{1\over2}\rfloor$.
2837
2838 Once again it is a good idea to use a machine-language replacement if
2839 possible; otherwise |take_scaled| will use more than 2\pct! of the running time
2840 when the Computer Modern fonts are being generated.
2841 @^inner loop@>
2842
2843 @c 
2844 #ifdef FIXPT
2845 integer mp_take_scaled (MP mp,integer q, scaled f) {
2846   integer p; /* the fraction so far */
2847   boolean negative; /* should the result be negated? */
2848   integer n; /* additional multiple of $q$ */
2849   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2850   @<Reduce to the case that |f>=0| and |q>0|@>;
2851   if ( f<unity ) { 
2852     n=0;
2853   } else  { 
2854     n=f / unity; f=f % unity;
2855     if ( q<=el_gordo / n ) {
2856       n=n*q;
2857     } else  { 
2858       mp->arith_error=true; n=el_gordo;
2859     }
2860   }
2861   f=f+unity;
2862   @<Compute $p=\lfloor qf/2^{16}+{1\over2}\rfloor-q$@>;
2863   be_careful=n-el_gordo;
2864   if ( be_careful+p>0 ) { 
2865     mp->arith_error=true; n=el_gordo-p;
2866   }
2867   return ( negative ?(-(n+p)) :(n+p));
2868 #else /* FIXPT */
2869 integer mp_take_scaled (MP mp,integer p, scaled q) {
2870     register double d;
2871         register integer i;
2872         d = (double)p * (double)q * TWEXP_16;
2873         if ((p^q) >= 0) {
2874                 d += 0.5;
2875                 if (d>=TWEXP31) {
2876                         if (d!=TWEXP31 || (((p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2877                                 mp->arith_error = true;
2878                         return ELGORDO;
2879                 }
2880                 i = (integer) d;
2881                 if (d==i && (((p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) --i;
2882         } else {
2883                 d -= 0.5;
2884                 if (d<= -TWEXP31) {
2885                         if (d!= -TWEXP31 || ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2886                                 mp->arith_error = true;
2887                         return -ELGORDO;
2888                 }
2889                 i = (integer) d;
2890                 if (d==i && ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) ++i;
2891         }
2892         return i;
2893 #endif /* FIXPT */
2894 }
2895
2896 @ @<Compute $p=\lfloor qf/2^{16}+{1\over2}\rfloor-q$@>=
2897 p=half_unit; /* that's $2^{15}$; the invariants hold now with $k=16$ */
2898 @^inner loop@>
2899 if ( q<fraction_four ) {
2900   do {  
2901     p = (odd(f) ? halfp(p+q) : halfp(p));
2902     f=halfp(f);
2903   } while (f!=1);
2904 } else {
2905   do {  
2906     p = (odd(f) ? p+halfp(q-p) : halfp(p));
2907     f=halfp(f);
2908   } while (f!=1);
2909 }
2910
2911 @ For completeness, there's also |make_scaled|, which computes a
2912 quotient as a |scaled| number instead of as a |fraction|.
2913 In other words, the result is $\lfloor2^{16}p/q+{1\over2}\rfloor$, if the
2914 operands are positive. \ (This procedure is not used especially often,
2915 so it is not part of \MP's inner loop.)
2916
2917 @c 
2918 scaled mp_make_scaled (MP mp,integer p, integer q) {
2919 #ifdef FIXPT 
2920   integer f; /* the fraction bits, with a leading 1 bit */
2921   integer n; /* the integer part of $\vert p/q\vert$ */
2922   boolean negative; /* should the result be negated? */
2923   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2924   if ( p>=0 ) negative=false;
2925   else  { negate(p); negative=true; };
2926   if ( q<=0 ) { 
2927 #ifdef DEBUG 
2928     if ( q==0 ) mp_confusion(mp, "/");
2929 @:this can't happen /}{\quad \./@>
2930 #endif
2931     negate(q); negative=! negative;
2932   }
2933   n=p / q; p=p % q;
2934   if ( n>=0100000 ) { 
2935     mp->arith_error=true;
2936     return (negative ? (-el_gordo) : el_gordo);
2937   } else  { 
2938     n=(n-1)*unity;
2939     @<Compute $f=\lfloor 2^{16}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>;
2940     return ( negative ? (-(f+n)) :(f+n));
2941   }
2942 #else /* FIXPT */
2943     register double d;
2944         register integer i;
2945 #ifdef DEBUG
2946         if (q==0) mp_confusion(mp,"/"); 
2947 #endif /* DEBUG */
2948         d = TWEXP16 * (double)p /(double)q;
2949         if ((p^q) >= 0) {
2950                 d += 0.5;
2951                 if (d>=TWEXP31) {mp->arith_error=true; return ELGORDO;}
2952                 i = (integer) d;
2953                 if (d==i && ( ((q>0 ? -q : q)&077777)
2954                                 * (((i&037777)<<1)-1) & 04000)!=0) --i;
2955         } else {
2956                 d -= 0.5;
2957                 if (d<= -TWEXP31) {mp->arith_error=true; return -ELGORDO;}
2958                 i = (integer) d;
2959                 if (d==i && ( ((q>0 ? q : -q)&077777)
2960                                 * (((i&037777)<<1)+1) & 04000)!=0) ++i;
2961         }
2962         return i;
2963 #endif /* FIXPT */
2964 }
2965
2966 @ @<Compute $f=\lfloor 2^{16}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>=
2967 f=1;
2968 do {  
2969   be_careful=p-q; p=be_careful+p;
2970   if ( p>=0 ) f=f+f+1;
2971   else  { f+=f; p=p+q; };
2972 } while (f<unity);
2973 be_careful=p-q;
2974 if ( be_careful+p>=0 ) incr(f)
2975
2976 @ Here is a typical example of how the routines above can be used.
2977 It computes the function
2978 $${1\over3\tau}f(\theta,\phi)=
2979 {\tau^{-1}\bigl(2+\sqrt2\,(\sin\theta-{1\over16}\sin\phi)
2980  (\sin\phi-{1\over16}\sin\theta)(\cos\theta-\cos\phi)\bigr)\over
2981 3\,\bigl(1+{1\over2}(\sqrt5-1)\cos\theta+{1\over2}(3-\sqrt5\,)\cos\phi\bigr)},$$
2982 where $\tau$ is a |scaled| ``tension'' parameter. This is \MP's magic
2983 fudge factor for placing the first control point of a curve that starts
2984 at an angle $\theta$ and ends at an angle $\phi$ from the straight path.
2985 (Actually, if the stated quantity exceeds 4, \MP\ reduces it to~4.)
2986
2987 The trigonometric quantity to be multiplied by $\sqrt2$ is less than $\sqrt2$.
2988 (It's a sum of eight terms whose absolute values can be bounded using
2989 relations such as $\sin\theta\cos\theta\L{1\over2}$.) Thus the numerator
2990 is positive; and since the tension $\tau$ is constrained to be at least
2991 $3\over4$, the numerator is less than $16\over3$. The denominator is
2992 nonnegative and at most~6.  Hence the fixed-point calculations below
2993 are guaranteed to stay within the bounds of a 32-bit computer word.
2994
2995 The angles $\theta$ and $\phi$ are given implicitly in terms of |fraction|
2996 arguments |st|, |ct|, |sf|, and |cf|, representing $\sin\theta$, $\cos\theta$,
2997 $\sin\phi$, and $\cos\phi$, respectively.
2998
2999 @c 
3000 fraction mp_velocity (MP mp,fraction st, fraction ct, fraction sf,
3001                       fraction cf, scaled t) {
3002   integer acc,num,denom; /* registers for intermediate calculations */
3003   acc=mp_take_fraction(mp, st-(sf / 16), sf-(st / 16));
3004   acc=mp_take_fraction(mp, acc,ct-cf);
3005   num=fraction_two+mp_take_fraction(mp, acc,379625062);
3006                    /* $2^{28}\sqrt2\approx379625062.497$ */
3007   denom=fraction_three+mp_take_fraction(mp, ct,497706707)+mp_take_fraction(mp, cf,307599661);
3008                       /* $3\cdot2^{27}\cdot(\sqrt5-1)\approx497706706.78$ and
3009                          $3\cdot2^{27}\cdot(3-\sqrt5\,)\approx307599661.22$ */
3010   if ( t!=unity ) num=mp_make_scaled(mp, num,t);
3011   /* |make_scaled(fraction,scaled)=fraction| */
3012   if ( num / 4>=denom ) 
3013     return fraction_four;
3014   else 
3015     return mp_make_fraction(mp, num, denom);
3016 }
3017
3018 @ The following somewhat different subroutine tests rigorously if $ab$ is
3019 greater than, equal to, or less than~$cd$,
3020 given integers $(a,b,c,d)$. In most cases a quick decision is reached.
3021 The result is $+1$, 0, or~$-1$ in the three respective cases.
3022
3023 @d mp_ab_vs_cd(M,A,B,C,D) mp_do_ab_vs_cd(A,B,C,D)
3024
3025 @c 
3026 integer mp_do_ab_vs_cd (integer a,integer b, integer c, integer d) {
3027   integer q,r; /* temporary registers */
3028   @<Reduce to the case that |a,c>=0|, |b,d>0|@>;
3029   while (1) { 
3030     q = a / d; r = c / b;
3031     if ( q!=r )
3032       return ( q>r ? 1 : -1);
3033     q = a % d; r = c % b;
3034     if ( r==0 )
3035       return (q ? 1 : 0);
3036     if ( q==0 ) return -1;
3037     a=b; b=q; c=d; d=r;
3038   } /* now |a>d>0| and |c>b>0| */
3039 }
3040
3041 @ @<Reduce to the case that |a...@>=
3042 if ( a<0 ) { negate(a); negate(b);  };
3043 if ( c<0 ) { negate(c); negate(d);  };
3044 if ( d<=0 ) { 
3045   if ( b>=0 ) {
3046     if ( (a==0||b==0)&&(c==0||d==0) ) return 0;
3047     else return 1;
3048   }
3049   if ( d==0 )
3050     return ( a==0 ? 0 : -1);
3051   q=a; a=c; c=q; q=-b; b=-d; d=q;
3052 } else if ( b<=0 ) { 
3053   if ( b<0 ) if ( a>0 ) return -1;
3054   return (c==0 ? 0 : -1);
3055 }
3056
3057 @ We conclude this set of elementary routines with some simple rounding
3058 and truncation operations that are coded in a machine-independent fashion.
3059 The routines are slightly complicated because we want them to work
3060 without overflow whenever $-2^{31}\L x<2^{31}$.
3061
3062 @<Declarations@>=
3063 #define mp_floor_scaled(M,i) ((i)&(-65536))
3064 #define mp_round_unscaled(M,i) (((i>>15)+1)>>1)
3065 #define mp_round_fraction(M,i) (((i>>11)+1)>>1)
3066
3067
3068 @* \[8] Algebraic and transcendental functions.
3069 \MP\ computes all of the necessary special functions from scratch, without
3070 relying on |real| arithmetic or system subroutines for sines, cosines, etc.
3071
3072 @ To get the square root of a |scaled| number |x|, we want to calculate
3073 $s=\lfloor 2^8\!\sqrt x +{1\over2}\rfloor$. If $x>0$, this is the unique
3074 integer such that $2^{16}x-s\L s^2<2^{16}x+s$. The following subroutine
3075 determines $s$ by an iterative method that maintains the invariant
3076 relations $x=2^{46-2k}x_0\bmod 2^{30}$, $0<y=\lfloor 2^{16-2k}x_0\rfloor
3077 -s^2+s\L q=2s$, where $x_0$ is the initial value of $x$. The value of~$y$
3078 might, however, be zero at the start of the first iteration.
3079
3080 @<Declarations@>=
3081 scaled mp_square_rt (MP mp,scaled x) ;
3082
3083 @ @c 
3084 scaled mp_square_rt (MP mp,scaled x) {
3085   small_number k; /* iteration control counter */
3086   integer y,q; /* registers for intermediate calculations */
3087   if ( x<=0 ) { 
3088     @<Handle square root of zero or negative argument@>;
3089   } else { 
3090     k=23; q=2;
3091     while ( x<fraction_two ) { /* i.e., |while x<@t$2^{29}$@>|\unskip */
3092       decr(k); x=x+x+x+x;
3093     }
3094     if ( x<fraction_four ) y=0;
3095     else  { x=x-fraction_four; y=1; };
3096     do {  
3097       @<Decrease |k| by 1, maintaining the invariant
3098       relations between |x|, |y|, and~|q|@>;
3099     } while (k!=0);
3100     return (halfp(q));
3101   }
3102 }
3103
3104 @ @<Handle square root of zero...@>=
3105
3106   if ( x<0 ) { 
3107     print_err("Square root of ");
3108 @.Square root...replaced by 0@>
3109     mp_print_scaled(mp, x); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
3110     help2("Since I don't take square roots of negative numbers,")
3111          ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3112     mp_error(mp);
3113   };
3114   return 0;
3115 }
3116
3117 @ @<Decrease |k| by 1, maintaining...@>=
3118 x+=x; y+=y;
3119 if ( x>=fraction_four ) { /* note that |fraction_four=@t$2^{30}$@>| */
3120   x=x-fraction_four; incr(y);
3121 };
3122 x+=x; y=y+y-q; q+=q;
3123 if ( x>=fraction_four ) { x=x-fraction_four; incr(y); };
3124 if ( y>q ){ y=y-q; q=q+2; }
3125 else if ( y<=0 )  { q=q-2; y=y+q;  };
3126 decr(k)
3127
3128 @ Pythagorean addition $\psqrt{a^2+b^2}$ is implemented by an elegant
3129 iterative scheme due to Cleve Moler and Donald Morrison [{\sl IBM Journal
3130 @^Moler, Cleve Barry@>
3131 @^Morrison, Donald Ross@>
3132 of Research and Development\/ \bf27} (1983), 577--581]. It modifies |a| and~|b|
3133 in such a way that their Pythagorean sum remains invariant, while the
3134 smaller argument decreases.
3135
3136 @c 
3137 integer mp_pyth_add (MP mp,integer a, integer b) {
3138   fraction r; /* register used to transform |a| and |b| */
3139   boolean big; /* is the result dangerously near $2^{31}$? */
3140   a=abs(a); b=abs(b);
3141   if ( a<b ) { r=b; b=a; a=r; }; /* now |0<=b<=a| */
3142   if ( b>0 ) {
3143     if ( a<fraction_two ) {
3144       big=false;
3145     } else { 
3146       a=a / 4; b=b / 4; big=true;
3147     }; /* we reduced the precision to avoid arithmetic overflow */
3148     @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2+b^2}$@>;
3149     if ( big ) {
3150       if ( a<fraction_two ) {
3151         a=a+a+a+a;
3152       } else  { 
3153         mp->arith_error=true; a=el_gordo;
3154       };
3155     }
3156   }
3157   return a;
3158 }
3159
3160 @ The key idea here is to reflect the vector $(a,b)$ about the
3161 line through $(a,b/2)$.
3162
3163 @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2+b^2}$@>=
3164 while (1) {  
3165   r=mp_make_fraction(mp, b,a);
3166   r=mp_take_fraction(mp, r,r); /* now $r\approx b^2/a^2$ */
3167   if ( r==0 ) break;
3168   r=mp_make_fraction(mp, r,fraction_four+r);
3169   a=a+mp_take_fraction(mp, a+a,r); b=mp_take_fraction(mp, b,r);
3170 }
3171
3172
3173 @ Here is a similar algorithm for $\psqrt{a^2-b^2}$.
3174 It converges slowly when $b$ is near $a$, but otherwise it works fine.
3175
3176 @c 
3177 integer mp_pyth_sub (MP mp,integer a, integer b) {
3178   fraction r; /* register used to transform |a| and |b| */
3179   boolean big; /* is the input dangerously near $2^{31}$? */
3180   a=abs(a); b=abs(b);
3181   if ( a<=b ) {
3182     @<Handle erroneous |pyth_sub| and set |a:=0|@>;
3183   } else { 
3184     if ( a<fraction_four ) {
3185       big=false;
3186     } else  { 
3187       a=halfp(a); b=halfp(b); big=true;
3188     }
3189     @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2-b^2}$@>;
3190     if ( big ) a=a+a;
3191   }
3192   return a;
3193 }
3194
3195 @ @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2-b^2}$@>=
3196 while (1) { 
3197   r=mp_make_fraction(mp, b,a);
3198   r=mp_take_fraction(mp, r,r); /* now $r\approx b^2/a^2$ */
3199   if ( r==0 ) break;
3200   r=mp_make_fraction(mp, r,fraction_four-r);
3201   a=a-mp_take_fraction(mp, a+a,r); b=mp_take_fraction(mp, b,r);
3202 }
3203
3204 @ @<Handle erroneous |pyth_sub| and set |a:=0|@>=
3205
3206   if ( a<b ){ 
3207     print_err("Pythagorean subtraction "); mp_print_scaled(mp, a);
3208     mp_print(mp, "+-+"); mp_print_scaled(mp, b); 
3209     mp_print(mp, " has been replaced by 0");
3210 @.Pythagorean...@>
3211     help2("Since I don't take square roots of negative numbers,")
3212          ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3213     mp_error(mp);
3214   }
3215   a=0;
3216 }
3217
3218 @ The subroutines for logarithm and exponential involve two tables.
3219 The first is simple: |two_to_the[k]| equals $2^k$. The second involves
3220 a bit more calculation, which the author claims to have done correctly:
3221 |spec_log[k]| is $2^{27}$ times $\ln\bigl(1/(1-2^{-k})\bigr)=
3222 2^{-k}+{1\over2}2^{-2k}+{1\over3}2^{-3k}+\cdots\,$, rounded to the
3223 nearest integer.
3224
3225 @d two_to_the(A) (1<<(A))
3226
3227 @<Constants ...@>=
3228 static const integer spec_log[29] = { 0, /* special logarithms */
3229 93032640, 38612034, 17922280, 8662214, 4261238, 2113709,
3230 1052693, 525315, 262400, 131136, 65552, 32772, 16385,
3231 8192, 4096, 2048, 1024, 512, 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1, 1 };
3232
3233 @ @<Local variables for initialization@>=
3234 integer k; /* all-purpose loop index */
3235
3236
3237 @ Here is the routine that calculates $2^8$ times the natural logarithm
3238 of a |scaled| quantity; it is an integer approximation to $2^{24}\ln(x/2^{16})$,
3239 when |x| is a given positive integer.
3240
3241 The method is based on exercise 1.2.2--25 in {\sl The Art of Computer
3242 Programming\/}: During the main iteration we have $1\L 2^{-30}x<1/(1-2^{1-k})$,
3243 and the logarithm of $2^{30}x$ remains to be added to an accumulator
3244 register called~$y$. Three auxiliary bits of accuracy are retained in~$y$
3245 during the calculation, and sixteen auxiliary bits to extend |y| are
3246 kept in~|z| during the initial argument reduction. (We add
3247 $100\cdot2^{16}=6553600$ to~|z| and subtract 100 from~|y| so that |z| will
3248 not become negative; also, the actual amount subtracted from~|y| is~96,
3249 not~100, because we want to add~4 for rounding before the final division by~8.)
3250
3251 @c 
3252 scaled mp_m_log (MP mp,scaled x) {
3253   integer y,z; /* auxiliary registers */
3254   integer k; /* iteration counter */
3255   if ( x<=0 ) {
3256      @<Handle non-positive logarithm@>;
3257   } else  { 
3258     y=1302456956+4-100; /* $14\times2^{27}\ln2\approx1302456956.421063$ */
3259     z=27595+6553600; /* and $2^{16}\times .421063\approx 27595$ */
3260     while ( x<fraction_four ) {
3261        x+=x; y=y-93032639; z=z-48782;
3262     } /* $2^{27}\ln2\approx 93032639.74436163$ and $2^{16}\times.74436163\approx 48782$ */
3263     y=y+(z / unity); k=2;
3264     while ( x>fraction_four+4 ) {
3265       @<Increase |k| until |x| can be multiplied by a
3266         factor of $2^{-k}$, and adjust $y$ accordingly@>;
3267     }
3268     return (y / 8);
3269   }
3270 }
3271
3272 @ @<Increase |k| until |x| can...@>=
3273
3274   z=((x-1) / two_to_the(k))+1; /* $z=\lceil x/2^k\rceil$ */
3275   while ( x<fraction_four+z ) { z=halfp(z+1); k=k+1; };
3276   y=y+spec_log[k]; x=x-z;
3277 }
3278
3279 @ @<Handle non-positive logarithm@>=
3280
3281   print_err("Logarithm of ");
3282 @.Logarithm...replaced by 0@>
3283   mp_print_scaled(mp, x); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
3284   help2("Since I don't take logs of non-positive numbers,")
3285        ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3286   mp_error(mp); 
3287   return 0;
3288 }
3289
3290 @ Conversely, the exponential routine calculates $\exp(x/2^8)$,
3291 when |x| is |scaled|. The result is an integer approximation to
3292 $2^{16}\exp(x/2^{24})$, when |x| is regarded as an integer.
3293
3294 @c 
3295 scaled mp_m_exp (MP mp,scaled x) {
3296   small_number k; /* loop control index */
3297   integer y,z; /* auxiliary registers */
3298   if ( x>174436200 ) {
3299     /* $2^{24}\ln((2^{31}-1)/2^{16})\approx 174436199.51$ */
3300     mp->arith_error=true; 
3301     return el_gordo;
3302   } else if ( x<-197694359 ) {
3303         /* $2^{24}\ln(2^{-1}/2^{16})\approx-197694359.45$ */
3304     return 0;
3305   } else { 
3306     if ( x<=0 ) { 
3307        z=-8*x; y=04000000; /* $y=2^{20}$ */
3308     } else { 
3309       if ( x<=127919879 ) { 
3310         z=1023359037-8*x;
3311         /* $2^{27}\ln((2^{31}-1)/2^{20})\approx 1023359037.125$ */
3312       } else {
3313        z=8*(174436200-x); /* |z| is always nonnegative */
3314       }
3315       y=el_gordo;
3316     };
3317     @<Multiply |y| by $\exp(-z/2^{27})$@>;
3318     if ( x<=127919879 ) 
3319        return ((y+8) / 16);
3320      else 
3321        return y;
3322   }
3323 }
3324
3325 @ The idea here is that subtracting |spec_log[k]| from |z| corresponds
3326 to multiplying |y| by $1-2^{-k}$.
3327
3328 A subtle point (which had to be checked) was that if $x=127919879$, the
3329 value of~|y| will decrease so that |y+8| doesn't overflow. In fact,
3330 $z$ will be 5 in this case, and |y| will decrease by~64 when |k=25|
3331 and by~16 when |k=27|.
3332
3333 @<Multiply |y| by...@>=
3334 k=1;
3335 while ( z>0 ) { 
3336   while ( z>=spec_log[k] ) { 
3337     z-=spec_log[k];
3338     y=y-1-((y-two_to_the(k-1)) / two_to_the(k));
3339   }
3340   incr(k);
3341 }
3342
3343 @ The trigonometric subroutines use an auxiliary table such that
3344 |spec_atan[k]| contains an approximation to the |angle| whose tangent
3345 is~$1/2^k$. $\arctan2^{-k}$ times $2^{20}\cdot180/\pi$ 
3346
3347 @<Constants ...@>=
3348 static const angle spec_atan[27] = { 0, 27855475, 14718068, 7471121, 3750058, 
3349 1876857, 938658, 469357, 234682, 117342, 58671, 29335, 14668, 7334, 3667, 
3350 1833, 917, 458, 229, 115, 57, 29, 14, 7, 4, 2, 1 };
3351
3352 @ Given integers |x| and |y|, not both zero, the |n_arg| function
3353 returns the |angle| whose tangent points in the direction $(x,y)$.
3354 This subroutine first determines the correct octant, then solves the
3355 problem for |0<=y<=x|, then converts the result appropriately to
3356 return an answer in the range |-one_eighty_deg<=@t$\theta$@><=one_eighty_deg|.
3357 (The answer is |+one_eighty_deg| if |y=0| and |x<0|, but an answer of
3358 |-one_eighty_deg| is possible if, for example, |y=-1| and $x=-2^{30}$.)
3359
3360 The octants are represented in a ``Gray code,'' since that turns out
3361 to be computationally simplest.
3362
3363 @d negate_x 1
3364 @d negate_y 2
3365 @d switch_x_and_y 4
3366 @d first_octant 1
3367 @d second_octant (first_octant+switch_x_and_y)
3368 @d third_octant (first_octant+switch_x_and_y+negate_x)
3369 @d fourth_octant (first_octant+negate_x)
3370 @d fifth_octant (first_octant+negate_x+negate_y)
3371 @d sixth_octant (first_octant+switch_x_and_y+negate_x+negate_y)
3372 @d seventh_octant (first_octant+switch_x_and_y+negate_y)
3373 @d eighth_octant (first_octant+negate_y)
3374
3375 @c 
3376 angle mp_n_arg (MP mp,integer x, integer y) {
3377   angle z; /* auxiliary register */
3378   integer t; /* temporary storage */
3379   small_number k; /* loop counter */
3380   int octant; /* octant code */
3381   if ( x>=0 ) {
3382     octant=first_octant;
3383   } else { 
3384     negate(x); octant=first_octant+negate_x;
3385   }
3386   if ( y<0 ) { 
3387     negate(y); octant=octant+negate_y;
3388   }
3389   if ( x<y ) { 
3390     t=y; y=x; x=t; octant=octant+switch_x_and_y;
3391   }
3392   if ( x==0 ) { 
3393     @<Handle undefined arg@>; 
3394   } else { 
3395     @<Set variable |z| to the arg of $(x,y)$@>;
3396     @<Return an appropriate answer based on |z| and |octant|@>;
3397   }
3398 }
3399
3400 @ @<Handle undefined arg@>=
3401
3402   print_err("angle(0,0) is taken as zero");
3403 @.angle(0,0)...zero@>
3404   help2("The `angle' between two identical points is undefined.")
3405        ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3406   mp_error(mp); 
3407   return 0;
3408 }
3409
3410 @ @<Return an appropriate answer...@>=
3411 switch (octant) {
3412 case first_octant: return z;
3413 case second_octant: return (ninety_deg-z);
3414 case third_octant: return (ninety_deg+z);
3415 case fourth_octant: return (one_eighty_deg-z);
3416 case fifth_octant: return (z-one_eighty_deg);
3417 case sixth_octant: return (-z-ninety_deg);
3418 case seventh_octant: return (z-ninety_deg);
3419 case eighth_octant: return (-z);
3420 }; /* there are no other cases */
3421 return 0
3422
3423 @ At this point we have |x>=y>=0|, and |x>0|. The numbers are scaled up
3424 or down until $2^{28}\L x<2^{29}$, so that accurate fixed-point calculations
3425 will be made.
3426
3427 @<Set variable |z| to the arg...@>=
3428 while ( x>=fraction_two ) { 
3429   x=halfp(x); y=halfp(y);
3430 }
3431 z=0;
3432 if ( y>0 ) { 
3433  while ( x<fraction_one ) { 
3434     x+=x; y+=y; 
3435  };
3436  @<Increase |z| to the arg of $(x,y)$@>;
3437 }
3438
3439 @ During the calculations of this section, variables |x| and~|y|
3440 represent actual coordinates $(x,2^{-k}y)$. We will maintain the
3441 condition |x>=y|, so that the tangent will be at most $2^{-k}$.
3442 If $x<2y$, the tangent is greater than $2^{-k-1}$. The transformation
3443 $(a,b)\mapsto(a+b\tan\phi,b-a\tan\phi)$ replaces $(a,b)$ by
3444 coordinates whose angle has decreased by~$\phi$; in the special case
3445 $a=x$, $b=2^{-k}y$, and $\tan\phi=2^{-k-1}$, this operation reduces
3446 to the particularly simple iteration shown here. [Cf.~John E. Meggitt,
3447 @^Meggitt, John E.@>
3448 {\sl IBM Journal of Research and Development\/ \bf6} (1962), 210--226.]
3449
3450 The initial value of |x| will be multiplied by at most
3451 $(1+{1\over2})(1+{1\over8})(1+{1\over32})\cdots\approx 1.7584$; hence
3452 there is no chance of integer overflow.
3453
3454 @<Increase |z|...@>=
3455 k=0;
3456 do {  
3457   y+=y; incr(k);
3458   if ( y>x ){ 
3459     z=z+spec_atan[k]; t=x; x=x+(y / two_to_the(k+k)); y=y-t;
3460   };
3461 } while (k!=15);
3462 do {  
3463   y+=y; incr(k);
3464   if ( y>x ) { z=z+spec_atan[k]; y=y-x; };
3465 } while (k!=26)
3466
3467 @ Conversely, the |n_sin_cos| routine takes an |angle| and produces the sine
3468 and cosine of that angle. The results of this routine are
3469 stored in global integer variables |n_sin| and |n_cos|.
3470
3471 @<Glob...@>=
3472 fraction n_sin;fraction n_cos; /* results computed by |n_sin_cos| */
3473
3474 @ Given an integer |z| that is $2^{20}$ times an angle $\theta$ in degrees,
3475 the purpose of |n_sin_cos(z)| is to set
3476 |x=@t$r\cos\theta$@>| and |y=@t$r\sin\theta$@>| (approximately),
3477 for some rather large number~|r|. The maximum of |x| and |y|
3478 will be between $2^{28}$ and $2^{30}$, so that there will be hardly
3479 any loss of accuracy. Then |x| and~|y| are divided by~|r|.
3480
3481 @c 
3482 void mp_n_sin_cos (MP mp,angle z) { /* computes a multiple of the sine
3483                                        and cosine */ 
3484   small_number k; /* loop control variable */
3485   int q; /* specifies the quadrant */
3486   fraction r; /* magnitude of |(x,y)| */
3487   integer x,y,t; /* temporary registers */
3488   while ( z<0 ) z=z+three_sixty_deg;
3489   z=z % three_sixty_deg; /* now |0<=z<three_sixty_deg| */
3490   q=z / forty_five_deg; z=z % forty_five_deg;
3491   x=fraction_one; y=x;
3492   if ( ! odd(q) ) z=forty_five_deg-z;
3493   @<Subtract angle |z| from |(x,y)|@>;
3494   @<Convert |(x,y)| to the octant determined by~|q|@>;
3495   r=mp_pyth_add(mp, x,y); 
3496   mp->n_cos=mp_make_fraction(mp, x,r); 
3497   mp->n_sin=mp_make_fraction(mp, y,r);
3498 }
3499
3500 @ In this case the octants are numbered sequentially.
3501
3502 @<Convert |(x,...@>=
3503 switch (q) {
3504 case 0: break;
3505 case 1: t=x; x=y; y=t; break;
3506 case 2: t=x; x=-y; y=t; break;
3507 case 3: negate(x); break;
3508 case 4: negate(x); negate(y); break;
3509 case 5: t=x; x=-y; y=-t; break;
3510 case 6: t=x; x=y; y=-t; break;
3511 case 7: negate(y); break;
3512 } /* there are no other cases */
3513
3514 @ The main iteration of |n_sin_cos| is similar to that of |n_arg| but
3515 applied in reverse. The values of |spec_atan[k]| decrease slowly enough
3516 that this loop is guaranteed to terminate before the (nonexistent) value
3517 |spec_atan[27]| would be required.
3518
3519 @<Subtract angle |z|...@>=
3520 k=1;
3521 while ( z>0 ){ 
3522   if ( z>=spec_atan[k] ) { 
3523     z=z-spec_atan[k]; t=x;
3524     x=t+y / two_to_the(k);
3525     y=y-t / two_to_the(k);
3526   }
3527   incr(k);
3528 }
3529 if ( y<0 ) y=0 /* this precaution may never be needed */
3530
3531 @ And now let's complete our collection of numeric utility routines
3532 by considering random number generation.
3533 \MP\ generates pseudo-random numbers with the additive scheme recommended
3534 in Section 3.6 of {\sl The Art of Computer Programming}; however, the
3535 results are random fractions between 0 and |fraction_one-1|, inclusive.
3536
3537 There's an auxiliary array |randoms| that contains 55 pseudo-random
3538 fractions. Using the recurrence $x_n=(x_{n-55}-x_{n-31})\bmod 2^{28}$,
3539 we generate batches of 55 new $x_n$'s at a time by calling |new_randoms|.
3540 The global variable |j_random| tells which element has most recently
3541 been consumed.
3542 The global variable |sys_random_seed| was introduced in version 0.9,
3543 for the sole reason of stressing the fact that the initial value of the
3544 random seed is system-dependant. The pascal code below will initialize
3545 this variable to |(internal[time] div unity)+internal[day]|, but this is
3546 not good enough on modern fast machines that are capable of running
3547 multiple MetaPost processes within the same second.
3548 @^system dependencies@>
3549
3550 @<Glob...@>=
3551 fraction randoms[55]; /* the last 55 random values generated */
3552 int j_random; /* the number of unused |randoms| */
3553 scaled sys_random_seed; /* the default random seed */
3554
3555 @ @<Types...@>=
3556 typedef scaled (*get_random_seed_command)(MP mp);
3557
3558 @ @<Glob...@>=
3559 get_random_seed_command get_random_seed;
3560
3561 @ @<Option variables@>=
3562 get_random_seed_command get_random_seed;
3563
3564 @ @<Allocate or initialize ...@>=
3565 set_callback_option(get_random_seed);
3566
3567 @ @<Exported function headers@>=
3568 scaled mp_get_random_seed (MP mp);
3569
3570 @ @c 
3571 scaled mp_get_random_seed (MP mp) {
3572   return (mp->internal[mp_time] / unity)+mp->internal[day];
3573 }
3574
3575 @ To consume a random fraction, the program below will say `|next_random|'
3576 and then it will fetch |randoms[j_random]|.
3577
3578 @d next_random { if ( mp->j_random==0 ) mp_new_randoms(mp);
3579   else decr(mp->j_random); }
3580
3581 @c 
3582 void mp_new_randoms (MP mp) {
3583   int k; /* index into |randoms| */
3584   fraction x; /* accumulator */
3585   for (k=0;k<=23;k++) { 
3586    x=mp->randoms[k]-mp->randoms[k+31];
3587     if ( x<0 ) x=x+fraction_one;
3588     mp->randoms[k]=x;
3589   }
3590   for (k=24;k<= 54;k++){ 
3591     x=mp->randoms[k]-mp->randoms[k-24];
3592     if ( x<0 ) x=x+fraction_one;
3593     mp->randoms[k]=x;
3594   }
3595   mp->j_random=54;
3596 }
3597
3598 @ @<Declarations@>=
3599 void mp_init_randoms (MP mp,scaled seed);
3600
3601 @ To initialize the |randoms| table, we call the following routine.
3602
3603 @c 
3604 void mp_init_randoms (MP mp,scaled seed) {
3605   fraction j,jj,k; /* more or less random integers */
3606   int i; /* index into |randoms| */
3607   j=abs(seed);
3608   while ( j>=fraction_one ) j=halfp(j);
3609   k=1;
3610   for (i=0;i<=54;i++ ){ 
3611     jj=k; k=j-k; j=jj;
3612     if ( k<0 ) k=k+fraction_one;
3613     mp->randoms[(i*21)% 55]=j;
3614   }
3615   mp_new_randoms(mp); 
3616   mp_new_randoms(mp); 
3617   mp_new_randoms(mp); /* ``warm up'' the array */
3618 }
3619
3620 @ To produce a uniform random number in the range |0<=u<x| or |0>=u>x|
3621 or |0=u=x|, given a |scaled| value~|x|, we proceed as shown here.
3622
3623 Note that the call of |take_fraction| will produce the values 0 and~|x|
3624 with about half the probability that it will produce any other particular
3625 values between 0 and~|x|, because it rounds its answers.
3626
3627 @c 
3628 scaled mp_unif_rand (MP mp,scaled x) {
3629   scaled y; /* trial value */
3630   next_random; y=mp_take_fraction(mp, abs(x),mp->randoms[mp->j_random]);
3631   if ( y==abs(x) ) return 0;
3632   else if ( x>0 ) return y;
3633   else return (-y);
3634 }
3635
3636 @ Finally, a normal deviate with mean zero and unit standard deviation
3637 can readily be obtained with the ratio method (Algorithm 3.4.1R in
3638 {\sl The Art of Computer Programming\/}).
3639
3640 @c 
3641 scaled mp_norm_rand (MP mp) {
3642   integer x,u,l; /* what the book would call $2^{16}X$, $2^{28}U$, and $-2^{24}\ln U$ */
3643   do { 
3644     do {  
3645       next_random;
3646       x=mp_take_fraction(mp, 112429,mp->randoms[mp->j_random]-fraction_half);
3647       /* $2^{16}\sqrt{8/e}\approx 112428.82793$ */
3648       next_random; u=mp->randoms[mp->j_random];
3649     } while (abs(x)>=u);
3650     x=mp_make_fraction(mp, x,u);
3651     l=139548960-mp_m_log(mp, u); /* $2^{24}\cdot12\ln2\approx139548959.6165$ */
3652   } while (mp_ab_vs_cd(mp, 1024,l,x,x)<0);
3653   return x;
3654 }
3655
3656 @* \[9] Packed data.
3657 In order to make efficient use of storage space, \MP\ bases its major data
3658 structures on a |memory_word|, which contains either a (signed) integer,
3659 possibly scaled, or a small number of fields that are one half or one
3660 quarter of the size used for storing integers.
3661
3662 If |x| is a variable of type |memory_word|, it contains up to four
3663 fields that can be referred to as follows:
3664 $$\vbox{\halign{\hfil#&#\hfil&#\hfil\cr
3665 |x|&.|int|&(an |integer|)\cr
3666 |x|&.|sc|\qquad&(a |scaled| integer)\cr
3667 |x.hh.lh|, |x.hh|&.|rh|&(two halfword fields)\cr
3668 |x.hh.b0|, |x.hh.b1|, |x.hh|&.|rh|&(two quarterword fields, one halfword
3669   field)\cr
3670 |x.qqqq.b0|, |x.qqqq.b1|, |x.qqqq|&.|b2|, |x.qqqq.b3|\hskip-100pt
3671   &\qquad\qquad\qquad(four quarterword fields)\cr}}$$
3672 This is somewhat cumbersome to write, and not very readable either, but
3673 macros will be used to make the notation shorter and more transparent.
3674 The code below gives a formal definition of |memory_word| and
3675 its subsidiary types, using packed variant records. \MP\ makes no
3676 assumptions about the relative positions of the fields within a word.
3677
3678 @d max_quarterword 0x3FFF /* largest allowable value in a |quarterword| */
3679 @d max_halfword 0xFFFFFFF /* largest allowable value in a |halfword| */
3680
3681 @ Here are the inequalities that the quarterword and halfword values
3682 must satisfy (or rather, the inequalities that they mustn't satisfy):
3683
3684 @<Check the ``constant''...@>=
3685 if (mp->ini_version) {
3686   if ( mp->mem_max!=mp->mem_top ) mp->bad=8;
3687 } else {
3688   if ( mp->mem_max<mp->mem_top ) mp->bad=8;
3689 }
3690 if ( max_quarterword<255 ) mp->bad=9;
3691 if ( max_halfword<65535 ) mp->bad=10;
3692 if ( max_quarterword>max_halfword ) mp->bad=11;
3693 if ( mp->mem_max>=max_halfword ) mp->bad=12;
3694 if ( mp->max_strings>max_halfword ) mp->bad=13;
3695
3696 @ The macros |qi| and |qo| are used for input to and output 
3697 from quarterwords. These are legacy macros.
3698 @^system dependencies@>
3699
3700 @d qo(A) (A) /* to read eight bits from a quarterword */
3701 @d qi(A) (A) /* to store eight bits in a quarterword */
3702
3703 @ The reader should study the following definitions closely:
3704 @^system dependencies@>
3705
3706 @d sc cint /* |scaled| data is equivalent to |integer| */
3707
3708 @<Types...@>=
3709 typedef short quarterword; /* 1/4 of a word */
3710 typedef int halfword; /* 1/2 of a word */
3711 typedef union {
3712   struct {
3713     halfword RH, LH;
3714   } v;
3715   struct { /* Make B0,B1 overlap the most significant bytes of LH.  */
3716     halfword junk;
3717     quarterword B0, B1;
3718   } u;
3719 } two_halves;
3720 typedef struct {
3721   struct {
3722     quarterword B2, B3, B0, B1;
3723   } u;
3724 } four_quarters;
3725 typedef union {
3726   two_halves hh;
3727   integer cint;
3728   four_quarters qqqq;
3729 } memory_word;
3730 #define b0 u.B0
3731 #define b1 u.B1
3732 #define b2 u.B2
3733 #define b3 u.B3
3734 #define rh v.RH
3735 #define lh v.LH
3736
3737 @ When debugging, we may want to print a |memory_word| without knowing
3738 what type it is; so we print it in all modes.
3739 @^dirty \PASCAL@>@^debugging@>
3740
3741 @c 
3742 void mp_print_word (MP mp,memory_word w) {
3743   /* prints |w| in all ways */
3744   mp_print_int(mp, w.cint); mp_print_char(mp, ' ');
3745   mp_print_scaled(mp, w.sc); mp_print_char(mp, ' '); 
3746   mp_print_scaled(mp, w.sc / 010000); mp_print_ln(mp);
3747   mp_print_int(mp, w.hh.lh); mp_print_char(mp, '='); 
3748   mp_print_int(mp, w.hh.b0); mp_print_char(mp, ':');
3749   mp_print_int(mp, w.hh.b1); mp_print_char(mp, ';'); 
3750   mp_print_int(mp, w.hh.rh); mp_print_char(mp, ' ');
3751   mp_print_int(mp, w.qqqq.b0); mp_print_char(mp, ':'); 
3752   mp_print_int(mp, w.qqqq.b1); mp_print_char(mp, ':');
3753   mp_print_int(mp, w.qqqq.b2); mp_print_char(mp, ':'); 
3754   mp_print_int(mp, w.qqqq.b3);
3755 }
3756
3757
3758 @* \[10] Dynamic memory allocation.
3759
3760 The \MP\ system does nearly all of its own memory allocation, so that it
3761 can readily be transported into environments that do not have automatic
3762 facilities for strings, garbage collection, etc., and so that it can be in
3763 control of what error messages the user receives. The dynamic storage
3764 requirements of \MP\ are handled by providing a large array |mem| in
3765 which consecutive blocks of words are used as nodes by the \MP\ routines.
3766
3767 Pointer variables are indices into this array, or into another array
3768 called |eqtb| that will be explained later. A pointer variable might
3769 also be a special flag that lies outside the bounds of |mem|, so we
3770 allow pointers to assume any |halfword| value. The minimum memory
3771 index represents a null pointer.
3772
3773 @d null 0 /* the null pointer */
3774
3775 @<Types...@>=
3776 typedef halfword pointer; /* a flag or a location in |mem| or |eqtb| */
3777
3778 @ The |mem| array is divided into two regions that are allocated separately,
3779 but the dividing line between these two regions is not fixed; they grow
3780 together until finding their ``natural'' size in a particular job.
3781 Locations less than or equal to |lo_mem_max| are used for storing
3782 variable-length records consisting of two or more words each. This region
3783 is maintained using an algorithm similar to the one described in exercise
3784 2.5--19 of {\sl The Art of Computer Programming}. However, no size field
3785 appears in the allocated nodes; the program is responsible for knowing the
3786 relevant size when a node is freed. Locations greater than or equal to
3787 |hi_mem_min| are used for storing one-word records; a conventional
3788 \.{AVAIL} stack is used for allocation in this region.
3789
3790 Locations of |mem| between |0| and |mem_top| may be dumped as part
3791 of preloaded format files, by the \.{INIMP} preprocessor.
3792 @.INIMP@>
3793 Production versions of \MP\ may extend the memory at the top end in order to
3794 provide more space; these locations, between |mem_top| and |mem_max|,
3795 are always used for single-word nodes.
3796
3797 The key pointers that govern |mem| allocation have a prescribed order:
3798 $$\hbox{|null=0<lo_mem_max<hi_mem_min<mem_top<=mem_end<=mem_max|.}$$
3799
3800 @<Glob...@>=
3801 memory_word *mem; /* the big dynamic storage area */
3802 pointer lo_mem_max; /* the largest location of variable-size memory in use */
3803 pointer hi_mem_min; /* the smallest location of one-word memory in use */
3804
3805
3806
3807 @d xfree    mp_xfree
3808 @d xrealloc mp_xrealloc
3809 @d xmalloc  mp_xmalloc
3810 @d xstrdup  mp_xstrdup
3811 @d XREALLOC(a,b,c) a = xrealloc(a,b,sizeof(c));
3812
3813 @<Declare helpers@>=
3814 void mp_xfree (void *x);
3815 void *mp_xrealloc (void *p, size_t nmem, size_t size) ;
3816 void *mp_xmalloc (size_t nmem, size_t size) ;
3817 char *mp_xstrdup(const char *s);
3818
3819 @ The |max_size_test| guards against overflow, on the assumption that
3820 |size_t| is at least 31bits wide.
3821
3822 @d max_size_test 0x7FFFFFFF
3823
3824 @c
3825 void mp_xfree (void *x) {
3826   if (x!=NULL) free(x);
3827 }
3828 void  *mp_xrealloc (void *p, size_t nmem, size_t size) {
3829   void *w ; 
3830   if ((max_size_test/size)<nmem) {
3831     fprintf(stderr,"Memory size overflow!\n");
3832     exit(1);
3833   }
3834   w = realloc (p,(nmem*size));
3835   if (w==NULL) {
3836     fprintf(stderr,"Out of memory!\n");
3837     exit(1);
3838   }
3839   return w;
3840 }
3841 void  *mp_xmalloc (size_t nmem, size_t size) {
3842   void *w;
3843   if ((max_size_test/size)<nmem) {
3844     fprintf(stderr,"Memory size overflow!\n");
3845     exit(1);
3846   }
3847   w = malloc (nmem*size);
3848   if (w==NULL) {
3849     fprintf(stderr,"Out of memory!\n");
3850     exit(1);
3851   }
3852   return w;
3853 }
3854 char *mp_xstrdup(const char *s) {
3855   char *w; 
3856   if (s==NULL)
3857     return NULL;
3858   w = strdup(s);
3859   if (w==NULL) {
3860     fprintf(stderr,"Out of memory!\n");
3861     exit(1);
3862   }
3863   return w;
3864 }
3865
3866
3867
3868 @<Allocate or initialize ...@>=
3869 mp->mem = xmalloc ((mp->mem_max+1),sizeof (memory_word));
3870
3871 @ @<Dealloc variables@>=
3872 xfree(mp->mem);
3873
3874 @ Users who wish to study the memory requirements of particular applications can
3875 can use optional special features that keep track of current and
3876 maximum memory usage. When code between the delimiters |stat| $\ldots$
3877 |tats| is not ``commented out,'' \MP\ will run a bit slower but it will
3878 report these statistics when |tracing_stats| is positive.
3879
3880 @<Glob...@>=
3881 integer var_used; integer dyn_used; /* how much memory is in use */
3882
3883 @ Let's consider the one-word memory region first, since it's the
3884 simplest. The pointer variable |mem_end| holds the highest-numbered location
3885 of |mem| that has ever been used. The free locations of |mem| that
3886 occur between |hi_mem_min| and |mem_end|, inclusive, are of type
3887 |two_halves|, and we write |info(p)| and |link(p)| for the |lh|
3888 and |rh| fields of |mem[p]| when it is of this type. The single-word
3889 free locations form a linked list
3890 $$|avail|,\;\hbox{|link(avail)|},\;\hbox{|link(link(avail))|},\;\ldots$$
3891 terminated by |null|.
3892
3893 @d link(A)   mp->mem[(A)].hh.rh /* the |link| field of a memory word */
3894 @d info(A)   mp->mem[(A)].hh.lh /* the |info| field of a memory word */
3895
3896 @<Glob...@>=
3897 pointer avail; /* head of the list of available one-word nodes */
3898 pointer mem_end; /* the last one-word node used in |mem| */
3899
3900 @ If one-word memory is exhausted, it might mean that the user has forgotten
3901 a token like `\&{enddef}' or `\&{endfor}'. We will define some procedures
3902 later that try to help pinpoint the trouble.
3903
3904 @c 
3905 @<Declare the procedure called |show_token_list|@>;
3906 @<Declare the procedure called |runaway|@>
3907
3908 @ The function |get_avail| returns a pointer to a new one-word node whose
3909 |link| field is null. However, \MP\ will halt if there is no more room left.
3910 @^inner loop@>
3911
3912 @c 
3913 pointer mp_get_avail (MP mp) { /* single-word node allocation */
3914   pointer p; /* the new node being got */
3915   p=mp->avail; /* get top location in the |avail| stack */
3916   if ( p!=null ) {
3917     mp->avail=link(mp->avail); /* and pop it off */
3918   } else if ( mp->mem_end<mp->mem_max ) { /* or go into virgin territory */
3919     incr(mp->mem_end); p=mp->mem_end;
3920   } else { 
3921     decr(mp->hi_mem_min); p=mp->hi_mem_min;
3922     if ( mp->hi_mem_min<=mp->lo_mem_max ) { 
3923       mp_runaway(mp); /* if memory is exhausted, display possible runaway text */
3924       mp_overflow(mp, "main memory size",mp->mem_max);
3925       /* quit; all one-word nodes are busy */
3926 @:MetaPost capacity exceeded main memory size}{\quad main memory size@>
3927     }
3928   }
3929   link(p)=null; /* provide an oft-desired initialization of the new node */
3930   incr(mp->dyn_used);/* maintain statistics */
3931   return p;
3932 };
3933
3934 @ Conversely, a one-word node is recycled by calling |free_avail|.
3935
3936 @d free_avail(A)  /* single-word node liberation */
3937   { link((A))=mp->avail; mp->avail=(A); decr(mp->dyn_used);  }
3938
3939 @ There's also a |fast_get_avail| routine, which saves the procedure-call
3940 overhead at the expense of extra programming. This macro is used in
3941 the places that would otherwise account for the most calls of |get_avail|.
3942 @^inner loop@>
3943
3944 @d fast_get_avail(A) { 
3945   (A)=mp->avail; /* avoid |get_avail| if possible, to save time */
3946   if ( (A)==null ) { (A)=mp_get_avail(mp); } 
3947   else { mp->avail=link((A)); link((A))=null;  incr(mp->dyn_used); }
3948   }
3949
3950 @ The available-space list that keeps track of the variable-size portion
3951 of |mem| is a nonempty, doubly-linked circular list of empty nodes,
3952 pointed to by the roving pointer |rover|.
3953
3954 Each empty node has size 2 or more; the first word contains the special
3955 value |max_halfword| in its |link| field and the size in its |info| field;
3956 the second word contains the two pointers for double linking.
3957
3958 Each nonempty node also has size 2 or more. Its first word is of type
3959 |two_halves|\kern-1pt, and its |link| field is never equal to |max_halfword|.
3960 Otherwise there is complete flexibility with respect to the contents
3961 of its other fields and its other words.
3962
3963 (We require |mem_max<max_halfword| because terrible things can happen
3964 when |max_halfword| appears in the |link| field of a nonempty node.)
3965
3966 @d empty_flag   max_halfword /* the |link| of an empty variable-size node */
3967 @d is_empty(A)   (link((A))==empty_flag) /* tests for empty node */
3968 @d node_size   info /* the size field in empty variable-size nodes */
3969 @d llink(A)   info((A)+1) /* left link in doubly-linked list of empty nodes */
3970 @d rlink(A)   link((A)+1) /* right link in doubly-linked list of empty nodes */
3971
3972 @<Glob...@>=
3973 pointer rover; /* points to some node in the list of empties */
3974
3975 @ A call to |get_node| with argument |s| returns a pointer to a new node
3976 of size~|s|, which must be 2~or more. The |link| field of the first word
3977 of this new node is set to null. An overflow stop occurs if no suitable
3978 space exists.
3979
3980 If |get_node| is called with $s=2^{30}$, it simply merges adjacent free
3981 areas and returns the value |max_halfword|.
3982
3983 @<Declarations@>=
3984 pointer mp_get_node (MP mp,integer s) ;
3985
3986 @ @c 
3987 pointer mp_get_node (MP mp,integer s) { /* variable-size node allocation */
3988   pointer p; /* the node currently under inspection */
3989   pointer q;  /* the node physically after node |p| */
3990   integer r; /* the newly allocated node, or a candidate for this honor */
3991   integer t,tt; /* temporary registers */
3992 @^inner loop@>
3993  RESTART: 
3994   p=mp->rover; /* start at some free node in the ring */
3995   do {  
3996     @<Try to allocate within node |p| and its physical successors,
3997      and |goto found| if allocation was possible@>;
3998     p=rlink(p); /* move to the next node in the ring */
3999   } while (p!=mp->rover); /* repeat until the whole list has been traversed */
4000   if ( s==010000000000 ) { 
4001     return max_halfword;
4002   };
4003   if ( mp->lo_mem_max+2<mp->hi_mem_min ) {
4004     if ( mp->lo_mem_max+2<=max_halfword ) {
4005       @<Grow more variable-size memory and |goto restart|@>;
4006     }
4007   }
4008   mp_overflow(mp, "main memory size",mp->mem_max);
4009   /* sorry, nothing satisfactory is left */
4010 @:MetaPost capacity exceeded main memory size}{\quad main memory size@>
4011 FOUND: 
4012   link(r)=null; /* this node is now nonempty */
4013   mp->var_used=mp->var_used+s; /* maintain usage statistics */
4014   return r;
4015 }
4016
4017 @ The lower part of |mem| grows by 1000 words at a time, unless
4018 we are very close to going under. When it grows, we simply link
4019 a new node into the available-space list. This method of controlled
4020 growth helps to keep the |mem| usage consecutive when \MP\ is
4021 implemented on ``virtual memory'' systems.
4022 @^virtual memory@>
4023
4024 @<Grow more variable-size memory and |goto restart|@>=
4025
4026   if ( mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max>=1998 ) {
4027     t=mp->lo_mem_max+1000;
4028   } else {
4029     t=mp->lo_mem_max+1+(mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max) / 2; 
4030     /* |lo_mem_max+2<=t<hi_mem_min| */
4031   }
4032   if ( t>max_halfword ) t=max_halfword;
4033   p=llink(mp->rover); q=mp->lo_mem_max; rlink(p)=q; llink(mp->rover)=q;
4034   rlink(q)=mp->rover; llink(q)=p; link(q)=empty_flag; node_size(q)=t-mp->lo_mem_max;
4035   mp->lo_mem_max=t; link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null;
4036   mp->rover=q; 
4037   goto RESTART;
4038 }
4039
4040 @ @<Try to allocate...@>=
4041 q=p+node_size(p); /* find the physical successor */
4042 while ( is_empty(q) ) { /* merge node |p| with node |q| */
4043   t=rlink(q); tt=llink(q);
4044 @^inner loop@>
4045   if ( q==mp->rover ) mp->rover=t;
4046   llink(t)=tt; rlink(tt)=t;
4047   q=q+node_size(q);
4048 }
4049 r=q-s;
4050 if ( r>p+1 ) {
4051   @<Allocate from the top of node |p| and |goto found|@>;
4052 }
4053 if ( r==p ) { 
4054   if ( rlink(p)!=p ) {
4055     @<Allocate entire node |p| and |goto found|@>;
4056   }
4057 }
4058 node_size(p)=q-p /* reset the size in case it grew */
4059
4060 @ @<Allocate from the top...@>=
4061
4062   node_size(p)=r-p; /* store the remaining size */
4063   mp->rover=p; /* start searching here next time */
4064   goto FOUND;
4065 }
4066
4067 @ Here we delete node |p| from the ring, and let |rover| rove around.
4068
4069 @<Allocate entire...@>=
4070
4071   mp->rover=rlink(p); t=llink(p);
4072   llink(mp->rover)=t; rlink(t)=mp->rover;
4073   goto FOUND;
4074 }
4075
4076 @ Conversely, when some variable-size node |p| of size |s| is no longer needed,
4077 the operation |free_node(p,s)| will make its words available, by inserting
4078 |p| as a new empty node just before where |rover| now points.
4079
4080 @<Declarations@>=
4081 void mp_free_node (MP mp, pointer p, halfword s) ;
4082
4083 @ @c 
4084 void mp_free_node (MP mp, pointer p, halfword s) { /* variable-size node
4085   liberation */
4086   pointer q; /* |llink(rover)| */
4087   node_size(p)=s; link(p)=empty_flag;
4088 @^inner loop@>
4089   q=llink(mp->rover); llink(p)=q; rlink(p)=mp->rover; /* set both links */
4090   llink(mp->rover)=p; rlink(q)=p; /* insert |p| into the ring */
4091   mp->var_used=mp->var_used-s; /* maintain statistics */
4092 }
4093
4094 @ Just before \.{INIMP} writes out the memory, it sorts the doubly linked
4095 available space list. The list is probably very short at such times, so a
4096 simple insertion sort is used. The smallest available location will be
4097 pointed to by |rover|, the next-smallest by |rlink(rover)|, etc.
4098
4099 @c 
4100 void mp_sort_avail (MP mp) { /* sorts the available variable-size nodes
4101   by location */
4102   pointer p,q,r; /* indices into |mem| */
4103   pointer old_rover; /* initial |rover| setting */
4104   p=mp_get_node(mp, 010000000000); /* merge adjacent free areas */
4105   p=rlink(mp->rover); rlink(mp->rover)=max_halfword; old_rover=mp->rover;
4106   while ( p!=old_rover ) {
4107     @<Sort |p| into the list starting at |rover|
4108      and advance |p| to |rlink(p)|@>;
4109   }
4110   p=mp->rover;
4111   while ( rlink(p)!=max_halfword ) { 
4112     llink(rlink(p))=p; p=rlink(p);
4113   };
4114   rlink(p)=mp->rover; llink(mp->rover)=p;
4115 }
4116
4117 @ The following |while| loop is guaranteed to
4118 terminate, since the list that starts at
4119 |rover| ends with |max_halfword| during the sorting procedure.
4120
4121 @<Sort |p|...@>=
4122 if ( p<mp->rover ) { 
4123   q=p; p=rlink(q); rlink(q)=mp->rover; mp->rover=q;
4124 } else  { 
4125   q=mp->rover;
4126   while ( rlink(q)<p ) q=rlink(q);
4127   r=rlink(p); rlink(p)=rlink(q); rlink(q)=p; p=r;
4128 }
4129
4130 @* \[11] Memory layout.
4131 Some areas of |mem| are dedicated to fixed usage, since static allocation is
4132 more efficient than dynamic allocation when we can get away with it. For
4133 example, locations |0| to |1| are always used to store a
4134 two-word dummy token whose second word is zero.
4135 The following macro definitions accomplish the static allocation by giving
4136 symbolic names to the fixed positions. Static variable-size nodes appear
4137 in locations |0| through |lo_mem_stat_max|, and static single-word nodes
4138 appear in locations |hi_mem_stat_min| through |mem_top|, inclusive.
4139
4140 @d null_dash (2) /* the first two words are reserved for a null value */
4141 @d dep_head (null_dash+3) /* we will define |dash_node_size=3| */
4142 @d zero_val (dep_head+2) /* two words for a permanently zero value */
4143 @d temp_val (zero_val+2) /* two words for a temporary value node */
4144 @d end_attr temp_val /* we use |end_attr+2| only */
4145 @d inf_val (end_attr+2) /* and |inf_val+1| only */
4146 @d test_pen (inf_val+2)
4147   /* nine words for a pen used when testing the turning number */
4148 @d bad_vardef (test_pen+9) /* two words for \&{vardef} error recovery */
4149 @d lo_mem_stat_max (bad_vardef+1)  /* largest statically
4150   allocated word in the variable-size |mem| */
4151 @#
4152 @d sentinel mp->mem_top /* end of sorted lists */
4153 @d temp_head (mp->mem_top-1) /* head of a temporary list of some kind */
4154 @d hold_head (mp->mem_top-2) /* head of a temporary list of another kind */
4155 @d spec_head (mp->mem_top-3) /* head of a list of unprocessed \&{special} items */
4156 @d hi_mem_stat_min (mp->mem_top-3) /* smallest statically allocated word in
4157   the one-word |mem| */
4158
4159 @ The following code gets the dynamic part of |mem| off to a good start,
4160 when \MP\ is initializing itself the slow way.
4161
4162 @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>=
4163 @^data structure assumptions@>
4164 mp->rover=lo_mem_stat_max+1; /* initialize the dynamic memory */
4165 link(mp->rover)=empty_flag;
4166 node_size(mp->rover)=1000; /* which is a 1000-word available node */
4167 llink(mp->rover)=mp->rover; rlink(mp->rover)=mp->rover;
4168 mp->lo_mem_max=mp->rover+1000; link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null;
4169 for (k=hi_mem_stat_min;k<=(int)mp->mem_top;k++) {
4170   mp->mem[k]=mp->mem[mp->lo_mem_max]; /* clear list heads */
4171 }
4172 mp->avail=null; mp->mem_end=mp->mem_top;
4173 mp->hi_mem_min=hi_mem_stat_min; /* initialize the one-word memory */
4174 mp->var_used=lo_mem_stat_max+1; 
4175 mp->dyn_used=mp->mem_top+1-(hi_mem_stat_min);  /* initialize statistics */
4176 @<Initialize a pen at |test_pen| so that it fits in nine words@>;
4177
4178 @ The procedure |flush_list(p)| frees an entire linked list of one-word
4179 nodes that starts at a given position, until coming to |sentinel| or a
4180 pointer that is not in the one-word region. Another procedure,
4181 |flush_node_list|, frees an entire linked list of one-word and two-word
4182 nodes, until coming to a |null| pointer.
4183 @^inner loop@>
4184
4185 @c 
4186 void mp_flush_list (MP mp,pointer p) { /* makes list of single-word nodes  available */
4187   pointer q,r; /* list traversers */
4188   if ( p>=mp->hi_mem_min ) if ( p!=sentinel ) { 
4189     r=p;
4190     do {  
4191       q=r; r=link(r); 
4192       decr(mp->dyn_used);
4193       if ( r<mp->hi_mem_min ) break;
4194     } while (r!=sentinel);
4195   /* now |q| is the last node on the list */
4196     link(q)=mp->avail; mp->avail=p;
4197   }
4198 }
4199 @#
4200 void mp_flush_node_list (MP mp,pointer p) {
4201   pointer q; /* the node being recycled */
4202   while ( p!=null ){ 
4203     q=p; p=link(p);
4204     if ( q<mp->hi_mem_min ) 
4205       mp_free_node(mp, q,2);
4206     else 
4207       free_avail(q);
4208   }
4209 }
4210
4211 @ If \MP\ is extended improperly, the |mem| array might get screwed up.
4212 For example, some pointers might be wrong, or some ``dead'' nodes might not
4213 have been freed when the last reference to them disappeared. Procedures
4214 |check_mem| and |search_mem| are available to help diagnose such
4215 problems. These procedures make use of two arrays called |free| and
4216 |was_free| that are present only if \MP's debugging routines have
4217 been included. (You may want to decrease the size of |mem| while you
4218 @^debugging@>
4219 are debugging.)
4220
4221 Because |boolean|s are typedef-d as ints, it is better to use
4222 unsigned chars here.
4223
4224 @<Glob...@>=
4225 unsigned char *free; /* free cells */
4226 unsigned char *was_free; /* previously free cells */
4227 pointer was_mem_end; pointer was_lo_max; pointer was_hi_min;
4228   /* previous |mem_end|, |lo_mem_max|,and |hi_mem_min| */
4229 boolean panicking; /* do we want to check memory constantly? */
4230
4231 @ @<Allocate or initialize ...@>=
4232 mp->free = xmalloc ((mp->mem_max+1),sizeof (unsigned char));
4233 mp->was_free = xmalloc ((mp->mem_max+1), sizeof (unsigned char));
4234
4235 @ @<Dealloc variables@>=
4236 xfree(mp->free);
4237 xfree(mp->was_free);
4238
4239 @ @<Allocate or ...@>=
4240 mp->was_mem_end=0; /* indicate that everything was previously free */
4241 mp->was_lo_max=0; mp->was_hi_min=mp->mem_max;
4242 mp->panicking=false;
4243
4244 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
4245 void mp_reallocate_memory(MP mp, int l) ;
4246
4247 @ @c
4248 void mp_reallocate_memory(MP mp, int l) {
4249    XREALLOC(mp->free,     (l+1), unsigned char);
4250    XREALLOC(mp->was_free, (l+1), unsigned char);
4251    XREALLOC(mp->mem,      (l+1), memory_word);
4252    mp->mem_max = l;
4253    if (mp->ini_version) 
4254      mp->mem_top = l;
4255 }
4256
4257
4258
4259 @ Procedure |check_mem| makes sure that the available space lists of
4260 |mem| are well formed, and it optionally prints out all locations
4261 that are reserved now but were free the last time this procedure was called.
4262
4263 @c 
4264 void mp_check_mem (MP mp,boolean print_locs ) {
4265   pointer p,q,r; /* current locations of interest in |mem| */
4266   boolean clobbered; /* is something amiss? */
4267   for (p=0;p<=mp->lo_mem_max;p++) {
4268     mp->free[p]=false; /* you can probably do this faster */
4269   }
4270   for (p=mp->hi_mem_min;p<= mp->mem_end;p++) {
4271     mp->free[p]=false; /* ditto */
4272   }
4273   @<Check single-word |avail| list@>;
4274   @<Check variable-size |avail| list@>;
4275   @<Check flags of unavailable nodes@>;
4276   @<Check the list of linear dependencies@>;
4277   if ( print_locs ) {
4278     @<Print newly busy locations@>;
4279   }
4280   for (p=0;p<=mp->lo_mem_max;p++) {
4281     mp->was_free[p]=mp->free[p];
4282   }
4283   for (p=mp->hi_mem_min;p<=mp->mem_end;p++) {
4284     mp->was_free[p]=mp->free[p];
4285   }
4286   /* |was_free:=free| might be faster */
4287   mp->was_mem_end=mp->mem_end; 
4288   mp->was_lo_max=mp->lo_mem_max; 
4289   mp->was_hi_min=mp->hi_mem_min;
4290 }
4291
4292 @ @<Check single-word...@>=
4293 p=mp->avail; q=null; clobbered=false;
4294 while ( p!=null ) { 
4295   if ( (p>mp->mem_end)||(p<mp->hi_mem_min) ) clobbered=true;
4296   else if ( mp->free[p] ) clobbered=true;
4297   if ( clobbered ) { 
4298     mp_print_nl(mp, "AVAIL list clobbered at ");
4299 @.AVAIL list clobbered...@>
4300     mp_print_int(mp, q); break;
4301   }
4302   mp->free[p]=true; q=p; p=link(q);
4303 }
4304
4305 @ @<Check variable-size...@>=
4306 p=mp->rover; q=null; clobbered=false;
4307 do {  
4308   if ( (p>=mp->lo_mem_max)||(p<0) ) clobbered=true;
4309   else if ( (rlink(p)>=mp->lo_mem_max)||(rlink(p)<0) ) clobbered=true;
4310   else if (  !(is_empty(p))||(node_size(p)<2)||
4311    (p+node_size(p)>mp->lo_mem_max)|| (llink(rlink(p))!=p) ) clobbered=true;
4312   if ( clobbered ) { 
4313     mp_print_nl(mp, "Double-AVAIL list clobbered at ");
4314 @.Double-AVAIL list clobbered...@>
4315     mp_print_int(mp, q); break;
4316   }
4317   for (q=p;q<=p+node_size(p)-1;q++) { /* mark all locations free */
4318     if ( mp->free[q] ) { 
4319       mp_print_nl(mp, "Doubly free location at ");
4320 @.Doubly free location...@>
4321       mp_print_int(mp, q); break;
4322     }
4323     mp->free[q]=true;
4324   }
4325   q=p; p=rlink(p);
4326 } while (p!=mp->rover)
4327
4328
4329 @ @<Check flags...@>=
4330 p=0;
4331 while ( p<=mp->lo_mem_max ) { /* node |p| should not be empty */
4332   if ( is_empty(p) ) {
4333     mp_print_nl(mp, "Bad flag at "); mp_print_int(mp, p);
4334 @.Bad flag...@>
4335   }
4336   while ( (p<=mp->lo_mem_max) && ! mp->free[p] ) incr(p);
4337   while ( (p<=mp->lo_mem_max) && mp->free[p] ) incr(p);
4338 }
4339
4340 @ @<Print newly busy...@>=
4341
4342   @<Do intialization required before printing new busy locations@>;
4343   mp_print_nl(mp, "New busy locs:");
4344 @.New busy locs@>
4345   for (p=0;p<= mp->lo_mem_max;p++ ) {
4346     if ( ! mp->free[p] && ((p>mp->was_lo_max) || mp->was_free[p]) ) {
4347       @<Indicate that |p| is a new busy location@>;
4348     }
4349   }
4350   for (p=mp->hi_mem_min;p<=mp->mem_end;p++ ) {
4351     if ( ! mp->free[p] &&
4352         ((p<mp->was_hi_min) || (p>mp->was_mem_end) || mp->was_free[p]) ) {
4353       @<Indicate that |p| is a new busy location@>;
4354     }
4355   }
4356   @<Finish printing new busy locations@>;
4357 }
4358
4359 @ There might be many new busy locations so we are careful to print contiguous
4360 blocks compactly.  During this operation |q| is the last new busy location and
4361 |r| is the start of the block containing |q|.
4362
4363 @<Indicate that |p| is a new busy location@>=
4364
4365   if ( p>q+1 ) { 
4366     if ( q>r ) { 
4367       mp_print(mp, ".."); mp_print_int(mp, q);
4368     }
4369     mp_print_char(mp, ' '); mp_print_int(mp, p);
4370     r=p;
4371   }
4372   q=p;
4373 }
4374
4375 @ @<Do intialization required before printing new busy locations@>=
4376 q=mp->mem_max; r=mp->mem_max
4377
4378 @ @<Finish printing new busy locations@>=
4379 if ( q>r ) { 
4380   mp_print(mp, ".."); mp_print_int(mp, q);
4381 }
4382
4383 @ The |search_mem| procedure attempts to answer the question ``Who points
4384 to node~|p|?'' In doing so, it fetches |link| and |info| fields of |mem|
4385 that might not be of type |two_halves|. Strictly speaking, this is
4386 @^dirty \PASCAL@>
4387 undefined in \PASCAL, and it can lead to ``false drops'' (words that seem to
4388 point to |p| purely by coincidence). But for debugging purposes, we want
4389 to rule out the places that do {\sl not\/} point to |p|, so a few false
4390 drops are tolerable.
4391
4392 @c
4393 void mp_search_mem (MP mp, pointer p) { /* look for pointers to |p| */
4394   integer q; /* current position being searched */
4395   for (q=0;q<=mp->lo_mem_max;q++) { 
4396     if ( link(q)==p ){ 
4397       mp_print_nl(mp, "LINK("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4398     }
4399     if ( info(q)==p ) { 
4400       mp_print_nl(mp, "INFO("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4401     }
4402   }
4403   for (q=mp->hi_mem_min;q<=mp->mem_end;q++) {
4404     if ( link(q)==p ) {
4405       mp_print_nl(mp, "LINK("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4406     }
4407     if ( info(q)==p ) {
4408       mp_print_nl(mp, "INFO("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4409     }
4410   }
4411   @<Search |eqtb| for equivalents equal to |p|@>;
4412 }
4413
4414 @* \[12] The command codes.
4415 Before we can go much further, we need to define symbolic names for the internal
4416 code numbers that represent the various commands obeyed by \MP. These codes
4417 are somewhat arbitrary, but not completely so. For example,
4418 some codes have been made adjacent so that |case| statements in the
4419 program need not consider cases that are widely spaced, or so that |case|
4420 statements can be replaced by |if| statements. A command can begin an
4421 expression if and only if its code lies between |min_primary_command| and
4422 |max_primary_command|, inclusive. The first token of a statement that doesn't
4423 begin with an expression has a command code between |min_command| and
4424 |max_statement_command|, inclusive. Anything less than |min_command| is
4425 eliminated during macro expansions, and anything no more than |max_pre_command|
4426 is eliminated when expanding \TeX\ material.  Ranges such as
4427 |min_secondary_command..max_secondary_command| are used when parsing
4428 expressions, but the relative ordering within such a range is generally not
4429 critical.
4430
4431 The ordering of the highest-numbered commands
4432 (|comma<semicolon<end_group<stop|) is crucial for the parsing and
4433 error-recovery methods of this program as is the ordering |if_test<fi_or_else|
4434 for the smallest two commands.  The ordering is also important in the ranges
4435 |numeric_token..plus_or_minus| and |left_brace..ampersand|.
4436
4437 At any rate, here is the list, for future reference.
4438
4439 @d start_tex 1 /* begin \TeX\ material (\&{btex}, \&{verbatimtex}) */
4440 @d etex_marker 2 /* end \TeX\ material (\&{etex}) */
4441 @d mpx_break 3 /* stop reading an \.{MPX} file (\&{mpxbreak}) */
4442 @d max_pre_command mpx_break
4443 @d if_test 4 /* conditional text (\&{if}) */
4444 @d fi_or_else 5 /* delimiters for conditionals (\&{elseif}, \&{else}, \&{fi} */
4445 @d input 6 /* input a source file (\&{input}, \&{endinput}) */
4446 @d iteration 7 /* iterate (\&{for}, \&{forsuffixes}, \&{forever}, \&{endfor}) */
4447 @d repeat_loop 8 /* special command substituted for \&{endfor} */
4448 @d exit_test 9 /* premature exit from a loop (\&{exitif}) */
4449 @d relax 10 /* do nothing (\.{\char`\\}) */
4450 @d scan_tokens 11 /* put a string into the input buffer */
4451 @d expand_after 12 /* look ahead one token */
4452 @d defined_macro 13 /* a macro defined by the user */
4453 @d min_command (defined_macro+1)
4454 @d save_command 14 /* save a list of tokens (\&{save}) */
4455 @d interim_command 15 /* save an internal quantity (\&{interim}) */
4456 @d let_command 16 /* redefine a symbolic token (\&{let}) */
4457 @d new_internal 17 /* define a new internal quantity (\&{newinternal}) */
4458 @d macro_def 18 /* define a macro (\&{def}, \&{vardef}, etc.) */
4459 @d ship_out_command 19 /* output a character (\&{shipout}) */
4460 @d add_to_command 20 /* add to edges (\&{addto}) */
4461 @d bounds_command 21  /* add bounding path to edges (\&{setbounds}, \&{clip}) */
4462 @d tfm_command 22 /* command for font metric info (\&{ligtable}, etc.) */
4463 @d protection_command 23 /* set protection flag (\&{outer}, \&{inner}) */
4464 @d show_command 24 /* diagnostic output (\&{show}, \&{showvariable}, etc.) */
4465 @d mode_command 25 /* set interaction level (\&{batchmode}, etc.) */
4466 @d random_seed 26 /* initialize random number generator (\&{randomseed}) */
4467 @d message_command 27 /* communicate to user (\&{message}, \&{errmessage}) */
4468 @d every_job_command 28 /* designate a starting token (\&{everyjob}) */
4469 @d delimiters 29 /* define a pair of delimiters (\&{delimiters}) */
4470 @d special_command 30 /* output special info (\&{special})
4471                        or font map info (\&{fontmapfile}, \&{fontmapline}) */
4472 @d write_command 31 /* write text to a file (\&{write}) */
4473 @d type_name 32 /* declare a type (\&{numeric}, \&{pair}, etc. */
4474 @d max_statement_command type_name
4475 @d min_primary_command type_name
4476 @d left_delimiter 33 /* the left delimiter of a matching pair */
4477 @d begin_group 34 /* beginning of a group (\&{begingroup}) */
4478 @d nullary 35 /* an operator without arguments (e.g., \&{normaldeviate}) */
4479 @d unary 36 /* an operator with one argument (e.g., \&{sqrt}) */
4480 @d str_op 37 /* convert a suffix to a string (\&{str}) */
4481 @d cycle 38 /* close a cyclic path (\&{cycle}) */
4482 @d primary_binary 39 /* binary operation taking `\&{of}' (e.g., \&{point}) */
4483 @d capsule_token 40 /* a value that has been put into a token list */
4484 @d string_token 41 /* a string constant (e.g., |"hello"|) */
4485 @d internal_quantity 42 /* internal numeric parameter (e.g., \&{pausing}) */
4486 @d min_suffix_token internal_quantity
4487 @d tag_token 43 /* a symbolic token without a primitive meaning */
4488 @d numeric_token 44 /* a numeric constant (e.g., \.{3.14159}) */
4489 @d max_suffix_token numeric_token
4490 @d plus_or_minus 45 /* either `\.+' or `\.-' */
4491 @d max_primary_command plus_or_minus /* should also be |numeric_token+1| */
4492 @d min_tertiary_command plus_or_minus
4493 @d tertiary_secondary_macro 46 /* a macro defined by \&{secondarydef} */
4494 @d tertiary_binary 47 /* an operator at the tertiary level (e.g., `\.{++}') */
4495 @d max_tertiary_command tertiary_binary
4496 @d left_brace 48 /* the operator `\.{\char`\{}' */
4497 @d min_expression_command left_brace
4498 @d path_join 49 /* the operator `\.{..}' */
4499 @d ampersand 50 /* the operator `\.\&' */
4500 @d expression_tertiary_macro 51 /* a macro defined by \&{tertiarydef} */
4501 @d expression_binary 52 /* an operator at the expression level (e.g., `\.<') */
4502 @d equals 53 /* the operator `\.=' */
4503 @d max_expression_command equals
4504 @d and_command 54 /* the operator `\&{and}' */
4505 @d min_secondary_command and_command
4506 @d secondary_primary_macro 55 /* a macro defined by \&{primarydef} */
4507 @d slash 56 /* the operator `\./' */
4508 @d secondary_binary 57 /* an operator at the binary level (e.g., \&{shifted}) */
4509 @d max_secondary_command secondary_binary
4510 @d param_type 58 /* type of parameter (\&{primary}, \&{expr}, \&{suffix}, etc.) */
4511 @d controls 59 /* specify control points explicitly (\&{controls}) */
4512 @d tension 60 /* specify tension between knots (\&{tension}) */
4513 @d at_least 61 /* bounded tension value (\&{atleast}) */
4514 @d curl_command 62 /* specify curl at an end knot (\&{curl}) */
4515 @d macro_special 63 /* special macro operators (\&{quote}, \.{\#\AT!}, etc.) */
4516 @d right_delimiter 64 /* the right delimiter of a matching pair */
4517 @d left_bracket 65 /* the operator `\.[' */
4518 @d right_bracket 66 /* the operator `\.]' */
4519 @d right_brace 67 /* the operator `\.{\char`\}}' */
4520 @d with_option 68 /* option for filling (\&{withpen}, \&{withweight}, etc.) */
4521 @d thing_to_add 69
4522   /* variant of \&{addto} (\&{contour}, \&{doublepath}, \&{also}) */
4523 @d of_token 70 /* the operator `\&{of}' */
4524 @d to_token 71 /* the operator `\&{to}' */
4525 @d step_token 72 /* the operator `\&{step}' */
4526 @d until_token 73 /* the operator `\&{until}' */
4527 @d within_token 74 /* the operator `\&{within}' */
4528 @d lig_kern_token 75
4529   /* the operators `\&{kern}' and `\.{=:}' and `\.{=:\char'174}, etc. */
4530 @d assignment 76 /* the operator `\.{:=}' */
4531 @d skip_to 77 /* the operation `\&{skipto}' */
4532 @d bchar_label 78 /* the operator `\.{\char'174\char'174:}' */
4533 @d double_colon 79 /* the operator `\.{::}' */
4534 @d colon 80 /* the operator `\.:' */
4535 @#
4536 @d comma 81 /* the operator `\.,', must be |colon+1| */
4537 @d end_of_statement (mp->cur_cmd>comma)
4538 @d semicolon 82 /* the operator `\.;', must be |comma+1| */
4539 @d end_group 83 /* end a group (\&{endgroup}), must be |semicolon+1| */
4540 @d stop 84 /* end a job (\&{end}, \&{dump}), must be |end_group+1| */
4541 @d max_command_code stop
4542 @d outer_tag (max_command_code+1) /* protection code added to command code */
4543
4544 @<Types...@>=
4545 typedef int command_code;
4546
4547 @ Variables and capsules in \MP\ have a variety of ``types,''
4548 distinguished by the code numbers defined here. These numbers are also
4549 not completely arbitrary.  Things that get expanded must have types
4550 |>mp_independent|; a type remaining after expansion is numeric if and only if
4551 its code number is at least |numeric_type|; objects containing numeric
4552 parts must have types between |transform_type| and |pair_type|;
4553 all other types must be smaller than |transform_type|; and among the types
4554 that are not unknown or vacuous, the smallest two must be |boolean_type|
4555 and |string_type| in that order.
4556  
4557 @d undefined 0 /* no type has been declared */
4558 @d unknown_tag 1 /* this constant is added to certain type codes below */
4559 @d unknown_types mp_unknown_boolean: case mp_unknown_string:
4560   case mp_unknown_pen: case mp_unknown_picture: case mp_unknown_path
4561
4562 @<Types...@>=
4563 enum {
4564 mp_vacuous=1, /* no expression was present */
4565 mp_boolean_type, /* \&{boolean} with a known value */
4566 mp_unknown_boolean,
4567 mp_string_type, /* \&{string} with a known value */
4568 mp_unknown_string,
4569 mp_pen_type, /* \&{pen} with a known value */
4570 mp_unknown_pen,
4571 mp_path_type, /* \&{path} with a known value */
4572 mp_unknown_path,
4573 mp_picture_type, /* \&{picture} with a known value */
4574 mp_unknown_picture,
4575 mp_transform_type, /* \&{transform} variable or capsule */
4576 mp_color_type, /* \&{color} variable or capsule */
4577 mp_cmykcolor_type, /* \&{cmykcolor} variable or capsule */
4578 mp_pair_type, /* \&{pair} variable or capsule */
4579 mp_numeric_type, /* variable that has been declared \&{numeric} but not used */
4580 mp_known, /* \&{numeric} with a known value */
4581 mp_dependent, /* a linear combination with |fraction| coefficients */
4582 mp_proto_dependent, /* a linear combination with |scaled| coefficients */
4583 mp_independent, /* \&{numeric} with unknown value */
4584 mp_token_list, /* variable name or suffix argument or text argument */
4585 mp_structured, /* variable with subscripts and attributes */
4586 mp_unsuffixed_macro, /* variable defined with \&{vardef} but no \.{\AT!\#} */
4587 mp_suffixed_macro /* variable defined with \&{vardef} and \.{\AT!\#} */
4588 };
4589
4590 @ @<Declarations@>=
4591 void mp_print_type (MP mp,small_number t) ;
4592
4593 @ @<Basic printing procedures@>=
4594 void mp_print_type (MP mp,small_number t) { 
4595   switch (t) {
4596   case mp_vacuous:mp_print(mp, "mp_vacuous"); break;
4597   case mp_boolean_type:mp_print(mp, "boolean"); break;
4598   case mp_unknown_boolean:mp_print(mp, "unknown boolean"); break;
4599   case mp_string_type:mp_print(mp, "string"); break;
4600   case mp_unknown_string:mp_print(mp, "unknown string"); break;
4601   case mp_pen_type:mp_print(mp, "pen"); break;
4602   case mp_unknown_pen:mp_print(mp, "unknown pen"); break;
4603   case mp_path_type:mp_print(mp, "path"); break;
4604   case mp_unknown_path:mp_print(mp, "unknown path"); break;
4605   case mp_picture_type:mp_print(mp, "picture"); break;
4606   case mp_unknown_picture:mp_print(mp, "unknown picture"); break;
4607   case mp_transform_type:mp_print(mp, "transform"); break;
4608   case mp_color_type:mp_print(mp, "color"); break;
4609   case mp_cmykcolor_type:mp_print(mp, "cmykcolor"); break;
4610   case mp_pair_type:mp_print(mp, "pair"); break;
4611   case mp_known:mp_print(mp, "known numeric"); break;
4612   case mp_dependent:mp_print(mp, "dependent"); break;
4613   case mp_proto_dependent:mp_print(mp, "proto-dependent"); break;
4614   case mp_numeric_type:mp_print(mp, "numeric"); break;
4615   case mp_independent:mp_print(mp, "independent"); break;
4616   case mp_token_list:mp_print(mp, "token list"); break;
4617   case mp_structured:mp_print(mp, "mp_structured"); break;
4618   case mp_unsuffixed_macro:mp_print(mp, "unsuffixed macro"); break;
4619   case mp_suffixed_macro:mp_print(mp, "suffixed macro"); break;
4620   default: mp_print(mp, "undefined"); break;
4621   }
4622 }
4623
4624 @ Values inside \MP\ are stored in two-word nodes that have a |name_type|
4625 as well as a |type|. The possibilities for |name_type| are defined
4626 here; they will be explained in more detail later.
4627
4628 @<Types...@>=
4629 enum {
4630  mp_root=0, /* |name_type| at the top level of a variable */
4631  mp_saved_root, /* same, when the variable has been saved */
4632  mp_structured_root, /* |name_type| where a |mp_structured| branch occurs */
4633  mp_subscr, /* |name_type| in a subscript node */
4634  mp_attr, /* |name_type| in an attribute node */
4635  mp_x_part_sector, /* |name_type| in the \&{xpart} of a node */
4636  mp_y_part_sector, /* |name_type| in the \&{ypart} of a node */
4637  mp_xx_part_sector, /* |name_type| in the \&{xxpart} of a node */
4638  mp_xy_part_sector, /* |name_type| in the \&{xypart} of a node */
4639  mp_yx_part_sector, /* |name_type| in the \&{yxpart} of a node */
4640  mp_yy_part_sector, /* |name_type| in the \&{yypart} of a node */
4641  mp_red_part_sector, /* |name_type| in the \&{redpart} of a node */
4642  mp_green_part_sector, /* |name_type| in the \&{greenpart} of a node */
4643  mp_blue_part_sector, /* |name_type| in the \&{bluepart} of a node */
4644  mp_cyan_part_sector, /* |name_type| in the \&{redpart} of a node */
4645  mp_magenta_part_sector, /* |name_type| in the \&{greenpart} of a node */
4646  mp_yellow_part_sector, /* |name_type| in the \&{bluepart} of a node */
4647  mp_black_part_sector, /* |name_type| in the \&{greenpart} of a node */
4648  mp_grey_part_sector, /* |name_type| in the \&{bluepart} of a node */
4649  mp_capsule, /* |name_type| in stashed-away subexpressions */
4650  mp_token  /* |name_type| in a numeric token or string token */
4651 };
4652
4653 @ Primitive operations that produce values have a secondary identification
4654 code in addition to their command code; it's something like genera and species.
4655 For example, `\.*' has the command code |primary_binary|, and its
4656 secondary identification is |times|. The secondary codes start at 30 so that
4657 they don't overlap with the type codes; some type codes (e.g., |mp_string_type|)
4658 are used as operators as well as type identifications.  The relative values
4659 are not critical, except for |true_code..false_code|, |or_op..and_op|,
4660 and |filled_op..bounded_op|.  The restrictions are that
4661 |and_op-false_code=or_op-true_code|, that the ordering of
4662 |x_part...blue_part| must match that of |x_part_sector..mp_blue_part_sector|,
4663 and the ordering of |filled_op..bounded_op| must match that of the code
4664 values they test for.
4665
4666 @d true_code 30 /* operation code for \.{true} */
4667 @d false_code 31 /* operation code for \.{false} */
4668 @d null_picture_code 32 /* operation code for \.{nullpicture} */
4669 @d null_pen_code 33 /* operation code for \.{nullpen} */
4670 @d job_name_op 34 /* operation code for \.{jobname} */
4671 @d read_string_op 35 /* operation code for \.{readstring} */
4672 @d pen_circle 36 /* operation code for \.{pencircle} */
4673 @d normal_deviate 37 /* operation code for \.{normaldeviate} */
4674 @d read_from_op 38 /* operation code for \.{readfrom} */
4675 @d close_from_op 39 /* operation code for \.{closefrom} */
4676 @d odd_op 40 /* operation code for \.{odd} */
4677 @d known_op 41 /* operation code for \.{known} */
4678 @d unknown_op 42 /* operation code for \.{unknown} */
4679 @d not_op 43 /* operation code for \.{not} */
4680 @d decimal 44 /* operation code for \.{decimal} */
4681 @d reverse 45 /* operation code for \.{reverse} */
4682 @d make_path_op 46 /* operation code for \.{makepath} */
4683 @d make_pen_op 47 /* operation code for \.{makepen} */
4684 @d oct_op 48 /* operation code for \.{oct} */
4685 @d hex_op 49 /* operation code for \.{hex} */
4686 @d ASCII_op 50 /* operation code for \.{ASCII} */
4687 @d char_op 51 /* operation code for \.{char} */
4688 @d length_op 52 /* operation code for \.{length} */
4689 @d turning_op 53 /* operation code for \.{turningnumber} */
4690 @d color_model_part 54 /* operation code for \.{colormodel} */
4691 @d x_part 55 /* operation code for \.{xpart} */
4692 @d y_part 56 /* operation code for \.{ypart} */
4693 @d xx_part 57 /* operation code for \.{xxpart} */
4694 @d xy_part 58 /* operation code for \.{xypart} */
4695 @d yx_part 59 /* operation code for \.{yxpart} */
4696 @d yy_part 60 /* operation code for \.{yypart} */
4697 @d red_part 61 /* operation code for \.{redpart} */
4698 @d green_part 62 /* operation code for \.{greenpart} */
4699 @d blue_part 63 /* operation code for \.{bluepart} */
4700 @d cyan_part 64 /* operation code for \.{cyanpart} */
4701 @d magenta_part 65 /* operation code for \.{magentapart} */
4702 @d yellow_part 66 /* operation code for \.{yellowpart} */
4703 @d black_part 67 /* operation code for \.{blackpart} */
4704 @d grey_part 68 /* operation code for \.{greypart} */
4705 @d font_part 69 /* operation code for \.{fontpart} */
4706 @d text_part 70 /* operation code for \.{textpart} */
4707 @d path_part 71 /* operation code for \.{pathpart} */
4708 @d pen_part 72 /* operation code for \.{penpart} */
4709 @d dash_part 73 /* operation code for \.{dashpart} */
4710 @d sqrt_op 74 /* operation code for \.{sqrt} */
4711 @d m_exp_op 75 /* operation code for \.{mexp} */
4712 @d m_log_op 76 /* operation code for \.{mlog} */
4713 @d sin_d_op 77 /* operation code for \.{sind} */
4714 @d cos_d_op 78 /* operation code for \.{cosd} */
4715 @d floor_op 79 /* operation code for \.{floor} */
4716 @d uniform_deviate 80 /* operation code for \.{uniformdeviate} */
4717 @d char_exists_op 81 /* operation code for \.{charexists} */
4718 @d font_size 82 /* operation code for \.{fontsize} */
4719 @d ll_corner_op 83 /* operation code for \.{llcorner} */
4720 @d lr_corner_op 84 /* operation code for \.{lrcorner} */
4721 @d ul_corner_op 85 /* operation code for \.{ulcorner} */
4722 @d ur_corner_op 86 /* operation code for \.{urcorner} */
4723 @d arc_length 87 /* operation code for \.{arclength} */
4724 @d angle_op 88 /* operation code for \.{angle} */
4725 @d cycle_op 89 /* operation code for \.{cycle} */
4726 @d filled_op 90 /* operation code for \.{filled} */
4727 @d stroked_op 91 /* operation code for \.{stroked} */
4728 @d textual_op 92 /* operation code for \.{textual} */
4729 @d clipped_op 93 /* operation code for \.{clipped} */
4730 @d bounded_op 94 /* operation code for \.{bounded} */
4731 @d plus 95 /* operation code for \.+ */
4732 @d minus 96 /* operation code for \.- */
4733 @d times 97 /* operation code for \.* */
4734 @d over 98 /* operation code for \./ */
4735 @d pythag_add 99 /* operation code for \.{++} */
4736 @d pythag_sub 100 /* operation code for \.{+-+} */
4737 @d or_op 101 /* operation code for \.{or} */
4738 @d and_op 102 /* operation code for \.{and} */
4739 @d less_than 103 /* operation code for \.< */
4740 @d less_or_equal 104 /* operation code for \.{<=} */
4741 @d greater_than 105 /* operation code for \.> */
4742 @d greater_or_equal 106 /* operation code for \.{>=} */
4743 @d equal_to 107 /* operation code for \.= */
4744 @d unequal_to 108 /* operation code for \.{<>} */
4745 @d concatenate 109 /* operation code for \.\& */
4746 @d rotated_by 110 /* operation code for \.{rotated} */
4747 @d slanted_by 111 /* operation code for \.{slanted} */
4748 @d scaled_by 112 /* operation code for \.{scaled} */
4749 @d shifted_by 113 /* operation code for \.{shifted} */
4750 @d transformed_by 114 /* operation code for \.{transformed} */
4751 @d x_scaled 115 /* operation code for \.{xscaled} */
4752 @d y_scaled 116 /* operation code for \.{yscaled} */
4753 @d z_scaled 117 /* operation code for \.{zscaled} */
4754 @d in_font 118 /* operation code for \.{infont} */
4755 @d intersect 119 /* operation code for \.{intersectiontimes} */
4756 @d double_dot 120 /* operation code for improper \.{..} */
4757 @d substring_of 121 /* operation code for \.{substring} */
4758 @d min_of substring_of
4759 @d subpath_of 122 /* operation code for \.{subpath} */
4760 @d direction_time_of 123 /* operation code for \.{directiontime} */
4761 @d point_of 124 /* operation code for \.{point} */
4762 @d precontrol_of 125 /* operation code for \.{precontrol} */
4763 @d postcontrol_of 126 /* operation code for \.{postcontrol} */
4764 @d pen_offset_of 127 /* operation code for \.{penoffset} */
4765 @d arc_time_of 128 /* operation code for \.{arctime} */
4766 @d mp_version 129 /* operation code for \.{mpversion} */
4767
4768 @c void mp_print_op (MP mp,quarterword c) { 
4769   if (c<=mp_numeric_type ) {
4770     mp_print_type(mp, c);
4771   } else {
4772     switch (c) {
4773     case true_code:mp_print(mp, "true"); break;
4774     case false_code:mp_print(mp, "false"); break;
4775     case null_picture_code:mp_print(mp, "nullpicture"); break;
4776     case null_pen_code:mp_print(mp, "nullpen"); break;
4777     case job_name_op:mp_print(mp, "jobname"); break;
4778     case read_string_op:mp_print(mp, "readstring"); break;
4779     case pen_circle:mp_print(mp, "pencircle"); break;
4780     case normal_deviate:mp_print(mp, "normaldeviate"); break;
4781     case read_from_op:mp_print(mp, "readfrom"); break;
4782     case close_from_op:mp_print(mp, "closefrom"); break;
4783     case odd_op:mp_print(mp, "odd"); break;
4784     case known_op:mp_print(mp, "known"); break;
4785     case unknown_op:mp_print(mp, "unknown"); break;
4786     case not_op:mp_print(mp, "not"); break;
4787     case decimal:mp_print(mp, "decimal"); break;
4788     case reverse:mp_print(mp, "reverse"); break;
4789     case make_path_op:mp_print(mp, "makepath"); break;
4790     case make_pen_op:mp_print(mp, "makepen"); break;
4791     case oct_op:mp_print(mp, "oct"); break;
4792     case hex_op:mp_print(mp, "hex"); break;
4793     case ASCII_op:mp_print(mp, "ASCII"); break;
4794     case char_op:mp_print(mp, "char"); break;
4795     case length_op:mp_print(mp, "length"); break;
4796     case turning_op:mp_print(mp, "turningnumber"); break;
4797     case x_part:mp_print(mp, "xpart"); break;
4798     case y_part:mp_print(mp, "ypart"); break;
4799     case xx_part:mp_print(mp, "xxpart"); break;
4800     case xy_part:mp_print(mp, "xypart"); break;
4801     case yx_part:mp_print(mp, "yxpart"); break;
4802     case yy_part:mp_print(mp, "yypart"); break;
4803     case red_part:mp_print(mp, "redpart"); break;
4804     case green_part:mp_print(mp, "greenpart"); break;
4805     case blue_part:mp_print(mp, "bluepart"); break;
4806     case cyan_part:mp_print(mp, "cyanpart"); break;
4807     case magenta_part:mp_print(mp, "magentapart"); break;
4808     case yellow_part:mp_print(mp, "yellowpart"); break;
4809     case black_part:mp_print(mp, "blackpart"); break;
4810     case grey_part:mp_print(mp, "greypart"); break;
4811     case color_model_part:mp_print(mp, "colormodel"); break;
4812     case font_part:mp_print(mp, "fontpart"); break;
4813     case text_part:mp_print(mp, "textpart"); break;
4814     case path_part:mp_print(mp, "pathpart"); break;
4815     case pen_part:mp_print(mp, "penpart"); break;
4816     case dash_part:mp_print(mp, "dashpart"); break;
4817     case sqrt_op:mp_print(mp, "sqrt"); break;
4818     case m_exp_op:mp_print(mp, "mexp"); break;
4819     case m_log_op:mp_print(mp, "mlog"); break;
4820     case sin_d_op:mp_print(mp, "sind"); break;
4821     case cos_d_op:mp_print(mp, "cosd"); break;
4822     case floor_op:mp_print(mp, "floor"); break;
4823     case uniform_deviate:mp_print(mp, "uniformdeviate"); break;
4824     case char_exists_op:mp_print(mp, "charexists"); break;
4825     case font_size:mp_print(mp, "fontsize"); break;
4826     case ll_corner_op:mp_print(mp, "llcorner"); break;
4827     case lr_corner_op:mp_print(mp, "lrcorner"); break;
4828     case ul_corner_op:mp_print(mp, "ulcorner"); break;
4829     case ur_corner_op:mp_print(mp, "urcorner"); break;
4830     case arc_length:mp_print(mp, "arclength"); break;
4831     case angle_op:mp_print(mp, "angle"); break;
4832     case cycle_op:mp_print(mp, "cycle"); break;
4833     case filled_op:mp_print(mp, "filled"); break;
4834     case stroked_op:mp_print(mp, "stroked"); break;
4835     case textual_op:mp_print(mp, "textual"); break;
4836     case clipped_op:mp_print(mp, "clipped"); break;
4837     case bounded_op:mp_print(mp, "bounded"); break;
4838     case plus:mp_print_char(mp, '+'); break;
4839     case minus:mp_print_char(mp, '-'); break;
4840     case times:mp_print_char(mp, '*'); break;
4841     case over:mp_print_char(mp, '/'); break;
4842     case pythag_add:mp_print(mp, "++"); break;
4843     case pythag_sub:mp_print(mp, "+-+"); break;
4844     case or_op:mp_print(mp, "or"); break;
4845     case and_op:mp_print(mp, "and"); break;
4846     case less_than:mp_print_char(mp, '<'); break;
4847     case less_or_equal:mp_print(mp, "<="); break;
4848     case greater_than:mp_print_char(mp, '>'); break;
4849     case greater_or_equal:mp_print(mp, ">="); break;
4850     case equal_to:mp_print_char(mp, '='); break;
4851     case unequal_to:mp_print(mp, "<>"); break;
4852     case concatenate:mp_print(mp, "&"); break;
4853     case rotated_by:mp_print(mp, "rotated"); break;
4854     case slanted_by:mp_print(mp, "slanted"); break;
4855     case scaled_by:mp_print(mp, "scaled"); break;
4856     case shifted_by:mp_print(mp, "shifted"); break;
4857     case transformed_by:mp_print(mp, "transformed"); break;
4858     case x_scaled:mp_print(mp, "xscaled"); break;
4859     case y_scaled:mp_print(mp, "yscaled"); break;
4860     case z_scaled:mp_print(mp, "zscaled"); break;
4861     case in_font:mp_print(mp, "infont"); break;
4862     case intersect:mp_print(mp, "intersectiontimes"); break;
4863     case substring_of:mp_print(mp, "substring"); break;
4864     case subpath_of:mp_print(mp, "subpath"); break;
4865     case direction_time_of:mp_print(mp, "directiontime"); break;
4866     case point_of:mp_print(mp, "point"); break;
4867     case precontrol_of:mp_print(mp, "precontrol"); break;
4868     case postcontrol_of:mp_print(mp, "postcontrol"); break;
4869     case pen_offset_of:mp_print(mp, "penoffset"); break;
4870     case arc_time_of:mp_print(mp, "arctime"); break;
4871     case mp_version:mp_print(mp, "mpversion"); break;
4872     default: mp_print(mp, ".."); break;
4873     }
4874   }
4875 }
4876
4877 @ \MP\ also has a bunch of internal parameters that a user might want to
4878 fuss with. Every such parameter has an identifying code number, defined here.
4879
4880 @d tracing_titles 1 /* show titles online when they appear */
4881 @d tracing_equations 2 /* show each variable when it becomes known */
4882 @d tracing_capsules 3 /* show capsules too */
4883 @d tracing_choices 4 /* show the control points chosen for paths */
4884 @d tracing_specs 5 /* show path subdivision prior to filling with polygonal a pen */
4885 @d tracing_commands 6 /* show commands and operations before they are performed */
4886 @d tracing_restores 7 /* show when a variable or internal is restored */
4887 @d tracing_macros 8 /* show macros before they are expanded */
4888 @d tracing_output 9 /* show digitized edges as they are output */
4889 @d tracing_stats 10 /* show memory usage at end of job */
4890 @d tracing_lost_chars 11 /* show characters that aren't \&{infont} */
4891 @d tracing_online 12 /* show long diagnostics on terminal and in the log file */
4892 @d year 13 /* the current year (e.g., 1984) */
4893 @d month 14 /* the current month (e.g, 3 $\equiv$ March) */
4894 @d day 15 /* the current day of the month */
4895 @d mp_time 16 /* the number of minutes past midnight when this job started */
4896 @d char_code 17 /* the number of the next character to be output */
4897 @d char_ext 18 /* the extension code of the next character to be output */
4898 @d char_wd 19 /* the width of the next character to be output */
4899 @d char_ht 20 /* the height of the next character to be output */
4900 @d char_dp 21 /* the depth of the next character to be output */
4901 @d char_ic 22 /* the italic correction of the next character to be output */
4902 @d design_size 23 /* the unit of measure used for |char_wd..char_ic|, in points */
4903 @d pausing 24 /* positive to display lines on the terminal before they are read */
4904 @d showstopping 25 /* positive to stop after each \&{show} command */
4905 @d fontmaking 26 /* positive if font metric output is to be produced */
4906 @d linejoin 27 /* as in \ps: 0 for mitered, 1 for round, 2 for beveled */
4907 @d linecap 28 /* as in \ps: 0 for butt, 1 for round, 2 for square */
4908 @d miterlimit 29 /* controls miter length as in \ps */
4909 @d warning_check 30 /* controls error message when variable value is large */
4910 @d boundary_char 31 /* the right boundary character for ligatures */
4911 @d prologues 32 /* positive to output conforming PostScript using built-in fonts */
4912 @d true_corners 33 /* positive to make \&{llcorner} etc. ignore \&{setbounds} */
4913 @d default_color_model 34 /* the default color model for unspecified items */
4914 @d restore_clip_color 35
4915 @d mpprocset 36 /* wether or not create PostScript command shortcuts */
4916 @d gtroffmode 37 /* whether the user specified |-troff| on the command line */
4917 @d max_given_internal 37
4918
4919 @<Glob...@>=
4920 scaled *internal;  /* the values of internal quantities */
4921 char **int_name;  /* their names */
4922 int int_ptr;  /* the maximum internal quantity defined so far */
4923 int max_internal; /* current maximum number of internal quantities */
4924 boolean troff_mode; 
4925
4926 @ @<Option variables@>=
4927 boolean troff_mode; 
4928
4929 @ @<Allocate or initialize ...@>=
4930 mp->max_internal=2*max_given_internal;
4931 mp->internal = xmalloc ((mp->max_internal+1), sizeof(scaled));
4932 mp->int_name = xmalloc ((mp->max_internal+1), sizeof(char *));
4933 mp->troff_mode=(opt.troff_mode>0 ? true : false);
4934
4935 @ @<Set initial ...@>=
4936 for (k=0;k<= mp->max_internal; k++ ) { 
4937    mp->internal[k]=0; 
4938    mp->int_name[k]=NULL; 
4939 }
4940 mp->int_ptr=max_given_internal;
4941
4942 @ The symbolic names for internal quantities are put into \MP's hash table
4943 by using a routine called |primitive|, which will be defined later. Let us
4944 enter them now, so that we don't have to list all those names again
4945 anywhere else.
4946
4947 @<Put each of \MP's primitives into the hash table@>=
4948 mp_primitive(mp, "tracingtitles",internal_quantity,tracing_titles);
4949 @:tracingtitles_}{\&{tracingtitles} primitive@>
4950 mp_primitive(mp, "tracingequations",internal_quantity,tracing_equations);
4951 @:tracing_equations_}{\&{tracingequations} primitive@>
4952 mp_primitive(mp, "tracingcapsules",internal_quantity,tracing_capsules);
4953 @:tracing_capsules_}{\&{tracingcapsules} primitive@>
4954 mp_primitive(mp, "tracingchoices",internal_quantity,tracing_choices);
4955 @:tracing_choices_}{\&{tracingchoices} primitive@>
4956 mp_primitive(mp, "tracingspecs",internal_quantity,tracing_specs);
4957 @:tracing_specs_}{\&{tracingspecs} primitive@>
4958 mp_primitive(mp, "tracingcommands",internal_quantity,tracing_commands);
4959 @:tracing_commands_}{\&{tracingcommands} primitive@>
4960 mp_primitive(mp, "tracingrestores",internal_quantity,tracing_restores);
4961 @:tracing_restores_}{\&{tracingrestores} primitive@>
4962 mp_primitive(mp, "tracingmacros",internal_quantity,tracing_macros);
4963 @:tracing_macros_}{\&{tracingmacros} primitive@>
4964 mp_primitive(mp, "tracingoutput",internal_quantity,tracing_output);
4965 @:tracing_output_}{\&{tracingoutput} primitive@>
4966 mp_primitive(mp, "tracingstats",internal_quantity,tracing_stats);
4967 @:tracing_stats_}{\&{tracingstats} primitive@>
4968 mp_primitive(mp, "tracinglostchars",internal_quantity,tracing_lost_chars);
4969 @:tracing_lost_chars_}{\&{tracinglostchars} primitive@>
4970 mp_primitive(mp, "tracingonline",internal_quantity,tracing_online);
4971 @:tracing_online_}{\&{tracingonline} primitive@>
4972 mp_primitive(mp, "year",internal_quantity,year);
4973 @:year_}{\&{year} primitive@>
4974 mp_primitive(mp, "month",internal_quantity,month);
4975 @:month_}{\&{month} primitive@>
4976 mp_primitive(mp, "day",internal_quantity,day);
4977 @:day_}{\&{day} primitive@>
4978 mp_primitive(mp, "time",internal_quantity,mp_time);
4979 @:time_}{\&{time} primitive@>
4980 mp_primitive(mp, "charcode",internal_quantity,char_code);
4981 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
4982 mp_primitive(mp, "charext",internal_quantity,char_ext);
4983 @:char_ext_}{\&{charext} primitive@>
4984 mp_primitive(mp, "charwd",internal_quantity,char_wd);
4985 @:char_wd_}{\&{charwd} primitive@>
4986 mp_primitive(mp, "charht",internal_quantity,char_ht);
4987 @:char_ht_}{\&{charht} primitive@>
4988 mp_primitive(mp, "chardp",internal_quantity,char_dp);
4989 @:char_dp_}{\&{chardp} primitive@>
4990 mp_primitive(mp, "charic",internal_quantity,char_ic);
4991 @:char_ic_}{\&{charic} primitive@>
4992 mp_primitive(mp, "designsize",internal_quantity,design_size);
4993 @:design_size_}{\&{designsize} primitive@>
4994 mp_primitive(mp, "pausing",internal_quantity,pausing);
4995 @:pausing_}{\&{pausing} primitive@>
4996 mp_primitive(mp, "showstopping",internal_quantity,showstopping);
4997 @:showstopping_}{\&{showstopping} primitive@>
4998 mp_primitive(mp, "fontmaking",internal_quantity,fontmaking);
4999 @:fontmaking_}{\&{fontmaking} primitive@>
5000 mp_primitive(mp, "linejoin",internal_quantity,linejoin);
5001 @:linejoin_}{\&{linejoin} primitive@>
5002 mp_primitive(mp, "linecap",internal_quantity,linecap);
5003 @:linecap_}{\&{linecap} primitive@>
5004 mp_primitive(mp, "miterlimit",internal_quantity,miterlimit);
5005 @:miterlimit_}{\&{miterlimit} primitive@>
5006 mp_primitive(mp, "warningcheck",internal_quantity,warning_check);
5007 @:warning_check_}{\&{warningcheck} primitive@>
5008 mp_primitive(mp, "boundarychar",internal_quantity,boundary_char);
5009 @:boundary_char_}{\&{boundarychar} primitive@>
5010 mp_primitive(mp, "prologues",internal_quantity,prologues);
5011 @:prologues_}{\&{prologues} primitive@>
5012 mp_primitive(mp, "truecorners",internal_quantity,true_corners);
5013 @:true_corners_}{\&{truecorners} primitive@>
5014 mp_primitive(mp, "mpprocset",internal_quantity,mpprocset);
5015 @:mpprocset_}{\&{mpprocset} primitive@>
5016 mp_primitive(mp, "troffmode",internal_quantity,gtroffmode);
5017 @:troffmode_}{\&{troffmode} primitive@>
5018 mp_primitive(mp, "defaultcolormodel",internal_quantity,default_color_model);
5019 @:default_color_model_}{\&{defaultcolormodel} primitive@>
5020 mp_primitive(mp, "restoreclipcolor",internal_quantity,restore_clip_color);
5021 @:restore_clip_color_}{\&{restoreclipcolor} primitive@>
5022
5023 @ Colors can be specified in four color models. In the special
5024 case of |no_model|, MetaPost does not output any color operator to
5025 the postscript output.
5026
5027 Note: these values are passed directly on to |with_option|. This only
5028 works because the other possible values passed to |with_option| are
5029 8 and 10 respectively (from |with_pen| and |with_picture|).
5030
5031 There is a first state, that is only used for |gs_colormodel|. It flags
5032 the fact that there has not been any kind of color specification by
5033 the user so far in the game.
5034
5035 @d no_model 1
5036 @d grey_model 3
5037 @d rgb_model 5
5038 @d cmyk_model 7
5039 @d uninitialized_model 9
5040
5041 @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>=
5042 mp->internal[default_color_model]=(rgb_model*unity);
5043 mp->internal[restore_clip_color]=unity;
5044
5045 @ Well, we do have to list the names one more time, for use in symbolic
5046 printouts.
5047
5048 @<Initialize table...@>=
5049 mp->int_name[tracing_titles]=xstrdup("tracingtitles");
5050 mp->int_name[tracing_equations]=xstrdup("tracingequations");
5051 mp->int_name[tracing_capsules]=xstrdup("tracingcapsules");
5052 mp->int_name[tracing_choices]=xstrdup("tracingchoices");
5053 mp->int_name[tracing_specs]=xstrdup("tracingspecs");
5054 mp->int_name[tracing_commands]=xstrdup("tracingcommands");
5055 mp->int_name[tracing_restores]=xstrdup("tracingrestores");
5056 mp->int_name[tracing_macros]=xstrdup("tracingmacros");
5057 mp->int_name[tracing_output]=xstrdup("tracingoutput");
5058 mp->int_name[tracing_stats]=xstrdup("tracingstats");
5059 mp->int_name[tracing_lost_chars]=xstrdup("tracinglostchars");
5060 mp->int_name[tracing_online]=xstrdup("tracingonline");
5061 mp->int_name[year]=xstrdup("year");
5062 mp->int_name[month]=xstrdup("month");
5063 mp->int_name[day]=xstrdup("day");
5064 mp->int_name[mp_time]=xstrdup("time");
5065 mp->int_name[char_code]=xstrdup("charcode");
5066 mp->int_name[char_ext]=xstrdup("charext");
5067 mp->int_name[char_wd]=xstrdup("charwd");
5068 mp->int_name[char_ht]=xstrdup("charht");
5069 mp->int_name[char_dp]=xstrdup("chardp");
5070 mp->int_name[char_ic]=xstrdup("charic");
5071 mp->int_name[design_size]=xstrdup("designsize");
5072 mp->int_name[pausing]=xstrdup("pausing");
5073 mp->int_name[showstopping]=xstrdup("showstopping");
5074 mp->int_name[fontmaking]=xstrdup("fontmaking");
5075 mp->int_name[linejoin]=xstrdup("linejoin");
5076 mp->int_name[linecap]=xstrdup("linecap");
5077 mp->int_name[miterlimit]=xstrdup("miterlimit");
5078 mp->int_name[warning_check]=xstrdup("warningcheck");
5079 mp->int_name[boundary_char]=xstrdup("boundarychar");
5080 mp->int_name[prologues]=xstrdup("prologues");
5081 mp->int_name[true_corners]=xstrdup("truecorners");
5082 mp->int_name[default_color_model]=xstrdup("defaultcolormodel");
5083 mp->int_name[mpprocset]=xstrdup("mpprocset");
5084 mp->int_name[gtroffmode]=xstrdup("troffmode");
5085 mp->int_name[restore_clip_color]=xstrdup("restoreclipcolor");
5086
5087 @ The following procedure, which is called just before \MP\ initializes its
5088 input and output, establishes the initial values of the date and time.
5089 @^system dependencies@>
5090
5091 Note that the values are |scaled| integers. Hence \MP\ can no longer
5092 be used after the year 32767.
5093
5094 @c 
5095 void mp_fix_date_and_time (MP mp) { 
5096   time_t clock = time ((time_t *) 0);
5097   struct tm *tmptr = localtime (&clock);
5098   mp->internal[mp_time]=
5099       (tmptr->tm_hour*60+tmptr->tm_min)*unity; /* minutes since midnight */
5100   mp->internal[day]=(tmptr->tm_mday)*unity; /* fourth day of the month */
5101   mp->internal[month]=(tmptr->tm_mon+1)*unity; /* seventh month of the year */
5102   mp->internal[year]=(tmptr->tm_year+1900)*unity; /* Anno Domini */
5103 }
5104
5105 @ @<Declarations@>=
5106 void mp_fix_date_and_time (MP mp) ;
5107
5108 @ \MP\ is occasionally supposed to print diagnostic information that
5109 goes only into the transcript file, unless |tracing_online| is positive.
5110 Now that we have defined |tracing_online| we can define
5111 two routines that adjust the destination of print commands:
5112
5113 @<Declarations@>=
5114 void mp_begin_diagnostic (MP mp) ;
5115 void mp_end_diagnostic (MP mp,boolean blank_line);
5116 void mp_print_diagnostic (MP mp, char *s, char *t, boolean nuline) ;
5117
5118 @ @<Basic printing...@>=
5119 @<Declare a function called |true_line|@>;
5120 void mp_begin_diagnostic (MP mp) { /* prepare to do some tracing */
5121   mp->old_setting=mp->selector;
5122   if ( mp->selector==ps_file_only ) mp->selector=mp->non_ps_setting;
5123   if ((mp->internal[tracing_online]<=0)&&(mp->selector==term_and_log)){ 
5124     decr(mp->selector);
5125     if ( mp->history==spotless ) mp->history=warning_issued;
5126   }
5127 }
5128 @#
5129 void mp_end_diagnostic (MP mp,boolean blank_line) {
5130   /* restore proper conditions after tracing */
5131   mp_print_nl(mp, "");
5132   if ( blank_line ) mp_print_ln(mp);
5133   mp->selector=mp->old_setting;
5134 }
5135
5136 @ The global variable |non_ps_setting| is initialized when it is time to print
5137 on |ps_file|.
5138
5139 @<Glob...@>=
5140 unsigned int old_setting;
5141 unsigned int non_ps_setting;
5142
5143 @ We will occasionally use |begin_diagnostic| in connection with line-number
5144 printing, as follows. (The parameter |s| is typically |"Path"| or
5145 |"Cycle spec"|, etc.)
5146
5147 @<Basic printing...@>=
5148 void mp_print_diagnostic (MP mp, char *s, char *t, boolean nuline) { 
5149   mp_begin_diagnostic(mp);
5150   if ( nuline ) mp_print_nl(mp, s); else mp_print(mp, s);
5151   mp_print(mp, " at line "); 
5152   mp_print_int(mp, mp_true_line(mp));
5153   mp_print(mp, t); mp_print_char(mp, ':');
5154 }
5155
5156 @ The 256 |ASCII_code| characters are grouped into classes by means of
5157 the |char_class| table. Individual class numbers have no semantic
5158 or syntactic significance, except in a few instances defined here.
5159 There's also |max_class|, which can be used as a basis for additional
5160 class numbers in nonstandard extensions of \MP.
5161
5162 @d digit_class 0 /* the class number of \.{0123456789} */
5163 @d period_class 1 /* the class number of `\..' */
5164 @d space_class 2 /* the class number of spaces and nonstandard characters */
5165 @d percent_class 3 /* the class number of `\.\%' */
5166 @d string_class 4 /* the class number of `\."' */
5167 @d right_paren_class 8 /* the class number of `\.)' */
5168 @d isolated_classes 5: case 6: case 7: case 8 /* characters that make length-one tokens only */
5169 @d letter_class 9 /* letters and the underline character */
5170 @d left_bracket_class 17 /* `\.[' */
5171 @d right_bracket_class 18 /* `\.]' */
5172 @d invalid_class 20 /* bad character in the input */
5173 @d max_class 20 /* the largest class number */
5174
5175 @<Glob...@>=
5176 int char_class[256]; /* the class numbers */
5177
5178 @ If changes are made to accommodate non-ASCII character sets, they should
5179 follow the guidelines in Appendix~C of {\sl The {\logos METAFONT\/}book}.
5180 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
5181 @^system dependencies@>
5182
5183 @<Set initial ...@>=
5184 for (k='0';k<='9';k++) 
5185   mp->char_class[k]=digit_class;
5186 mp->char_class['.']=period_class;
5187 mp->char_class[' ']=space_class;
5188 mp->char_class['%']=percent_class;
5189 mp->char_class['"']=string_class;
5190 mp->char_class[',']=5;
5191 mp->char_class[';']=6;
5192 mp->char_class['(']=7;
5193 mp->char_class[')']=right_paren_class;
5194 for (k='A';k<= 'Z';k++ )
5195   mp->char_class[k]=letter_class;
5196 for (k='a';k<='z';k++) 
5197   mp->char_class[k]=letter_class;
5198 mp->char_class['_']=letter_class;
5199 mp->char_class['<']=10;
5200 mp->char_class['=']=10;
5201 mp->char_class['>']=10;
5202 mp->char_class[':']=10;
5203 mp->char_class['|']=10;
5204 mp->char_class['`']=11;
5205 mp->char_class['\'']=11;
5206 mp->char_class['+']=12;
5207 mp->char_class['-']=12;
5208 mp->char_class['/']=13;
5209 mp->char_class['*']=13;
5210 mp->char_class['\\']=13;
5211 mp->char_class['!']=14;
5212 mp->char_class['?']=14;
5213 mp->char_class['#']=15;
5214 mp->char_class['&']=15;
5215 mp->char_class['@@']=15;
5216 mp->char_class['$']=15;
5217 mp->char_class['^']=16;
5218 mp->char_class['~']=16;
5219 mp->char_class['[']=left_bracket_class;
5220 mp->char_class[']']=right_bracket_class;
5221 mp->char_class['{']=19;
5222 mp->char_class['}']=19;
5223 for (k=0;k<' ';k++)
5224   mp->char_class[k]=invalid_class;
5225 mp->char_class['\t']=space_class;
5226 mp->char_class['\f']=space_class;
5227 for (k=127;k<=255;k++)
5228   mp->char_class[k]=invalid_class;
5229
5230 @* \[13] The hash table.
5231 Symbolic tokens are stored and retrieved by means of a fairly standard hash
5232 table algorithm called the method of ``coalescing lists'' (cf.\ Algorithm 6.4C
5233 in {\sl The Art of Computer Programming\/}). Once a symbolic token enters the
5234 table, it is never removed.
5235
5236 The actual sequence of characters forming a symbolic token is
5237 stored in the |str_pool| array together with all the other strings. An
5238 auxiliary array |hash| consists of items with two halfword fields per
5239 word. The first of these, called |next(p)|, points to the next identifier
5240 belonging to the same coalesced list as the identifier corresponding to~|p|;
5241 and the other, called |text(p)|, points to the |str_start| entry for
5242 |p|'s identifier. If position~|p| of the hash table is empty, we have
5243 |text(p)=0|; if position |p| is either empty or the end of a coalesced
5244 hash list, we have |next(p)=0|.
5245
5246 An auxiliary pointer variable called |hash_used| is maintained in such a
5247 way that all locations |p>=hash_used| are nonempty. The global variable
5248 |st_count| tells how many symbolic tokens have been defined, if statistics
5249 are being kept.
5250
5251 The first 256 locations of |hash| are reserved for symbols of length one.
5252
5253 There's a parallel array called |eqtb| that contains the current equivalent
5254 values of each symbolic token. The entries of this array consist of
5255 two halfwords called |eq_type| (a command code) and |equiv| (a secondary
5256 piece of information that qualifies the |eq_type|).
5257
5258 @d next(A)   mp->hash[(A)].lh /* link for coalesced lists */
5259 @d text(A)   mp->hash[(A)].rh /* string number for symbolic token name */
5260 @d eq_type(A)   mp->eqtb[(A)].lh /* the current ``meaning'' of a symbolic token */
5261 @d equiv(A)   mp->eqtb[(A)].rh /* parametric part of a token's meaning */
5262 @d hash_base 257 /* hashing actually starts here */
5263 @d hash_is_full   (mp->hash_used==hash_base) /* are all positions occupied? */
5264
5265 @<Glob...@>=
5266 pointer hash_used; /* allocation pointer for |hash| */
5267 integer st_count; /* total number of known identifiers */
5268
5269 @ Certain entries in the hash table are ``frozen'' and not redefinable,
5270 since they are used in error recovery.
5271
5272 @d hash_top (hash_base+mp->hash_size) /* the first location of the frozen area */
5273 @d frozen_inaccessible hash_top /* |hash| location to protect the frozen area */
5274 @d frozen_repeat_loop (hash_top+1) /* |hash| location of a loop-repeat token */
5275 @d frozen_right_delimiter (hash_top+2) /* |hash| location of a permanent `\.)' */
5276 @d frozen_left_bracket (hash_top+3) /* |hash| location of a permanent `\.[' */
5277 @d frozen_slash (hash_top+4) /* |hash| location of a permanent `\./' */
5278 @d frozen_colon (hash_top+5) /* |hash| location of a permanent `\.:' */
5279 @d frozen_semicolon (hash_top+6) /* |hash| location of a permanent `\.;' */
5280 @d frozen_end_for (hash_top+7) /* |hash| location of a permanent \&{endfor} */
5281 @d frozen_end_def (hash_top+8) /* |hash| location of a permanent \&{enddef} */
5282 @d frozen_fi (hash_top+9) /* |hash| location of a permanent \&{fi} */
5283 @d frozen_end_group (hash_top+10) /* |hash| location of a permanent `\.{endgroup}' */
5284 @d frozen_etex (hash_top+11) /* |hash| location of a permanent \&{etex} */
5285 @d frozen_mpx_break (hash_top+12) /* |hash| location of a permanent \&{mpxbreak} */
5286 @d frozen_bad_vardef (hash_top+13) /* |hash| location of `\.{a bad variable}' */
5287 @d frozen_undefined (hash_top+14) /* |hash| location that never gets defined */
5288 @d hash_end (hash_top+14) /* the actual size of the |hash| and |eqtb| arrays */
5289
5290 @<Glob...@>=
5291 two_halves *hash; /* the hash table */
5292 two_halves *eqtb; /* the equivalents */
5293
5294 @ @<Allocate or initialize ...@>=
5295 mp->hash = xmalloc((hash_end+1),sizeof(two_halves));
5296 mp->eqtb = xmalloc((hash_end+1),sizeof(two_halves));
5297
5298 @ @<Dealloc variables@>=
5299 xfree(mp->hash);
5300 xfree(mp->eqtb);
5301
5302 @ @<Set init...@>=
5303 next(1)=0; text(1)=0; eq_type(1)=tag_token; equiv(1)=null;
5304 for (k=2;k<=hash_end;k++)  { 
5305   mp->hash[k]=mp->hash[1]; mp->eqtb[k]=mp->eqtb[1];
5306 }
5307
5308 @ @<Initialize table entries...@>=
5309 mp->hash_used=frozen_inaccessible; /* nothing is used */
5310 mp->st_count=0;
5311 text(frozen_bad_vardef)=intern("a bad variable");
5312 text(frozen_etex)=intern("etex");
5313 text(frozen_mpx_break)=intern("mpxbreak");
5314 text(frozen_fi)=intern("fi");
5315 text(frozen_end_group)=intern("endgroup");
5316 text(frozen_end_def)=intern("enddef");
5317 text(frozen_end_for)=intern("endfor");
5318 text(frozen_semicolon)=intern(";");
5319 text(frozen_colon)=intern(":");
5320 text(frozen_slash)=intern("/");
5321 text(frozen_left_bracket)=intern("[");
5322 text(frozen_right_delimiter)=intern(")");
5323 text(frozen_inaccessible)=intern(" INACCESSIBLE");
5324 eq_type(frozen_right_delimiter)=right_delimiter;
5325
5326 @ @<Check the ``constant'' values...@>=
5327 if ( hash_end+mp->max_internal>max_halfword ) mp->bad=17;
5328
5329 @ Here is the subroutine that searches the hash table for an identifier
5330 that matches a given string of length~|l| appearing in |buffer[j..
5331 (j+l-1)]|. If the identifier is not found, it is inserted; hence it
5332 will always be found, and the corresponding hash table address
5333 will be returned.
5334
5335 @c 
5336 pointer mp_id_lookup (MP mp,integer j, integer l) { /* search the hash table */
5337   integer h; /* hash code */
5338   pointer p; /* index in |hash| array */
5339   pointer k; /* index in |buffer| array */
5340   if (l==1) {
5341     @<Treat special case of length 1 and |break|@>;
5342   }
5343   @<Compute the hash code |h|@>;
5344   p=h+hash_base; /* we start searching here; note that |0<=h<hash_prime| */
5345   while (true)  { 
5346         if (text(p)>0 && length(text(p))==l && mp_str_eq_buf(mp, text(p),j)) 
5347       break;
5348     if ( next(p)==0 ) {
5349       @<Insert a new symbolic token after |p|, then
5350         make |p| point to it and |break|@>;
5351     }
5352     p=next(p);
5353   }
5354   return p;
5355 };
5356
5357 @ @<Treat special case of length 1...@>=
5358  p=mp->buffer[j]+1; text(p)=p-1; return p;
5359
5360
5361 @ @<Insert a new symbolic...@>=
5362 {
5363 if ( text(p)>0 ) { 
5364   do {  
5365     if ( hash_is_full )
5366       mp_overflow(mp, "hash size",mp->hash_size);
5367 @:MetaPost capacity exceeded hash size}{\quad hash size@>
5368     decr(mp->hash_used);
5369   } while (text(mp->hash_used)!=0); /* search for an empty location in |hash| */
5370   next(p)=mp->hash_used; 
5371   p=mp->hash_used;
5372 }
5373 str_room(l);
5374 for (k=j;k<=j+l-1;k++) {
5375   append_char(mp->buffer[k]);
5376 }
5377 text(p)=mp_make_string(mp); 
5378 mp->str_ref[text(p)]=max_str_ref;
5379 incr(mp->st_count);
5380 break;
5381 }
5382
5383
5384 @ The value of |hash_prime| should be roughly 85\pct! of |hash_size|, and it
5385 should be a prime number.  The theory of hashing tells us to expect fewer
5386 than two table probes, on the average, when the search is successful.
5387 [See J.~S. Vitter, {\sl Journal of the ACM\/ \bf30} (1983), 231--258.]
5388 @^Vitter, Jeffrey Scott@>
5389
5390 @<Compute the hash code |h|@>=
5391 h=mp->buffer[j];
5392 for (k=j+1;k<=j+l-1;k++){ 
5393   h=h+h+mp->buffer[k];
5394   while ( h>=mp->hash_prime ) h=h-mp->hash_prime;
5395 }
5396
5397 @ @<Search |eqtb| for equivalents equal to |p|@>=
5398 for (q=1;q<=hash_end;q++) { 
5399   if ( equiv(q)==p ) { 
5400     mp_print_nl(mp, "EQUIV("); 
5401     mp_print_int(mp, q); 
5402     mp_print_char(mp, ')');
5403   }
5404 }
5405
5406 @ We need to put \MP's ``primitive'' symbolic tokens into the hash
5407 table, together with their command code (which will be the |eq_type|)
5408 and an operand (which will be the |equiv|). The |primitive| procedure
5409 does this, in a way that no \MP\ user can. The global value |cur_sym|
5410 contains the new |eqtb| pointer after |primitive| has acted.
5411
5412 @c 
5413 void mp_primitive (MP mp, char *ss, halfword c, halfword o) {
5414   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
5415   small_number j; /* index into |buffer| */
5416   small_number l; /* length of the string */
5417   str_number s;
5418   s = intern(ss);
5419   k=mp->str_start[s]; l=str_stop(s)-k;
5420   /* we will move |s| into the (empty) |buffer| */
5421   for (j=0;j<=l-1;j++) {
5422     mp->buffer[j]=mp->str_pool[k+j];
5423   }
5424   mp->cur_sym=mp_id_lookup(mp, 0,l);
5425   if ( s>=256 ) { /* we don't want to have the string twice */
5426     mp_flush_string(mp, text(mp->cur_sym)); text(mp->cur_sym)=s;
5427   };
5428   eq_type(mp->cur_sym)=c; 
5429   equiv(mp->cur_sym)=o;
5430 }
5431
5432
5433 @ Many of \MP's primitives need no |equiv|, since they are identifiable
5434 by their |eq_type| alone. These primitives are loaded into the hash table
5435 as follows:
5436
5437 @<Put each of \MP's primitives into the hash table@>=
5438 mp_primitive(mp, "..",path_join,0);
5439 @:.._}{\.{..} primitive@>
5440 mp_primitive(mp, "[",left_bracket,0); mp->eqtb[frozen_left_bracket]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
5441 @:[ }{\.{[} primitive@>
5442 mp_primitive(mp, "]",right_bracket,0);
5443 @:] }{\.{]} primitive@>
5444 mp_primitive(mp, "}",right_brace,0);
5445 @:]]}{\.{\char`\}} primitive@>
5446 mp_primitive(mp, "{",left_brace,0);
5447 @:][}{\.{\char`\{} primitive@>
5448 mp_primitive(mp, ":",colon,0); mp->eqtb[frozen_colon]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
5449 @:: }{\.{:} primitive@>
5450 mp_primitive(mp, "::",double_colon,0);
5451 @::: }{\.{::} primitive@>
5452 mp_primitive(mp, "||:",bchar_label,0);
5453 @:::: }{\.{\char'174\char'174:} primitive@>
5454 mp_primitive(mp, ":=",assignment,0);
5455 @::=_}{\.{:=} primitive@>
5456 mp_primitive(mp, ",",comma,0);
5457 @:, }{\., primitive@>
5458 mp_primitive(mp, ";",semicolon,0); mp->eqtb[frozen_semicolon]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
5459 @:; }{\.; primitive@>
5460 mp_primitive(mp, "\\",relax,0);
5461 @:]]\\}{\.{\char`\\} primitive@>
5462 @#
5463 mp_primitive(mp, "addto",add_to_command,0);
5464 @:add_to_}{\&{addto} primitive@>
5465 mp_primitive(mp, "atleast",at_least,0);
5466 @:at_least_}{\&{atleast} primitive@>
5467 mp_primitive(mp, "begingroup",begin_group,0); mp->bg_loc=mp->cur_sym;
5468 @:begin_group_}{\&{begingroup} primitive@>
5469 mp_primitive(mp, "controls",controls,0);
5470 @:controls_}{\&{controls} primitive@>
5471 mp_primitive(mp, "curl",curl_command,0);
5472 @:curl_}{\&{curl} primitive@>
5473 mp_primitive(mp, "delimiters",delimiters,0);
5474 @:delimiters_}{\&{delimiters} primitive@>
5475 mp_primitive(mp, "endgroup",end_group,0);
5476  mp->eqtb[frozen_end_group]=mp->eqtb[mp->cur_sym]; mp->eg_loc=mp->cur_sym;
5477 @:endgroup_}{\&{endgroup} primitive@>
5478 mp_primitive(mp, "everyjob",every_job_command,0);
5479 @:every_job_}{\&{everyjob} primitive@>
5480 mp_primitive(mp, "exitif",exit_test,0);
5481 @:exit_if_}{\&{exitif} primitive@>
5482 mp_primitive(mp, "expandafter",expand_after,0);
5483 @:expand_after_}{\&{expandafter} primitive@>
5484 mp_primitive(mp, "interim",interim_command,0);
5485 @:interim_}{\&{interim} primitive@>
5486 mp_primitive(mp, "let",let_command,0);
5487 @:let_}{\&{let} primitive@>
5488 mp_primitive(mp, "newinternal",new_internal,0);
5489 @:new_internal_}{\&{newinternal} primitive@>
5490 mp_primitive(mp, "of",of_token,0);
5491 @:of_}{\&{of} primitive@>
5492 mp_primitive(mp, "randomseed",random_seed,0);
5493 @:random_seed_}{\&{randomseed} primitive@>
5494 mp_primitive(mp, "save",save_command,0);
5495 @:save_}{\&{save} primitive@>
5496 mp_primitive(mp, "scantokens",scan_tokens,0);
5497 @:scan_tokens_}{\&{scantokens} primitive@>
5498 mp_primitive(mp, "shipout",ship_out_command,0);
5499 @:ship_out_}{\&{shipout} primitive@>
5500 mp_primitive(mp, "skipto",skip_to,0);
5501 @:skip_to_}{\&{skipto} primitive@>
5502 mp_primitive(mp, "special",special_command,0);
5503 @:special}{\&{special} primitive@>
5504 mp_primitive(mp, "fontmapfile",special_command,1);
5505 @:fontmapfile}{\&{fontmapfile} primitive@>
5506 mp_primitive(mp, "fontmapline",special_command,2);
5507 @:fontmapline}{\&{fontmapline} primitive@>
5508 mp_primitive(mp, "step",step_token,0);
5509 @:step_}{\&{step} primitive@>
5510 mp_primitive(mp, "str",str_op,0);
5511 @:str_}{\&{str} primitive@>
5512 mp_primitive(mp, "tension",tension,0);
5513 @:tension_}{\&{tension} primitive@>
5514 mp_primitive(mp, "to",to_token,0);
5515 @:to_}{\&{to} primitive@>
5516 mp_primitive(mp, "until",until_token,0);
5517 @:until_}{\&{until} primitive@>
5518 mp_primitive(mp, "within",within_token,0);
5519 @:within_}{\&{within} primitive@>
5520 mp_primitive(mp, "write",write_command,0);
5521 @:write_}{\&{write} primitive@>
5522
5523 @ Each primitive has a corresponding inverse, so that it is possible to
5524 display the cryptic numeric contents of |eqtb| in symbolic form.
5525 Every call of |primitive| in this program is therefore accompanied by some
5526 straightforward code that forms part of the |print_cmd_mod| routine
5527 explained below.
5528
5529 @<Cases of |print_cmd_mod| for symbolic printing of primitives@>=
5530 case add_to_command:mp_print(mp, "addto"); break;
5531 case assignment:mp_print(mp, ":="); break;
5532 case at_least:mp_print(mp, "atleast"); break;
5533 case bchar_label:mp_print(mp, "||:"); break;
5534 case begin_group:mp_print(mp, "begingroup"); break;
5535 case colon:mp_print(mp, ":"); break;
5536 case comma:mp_print(mp, ","); break;
5537 case controls:mp_print(mp, "controls"); break;
5538 case curl_command:mp_print(mp, "curl"); break;
5539 case delimiters:mp_print(mp, "delimiters"); break;
5540 case double_colon:mp_print(mp, "::"); break;
5541 case end_group:mp_print(mp, "endgroup"); break;
5542 case every_job_command:mp_print(mp, "everyjob"); break;
5543 case exit_test:mp_print(mp, "exitif"); break;
5544 case expand_after:mp_print(mp, "expandafter"); break;
5545 case interim_command:mp_print(mp, "interim"); break;
5546 case left_brace:mp_print(mp, "{"); break;
5547 case left_bracket:mp_print(mp, "["); break;
5548 case let_command:mp_print(mp, "let"); break;
5549 case new_internal:mp_print(mp, "newinternal"); break;
5550 case of_token:mp_print(mp, "of"); break;
5551 case path_join:mp_print(mp, ".."); break;
5552 case random_seed:mp_print(mp, "randomseed"); break;
5553 case relax:mp_print_char(mp, '\\'); break;
5554 case right_brace:mp_print(mp, "}"); break;
5555 case right_bracket:mp_print(mp, "]"); break;
5556 case save_command:mp_print(mp, "save"); break;
5557 case scan_tokens:mp_print(mp, "scantokens"); break;
5558 case semicolon:mp_print(mp, ";"); break;
5559 case ship_out_command:mp_print(mp, "shipout"); break;
5560 case skip_to:mp_print(mp, "skipto"); break;
5561 case special_command: if ( m==2 ) mp_print(mp, "fontmapline"); else
5562                  if ( m==1 ) mp_print(mp, "fontmapfile"); else
5563                  mp_print(mp, "special"); break;
5564 case step_token:mp_print(mp, "step"); break;
5565 case str_op:mp_print(mp, "str"); break;
5566 case tension:mp_print(mp, "tension"); break;
5567 case to_token:mp_print(mp, "to"); break;
5568 case until_token:mp_print(mp, "until"); break;
5569 case within_token:mp_print(mp, "within"); break;
5570 case write_command:mp_print(mp, "write"); break;
5571
5572 @ We will deal with the other primitives later, at some point in the program
5573 where their |eq_type| and |equiv| values are more meaningful.  For example,
5574 the primitives for macro definitions will be loaded when we consider the
5575 routines that define macros.
5576 It is easy to find where each particular
5577 primitive was treated by looking in the index at the end; for example, the
5578 section where |"def"| entered |eqtb| is listed under `\&{def} primitive'.
5579
5580 @* \[14] Token lists.
5581 A \MP\ token is either symbolic or numeric or a string, or it denotes
5582 a macro parameter or capsule; so there are five corresponding ways to encode it
5583 @^token@>
5584 internally: (1)~A symbolic token whose hash code is~|p|
5585 is represented by the number |p|, in the |info| field of a single-word
5586 node in~|mem|. (2)~A numeric token whose |scaled| value is~|v| is
5587 represented in a two-word node of~|mem|; the |type| field is |known|,
5588 the |name_type| field is |token|, and the |value| field holds~|v|.
5589 The fact that this token appears in a two-word node rather than a
5590 one-word node is, of course, clear from the node address.
5591 (3)~A string token is also represented in a two-word node; the |type|
5592 field is |mp_string_type|, the |name_type| field is |token|, and the
5593 |value| field holds the corresponding |str_number|.  (4)~Capsules have
5594 |name_type=capsule|, and their |type| and |value| fields represent
5595 arbitrary values (in ways to be explained later).  (5)~Macro parameters
5596 are like symbolic tokens in that they appear in |info| fields of
5597 one-word nodes. The $k$th parameter is represented by |expr_base+k| if it
5598 is of type \&{expr}, or by |suffix_base+k| if it is of type \&{suffix}, or
5599 by |text_base+k| if it is of type \&{text}.  (Here |0<=k<param_size|.)
5600 Actual values of these parameters are kept in a separate stack, as we will
5601 see later.  The constants |expr_base|, |suffix_base|, and |text_base| are,
5602 of course, chosen so that there will be no confusion between symbolic
5603 tokens and parameters of various types.
5604
5605 Note that
5606 the `\\{type}' field of a node has nothing to do with ``type'' in a
5607 printer's sense. It's curious that the same word is used in such different ways.
5608
5609 @d type(A)   mp->mem[(A)].hh.b0 /* identifies what kind of value this is */
5610 @d name_type(A)   mp->mem[(A)].hh.b1 /* a clue to the name of this value */
5611 @d token_node_size 2 /* the number of words in a large token node */
5612 @d value_loc(A) ((A)+1) /* the word that contains the |value| field */
5613 @d value(A) mp->mem[value_loc((A))].cint /* the value stored in a large token node */
5614 @d expr_base (hash_end+1) /* code for the zeroth \&{expr} parameter */
5615 @d suffix_base (expr_base+mp->param_size) /* code for the zeroth \&{suffix} parameter */
5616 @d text_base (suffix_base+mp->param_size) /* code for the zeroth \&{text} parameter */
5617
5618 @<Check the ``constant''...@>=
5619 if ( text_base+mp->param_size>max_halfword ) mp->bad=18;
5620
5621 @ We have set aside a two word node beginning at |null| so that we can have
5622 |value(null)=0|.  We will make use of this coincidence later.
5623
5624 @<Initialize table entries...@>=
5625 link(null)=null; value(null)=0;
5626
5627 @ A numeric token is created by the following trivial routine.
5628
5629 @c 
5630 pointer mp_new_num_tok (MP mp,scaled v) {
5631   pointer p; /* the new node */
5632   p=mp_get_node(mp, token_node_size); value(p)=v;
5633   type(p)=mp_known; name_type(p)=mp_token; 
5634   return p;
5635 }
5636
5637 @ A token list is a singly linked list of nodes in |mem|, where
5638 each node contains a token and a link.  Here's a subroutine that gets rid
5639 of a token list when it is no longer needed.
5640
5641 @<Declarations@>=
5642 void mp_token_recycle (MP mp);
5643
5644
5645 @c void mp_flush_token_list (MP mp,pointer p) {
5646   pointer q; /* the node being recycled */
5647   while ( p!=null ) { 
5648     q=p; p=link(p);
5649     if ( q>=mp->hi_mem_min ) {
5650      free_avail(q);
5651     } else { 
5652       switch (type(q)) {
5653       case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
5654         break;
5655       case mp_string_type:
5656         delete_str_ref(value(q));
5657         break;
5658       case unknown_types: case mp_pen_type: case mp_path_type: 
5659       case mp_picture_type: case mp_pair_type: case mp_color_type:
5660       case mp_cmykcolor_type: case mp_transform_type: case mp_dependent:
5661       case mp_proto_dependent: case mp_independent:
5662         mp->g_pointer=q; mp_token_recycle(mp);
5663         break;
5664       default: mp_confusion(mp, "token");
5665 @:this can't happen token}{\quad token@>
5666       }
5667       mp_free_node(mp, q,token_node_size);
5668     }
5669   }
5670 }
5671
5672 @ The procedure |show_token_list|, which prints a symbolic form of
5673 the token list that starts at a given node |p|, illustrates these
5674 conventions. The token list being displayed should not begin with a reference
5675 count. However, the procedure is intended to be fairly robust, so that if the
5676 memory links are awry or if |p| is not really a pointer to a token list,
5677 almost nothing catastrophic can happen.
5678
5679 An additional parameter |q| is also given; this parameter is either null
5680 or it points to a node in the token list where a certain magic computation
5681 takes place that will be explained later. (Basically, |q| is non-null when
5682 we are printing the two-line context information at the time of an error
5683 message; |q| marks the place corresponding to where the second line
5684 should begin.)
5685
5686 The generation will stop, and `\.{\char`\ ETC.}' will be printed, if the length
5687 of printing exceeds a given limit~|l|; the length of printing upon entry is
5688 assumed to be a given amount called |null_tally|. (Note that
5689 |show_token_list| sometimes uses itself recursively to print
5690 variable names within a capsule.)
5691 @^recursion@>
5692
5693 Unusual entries are printed in the form of all-caps tokens
5694 preceded by a space, e.g., `\.{\char`\ BAD}'.
5695
5696 @<Declarations@>=
5697 void mp_print_capsule (MP mp);
5698
5699 @ @<Declare the procedure called |show_token_list|@>=
5700 void mp_show_token_list (MP mp, integer p, integer q, integer l,
5701                          integer null_tally) ;
5702
5703 @ @c
5704 void mp_show_token_list (MP mp, integer p, integer q, integer l,
5705                          integer null_tally) {
5706   small_number class,c; /* the |char_class| of previous and new tokens */
5707   integer r,v; /* temporary registers */
5708   class=percent_class;
5709   mp->tally=null_tally;
5710   while ( (p!=null) && (mp->tally<l) ) { 
5711     if ( p==q ) 
5712       @<Do magic computation@>;
5713     @<Display token |p| and set |c| to its class;
5714       but |return| if there are problems@>;
5715     class=c; p=link(p);
5716   }
5717   if ( p!=null ) 
5718      mp_print(mp, " ETC.");
5719 @.ETC@>
5720   return;
5721 };
5722
5723 @ @<Display token |p| and set |c| to its class...@>=
5724 c=letter_class; /* the default */
5725 if ( (p<0)||(p>mp->mem_end) ) { 
5726   mp_print(mp, " CLOBBERED"); return;
5727 @.CLOBBERED@>
5728 }
5729 if ( p<mp->hi_mem_min ) { 
5730   @<Display two-word token@>;
5731 } else { 
5732   r=info(p);
5733   if ( r>=expr_base ) {
5734      @<Display a parameter token@>;
5735   } else {
5736     if ( r<1 ) {
5737       if ( r==0 ) { 
5738         @<Display a collective subscript@>
5739       } else {
5740         mp_print(mp, " IMPOSSIBLE");
5741 @.IMPOSSIBLE@>
5742       }
5743     } else { 
5744       r=text(r);
5745       if ( (r<0)||(r>mp->max_str_ptr) ) {
5746         mp_print(mp, " NONEXISTENT");
5747 @.NONEXISTENT@>
5748       } else {
5749        @<Print string |r| as a symbolic token
5750         and set |c| to its class@>;
5751       }
5752     }
5753   }
5754 }
5755
5756 @ @<Display two-word token@>=
5757 if ( name_type(p)==mp_token ) {
5758   if ( type(p)==mp_known ) {
5759     @<Display a numeric token@>;
5760   } else if ( type(p)!=mp_string_type ) {
5761     mp_print(mp, " BAD");
5762 @.BAD@>
5763   } else { 
5764     mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp, value(p)); mp_print_char(mp, '"');
5765     c=string_class;
5766   }
5767 } else if ((name_type(p)!=mp_capsule)||(type(p)<mp_vacuous)||(type(p)>mp_independent) ) {
5768   mp_print(mp, " BAD");
5769 } else { 
5770   mp->g_pointer=p; mp_print_capsule(mp); c=right_paren_class;
5771 }
5772
5773 @ @<Display a numeric token@>=
5774 if ( class==digit_class ) 
5775   mp_print_char(mp, ' ');
5776 v=value(p);
5777 if ( v<0 ){ 
5778   if ( class==left_bracket_class ) 
5779     mp_print_char(mp, ' ');
5780   mp_print_char(mp, '['); mp_print_scaled(mp, v); mp_print_char(mp, ']');
5781   c=right_bracket_class;
5782 } else { 
5783   mp_print_scaled(mp, v); c=digit_class;
5784 }
5785
5786
5787 @ Strictly speaking, a genuine token will never have |info(p)=0|.
5788 But we will see later (in the |print_variable_name| routine) that
5789 it is convenient to let |info(p)=0| stand for `\.{[]}'.
5790
5791 @<Display a collective subscript@>=
5792 {
5793 if ( class==left_bracket_class ) 
5794   mp_print_char(mp, ' ');
5795 mp_print(mp, "[]"); c=right_bracket_class;
5796 }
5797
5798 @ @<Display a parameter token@>=
5799 {
5800 if ( r<suffix_base ) { 
5801   mp_print(mp, "(EXPR"); r=r-(expr_base);
5802 @.EXPR@>
5803 } else if ( r<text_base ) { 
5804   mp_print(mp, "(SUFFIX"); r=r-(suffix_base);
5805 @.SUFFIX@>
5806 } else { 
5807   mp_print(mp, "(TEXT"); r=r-(text_base);
5808 @.TEXT@>
5809 }
5810 mp_print_int(mp, r); mp_print_char(mp, ')'); c=right_paren_class;
5811 }
5812
5813
5814 @ @<Print string |r| as a symbolic token...@>=
5815
5816 c=mp->char_class[mp->str_pool[mp->str_start[r]]];
5817 if ( c==class ) {
5818   switch (c) {
5819   case letter_class:mp_print_char(mp, '.'); break;
5820   case isolated_classes: break;
5821   default: mp_print_char(mp, ' '); break;
5822   }
5823 }
5824 mp_print_str(mp, r);
5825 }
5826
5827 @ The following procedures have been declared |forward| with no parameters,
5828 because the author dislikes \PASCAL's convention about |forward| procedures
5829 with parameters. It was necessary to do something, because |show_token_list|
5830 is recursive (although the recursion is limited to one level), and because
5831 |flush_token_list| is syntactically (but not semantically) recursive.
5832 @^recursion@>
5833
5834 @<Declare miscellaneous procedures that were declared |forward|@>=
5835 void mp_print_capsule (MP mp) { 
5836   mp_print_char(mp, '('); mp_print_exp(mp, mp->g_pointer,0); mp_print_char(mp, ')');
5837 };
5838 @#
5839 void mp_token_recycle (MP mp) { 
5840   mp_recycle_value(mp, mp->g_pointer);
5841 };
5842
5843 @ @<Glob...@>=
5844 pointer g_pointer; /* (global) parameter to the |forward| procedures */
5845
5846 @ Macro definitions are kept in \MP's memory in the form of token lists
5847 that have a few extra one-word nodes at the beginning.
5848
5849 The first node contains a reference count that is used to tell when the
5850 list is no longer needed. To emphasize the fact that a reference count is
5851 present, we shall refer to the |info| field of this special node as the
5852 |ref_count| field.
5853 @^reference counts@>
5854
5855 The next node or nodes after the reference count serve to describe the
5856 formal parameters. They either contain a code word that specifies all
5857 of the parameters, or they contain zero or more parameter tokens followed
5858 by the code `|general_macro|'.
5859
5860 @d ref_count info
5861   /* reference count preceding a macro definition or picture header */
5862 @d add_mac_ref(A) incr(ref_count((A))) /* make a new reference to a macro list */
5863 @d general_macro 0 /* preface to a macro defined with a parameter list */
5864 @d primary_macro 1 /* preface to a macro with a \&{primary} parameter */
5865 @d secondary_macro 2 /* preface to a macro with a \&{secondary} parameter */
5866 @d tertiary_macro 3 /* preface to a macro with a \&{tertiary} parameter */
5867 @d expr_macro 4 /* preface to a macro with an undelimited \&{expr} parameter */
5868 @d of_macro 5 /* preface to a macro with
5869   undelimited `\&{expr} |x| \&{of}~|y|' parameters */
5870 @d suffix_macro 6 /* preface to a macro with an undelimited \&{suffix} parameter */
5871 @d text_macro 7 /* preface to a macro with an undelimited \&{text} parameter */
5872
5873 @c 
5874 void mp_delete_mac_ref (MP mp,pointer p) {
5875   /* |p| points to the reference count of a macro list that is
5876     losing one reference */
5877   if ( ref_count(p)==null ) mp_flush_token_list(mp, p);
5878   else decr(ref_count(p));
5879 }
5880
5881 @ The following subroutine displays a macro, given a pointer to its
5882 reference count.
5883
5884 @c 
5885 @<Declare the procedure called |print_cmd_mod|@>;
5886 void mp_show_macro (MP mp, pointer p, integer q, integer l) {
5887   pointer r; /* temporary storage */
5888   p=link(p); /* bypass the reference count */
5889   while ( info(p)>text_macro ){ 
5890     r=link(p); link(p)=null;
5891     mp_show_token_list(mp, p,null,l,0); link(p)=r; p=r;
5892     if ( l>0 ) l=l-mp->tally; else return;
5893   } /* control printing of `\.{ETC.}' */
5894 @.ETC@>
5895   mp->tally=0;
5896   switch(info(p)) {
5897   case general_macro:mp_print(mp, "->"); break;
5898 @.->@>
5899   case primary_macro: case secondary_macro: case tertiary_macro:
5900     mp_print_char(mp, '<');
5901     mp_print_cmd_mod(mp, param_type,info(p)); 
5902     mp_print(mp, ">->");
5903     break;
5904   case expr_macro:mp_print(mp, "<expr>->"); break;
5905   case of_macro:mp_print(mp, "<expr>of<primary>->"); break;
5906   case suffix_macro:mp_print(mp, "<suffix>->"); break;
5907   case text_macro:mp_print(mp, "<text>->"); break;
5908   } /* there are no other cases */
5909   mp_show_token_list(mp, link(p),q,l-mp->tally,0);
5910 }
5911
5912 @* \[15] Data structures for variables.
5913 The variables of \MP\ programs can be simple, like `\.x', or they can
5914 combine the structural properties of arrays and records, like `\.{x20a.b}'.
5915 A \MP\ user assigns a type to a variable like \.{x20a.b} by saying, for
5916 example, `\.{boolean} \.{x20a.b}'. It's time for us to study how such
5917 things are represented inside of the computer.
5918
5919 Each variable value occupies two consecutive words, either in a two-word
5920 node called a value node, or as a two-word subfield of a larger node.  One
5921 of those two words is called the |value| field; it is an integer,
5922 containing either a |scaled| numeric value or the representation of some
5923 other type of quantity. (It might also be subdivided into halfwords, in
5924 which case it is referred to by other names instead of |value|.) The other
5925 word is broken into subfields called |type|, |name_type|, and |link|.  The
5926 |type| field is a quarterword that specifies the variable's type, and
5927 |name_type| is a quarterword from which \MP\ can reconstruct the
5928 variable's name (sometimes by using the |link| field as well).  Thus, only
5929 1.25 words are actually devoted to the value itself; the other
5930 three-quarters of a word are overhead, but they aren't wasted because they
5931 allow \MP\ to deal with sparse arrays and to provide meaningful diagnostics.
5932
5933 In this section we shall be concerned only with the structural aspects of
5934 variables, not their values. Later parts of the program will change the
5935 |type| and |value| fields, but we shall treat those fields as black boxes
5936 whose contents should not be touched.
5937
5938 However, if the |type| field is |mp_structured|, there is no |value| field,
5939 and the second word is broken into two pointer fields called |attr_head|
5940 and |subscr_head|. Those fields point to additional nodes that
5941 contain structural information, as we shall see.
5942
5943 @d subscr_head_loc(A)   (A)+1 /* where |value|, |subscr_head| and |attr_head| are */
5944 @d attr_head(A)   info(subscr_head_loc((A))) /* pointer to attribute info */
5945 @d subscr_head(A)   link(subscr_head_loc((A))) /* pointer to subscript info */
5946 @d value_node_size 2 /* the number of words in a value node */
5947
5948 @ An attribute node is three words long. Two of these words contain |type|
5949 and |value| fields as described above, and the third word contains
5950 additional information:  There is an |attr_loc| field, which contains the
5951 hash address of the token that names this attribute; and there's also a
5952 |parent| field, which points to the value node of |mp_structured| type at the
5953 next higher level (i.e., at the level to which this attribute is
5954 subsidiary).  The |name_type| in an attribute node is `|attr|'.  The
5955 |link| field points to the next attribute with the same parent; these are
5956 arranged in increasing order, so that |attr_loc(link(p))>attr_loc(p)|. The
5957 final attribute node links to the constant |end_attr|, whose |attr_loc|
5958 field is greater than any legal hash address. The |attr_head| in the
5959 parent points to a node whose |name_type| is |mp_structured_root|; this
5960 node represents the null attribute, i.e., the variable that is relevant
5961 when no attributes are attached to the parent. The |attr_head| node is either
5962 a value node, a subscript node, or an attribute node, depending on what
5963 the parent would be if it were not structured; but the subscript and
5964 attribute fields are ignored, so it effectively contains only the data of
5965 a value node. The |link| field in this special node points to an attribute
5966 node whose |attr_loc| field is zero; the latter node represents a collective
5967 subscript `\.{[]}' attached to the parent, and its |link| field points to
5968 the first non-special attribute node (or to |end_attr| if there are none).
5969
5970 A subscript node likewise occupies three words, with |type| and |value| fields
5971 plus extra information; its |name_type| is |subscr|. In this case the
5972 third word is called the |subscript| field, which is a |scaled| integer.
5973 The |link| field points to the subscript node with the next larger
5974 subscript, if any; otherwise the |link| points to the attribute node
5975 for collective subscripts at this level. We have seen that the latter node
5976 contains an upward pointer, so that the parent can be deduced.
5977
5978 The |name_type| in a parent-less value node is |root|, and the |link|
5979 is the hash address of the token that names this value.
5980
5981 In other words, variables have a hierarchical structure that includes
5982 enough threads running around so that the program is able to move easily
5983 between siblings, parents, and children. An example should be helpful:
5984 (The reader is advised to draw a picture while reading the following
5985 description, since that will help to firm up the ideas.)
5986 Suppose that `\.x' and `\.{x.a}' and `\.{x[]b}' and `\.{x5}'
5987 and `\.{x20b}' have been mentioned in a user's program, where
5988 \.{x[]b} has been declared to be of \&{boolean} type. Let |h(x)|, |h(a)|,
5989 and |h(b)| be the hash addresses of \.x, \.a, and~\.b. Then
5990 |eq_type(h(x))=name| and |equiv(h(x))=p|, where |p|~is a two-word value
5991 node with |name_type(p)=root| and |link(p)=h(x)|. We have |type(p)=mp_structured|,
5992 |attr_head(p)=q|, and |subscr_head(p)=r|, where |q| points to a value
5993 node and |r| to a subscript node. (Are you still following this? Use
5994 a pencil to draw a diagram.) The lone variable `\.x' is represented by
5995 |type(q)| and |value(q)|; furthermore
5996 |name_type(q)=mp_structured_root| and |link(q)=q1|, where |q1| points
5997 to an attribute node representing `\.{x[]}'. Thus |name_type(q1)=attr|,
5998 |attr_loc(q1)=collective_subscript=0|, |parent(q1)=p|,
5999 |type(q1)=mp_structured|, |attr_head(q1)=qq|, and |subscr_head(q1)=qq1|;
6000 |qq| is a value node with |type(qq)=mp_numeric_type| (assuming that \.{x5} is
6001 numeric, because |qq| represents `\.{x[]}' with no further attributes),
6002 |name_type(qq)=mp_structured_root|, and
6003 |link(qq)=qq1|. (Now pay attention to the next part.) Node |qq1| is
6004 an attribute node representing `\.{x[][]}', which has never yet
6005 occurred; its |type| field is |undefined|, and its |value| field is
6006 undefined. We have |name_type(qq1)=attr|, |attr_loc(qq1)=collective_subscript|,
6007 |parent(qq1)=q1|, and |link(qq1)=qq2|. Since |qq2| represents
6008 `\.{x[]b}', |type(qq2)=mp_unknown_boolean|; also |attr_loc(qq2)=h(b)|,
6009 |parent(qq2)=q1|, |name_type(qq2)=attr|, |link(qq2)=end_attr|.
6010 (Maybe colored lines will help untangle your picture.)
6011  Node |r| is a subscript node with |type| and |value|
6012 representing `\.{x5}'; |name_type(r)=subscr|, |subscript(r)=5.0|,
6013 and |link(r)=r1| is another subscript node. To complete the picture,
6014 see if you can guess what |link(r1)| is; give up? It's~|q1|.
6015 Furthermore |subscript(r1)=20.0|, |name_type(r1)=subscr|,
6016 |type(r1)=mp_structured|, |attr_head(r1)=qqq|, |subscr_head(r1)=qqq1|,
6017 and we finish things off with three more nodes
6018 |qqq|, |qqq1|, and |qqq2| hung onto~|r1|. (Perhaps you should start again
6019 with a larger sheet of paper.) The value of variable \.{x20b}
6020 appears in node~|qqq2|, as you can well imagine.
6021
6022 If the example in the previous paragraph doesn't make things crystal
6023 clear, a glance at some of the simpler subroutines below will reveal how
6024 things work out in practice.
6025
6026 The only really unusual thing about these conventions is the use of
6027 collective subscript attributes. The idea is to avoid repeating a lot of
6028 type information when many elements of an array are identical macros
6029 (for which distinct values need not be stored) or when they don't have
6030 all of the possible attributes. Branches of the structure below collective
6031 subscript attributes do not carry actual values except for macro identifiers;
6032 branches of the structure below subscript nodes do not carry significant
6033 information in their collective subscript attributes.
6034
6035 @d attr_loc_loc(A) ((A)+2) /* where the |attr_loc| and |parent| fields are */
6036 @d attr_loc(A) info(attr_loc_loc((A))) /* hash address of this attribute */
6037 @d parent(A) link(attr_loc_loc((A))) /* pointer to |mp_structured| variable */
6038 @d subscript_loc(A) ((A)+2) /* where the |subscript| field lives */
6039 @d subscript(A) mp->mem[subscript_loc((A))].sc /* subscript of this variable */
6040 @d attr_node_size 3 /* the number of words in an attribute node */
6041 @d subscr_node_size 3 /* the number of words in a subscript node */
6042 @d collective_subscript 0 /* code for the attribute `\.{[]}' */
6043
6044 @<Initialize table...@>=
6045 attr_loc(end_attr)=hash_end+1; parent(end_attr)=null;
6046
6047 @ Variables of type \&{pair} will have values that point to four-word
6048 nodes containing two numeric values. The first of these values has
6049 |name_type=mp_x_part_sector| and the second has |name_type=mp_y_part_sector|;
6050 the |link| in the first points back to the node whose |value| points
6051 to this four-word node.
6052
6053 Variables of type \&{transform} are similar, but in this case their
6054 |value| points to a 12-word node containing six values, identified by
6055 |x_part_sector|, |y_part_sector|, |mp_xx_part_sector|, |mp_xy_part_sector|,
6056 |mp_yx_part_sector|, and |mp_yy_part_sector|.
6057 Finally, variables of type \&{color} have three values in six words
6058 identified by |mp_red_part_sector|, |mp_green_part_sector|, and |mp_blue_part_sector|.
6059
6060 When an entire structured variable is saved, the |root| indication
6061 is temporarily replaced by |saved_root|.
6062
6063 Some variables have no name; they just are used for temporary storage
6064 while expressions are being evaluated. We call them {\sl capsules}.
6065
6066 @d x_part_loc(A) (A) /* where the \&{xpart} is found in a pair or transform node */
6067 @d y_part_loc(A) ((A)+2) /* where the \&{ypart} is found in a pair or transform node */
6068 @d xx_part_loc(A) ((A)+4) /* where the \&{xxpart} is found in a transform node */
6069 @d xy_part_loc(A) ((A)+6) /* where the \&{xypart} is found in a transform node */
6070 @d yx_part_loc(A) ((A)+8) /* where the \&{yxpart} is found in a transform node */
6071 @d yy_part_loc(A) ((A)+10) /* where the \&{yypart} is found in a transform node */
6072 @d red_part_loc(A) (A) /* where the \&{redpart} is found in a color node */
6073 @d green_part_loc(A) ((A)+2) /* where the \&{greenpart} is found in a color node */
6074 @d blue_part_loc(A) ((A)+4) /* where the \&{bluepart} is found in a color node */
6075 @d cyan_part_loc(A) (A) /* where the \&{cyanpart} is found in a color node */
6076 @d magenta_part_loc(A) ((A)+2) /* where the \&{magentapart} is found in a color node */
6077 @d yellow_part_loc(A) ((A)+4) /* where the \&{yellowpart} is found in a color node */
6078 @d black_part_loc(A) ((A)+6) /* where the \&{blackpart} is found in a color node */
6079 @d grey_part_loc(A) (A) /* where the \&{greypart} is found in a color node */
6080 @#
6081 @d pair_node_size 4 /* the number of words in a pair node */
6082 @d transform_node_size 12 /* the number of words in a transform node */
6083 @d color_node_size 6 /* the number of words in a color node */
6084 @d cmykcolor_node_size 8 /* the number of words in a color node */
6085
6086 @<Glob...@>=
6087 small_number big_node_size[mp_pair_type+1];
6088 small_number sector0[mp_pair_type+1];
6089 small_number sector_offset[mp_black_part_sector+1];
6090
6091 @ The |sector0| array gives for each big node type, |name_type| values
6092 for its first subfield; the |sector_offset| array gives for each
6093 |name_type| value, the offset from the first subfield in words;
6094 and the |big_node_size| array gives the size in words for each type of
6095 big node.
6096
6097 @<Set init...@>=
6098 mp->big_node_size[mp_transform_type]=transform_node_size;
6099 mp->big_node_size[mp_pair_type]=pair_node_size;
6100 mp->big_node_size[mp_color_type]=color_node_size;
6101 mp->big_node_size[mp_cmykcolor_type]=cmykcolor_node_size;
6102 mp->sector0[mp_transform_type]=mp_x_part_sector;
6103 mp->sector0[mp_pair_type]=mp_x_part_sector;
6104 mp->sector0[mp_color_type]=mp_red_part_sector;
6105 mp->sector0[mp_cmykcolor_type]=mp_cyan_part_sector;
6106 for (k=mp_x_part_sector;k<= mp_yy_part_sector;k++ ) {
6107   mp->sector_offset[k]=2*(k-mp_x_part_sector);
6108 }
6109 for (k=mp_red_part_sector;k<= mp_blue_part_sector ; k++) {
6110   mp->sector_offset[k]=2*(k-mp_red_part_sector);
6111 }
6112 for (k=mp_cyan_part_sector;k<= mp_black_part_sector;k++ ) {
6113   mp->sector_offset[k]=2*(k-mp_cyan_part_sector);
6114 }
6115
6116 @ If |type(p)=mp_pair_type| or |mp_transform_type| and if |value(p)=null|, the
6117 procedure call |init_big_node(p)| will allocate a pair or transform node
6118 for~|p|.  The individual parts of such nodes are initially of type
6119 |mp_independent|.
6120
6121 @c 
6122 void mp_init_big_node (MP mp,pointer p) {
6123   pointer q; /* the new node */
6124   small_number s; /* its size */
6125   s=mp->big_node_size[type(p)]; q=mp_get_node(mp, s);
6126   do {  
6127     s=s-2; 
6128     @<Make variable |q+s| newly independent@>;
6129     name_type(q+s)=halfp(s)+mp->sector0[type(p)]; 
6130     link(q+s)=null;
6131   } while (s!=0);
6132   link(q)=p; value(p)=q;
6133 }
6134
6135 @ The |id_transform| function creates a capsule for the
6136 identity transformation.
6137
6138 @c 
6139 pointer mp_id_transform (MP mp) {
6140   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
6141   p=mp_get_node(mp, value_node_size); type(p)=mp_transform_type;
6142   name_type(p)=mp_capsule; value(p)=null; mp_init_big_node(mp, p); q=value(p);
6143   r=q+transform_node_size;
6144   do {  
6145     r=r-2;
6146     type(r)=mp_known; value(r)=0;
6147   } while (r!=q);
6148   value(xx_part_loc(q))=unity; 
6149   value(yy_part_loc(q))=unity;
6150   return p;
6151 }
6152
6153 @ Tokens are of type |tag_token| when they first appear, but they point
6154 to |null| until they are first used as the root of a variable.
6155 The following subroutine establishes the root node on such grand occasions.
6156
6157 @c 
6158 void mp_new_root (MP mp,pointer x) {
6159   pointer p; /* the new node */
6160   p=mp_get_node(mp, value_node_size); type(p)=undefined; name_type(p)=mp_root;
6161   link(p)=x; equiv(x)=p;
6162 }
6163
6164 @ These conventions for variable representation are illustrated by the
6165 |print_variable_name| routine, which displays the full name of a
6166 variable given only a pointer to its two-word value packet.
6167
6168 @<Declarations@>=
6169 void mp_print_variable_name (MP mp, pointer p);
6170
6171 @ @c 
6172 void mp_print_variable_name (MP mp, pointer p) {
6173   pointer q; /* a token list that will name the variable's suffix */
6174   pointer r; /* temporary for token list creation */
6175   while ( name_type(p)>=mp_x_part_sector ) {
6176     @<Preface the output with a part specifier; |return| in the
6177       case of a capsule@>;
6178   }
6179   q=null;
6180   while ( name_type(p)>mp_saved_root ) {
6181     @<Ascend one level, pushing a token onto list |q|
6182      and replacing |p| by its parent@>;
6183   }
6184   r=mp_get_avail(mp); info(r)=link(p); link(r)=q;
6185   if ( name_type(p)==mp_saved_root ) mp_print(mp, "(SAVED)");
6186 @.SAVED@>
6187   mp_show_token_list(mp, r,null,el_gordo,mp->tally); 
6188   mp_flush_token_list(mp, r);
6189 }
6190
6191 @ @<Ascend one level, pushing a token onto list |q|...@>=
6192
6193   if ( name_type(p)==mp_subscr ) { 
6194     r=mp_new_num_tok(mp, subscript(p));
6195     do {  
6196       p=link(p);
6197     } while (name_type(p)!=mp_attr);
6198   } else if ( name_type(p)==mp_structured_root ) {
6199     p=link(p); goto FOUND;
6200   } else { 
6201     if ( name_type(p)!=mp_attr ) mp_confusion(mp, "var");
6202 @:this can't happen var}{\quad var@>
6203     r=mp_get_avail(mp); info(r)=attr_loc(p);
6204   }
6205   link(r)=q; q=r;
6206 FOUND:  
6207   p=parent(p);
6208 }
6209
6210 @ @<Preface the output with a part specifier...@>=
6211 { switch (name_type(p)) {
6212   case mp_x_part_sector: mp_print_char(mp, 'x'); break;
6213   case mp_y_part_sector: mp_print_char(mp, 'y'); break;
6214   case mp_xx_part_sector: mp_print(mp, "xx"); break;
6215   case mp_xy_part_sector: mp_print(mp, "xy"); break;
6216   case mp_yx_part_sector: mp_print(mp, "yx"); break;
6217   case mp_yy_part_sector: mp_print(mp, "yy"); break;
6218   case mp_red_part_sector: mp_print(mp, "red"); break;
6219   case mp_green_part_sector: mp_print(mp, "green"); break;
6220   case mp_blue_part_sector: mp_print(mp, "blue"); break;
6221   case mp_cyan_part_sector: mp_print(mp, "cyan"); break;
6222   case mp_magenta_part_sector: mp_print(mp, "magenta"); break;
6223   case mp_yellow_part_sector: mp_print(mp, "yellow"); break;
6224   case mp_black_part_sector: mp_print(mp, "black"); break;
6225   case mp_grey_part_sector: mp_print(mp, "grey"); break;
6226   case mp_capsule: 
6227     mp_print(mp, "%CAPSULE"); mp_print_int(mp, p-null); return;
6228     break;
6229 @.CAPSULE@>
6230   } /* there are no other cases */
6231   mp_print(mp, "part "); 
6232   p=link(p-mp->sector_offset[name_type(p)]);
6233 }
6234
6235 @ The |interesting| function returns |true| if a given variable is not
6236 in a capsule, or if the user wants to trace capsules.
6237
6238 @c 
6239 boolean mp_interesting (MP mp,pointer p) {
6240   small_number t; /* a |name_type| */
6241   if ( mp->internal[tracing_capsules]>0 ) {
6242     return true;
6243   } else { 
6244     t=name_type(p);
6245     if ( t>=mp_x_part_sector ) if ( t!=mp_capsule )
6246       t=name_type(link(p-mp->sector_offset[t]));
6247     return (t!=mp_capsule);
6248   }
6249 }
6250
6251 @ Now here is a subroutine that converts an unstructured type into an
6252 equivalent structured type, by inserting a |mp_structured| node that is
6253 capable of growing. This operation is done only when |name_type(p)=root|,
6254 |subscr|, or |attr|.
6255
6256 The procedure returns a pointer to the new node that has taken node~|p|'s
6257 place in the structure. Node~|p| itself does not move, nor are its
6258 |value| or |type| fields changed in any way.
6259
6260 @c 
6261 pointer mp_new_structure (MP mp,pointer p) {
6262   pointer q,r=0; /* list manipulation registers */
6263   switch (name_type(p)) {
6264   case mp_root: 
6265     q=link(p); r=mp_get_node(mp, value_node_size); equiv(q)=r;
6266     break;
6267   case mp_subscr: 
6268     @<Link a new subscript node |r| in place of node |p|@>;
6269     break;
6270   case mp_attr: 
6271     @<Link a new attribute node |r| in place of node |p|@>;
6272     break;
6273   default: 
6274     mp_confusion(mp, "struct");
6275 @:this can't happen struct}{\quad struct@>
6276     break;
6277   }
6278   link(r)=link(p); type(r)=mp_structured; name_type(r)=name_type(p);
6279   attr_head(r)=p; name_type(p)=mp_structured_root;
6280   q=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(p)=q; subscr_head(r)=q;
6281   parent(q)=r; type(q)=undefined; name_type(q)=mp_attr; link(q)=end_attr;
6282   attr_loc(q)=collective_subscript; 
6283   return r;
6284 };
6285
6286 @ @<Link a new subscript node |r| in place of node |p|@>=
6287
6288   q=p;
6289   do {  
6290     q=link(q);
6291   } while (name_type(q)!=mp_attr);
6292   q=parent(q); r=subscr_head_loc(q); /* |link(r)=subscr_head(q)| */
6293   do {  
6294     q=r; r=link(r);
6295   } while (r!=p);
6296   r=mp_get_node(mp, subscr_node_size);
6297   link(q)=r; subscript(r)=subscript(p);
6298 }
6299
6300 @ If the attribute is |collective_subscript|, there are two pointers to
6301 node~|p|, so we must change both of them.
6302
6303 @<Link a new attribute node |r| in place of node |p|@>=
6304
6305   q=parent(p); r=attr_head(q);
6306   do {  
6307     q=r; r=link(r);
6308   } while (r!=p);
6309   r=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(q)=r;
6310   mp->mem[attr_loc_loc(r)]=mp->mem[attr_loc_loc(p)]; /* copy |attr_loc| and |parent| */
6311   if ( attr_loc(p)==collective_subscript ) { 
6312     q=subscr_head_loc(parent(p));
6313     while ( link(q)!=p ) q=link(q);
6314     link(q)=r;
6315   }
6316 }
6317
6318 @ The |find_variable| routine is given a pointer~|t| to a nonempty token
6319 list of suffixes; it returns a pointer to the corresponding two-word
6320 value. For example, if |t| points to token \.x followed by a numeric
6321 token containing the value~7, |find_variable| finds where the value of
6322 \.{x7} is stored in memory. This may seem a simple task, and it
6323 usually is, except when \.{x7} has never been referenced before.
6324 Indeed, \.x may never have even been subscripted before; complexities
6325 arise with respect to updating the collective subscript information.
6326
6327 If a macro type is detected anywhere along path~|t|, or if the first
6328 item on |t| isn't a |tag_token|, the value |null| is returned.
6329 Otherwise |p| will be a non-null pointer to a node such that
6330 |undefined<type(p)<mp_structured|.
6331
6332 @d abort_find { return null; }
6333
6334 @c 
6335 pointer mp_find_variable (MP mp,pointer t) {
6336   pointer p,q,r,s; /* nodes in the ``value'' line */
6337   pointer pp,qq,rr,ss; /* nodes in the ``collective'' line */
6338   integer n; /* subscript or attribute */
6339   memory_word save_word; /* temporary storage for a word of |mem| */
6340 @^inner loop@>
6341   p=info(t); t=link(t);
6342   if ( (eq_type(p) % outer_tag) != tag_token ) abort_find;
6343   if ( equiv(p)==null ) mp_new_root(mp, p);
6344   p=equiv(p); pp=p;
6345   while ( t!=null ) { 
6346     @<Make sure that both nodes |p| and |pp| are of |mp_structured| type@>;
6347     if ( t<mp->hi_mem_min ) {
6348       @<Descend one level for the subscript |value(t)|@>
6349     } else {
6350       @<Descend one level for the attribute |info(t)|@>;
6351     }
6352     t=link(t);
6353   }
6354   if ( type(pp)>=mp_structured ) {
6355     if ( type(pp)==mp_structured ) pp=attr_head(pp); else abort_find;
6356   }
6357   if ( type(p)==mp_structured ) p=attr_head(p);
6358   if ( type(p)==undefined ) { 
6359     if ( type(pp)==undefined ) { type(pp)=mp_numeric_type; value(pp)=null; };
6360     type(p)=type(pp); value(p)=null;
6361   };
6362   return p;
6363 }
6364
6365 @ Although |pp| and |p| begin together, they diverge when a subscript occurs;
6366 |pp|~stays in the collective line while |p|~goes through actual subscript
6367 values.
6368
6369 @<Make sure that both nodes |p| and |pp|...@>=
6370 if ( type(pp)!=mp_structured ) { 
6371   if ( type(pp)>mp_structured ) abort_find;
6372   ss=mp_new_structure(mp, pp);
6373   if ( p==pp ) p=ss;
6374   pp=ss;
6375 }; /* now |type(pp)=mp_structured| */
6376 if ( type(p)!=mp_structured ) /* it cannot be |>mp_structured| */
6377   p=mp_new_structure(mp, p) /* now |type(p)=mp_structured| */
6378
6379 @ We want this part of the program to be reasonably fast, in case there are
6380 @^inner loop@>
6381 lots of subscripts at the same level of the data structure. Therefore
6382 we store an ``infinite'' value in the word that appears at the end of the
6383 subscript list, even though that word isn't part of a subscript node.
6384
6385 @<Descend one level for the subscript |value(t)|@>=
6386
6387   n=value(t);
6388   pp=link(attr_head(pp)); /* now |attr_loc(pp)=collective_subscript| */
6389   q=link(attr_head(p)); save_word=mp->mem[subscript_loc(q)];
6390   subscript(q)=el_gordo; s=subscr_head_loc(p); /* |link(s)=subscr_head(p)| */
6391   do {  
6392     r=s; s=link(s);
6393   } while (n>subscript(s));
6394   if ( n==subscript(s) ) {
6395     p=s;
6396   } else { 
6397     p=mp_get_node(mp, subscr_node_size); link(r)=p; link(p)=s;
6398     subscript(p)=n; name_type(p)=mp_subscr; type(p)=undefined;
6399   }
6400   mp->mem[subscript_loc(q)]=save_word;
6401 }
6402
6403 @ @<Descend one level for the attribute |info(t)|@>=
6404
6405   n=info(t);
6406   ss=attr_head(pp);
6407   do {  
6408     rr=ss; ss=link(ss);
6409   } while (n>attr_loc(ss));
6410   if ( n<attr_loc(ss) ) { 
6411     qq=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(rr)=qq; link(qq)=ss;
6412     attr_loc(qq)=n; name_type(qq)=mp_attr; type(qq)=undefined;
6413     parent(qq)=pp; ss=qq;
6414   }
6415   if ( p==pp ) { 
6416     p=ss; pp=ss;
6417   } else { 
6418     pp=ss; s=attr_head(p);
6419     do {  
6420       r=s; s=link(s);
6421     } while (n>attr_loc(s));
6422     if ( n==attr_loc(s) ) {
6423       p=s;
6424     } else { 
6425       q=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(r)=q; link(q)=s;
6426       attr_loc(q)=n; name_type(q)=mp_attr; type(q)=undefined;
6427       parent(q)=p; p=q;
6428     }
6429   }
6430 }
6431
6432 @ Variables lose their former values when they appear in a type declaration,
6433 or when they are defined to be macros or \&{let} equal to something else.
6434 A subroutine will be defined later that recycles the storage associated
6435 with any particular |type| or |value|; our goal now is to study a higher
6436 level process called |flush_variable|, which selectively frees parts of a
6437 variable structure.
6438
6439 This routine has some complexity because of examples such as
6440 `\hbox{\tt numeric x[]a[]b}'
6441 which recycles all variables of the form \.{x[i]a[j]b} (and no others), while
6442 `\hbox{\tt vardef x[]a[]=...}'
6443 discards all variables of the form \.{x[i]a[j]} followed by an arbitrary
6444 suffix, except for the collective node \.{x[]a[]} itself. The obvious way
6445 to handle such examples is to use recursion; so that's what we~do.
6446 @^recursion@>
6447
6448 Parameter |p| points to the root information of the variable;
6449 parameter |t| points to a list of one-word nodes that represent
6450 suffixes, with |info=collective_subscript| for subscripts.
6451
6452 @<Declarations@>=
6453 @<Declare subroutines for printing expressions@>
6454 @<Declare basic dependency-list subroutines@>
6455 @<Declare the recycling subroutines@>
6456 void mp_flush_cur_exp (MP mp,scaled v) ;
6457 @<Declare the procedure called |flush_below_variable|@>
6458
6459 @ @c 
6460 void mp_flush_variable (MP mp,pointer p, pointer t, boolean discard_suffixes) {
6461   pointer q,r; /* list manipulation */
6462   halfword n; /* attribute to match */
6463   while ( t!=null ) { 
6464     if ( type(p)!=mp_structured ) return;
6465     n=info(t); t=link(t);
6466     if ( n==collective_subscript ) { 
6467       r=subscr_head_loc(p); q=link(r); /* |q=subscr_head(p)| */
6468       while ( name_type(q)==mp_subscr ){ 
6469         mp_flush_variable(mp, q,t,discard_suffixes);
6470         if ( t==null ) {
6471           if ( type(q)==mp_structured ) r=q;
6472           else  { link(r)=link(q); mp_free_node(mp, q,subscr_node_size);   }
6473         } else {
6474           r=q;
6475         }
6476         q=link(r);
6477       }
6478     }
6479     p=attr_head(p);
6480     do {  
6481       r=p; p=link(p);
6482     } while (attr_loc(p)<n);
6483     if ( attr_loc(p)!=n ) return;
6484   }
6485   if ( discard_suffixes ) {
6486     mp_flush_below_variable(mp, p);
6487   } else { 
6488     if ( type(p)==mp_structured ) p=attr_head(p);
6489     mp_recycle_value(mp, p);
6490   }
6491 }
6492
6493 @ The next procedure is simpler; it wipes out everything but |p| itself,
6494 which becomes undefined.
6495
6496 @<Declare the procedure called |flush_below_variable|@>=
6497 void mp_flush_below_variable (MP mp, pointer p);
6498
6499 @ @c
6500 void mp_flush_below_variable (MP mp,pointer p) {
6501    pointer q,r; /* list manipulation registers */
6502   if ( type(p)!=mp_structured ) {
6503     mp_recycle_value(mp, p); /* this sets |type(p)=undefined| */
6504   } else { 
6505     q=subscr_head(p);
6506     while ( name_type(q)==mp_subscr ) { 
6507       mp_flush_below_variable(mp, q); r=q; q=link(q);
6508       mp_free_node(mp, r,subscr_node_size);
6509     }
6510     r=attr_head(p); q=link(r); mp_recycle_value(mp, r);
6511     if ( name_type(p)<=mp_saved_root ) mp_free_node(mp, r,value_node_size);
6512     else mp_free_node(mp, r,subscr_node_size);
6513     /* we assume that |subscr_node_size=attr_node_size| */
6514     do {  
6515       mp_flush_below_variable(mp, q); r=q; q=link(q); mp_free_node(mp, r,attr_node_size);
6516     } while (q!=end_attr);
6517     type(p)=undefined;
6518   }
6519 }
6520
6521 @ Just before assigning a new value to a variable, we will recycle the
6522 old value and make the old value undefined. The |und_type| routine
6523 determines what type of undefined value should be given, based on
6524 the current type before recycling.
6525
6526 @c 
6527 small_number mp_und_type (MP mp,pointer p) { 
6528   switch (type(p)) {
6529   case undefined: case mp_vacuous:
6530     return undefined;
6531   case mp_boolean_type: case mp_unknown_boolean:
6532     return mp_unknown_boolean;
6533   case mp_string_type: case mp_unknown_string:
6534     return mp_unknown_string;
6535   case mp_pen_type: case mp_unknown_pen:
6536     return mp_unknown_pen;
6537   case mp_path_type: case mp_unknown_path:
6538     return mp_unknown_path;
6539   case mp_picture_type: case mp_unknown_picture:
6540     return mp_unknown_picture;
6541   case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type:
6542   case mp_pair_type: case mp_numeric_type: 
6543     return type(p);
6544   case mp_known: case mp_dependent: case mp_proto_dependent: case mp_independent:
6545     return mp_numeric_type;
6546   } /* there are no other cases */
6547   return 0;
6548 }
6549
6550 @ The |clear_symbol| routine is used when we want to redefine the equivalent
6551 of a symbolic token. It must remove any variable structure or macro
6552 definition that is currently attached to that symbol. If the |saving|
6553 parameter is true, a subsidiary structure is saved instead of destroyed.
6554
6555 @c 
6556 void mp_clear_symbol (MP mp,pointer p, boolean saving) {
6557   pointer q; /* |equiv(p)| */
6558   q=equiv(p);
6559   switch (eq_type(p) % outer_tag)  {
6560   case defined_macro:
6561   case secondary_primary_macro:
6562   case tertiary_secondary_macro:
6563   case expression_tertiary_macro: 
6564     if ( ! saving ) mp_delete_mac_ref(mp, q);
6565     break;
6566   case tag_token:
6567     if ( q!=null ) {
6568       if ( saving ) {
6569         name_type(q)=mp_saved_root;
6570       } else { 
6571         mp_flush_below_variable(mp, q); mp_free_node(mp,q,value_node_size); 
6572       }
6573     }
6574     break;
6575   default:
6576     break;
6577   }
6578   mp->eqtb[p]=mp->eqtb[frozen_undefined];
6579 };
6580
6581 @* \[16] Saving and restoring equivalents.
6582 The nested structure given by \&{begingroup} and \&{endgroup}
6583 allows |eqtb| entries to be saved and restored, so that temporary changes
6584 can be made without difficulty.  When the user requests a current value to
6585 be saved, \MP\ puts that value into its ``save stack.'' An appearance of
6586 \&{endgroup} ultimately causes the old values to be removed from the save
6587 stack and put back in their former places.
6588
6589 The save stack is a linked list containing three kinds of entries,
6590 distinguished by their |info| fields. If |p| points to a saved item,
6591 then
6592
6593 \smallskip\hang
6594 |info(p)=0| stands for a group boundary; each \&{begingroup} contributes
6595 such an item to the save stack and each \&{endgroup} cuts back the stack
6596 until the most recent such entry has been removed.
6597
6598 \smallskip\hang
6599 |info(p)=q|, where |1<=q<=hash_end|, means that |mem[p+1]| holds the former
6600 contents of |eqtb[q]|. Such save stack entries are generated by \&{save}
6601 commands or suitable \&{interim} commands.
6602
6603 \smallskip\hang
6604 |info(p)=hash_end+q|, where |q>0|, means that |value(p)| is a |scaled|
6605 integer to be restored to internal parameter number~|q|. Such entries
6606 are generated by \&{interim} commands.
6607
6608 \smallskip\noindent
6609 The global variable |save_ptr| points to the top item on the save stack.
6610
6611 @d save_node_size 2 /* number of words per non-boundary save-stack node */
6612 @d saved_equiv(A) mp->mem[(A)+1].hh /* where an |eqtb| entry gets saved */
6613 @d save_boundary_item(A) { (A)=mp_get_avail(mp); info((A))=0;
6614   link((A))=mp->save_ptr; mp->save_ptr=(A);
6615   }
6616
6617 @<Glob...@>=
6618 pointer save_ptr; /* the most recently saved item */
6619
6620 @ @<Set init...@>=mp->save_ptr=null;
6621
6622 @ The |save_variable| routine is given a hash address |q|; it salts this
6623 address in the save stack, together with its current equivalent,
6624 then makes token~|q| behave as though it were brand new.
6625
6626 Nothing is stacked when |save_ptr=null|, however; there's no way to remove
6627 things from the stack when the program is not inside a group, so there's
6628 no point in wasting the space.
6629
6630 @c void mp_save_variable (MP mp,pointer q) {
6631   pointer p; /* temporary register */
6632   if ( mp->save_ptr!=null ){ 
6633     p=mp_get_node(mp, save_node_size); info(p)=q; link(p)=mp->save_ptr;
6634     saved_equiv(p)=mp->eqtb[q]; mp->save_ptr=p;
6635   }
6636   mp_clear_symbol(mp, q,(mp->save_ptr!=null));
6637 }
6638
6639 @ Similarly, |save_internal| is given the location |q| of an internal
6640 quantity like |tracing_pens|. It creates a save stack entry of the
6641 third kind.
6642
6643 @c void mp_save_internal (MP mp,halfword q) {
6644   pointer p; /* new item for the save stack */
6645   if ( mp->save_ptr!=null ){ 
6646      p=mp_get_node(mp, save_node_size); info(p)=hash_end+q;
6647     link(p)=mp->save_ptr; value(p)=mp->internal[q]; mp->save_ptr=p;
6648   }
6649 }
6650
6651 @ At the end of a group, the |unsave| routine restores all of the saved
6652 equivalents in reverse order. This routine will be called only when there
6653 is at least one boundary item on the save stack.
6654
6655 @c 
6656 void mp_unsave (MP mp) {
6657   pointer q; /* index to saved item */
6658   pointer p; /* temporary register */
6659   while ( info(mp->save_ptr)!=0 ) {
6660     q=info(mp->save_ptr);
6661     if ( q>hash_end ) {
6662       if ( mp->internal[tracing_restores]>0 ) {
6663         mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{restoring ");
6664         mp_print(mp, mp->int_name[q-(hash_end)]); mp_print_char(mp, '=');
6665         mp_print_scaled(mp, value(mp->save_ptr)); mp_print_char(mp, '}');
6666         mp_end_diagnostic(mp, false);
6667       }
6668       mp->internal[q-(hash_end)]=value(mp->save_ptr);
6669     } else { 
6670       if ( mp->internal[tracing_restores]>0 ) {
6671         mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{restoring ");
6672         mp_print_text(q); mp_print_char(mp, '}');
6673         mp_end_diagnostic(mp, false);
6674       }
6675       mp_clear_symbol(mp, q,false);
6676       mp->eqtb[q]=saved_equiv(mp->save_ptr);
6677       if ( eq_type(q) % outer_tag==tag_token ) {
6678         p=equiv(q);
6679         if ( p!=null ) name_type(p)=mp_root;
6680       }
6681     }
6682     p=link(mp->save_ptr); 
6683     mp_free_node(mp, mp->save_ptr,save_node_size); mp->save_ptr=p;
6684   }
6685   p=link(mp->save_ptr); free_avail(mp->save_ptr); mp->save_ptr=p;
6686 }
6687
6688 @* \[17] Data structures for paths.
6689 When a \MP\ user specifies a path, \MP\ will create a list of knots
6690 and control points for the associated cubic spline curves. If the
6691 knots are $z_0$, $z_1$, \dots, $z_n$, there are control points
6692 $z_k^+$ and $z_{k+1}^-$ such that the cubic splines between knots
6693 $z_k$ and $z_{k+1}$ are defined by B\'ezier's formula
6694 @:Bezier}{B\'ezier, Pierre Etienne@>
6695 $$\eqalign{z(t)&=B(z_k,z_k^+,z_{k+1}^-,z_{k+1};t)\cr
6696 &=(1-t)^3z_k+3(1-t)^2tz_k^++3(1-t)t^2z_{k+1}^-+t^3z_{k+1}\cr}$$
6697 for |0<=t<=1|.
6698
6699 There is a 8-word node for each knot $z_k$, containing one word of
6700 control information and six words for the |x| and |y| coordinates of
6701 $z_k^-$ and $z_k$ and~$z_k^+$. The control information appears in the
6702 |left_type| and |right_type| fields, which each occupy a quarter of
6703 the first word in the node; they specify properties of the curve as it
6704 enters and leaves the knot. There's also a halfword |link| field,
6705 which points to the following knot, and a final supplementary word (of
6706 which only a quarter is used).
6707
6708 If the path is a closed contour, knots 0 and |n| are identical;
6709 i.e., the |link| in knot |n-1| points to knot~0. But if the path
6710 is not closed, the |left_type| of knot~0 and the |right_type| of knot~|n|
6711 are equal to |endpoint|. In the latter case the |link| in knot~|n| points
6712 to knot~0, and the control points $z_0^-$ and $z_n^+$ are not used.
6713
6714 @d left_type(A)   mp->mem[(A)].hh.b0 /* characterizes the path entering this knot */
6715 @d right_type(A)   mp->mem[(A)].hh.b1 /* characterizes the path leaving this knot */
6716 @d endpoint 0 /* |left_type| at path beginning and |right_type| at path end */
6717 @d x_coord(A)   mp->mem[(A)+1].sc /* the |x| coordinate of this knot */
6718 @d y_coord(A)   mp->mem[(A)+2].sc /* the |y| coordinate of this knot */
6719 @d left_x(A)   mp->mem[(A)+3].sc /* the |x| coordinate of previous control point */
6720 @d left_y(A)   mp->mem[(A)+4].sc /* the |y| coordinate of previous control point */
6721 @d right_x(A)   mp->mem[(A)+5].sc /* the |x| coordinate of next control point */
6722 @d right_y(A)   mp->mem[(A)+6].sc /* the |y| coordinate of next control point */
6723 @d x_loc(A)   ((A)+1) /* where the |x| coordinate is stored in a knot */
6724 @d y_loc(A)   ((A)+2) /* where the |y| coordinate is stored in a knot */
6725 @d knot_coord(A)   mp->mem[(A)].sc /* |x| or |y| coordinate given |x_loc| or |y_loc| */
6726 @d left_coord(A)   mp->mem[(A)+2].sc
6727   /* coordinate of previous control point given |x_loc| or |y_loc| */
6728 @d right_coord(A)   mp->mem[(A)+4].sc
6729   /* coordinate of next control point given |x_loc| or |y_loc| */
6730 @d knot_node_size 8 /* number of words in a knot node */
6731
6732 @ Before the B\'ezier control points have been calculated, the memory
6733 space they will ultimately occupy is taken up by information that can be
6734 used to compute them. There are four cases:
6735
6736 \yskip
6737 \textindent{$\bullet$} If |right_type=open|, the curve should leave
6738 the knot in the same direction it entered; \MP\ will figure out a
6739 suitable direction.
6740
6741 \yskip
6742 \textindent{$\bullet$} If |right_type=curl|, the curve should leave the
6743 knot in a direction depending on the angle at which it enters the next
6744 knot and on the curl parameter stored in |right_curl|.
6745
6746 \yskip
6747 \textindent{$\bullet$} If |right_type=given|, the curve should leave the
6748 knot in a nonzero direction stored as an |angle| in |right_given|.
6749
6750 \yskip
6751 \textindent{$\bullet$} If |right_type=explicit|, the B\'ezier control
6752 point for leaving this knot has already been computed; it is in the
6753 |right_x| and |right_y| fields.
6754
6755 \yskip\noindent
6756 The rules for |left_type| are similar, but they refer to the curve entering
6757 the knot, and to \\{left} fields instead of \\{right} fields.
6758
6759 Non-|explicit| control points will be chosen based on ``tension'' parameters
6760 in the |left_tension| and |right_tension| fields. The
6761 `\&{atleast}' option is represented by negative tension values.
6762 @:at_least_}{\&{atleast} primitive@>
6763
6764 For example, the \MP\ path specification
6765 $$\.{z0..z1..tension atleast 1..\{curl 2\}z2..z3\{-1,-2\}..tension
6766   3 and 4..p},$$
6767 where \.p is the path `\.{z4..controls z45 and z54..z5}', will be represented
6768 by the six knots
6769 \def\lodash{\hbox to 1.1em{\thinspace\hrulefill\thinspace}}
6770 $$\vbox{\halign{#\hfil&&\qquad#\hfil\cr
6771 |left_type|&\\{left} info&|x_coord,y_coord|&|right_type|&\\{right} info\cr
6772 \noalign{\yskip}
6773 |endpoint|&\lodash$,\,$\lodash&$x_0,y_0$&|curl|&$1.0,1.0$\cr
6774 |open|&\lodash$,1.0$&$x_1,y_1$&|open|&\lodash$,-1.0$\cr
6775 |curl|&$2.0,-1.0$&$x_2,y_2$&|curl|&$2.0,1.0$\cr
6776 |given|&$d,1.0$&$x_3,y_3$&|given|&$d,3.0$\cr
6777 |open|&\lodash$,4.0$&$x_4,y_4$&|explicit|&$x_{45},y_{45}$\cr
6778 |explicit|&$x_{54},y_{54}$&$x_5,y_5$&|endpoint|&\lodash$,\,$\lodash\cr}}$$
6779 Here |d| is the |angle| obtained by calling |n_arg(-unity,-two)|.
6780 Of course, this example is more complicated than anything a normal user
6781 would ever write.
6782
6783 These types must satisfy certain restrictions because of the form of \MP's
6784 path syntax:
6785 (i)~|open| type never appears in the same node together with |endpoint|,
6786 |given|, or |curl|.
6787 (ii)~The |right_type| of a node is |explicit| if and only if the
6788 |left_type| of the following node is |explicit|.
6789 (iii)~|endpoint| types occur only at the ends, as mentioned above.
6790
6791 @d left_curl left_x /* curl information when entering this knot */
6792 @d left_given left_x /* given direction when entering this knot */
6793 @d left_tension left_y /* tension information when entering this knot */
6794 @d right_curl right_x /* curl information when leaving this knot */
6795 @d right_given right_x /* given direction when leaving this knot */
6796 @d right_tension right_y /* tension information when leaving this knot */
6797 @d explicit 1 /* |left_type| or |right_type| when control points are known */
6798 @d given 2 /* |left_type| or |right_type| when a direction is given */
6799 @d curl 3 /* |left_type| or |right_type| when a curl is desired */
6800 @d open 4 /* |left_type| or |right_type| when \MP\ should choose the direction */
6801
6802 @ Knots can be user-supplied, or they can be created by program code,
6803 like the |split_cubic| function, or |copy_path|. The distinction is
6804 needed for the cleanup routine that runs after |split_cubic|, because
6805 it should only delete knots it has previously inserted, and never
6806 anything that was user-supplied. In order to be able to differentiate
6807 one knot from another, we will set |originator(p):=metapost_user| when
6808 it appeared in the actual metapost program, and
6809 |originator(p):=program_code| in all other cases.
6810
6811 @d originator(A)   mp->mem[(A)+7].hh.b0 /* the creator of this knot */
6812 @d program_code 0 /* not created by a user */
6813 @d metapost_user 1 /* created by a user */
6814
6815 @ Here is a routine that prints a given knot list
6816 in symbolic form. It illustrates the conventions discussed above,
6817 and checks for anomalies that might arise while \MP\ is being debugged.
6818
6819 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
6820 void mp_pr_path (MP mp,pointer h);
6821
6822 @ @c
6823 void mp_pr_path (MP mp,pointer h) {
6824   pointer p,q; /* for list traversal */
6825   p=h;
6826   do {  
6827     q=link(p);
6828     if ( (p==null)||(q==null) ) { 
6829       mp_print_nl(mp, "???"); return; /* this won't happen */
6830 @.???@>
6831     }
6832     @<Print information for adjacent knots |p| and |q|@>;
6833   DONE1:
6834     p=q;
6835     if ( (p!=h)||(left_type(h)!=endpoint) ) {
6836       @<Print two dots, followed by |given| or |curl| if present@>;
6837     }
6838   } while (p!=h);
6839   if ( left_type(h)!=endpoint ) 
6840     mp_print(mp, "cycle");
6841 }
6842
6843 @ @<Print information for adjacent knots...@>=
6844 mp_print_two(mp, x_coord(p),y_coord(p));
6845 switch (right_type(p)) {
6846 case endpoint: 
6847   if ( left_type(p)==open ) mp_print(mp, "{open?}"); /* can't happen */
6848 @.open?@>
6849   if ( (left_type(q)!=endpoint)||(q!=h) ) q=null; /* force an error */
6850   goto DONE1;
6851   break;
6852 case explicit: 
6853   @<Print control points between |p| and |q|, then |goto done1|@>;
6854   break;
6855 case open: 
6856   @<Print information for a curve that begins |open|@>;
6857   break;
6858 case curl:
6859 case given: 
6860   @<Print information for a curve that begins |curl| or |given|@>;
6861   break;
6862 default:
6863   mp_print(mp, "???"); /* can't happen */
6864 @.???@>
6865   break;
6866 }
6867 if ( left_type(q)<=explicit ) {
6868   mp_print(mp, "..control?"); /* can't happen */
6869 @.control?@>
6870 } else if ( (right_tension(p)!=unity)||(left_tension(q)!=unity) ) {
6871   @<Print tension between |p| and |q|@>;
6872 }
6873
6874 @ Since |n_sin_cos| produces |fraction| results, which we will print as if they
6875 were |scaled|, the magnitude of a |given| direction vector will be~4096.
6876
6877 @<Print two dots...@>=
6878
6879   mp_print_nl(mp, " ..");
6880   if ( left_type(p)==given ) { 
6881     mp_n_sin_cos(mp, left_given(p)); mp_print_char(mp, '{');
6882     mp_print_scaled(mp, mp->n_cos); mp_print_char(mp, ',');
6883     mp_print_scaled(mp, mp->n_sin); mp_print_char(mp, '}');
6884   } else if ( left_type(p)==curl ){ 
6885     mp_print(mp, "{curl "); 
6886     mp_print_scaled(mp, left_curl(p)); mp_print_char(mp, '}');
6887   }
6888 }
6889
6890 @ @<Print tension between |p| and |q|@>=
6891
6892   mp_print(mp, "..tension ");
6893   if ( right_tension(p)<0 ) mp_print(mp, "atleast");
6894   mp_print_scaled(mp, abs(right_tension(p)));
6895   if ( right_tension(p)!=left_tension(q) ){ 
6896     mp_print(mp, " and ");
6897     if ( left_tension(q)<0 ) mp_print(mp, "atleast");
6898     mp_print_scaled(mp, abs(left_tension(q)));
6899   }
6900 }
6901
6902 @ @<Print control points between |p| and |q|, then |goto done1|@>=
6903
6904   mp_print(mp, "..controls "); 
6905   mp_print_two(mp, right_x(p),right_y(p)); 
6906   mp_print(mp, " and ");
6907   if ( left_type(q)!=explicit ) { 
6908     mp_print(mp, "??"); /* can't happen */
6909 @.??@>
6910   } else {
6911     mp_print_two(mp, left_x(q),left_y(q));
6912   }
6913   goto DONE1;
6914 }
6915
6916 @ @<Print information for a curve that begins |open|@>=
6917 if ( (left_type(p)!=explicit)&&(left_type(p)!=open) ) {
6918   mp_print(mp, "{open?}"); /* can't happen */
6919 @.open?@>
6920 }
6921
6922 @ A curl of 1 is shown explicitly, so that the user sees clearly that
6923 \MP's default curl is present.
6924
6925 The code here uses the fact that |left_curl==left_given| and
6926 |right_curl==right_given|.
6927
6928 @<Print information for a curve that begins |curl|...@>=
6929
6930   if ( left_type(p)==open )  
6931     mp_print(mp, "??"); /* can't happen */
6932 @.??@>
6933   if ( right_type(p)==curl ) { 
6934     mp_print(mp, "{curl "); mp_print_scaled(mp, right_curl(p));
6935   } else { 
6936     mp_n_sin_cos(mp, right_given(p)); mp_print_char(mp, '{');
6937     mp_print_scaled(mp, mp->n_cos); mp_print_char(mp, ','); 
6938     mp_print_scaled(mp, mp->n_sin);
6939   }
6940   mp_print_char(mp, '}');
6941 }
6942
6943 @ It is convenient to have another version of |pr_path| that prints the path
6944 as a diagnostic message.
6945
6946 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
6947 void mp_print_path (MP mp,pointer h, char *s, boolean nuline) { 
6948   mp_print_diagnostic(mp, "Path", s, nuline); mp_print_ln(mp);
6949 @.Path at line...@>
6950   mp_pr_path(mp, h);
6951   mp_end_diagnostic(mp, true);
6952 }
6953
6954 @ If we want to duplicate a knot node, we can say |copy_knot|:
6955
6956 @c 
6957 pointer mp_copy_knot (MP mp,pointer p) {
6958   pointer q; /* the copy */
6959   int k; /* runs through the words of a knot node */
6960   q=mp_get_node(mp, knot_node_size);
6961   for (k=0;k<=knot_node_size-1;k++) {
6962     mp->mem[q+k]=mp->mem[p+k];
6963   }
6964   originator(q)=originator(p);
6965   return q;
6966 }
6967
6968 @ The |copy_path| routine makes a clone of a given path.
6969
6970 @c 
6971 pointer mp_copy_path (MP mp, pointer p) {
6972   pointer q,pp,qq; /* for list manipulation */
6973   q=mp_copy_knot(mp, p);
6974   qq=q; pp=link(p);
6975   while ( pp!=p ) { 
6976     link(qq)=mp_copy_knot(mp, pp);
6977     qq=link(qq);
6978     pp=link(pp);
6979   }
6980   link(qq)=q;
6981   return q;
6982 }
6983
6984 @ Similarly, there's a way to copy the {\sl reverse\/} of a path. This procedure
6985 returns a pointer to the first node of the copy, if the path is a cycle,
6986 but to the final node of a non-cyclic copy. The global
6987 variable |path_tail| will point to the final node of the original path;
6988 this trick makes it easier to implement `\&{doublepath}'.
6989
6990 All node types are assumed to be |endpoint| or |explicit| only.
6991
6992 @c 
6993 pointer mp_htap_ypoc (MP mp,pointer p) {
6994   pointer q,pp,qq,rr; /* for list manipulation */
6995   q=mp_get_node(mp, knot_node_size); /* this will correspond to |p| */
6996   qq=q; pp=p;
6997   while (1) { 
6998     right_type(qq)=left_type(pp); left_type(qq)=right_type(pp);
6999     x_coord(qq)=x_coord(pp); y_coord(qq)=y_coord(pp);
7000     right_x(qq)=left_x(pp); right_y(qq)=left_y(pp);
7001     left_x(qq)=right_x(pp); left_y(qq)=right_y(pp);
7002     originator(qq)=originator(pp);
7003     if ( link(pp)==p ) { 
7004       link(q)=qq; mp->path_tail=pp; return q;
7005     }
7006     rr=mp_get_node(mp, knot_node_size); link(rr)=qq; qq=rr; pp=link(pp);
7007   }
7008 }
7009
7010 @ @<Glob...@>=
7011 pointer path_tail; /* the node that links to the beginning of a path */
7012
7013 @ When a cyclic list of knot nodes is no longer needed, it can be recycled by
7014 calling the following subroutine.
7015
7016 @<Declare the recycling subroutines@>=
7017 void mp_toss_knot_list (MP mp,pointer p) ;
7018
7019 @ @c
7020 void mp_toss_knot_list (MP mp,pointer p) {
7021   pointer q; /* the node being freed */
7022   pointer r; /* the next node */
7023   q=p;
7024   do {  
7025     r=link(q); 
7026     mp_free_node(mp, q,knot_node_size); q=r;
7027   } while (q!=p);
7028 }
7029
7030 @* \[18] Choosing control points.
7031 Now we must actually delve into one of \MP's more difficult routines,
7032 the |make_choices| procedure that chooses angles and control points for
7033 the splines of a curve when the user has not specified them explicitly.
7034 The parameter to |make_choices| points to a list of knots and
7035 path information, as described above.
7036
7037 A path decomposes into independent segments at ``breakpoint'' knots,
7038 which are knots whose left and right angles are both prespecified in
7039 some way (i.e., their |left_type| and |right_type| aren't both open).
7040
7041 @c 
7042 @<Declare the procedure called |solve_choices|@>;
7043 void mp_make_choices (MP mp,pointer knots) {
7044   pointer h; /* the first breakpoint */
7045   pointer p,q; /* consecutive breakpoints being processed */
7046   @<Other local variables for |make_choices|@>;
7047   check_arith; /* make sure that |arith_error=false| */
7048   if ( mp->internal[tracing_choices]>0 )
7049     mp_print_path(mp, knots,", before choices",true);
7050   @<If consecutive knots are equal, join them explicitly@>;
7051   @<Find the first breakpoint, |h|, on the path;
7052     insert an artificial breakpoint if the path is an unbroken cycle@>;
7053   p=h;
7054   do {  
7055     @<Fill in the control points between |p| and the next breakpoint,
7056       then advance |p| to that breakpoint@>;
7057   } while (p!=h);
7058   if ( mp->internal[tracing_choices]>0 )
7059     mp_print_path(mp, knots,", after choices",true);
7060   if ( mp->arith_error ) {
7061     @<Report an unexpected problem during the choice-making@>;
7062   }
7063 }
7064
7065 @ @<Report an unexpected problem during the choice...@>=
7066
7067   print_err("Some number got too big");
7068 @.Some number got too big@>
7069   help2("The path that I just computed is out of range.")
7070        ("So it will probably look funny. Proceed, for a laugh.");
7071   mp_put_get_error(mp); mp->arith_error=false;
7072 }
7073
7074 @ Two knots in a row with the same coordinates will always be joined
7075 by an explicit ``curve'' whose control points are identical with the
7076 knots.
7077
7078 @<If consecutive knots are equal, join them explicitly@>=
7079 p=knots;
7080 do {  
7081   q=link(p);
7082   if ( x_coord(p)==x_coord(q) && y_coord(p)==y_coord(q) && right_type(p)>explicit ) { 
7083     right_type(p)=explicit;
7084     if ( left_type(p)==open ) { 
7085       left_type(p)=curl; left_curl(p)=unity;
7086     }
7087     left_type(q)=explicit;
7088     if ( right_type(q)==open ) { 
7089       right_type(q)=curl; right_curl(q)=unity;
7090     }
7091     right_x(p)=x_coord(p); left_x(q)=x_coord(p);
7092     right_y(p)=y_coord(p); left_y(q)=y_coord(p);
7093   }
7094   p=q;
7095 } while (p!=knots)
7096
7097 @ If there are no breakpoints, it is necessary to compute the direction
7098 angles around an entire cycle. In this case the |left_type| of the first
7099 node is temporarily changed to |end_cycle|.
7100
7101 @d end_cycle (open+1)
7102
7103 @<Find the first breakpoint, |h|, on the path...@>=
7104 h=knots;
7105 while (1) { 
7106   if ( left_type(h)!=open ) break;
7107   if ( right_type(h)!=open ) break;
7108   h=link(h);
7109   if ( h==knots ) { 
7110     left_type(h)=end_cycle; break;
7111   }
7112 }
7113
7114 @ If |right_type(p)<given| and |q=link(p)|, we must have
7115 |right_type(p)=left_type(q)=explicit| or |endpoint|.
7116
7117 @<Fill in the control points between |p| and the next breakpoint...@>=
7118 q=link(p);
7119 if ( right_type(p)>=given ) { 
7120   while ( (left_type(q)==open)&&(right_type(q)==open) ) q=link(q);
7121   @<Fill in the control information between
7122     consecutive breakpoints |p| and |q|@>;
7123 } else if ( right_type(p)==endpoint ) {
7124   @<Give reasonable values for the unused control points between |p| and~|q|@>;
7125 }
7126 p=q
7127
7128 @ This step makes it possible to transform an explicitly computed path without
7129 checking the |left_type| and |right_type| fields.
7130
7131 @<Give reasonable values for the unused control points between |p| and~|q|@>=
7132
7133   right_x(p)=x_coord(p); right_y(p)=y_coord(p);
7134   left_x(q)=x_coord(q); left_y(q)=y_coord(q);
7135 }
7136
7137 @ Before we can go further into the way choices are made, we need to
7138 consider the underlying theory. The basic ideas implemented in |make_choices|
7139 are due to John Hobby, who introduced the notion of ``mock curvature''
7140 @^Hobby, John Douglas@>
7141 at a knot. Angles are chosen so that they preserve mock curvature when
7142 a knot is passed, and this has been found to produce excellent results.
7143
7144 It is convenient to introduce some notations that simplify the necessary
7145 formulas. Let $d_{k,k+1}=\vert z\k-z_k\vert$ be the (nonzero) distance
7146 between knots |k| and |k+1|; and let
7147 $${z\k-z_k\over z_k-z_{k-1}}={d_{k,k+1}\over d_{k-1,k}}e^{i\psi_k}$$
7148 so that a polygonal line from $z_{k-1}$ to $z_k$ to $z\k$ turns left
7149 through an angle of~$\psi_k$. We assume that $\vert\psi_k\vert\L180^\circ$.
7150 The control points for the spline from $z_k$ to $z\k$ will be denoted by
7151 $$\eqalign{z_k^+&=z_k+
7152   \textstyle{1\over3}\rho_k e^{i\theta_k}(z\k-z_k),\cr
7153  z\k^-&=z\k-
7154   \textstyle{1\over3}\sigma\k e^{-i\phi\k}(z\k-z_k),\cr}$$
7155 where $\rho_k$ and $\sigma\k$ are nonnegative ``velocity ratios'' at the
7156 beginning and end of the curve, while $\theta_k$ and $\phi\k$ are the
7157 corresponding ``offset angles.'' These angles satisfy the condition
7158 $$\theta_k+\phi_k+\psi_k=0,\eqno(*)$$
7159 whenever the curve leaves an intermediate knot~|k| in the direction that
7160 it enters.
7161
7162 @ Let $\alpha_k$ and $\beta\k$ be the reciprocals of the ``tension'' of
7163 the curve at its beginning and ending points. This means that
7164 $\rho_k=\alpha_k f(\theta_k,\phi\k)$ and $\sigma\k=\beta\k f(\phi\k,\theta_k)$,
7165 where $f(\theta,\phi)$ is \MP's standard velocity function defined in
7166 the |velocity| subroutine. The cubic spline $B(z_k^{\phantom+},z_k^+,
7167 z\k^-,z\k^{\phantom+};t)$
7168 has curvature
7169 @^curvature@>
7170 $${2\sigma\k\sin(\theta_k+\phi\k)-6\sin\theta_k\over\rho_k^2d_{k,k+1}}
7171 \qquad{\rm and}\qquad
7172 {2\rho_k\sin(\theta_k+\phi\k)-6\sin\phi\k\over\sigma\k^2d_{k,k+1}}$$
7173 at |t=0| and |t=1|, respectively. The mock curvature is the linear
7174 @^mock curvature@>
7175 approximation to this true curvature that arises in the limit for
7176 small $\theta_k$ and~$\phi\k$, if second-order terms are discarded.
7177 The standard velocity function satisfies
7178 $$f(\theta,\phi)=1+O(\theta^2+\theta\phi+\phi^2);$$
7179 hence the mock curvatures are respectively
7180 $${2\beta\k(\theta_k+\phi\k)-6\theta_k\over\alpha_k^2d_{k,k+1}}
7181 \qquad{\rm and}\qquad
7182 {2\alpha_k(\theta_k+\phi\k)-6\phi\k\over\beta\k^2d_{k,k+1}}.\eqno(**)$$
7183
7184 @ The turning angles $\psi_k$ are given, and equation $(*)$ above
7185 determines $\phi_k$ when $\theta_k$ is known, so the task of
7186 angle selection is essentially to choose appropriate values for each
7187 $\theta_k$. When equation~$(*)$ is used to eliminate $\phi$~variables
7188 from $(**)$, we obtain a system of linear equations of the form
7189 $$A_k\theta_{k-1}+(B_k+C_k)\theta_k+D_k\theta\k=-B_k\psi_k-D_k\psi\k,$$
7190 where
7191 $$A_k={\alpha_{k-1}\over\beta_k^2d_{k-1,k}},
7192 \qquad B_k={3-\alpha_{k-1}\over\beta_k^2d_{k-1,k}},
7193 \qquad C_k={3-\beta\k\over\alpha_k^2d_{k,k+1}},
7194 \qquad D_k={\beta\k\over\alpha_k^2d_{k,k+1}}.$$
7195 The tensions are always $3\over4$ or more, hence each $\alpha$ and~$\beta$
7196 will be at most $4\over3$. It follows that $B_k\G{5\over4}A_k$ and
7197 $C_k\G{5\over4}D_k$; hence the equations are diagonally dominant;
7198 hence they have a unique solution. Moreover, in most cases the tensions
7199 are equal to~1, so that $B_k=2A_k$ and $C_k=2D_k$. This makes the
7200 solution numerically stable, and there is an exponential damping
7201 effect: The data at knot $k\pm j$ affects the angle at knot~$k$ by
7202 a factor of~$O(2^{-j})$.
7203
7204 @ However, we still must consider the angles at the starting and ending
7205 knots of a non-cyclic path. These angles might be given explicitly, or
7206 they might be specified implicitly in terms of an amount of ``curl.''
7207
7208 Let's assume that angles need to be determined for a non-cyclic path
7209 starting at $z_0$ and ending at~$z_n$. Then equations of the form
7210 $$A_k\theta_{k-1}+(B_k+C_k)\theta_k+D_k\theta_{k+1}=R_k$$
7211 have been given for $0<k<n$, and it will be convenient to introduce
7212 equations of the same form for $k=0$ and $k=n$, where
7213 $$A_0=B_0=C_n=D_n=0.$$
7214 If $\theta_0$ is supposed to have a given value $E_0$, we simply
7215 define $C_0=0$, $D_0=0$, and $R_0=E_0$. Otherwise a curl
7216 parameter, $\gamma_0$, has been specified at~$z_0$; this means
7217 that the mock curvature at $z_0$ should be $\gamma_0$ times the
7218 mock curvature at $z_1$; i.e.,
7219 $${2\beta_1(\theta_0+\phi_1)-6\theta_0\over\alpha_0^2d_{01}}
7220 =\gamma_0{2\alpha_0(\theta_0+\phi_1)-6\phi_1\over\beta_1^2d_{01}}.$$
7221 This equation simplifies to
7222 $$(\alpha_0\chi_0+3-\beta_1)\theta_0+
7223  \bigl((3-\alpha_0)\chi_0+\beta_1\bigr)\theta_1=
7224  -\bigl((3-\alpha_0)\chi_0+\beta_1\bigr)\psi_1,$$
7225 where $\chi_0=\alpha_0^2\gamma_0/\beta_1^2$; so we can set $C_0=
7226 \chi_0\alpha_0+3-\beta_1$, $D_0=(3-\alpha_0)\chi_0+\beta_1$, $R_0=-D_0\psi_1$.
7227 It can be shown that $C_0>0$ and $C_0B_1-A_1D_0>0$ when $\gamma_0\G0$,
7228 hence the linear equations remain nonsingular.
7229
7230 Similar considerations apply at the right end, when the final angle $\phi_n$
7231 may or may not need to be determined. It is convenient to let $\psi_n=0$,
7232 hence $\theta_n=-\phi_n$. We either have an explicit equation $\theta_n=E_n$,
7233 or we have
7234 $$\bigl((3-\beta_n)\chi_n+\alpha_{n-1}\bigr)\theta_{n-1}+
7235 (\beta_n\chi_n+3-\alpha_{n-1})\theta_n=0,\qquad
7236   \chi_n={\beta_n^2\gamma_n\over\alpha_{n-1}^2}.$$
7237
7238 When |make_choices| chooses angles, it must compute the coefficients of
7239 these linear equations, then solve the equations. To compute the coefficients,
7240 it is necessary to compute arctangents of the given turning angles~$\psi_k$.
7241 When the equations are solved, the chosen directions $\theta_k$ are put
7242 back into the form of control points by essentially computing sines and
7243 cosines.
7244
7245 @ OK, we are ready to make the hard choices of |make_choices|.
7246 Most of the work is relegated to an auxiliary procedure
7247 called |solve_choices|, which has been introduced to keep
7248 |make_choices| from being extremely long.
7249
7250 @<Fill in the control information between...@>=
7251 @<Calculate the turning angles $\psi_k$ and the distances $d_{k,k+1}$;
7252   set $n$ to the length of the path@>;
7253 @<Remove |open| types at the breakpoints@>;
7254 mp_solve_choices(mp, p,q,n)
7255
7256 @ It's convenient to precompute quantities that will be needed several
7257 times later. The values of |delta_x[k]| and |delta_y[k]| will be the
7258 coordinates of $z\k-z_k$, and the magnitude of this vector will be
7259 |delta[k]=@t$d_{k,k+1}$@>|. The path angle $\psi_k$ between $z_k-z_{k-1}$
7260 and $z\k-z_k$ will be stored in |psi[k]|.
7261
7262 @<Glob...@>=
7263 int path_size; /* maximum number of knots between breakpoints of a path */
7264 scaled *delta_x;
7265 scaled *delta_y;
7266 scaled *delta; /* knot differences */
7267 angle  *psi; /* turning angles */
7268
7269 @ @<Allocate or initialize ...@>=
7270 mp->delta_x = NULL;
7271 mp->delta_y = NULL;
7272 mp->delta = NULL;
7273 mp->psi = NULL;
7274
7275 @ @<Dealloc variables@>=
7276 xfree(mp->delta_x);
7277 xfree(mp->delta_y);
7278 xfree(mp->delta);
7279 xfree(mp->psi);
7280
7281 @ @<Other local variables for |make_choices|@>=
7282   int k,n; /* current and final knot numbers */
7283   pointer s,t; /* registers for list traversal */
7284   scaled delx,dely; /* directions where |open| meets |explicit| */
7285   fraction sine,cosine; /* trig functions of various angles */
7286
7287 @ @<Calculate the turning angles...@>=
7288 {
7289 RESTART:
7290   k=0; s=p; n=mp->path_size;
7291   do {  
7292     t=link(s);
7293     mp->delta_x[k]=x_coord(t)-x_coord(s);
7294     mp->delta_y[k]=y_coord(t)-y_coord(s);
7295     mp->delta[k]=mp_pyth_add(mp, mp->delta_x[k],mp->delta_y[k]);
7296     if ( k>0 ) { 
7297       sine=mp_make_fraction(mp, mp->delta_y[k-1],mp->delta[k-1]);
7298       cosine=mp_make_fraction(mp, mp->delta_x[k-1],mp->delta[k-1]);
7299       mp->psi[k]=mp_n_arg(mp, mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],cosine)+
7300         mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],sine),
7301         mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],cosine)-
7302           mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],sine));
7303     }
7304     incr(k); s=t;
7305     if ( k==mp->path_size ) {
7306       mp_reallocate_paths(mp, mp->path_size+(mp->path_size>>2));
7307       goto RESTART; /* retry, loop size has changed */
7308     }
7309     if ( s==q ) n=k;
7310   } while (! (k>=n)&&(left_type(s)!=end_cycle));
7311   if ( k==n ) mp->psi[n]=0; else mp->psi[k]=mp->psi[1];
7312 }
7313
7314 @ When we get to this point of the code, |right_type(p)| is either
7315 |given| or |curl| or |open|. If it is |open|, we must have
7316 |left_type(p)=end_cycle| or |left_type(p)=explicit|. In the latter
7317 case, the |open| type is converted to |given|; however, if the
7318 velocity coming into this knot is zero, the |open| type is
7319 converted to a |curl|, since we don't know the incoming direction.
7320
7321 Similarly, |left_type(q)| is either |given| or |curl| or |open| or
7322 |end_cycle|. The |open| possibility is reduced either to |given| or to |curl|.
7323
7324 @<Remove |open| types at the breakpoints@>=
7325 if ( left_type(q)==open ) { 
7326   delx=right_x(q)-x_coord(q); dely=right_y(q)-y_coord(q);
7327   if ( (delx==0)&&(dely==0) ) { 
7328     left_type(q)=curl; left_curl(q)=unity;
7329   } else { 
7330     left_type(q)=given; left_given(q)=mp_n_arg(mp, delx,dely);
7331   }
7332 }
7333 if ( (right_type(p)==open)&&(left_type(p)==explicit) ) { 
7334   delx=x_coord(p)-left_x(p); dely=y_coord(p)-left_y(p);
7335   if ( (delx==0)&&(dely==0) ) { 
7336     right_type(p)=curl; right_curl(p)=unity;
7337   } else { 
7338     right_type(p)=given; right_given(p)=mp_n_arg(mp, delx,dely);
7339   }
7340 }
7341
7342 @ Linear equations need to be solved whenever |n>1|; and also when |n=1|
7343 and exactly one of the breakpoints involves a curl. The simplest case occurs
7344 when |n=1| and there is a curl at both breakpoints; then we simply draw
7345 a straight line.
7346
7347 But before coding up the simple cases, we might as well face the general case,
7348 since we must deal with it sooner or later, and since the general case
7349 is likely to give some insight into the way simple cases can be handled best.
7350
7351 When there is no cycle, the linear equations to be solved form a tridiagonal
7352 system, and we can apply the standard technique of Gaussian elimination
7353 to convert that system to a sequence of equations of the form
7354 $$\theta_0+u_0\theta_1=v_0,\quad
7355 \theta_1+u_1\theta_2=v_1,\quad\ldots,\quad
7356 \theta_{n-1}+u_{n-1}\theta_n=v_{n-1},\quad
7357 \theta_n=v_n.$$
7358 It is possible to do this diagonalization while generating the equations.
7359 Once $\theta_n$ is known, it is easy to determine $\theta_{n-1}$, \dots,
7360 $\theta_1$, $\theta_0$; thus, the equations will be solved.
7361
7362 The procedure is slightly more complex when there is a cycle, but the
7363 basic idea will be nearly the same. In the cyclic case the right-hand
7364 sides will be $v_k+w_k\theta_0$ instead of simply $v_k$, and we will start
7365 the process off with $u_0=v_0=0$, $w_0=1$. The final equation will be not
7366 $\theta_n=v_n$ but $\theta_n+u_n\theta_1=v_n+w_n\theta_0$; an appropriate
7367 ending routine will take account of the fact that $\theta_n=\theta_0$ and
7368 eliminate the $w$'s from the system, after which the solution can be
7369 obtained as before.
7370
7371 When $u_k$, $v_k$, and $w_k$ are being computed, the three pointer
7372 variables |r|, |s|,~|t| will point respectively to knots |k-1|, |k|,
7373 and~|k+1|. The $u$'s and $w$'s are scaled by $2^{28}$, i.e., they are
7374 of type |fraction|; the $\theta$'s and $v$'s are of type |angle|.
7375
7376 @<Glob...@>=
7377 angle *theta; /* values of $\theta_k$ */
7378 fraction *uu; /* values of $u_k$ */
7379 angle *vv; /* values of $v_k$ */
7380 fraction *ww; /* values of $w_k$ */
7381
7382 @ @<Allocate or initialize ...@>=
7383 mp->theta = NULL;
7384 mp->uu = NULL;
7385 mp->vv = NULL;
7386 mp->ww = NULL;
7387
7388 @ @<Dealloc variables@>=
7389 xfree(mp->theta);
7390 xfree(mp->uu);
7391 xfree(mp->vv);
7392 xfree(mp->ww);
7393
7394 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
7395 void mp_reallocate_paths (MP mp, int l);
7396
7397 @ @c
7398 void mp_reallocate_paths (MP mp, int l) {
7399   XREALLOC (mp->delta_x, (l+1), scaled);
7400   XREALLOC (mp->delta_y, (l+1), scaled);
7401   XREALLOC (mp->delta,   (l+1), scaled);
7402   XREALLOC (mp->psi,     (l+1), angle);
7403   XREALLOC (mp->theta,   (l+1), angle);
7404   XREALLOC (mp->uu,      (l+1), fraction);
7405   XREALLOC (mp->vv,      (l+1), angle);
7406   XREALLOC (mp->ww,      (l+1), fraction);
7407   mp->path_size = l;
7408 }
7409
7410 @ Our immediate problem is to get the ball rolling by setting up the
7411 first equation or by realizing that no equations are needed, and to fit
7412 this initialization into a framework suitable for the overall computation.
7413
7414 @<Declare the procedure called |solve_choices|@>=
7415 @<Declare subroutines needed by |solve_choices|@>;
7416 void mp_solve_choices (MP mp,pointer p, pointer q, halfword n) {
7417   int k; /* current knot number */
7418   pointer r,s,t; /* registers for list traversal */
7419   @<Other local variables for |solve_choices|@>;
7420   k=0; s=p; r=0;
7421   while (1) { 
7422     t=link(s);
7423     if ( k==0 ) {
7424       @<Get the linear equations started; or |return|
7425         with the control points in place, if linear equations
7426         needn't be solved@>
7427     } else  { 
7428       switch (left_type(s)) {
7429       case end_cycle: case open:
7430         @<Set up equation to match mock curvatures
7431           at $z_k$; then |goto found| with $\theta_n$
7432           adjusted to equal $\theta_0$, if a cycle has ended@>;
7433         break;
7434       case curl:
7435         @<Set up equation for a curl at $\theta_n$
7436           and |goto found|@>;
7437         break;
7438       case given:
7439         @<Calculate the given value of $\theta_n$
7440           and |goto found|@>;
7441         break;
7442       } /* there are no other cases */
7443     }
7444     r=s; s=t; incr(k);
7445   }
7446 FOUND:
7447   @<Finish choosing angles and assigning control points@>;
7448 }
7449
7450 @ On the first time through the loop, we have |k=0| and |r| is not yet
7451 defined. The first linear equation, if any, will have $A_0=B_0=0$.
7452
7453 @<Get the linear equations started...@>=
7454 switch (right_type(s)) {
7455 case given: 
7456   if ( left_type(t)==given ) {
7457     @<Reduce to simple case of two givens  and |return|@>
7458   } else {
7459     @<Set up the equation for a given value of $\theta_0$@>;
7460   }
7461   break;
7462 case curl: 
7463   if ( left_type(t)==curl ) {
7464     @<Reduce to simple case of straight line and |return|@>
7465   } else {
7466     @<Set up the equation for a curl at $\theta_0$@>;
7467   }
7468   break;
7469 case open: 
7470   mp->uu[0]=0; mp->vv[0]=0; mp->ww[0]=fraction_one;
7471   /* this begins a cycle */
7472   break;
7473 } /* there are no other cases */
7474
7475 @ The general equation that specifies equality of mock curvature at $z_k$ is
7476 $$A_k\theta_{k-1}+(B_k+C_k)\theta_k+D_k\theta\k=-B_k\psi_k-D_k\psi\k,$$
7477 as derived above. We want to combine this with the already-derived equation
7478 $\theta_{k-1}+u_{k-1}\theta_k=v_{k-1}+w_{k-1}\theta_0$ in order to obtain
7479 a new equation
7480 $\theta_k+u_k\theta\k=v_k+w_k\theta_0$. This can be done by dividing the
7481 equation
7482 $$(B_k-u_{k-1}A_k+C_k)\theta_k+D_k\theta\k=-B_k\psi_k-D_k\psi\k-A_kv_{k-1}
7483     -A_kw_{k-1}\theta_0$$
7484 by $B_k-u_{k-1}A_k+C_k$. The trick is to do this carefully with
7485 fixed-point arithmetic, avoiding the chance of overflow while retaining
7486 suitable precision.
7487
7488 The calculations will be performed in several registers that
7489 provide temporary storage for intermediate quantities.
7490
7491 @<Other local variables for |solve_choices|@>=
7492 fraction aa,bb,cc,ff,acc; /* temporary registers */
7493 scaled dd,ee; /* likewise, but |scaled| */
7494 scaled lt,rt; /* tension values */
7495
7496 @ @<Set up equation to match mock curvatures...@>=
7497 { @<Calculate the values $\\{aa}=A_k/B_k$, $\\{bb}=D_k/C_k$,
7498     $\\{dd}=(3-\alpha_{k-1})d_{k,k+1}$, $\\{ee}=(3-\beta\k)d_{k-1,k}$,
7499     and $\\{cc}=(B_k-u_{k-1}A_k)/B_k$@>;
7500   @<Calculate the ratio $\\{ff}=C_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)$@>;
7501   mp->uu[k]=mp_take_fraction(mp, ff,bb);
7502   @<Calculate the values of $v_k$ and $w_k$@>;
7503   if ( left_type(s)==end_cycle ) {
7504     @<Adjust $\theta_n$ to equal $\theta_0$ and |goto found|@>;
7505   }
7506 }
7507
7508 @ Since tension values are never less than 3/4, the values |aa| and
7509 |bb| computed here are never more than 4/5.
7510
7511 @<Calculate the values $\\{aa}=...@>=
7512 if ( abs(right_tension(r))==unity) { 
7513   aa=fraction_half; dd=2*mp->delta[k];
7514 } else { 
7515   aa=mp_make_fraction(mp, unity,3*abs(right_tension(r))-unity);
7516   dd=mp_take_fraction(mp, mp->delta[k],
7517     fraction_three-mp_make_fraction(mp, unity,abs(right_tension(r))));
7518 }
7519 if ( abs(left_tension(t))==unity ){ 
7520   bb=fraction_half; ee=2*mp->delta[k-1];
7521 } else { 
7522   bb=mp_make_fraction(mp, unity,3*abs(left_tension(t))-unity);
7523   ee=mp_take_fraction(mp, mp->delta[k-1],
7524     fraction_three-mp_make_fraction(mp, unity,abs(left_tension(t))));
7525 }
7526 cc=fraction_one-mp_take_fraction(mp, mp->uu[k-1],aa)
7527
7528 @ The ratio to be calculated in this step can be written in the form
7529 $$\beta_k^2\cdot\\{ee}\over\beta_k^2\cdot\\{ee}+\alpha_k^2\cdot
7530   \\{cc}\cdot\\{dd},$$
7531 because of the quantities just calculated. The values of |dd| and |ee|
7532 will not be needed after this step has been performed.
7533
7534 @<Calculate the ratio $\\{ff}=C_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)$@>=
7535 dd=mp_take_fraction(mp, dd,cc); lt=abs(left_tension(s)); rt=abs(right_tension(s));
7536 if ( lt!=rt ) { /* $\beta_k^{-1}\ne\alpha_k^{-1}$ */
7537   if ( lt<rt ) { 
7538     ff=mp_make_fraction(mp, lt,rt);
7539     ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff); /* $\alpha_k^2/\beta_k^2$ */
7540     dd=mp_take_fraction(mp, dd,ff);
7541   } else { 
7542     ff=mp_make_fraction(mp, rt,lt);
7543     ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff); /* $\beta_k^2/\alpha_k^2$ */
7544     ee=mp_take_fraction(mp, ee,ff);
7545   }
7546 }
7547 ff=mp_make_fraction(mp, ee,ee+dd)
7548
7549 @ The value of $u_{k-1}$ will be |<=1| except when $k=1$ and the previous
7550 equation was specified by a curl. In that case we must use a special
7551 method of computation to prevent overflow.
7552
7553 Fortunately, the calculations turn out to be even simpler in this ``hard''
7554 case. The curl equation makes $w_0=0$ and $v_0=-u_0\psi_1$, hence
7555 $-B_1\psi_1-A_1v_0=-(B_1-u_0A_1)\psi_1=-\\{cc}\cdot B_1\psi_1$.
7556
7557 @<Calculate the values of $v_k$ and $w_k$@>=
7558 acc=-mp_take_fraction(mp, mp->psi[k+1],mp->uu[k]);
7559 if ( right_type(r)==curl ) { 
7560   mp->ww[k]=0;
7561   mp->vv[k]=acc-mp_take_fraction(mp, mp->psi[1],fraction_one-ff);
7562 } else { 
7563   ff=mp_make_fraction(mp, fraction_one-ff,cc); /* this is
7564     $B_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)<5$ */
7565   acc=acc-mp_take_fraction(mp, mp->psi[k],ff);
7566   ff=mp_take_fraction(mp, ff,aa); /* this is $A_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)$ */
7567   mp->vv[k]=acc-mp_take_fraction(mp, mp->vv[k-1],ff);
7568   if ( mp->ww[k-1]==0 ) mp->ww[k]=0;
7569   else mp->ww[k]=-mp_take_fraction(mp, mp->ww[k-1],ff);
7570 }
7571
7572 @ When a complete cycle has been traversed, we have $\theta_k+u_k\theta\k=
7573 v_k+w_k\theta_0$, for |1<=k<=n|. We would like to determine the value of
7574 $\theta_n$ and reduce the system to the form $\theta_k+u_k\theta\k=v_k$
7575 for |0<=k<n|, so that the cyclic case can be finished up just as if there
7576 were no cycle.
7577
7578 The idea in the following code is to observe that
7579 $$\eqalign{\theta_n&=v_n+w_n\theta_0-u_n\theta_1=\cdots\cr
7580 &=v_n+w_n\theta_0-u_n\bigl(v_1+w_1\theta_0-u_1(v_2+\cdots
7581   -u_{n-2}(v_{n-1}+w_{n-1}\theta_0-u_{n-1}\theta_0))\bigr),\cr}$$
7582 so we can solve for $\theta_n=\theta_0$.
7583
7584 @<Adjust $\theta_n$ to equal $\theta_0$ and |goto found|@>=
7585
7586 aa=0; bb=fraction_one; /* we have |k=n| */
7587 do {  decr(k);
7588 if ( k==0 ) k=n;
7589   aa=mp->vv[k]-mp_take_fraction(mp, aa,mp->uu[k]);
7590   bb=mp->ww[k]-mp_take_fraction(mp, bb,mp->uu[k]);
7591 } while (k!=n); /* now $\theta_n=\\{aa}+\\{bb}\cdot\theta_n$ */
7592 aa=mp_make_fraction(mp, aa,fraction_one-bb);
7593 mp->theta[n]=aa; mp->vv[0]=aa;
7594 for (k=1;k<=n-1;k++) {
7595   mp->vv[k]=mp->vv[k]+mp_take_fraction(mp, aa,mp->ww[k]);
7596 }
7597 goto FOUND;
7598 }
7599
7600 @ @d reduce_angle(A) if ( abs((A))>one_eighty_deg ) {
7601   if ( (A)>0 ) (A)=(A)-three_sixty_deg; else (A)=(A)+three_sixty_deg; }
7602
7603 @<Calculate the given value of $\theta_n$...@>=
7604
7605   mp->theta[n]=left_given(s)-mp_n_arg(mp, mp->delta_x[n-1],mp->delta_y[n-1]);
7606   reduce_angle(mp->theta[n]);
7607   goto FOUND;
7608 }
7609
7610 @ @<Set up the equation for a given value of $\theta_0$@>=
7611
7612   mp->vv[0]=right_given(s)-mp_n_arg(mp, mp->delta_x[0],mp->delta_y[0]);
7613   reduce_angle(mp->vv[0]);
7614   mp->uu[0]=0; mp->ww[0]=0;
7615 }
7616
7617 @ @<Set up the equation for a curl at $\theta_0$@>=
7618 { cc=right_curl(s); lt=abs(left_tension(t)); rt=abs(right_tension(s));
7619   if ( (rt==unity)&&(lt==unity) )
7620     mp->uu[0]=mp_make_fraction(mp, cc+cc+unity,cc+two);
7621   else 
7622     mp->uu[0]=mp_curl_ratio(mp, cc,rt,lt);
7623   mp->vv[0]=-mp_take_fraction(mp, mp->psi[1],mp->uu[0]); mp->ww[0]=0;
7624 }
7625
7626 @ @<Set up equation for a curl at $\theta_n$...@>=
7627 { cc=left_curl(s); lt=abs(left_tension(s)); rt=abs(right_tension(r));
7628   if ( (rt==unity)&&(lt==unity) )
7629     ff=mp_make_fraction(mp, cc+cc+unity,cc+two);
7630   else 
7631     ff=mp_curl_ratio(mp, cc,lt,rt);
7632   mp->theta[n]=-mp_make_fraction(mp, mp_take_fraction(mp, mp->vv[n-1],ff),
7633     fraction_one-mp_take_fraction(mp, ff,mp->uu[n-1]));
7634   goto FOUND;
7635 }
7636
7637 @ The |curl_ratio| subroutine has three arguments, which our previous notation
7638 encourages us to call $\gamma$, $\alpha^{-1}$, and $\beta^{-1}$. It is
7639 a somewhat tedious program to calculate
7640 $${(3-\alpha)\alpha^2\gamma+\beta^3\over
7641   \alpha^3\gamma+(3-\beta)\beta^2},$$
7642 with the result reduced to 4 if it exceeds 4. (This reduction of curl
7643 is necessary only if the curl and tension are both large.)
7644 The values of $\alpha$ and $\beta$ will be at most~4/3.
7645
7646 @<Declare subroutines needed by |solve_choices|@>=
7647 fraction mp_curl_ratio (MP mp,scaled gamma, scaled a_tension, 
7648                         scaled b_tension) {
7649   fraction alpha,beta,num,denom,ff; /* registers */
7650   alpha=mp_make_fraction(mp, unity,a_tension);
7651   beta=mp_make_fraction(mp, unity,b_tension);
7652   if ( alpha<=beta ) {
7653     ff=mp_make_fraction(mp, alpha,beta); ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff);
7654     gamma=mp_take_fraction(mp, gamma,ff);
7655     beta=beta / 010000; /* convert |fraction| to |scaled| */
7656     denom=mp_take_fraction(mp, gamma,alpha)+three-beta;
7657     num=mp_take_fraction(mp, gamma,fraction_three-alpha)+beta;
7658   } else { 
7659     ff=mp_make_fraction(mp, beta,alpha); ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff);
7660     beta=mp_take_fraction(mp, beta,ff) / 010000; /* convert |fraction| to |scaled| */
7661     denom=mp_take_fraction(mp, gamma,alpha)+(ff / 1365)-beta;
7662       /* $1365\approx 2^{12}/3$ */
7663     num=mp_take_fraction(mp, gamma,fraction_three-alpha)+beta;
7664   }
7665   if ( num>=denom+denom+denom+denom ) return fraction_four;
7666   else return mp_make_fraction(mp, num,denom);
7667 }
7668
7669 @ We're in the home stretch now.
7670
7671 @<Finish choosing angles and assigning control points@>=
7672 for (k=n-1;k>=0;k--) {
7673   mp->theta[k]=mp->vv[k]-mp_take_fraction(mp,mp->theta[k+1],mp->uu[k]);
7674 }
7675 s=p; k=0;
7676 do {  
7677   t=link(s);
7678   mp_n_sin_cos(mp, mp->theta[k]); mp->st=mp->n_sin; mp->ct=mp->n_cos;
7679   mp_n_sin_cos(mp, -mp->psi[k+1]-mp->theta[k+1]); mp->sf=mp->n_sin; mp->cf=mp->n_cos;
7680   mp_set_controls(mp, s,t,k);
7681   incr(k); s=t;
7682 } while (k!=n)
7683
7684 @ The |set_controls| routine actually puts the control points into
7685 a pair of consecutive nodes |p| and~|q|. Global variables are used to
7686 record the values of $\sin\theta$, $\cos\theta$, $\sin\phi$, and
7687 $\cos\phi$ needed in this calculation.
7688
7689 @<Glob...@>=
7690 fraction st;
7691 fraction ct;
7692 fraction sf;
7693 fraction cf; /* sines and cosines */
7694
7695 @ @<Declare subroutines needed by |solve_choices|@>=
7696 void mp_set_controls (MP mp,pointer p, pointer q, integer k) {
7697   fraction rr,ss; /* velocities, divided by thrice the tension */
7698   scaled lt,rt; /* tensions */
7699   fraction sine; /* $\sin(\theta+\phi)$ */
7700   lt=abs(left_tension(q)); rt=abs(right_tension(p));
7701   rr=mp_velocity(mp, mp->st,mp->ct,mp->sf,mp->cf,rt);
7702   ss=mp_velocity(mp, mp->sf,mp->cf,mp->st,mp->ct,lt);
7703   if ( (right_tension(p)<0)||(left_tension(q)<0) ) {
7704     @<Decrease the velocities,
7705       if necessary, to stay inside the bounding triangle@>;
7706   }
7707   right_x(p)=x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, 
7708                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->ct)-
7709                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->st),rr);
7710   right_y(p)=y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, 
7711                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->ct)+
7712                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->st),rr);
7713   left_x(q)=x_coord(q)-mp_take_fraction(mp, 
7714                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->cf)+
7715                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->sf),ss);
7716   left_y(q)=y_coord(q)-mp_take_fraction(mp, 
7717                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->cf)-
7718                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->sf),ss);
7719   right_type(p)=explicit; left_type(q)=explicit;
7720 }
7721
7722 @ The boundedness conditions $\\{rr}\L\sin\phi\,/\sin(\theta+\phi)$ and
7723 $\\{ss}\L\sin\theta\,/\sin(\theta+\phi)$ are to be enforced if $\sin\theta$,
7724 $\sin\phi$, and $\sin(\theta+\phi)$ all have the same sign. Otherwise
7725 there is no ``bounding triangle.''
7726 @:at_least_}{\&{atleast} primitive@>
7727
7728 @<Decrease the velocities, if necessary...@>=
7729 if (((mp->st>=0)&&(mp->sf>=0))||((mp->st<=0)&&(mp->sf<=0)) ) {
7730   sine=mp_take_fraction(mp, abs(mp->st),mp->cf)+
7731                             mp_take_fraction(mp, abs(mp->sf),mp->ct);
7732   if ( sine>0 ) {
7733     sine=mp_take_fraction(mp, sine,fraction_one+unity); /* safety factor */
7734     if ( right_tension(p)<0 )
7735      if ( mp_ab_vs_cd(mp, abs(mp->sf),fraction_one,rr,sine)<0 )
7736       rr=mp_make_fraction(mp, abs(mp->sf),sine);
7737     if ( left_tension(q)<0 )
7738      if ( mp_ab_vs_cd(mp, abs(mp->st),fraction_one,ss,sine)<0 )
7739       ss=mp_make_fraction(mp, abs(mp->st),sine);
7740   }
7741 }
7742
7743 @ Only the simple cases remain to be handled.
7744
7745 @<Reduce to simple case of two givens and |return|@>=
7746
7747   aa=mp_n_arg(mp, mp->delta_x[0],mp->delta_y[0]);
7748   mp_n_sin_cos(mp, right_given(p)-aa); mp->ct=mp->n_cos; mp->st=mp->n_sin;
7749   mp_n_sin_cos(mp, left_given(q)-aa); mp->cf=mp->n_cos; mp->sf=-mp->n_sin;
7750   mp_set_controls(mp, p,q,0); return;
7751 }
7752
7753 @ @<Reduce to simple case of straight line and |return|@>=
7754
7755   right_type(p)=explicit; left_type(q)=explicit;
7756   lt=abs(left_tension(q)); rt=abs(right_tension(p));
7757   if ( rt==unity ) {
7758     if ( mp->delta_x[0]>=0 ) right_x(p)=x_coord(p)+((mp->delta_x[0]+1) / 3);
7759     else right_x(p)=x_coord(p)+((mp->delta_x[0]-1) / 3);
7760     if ( mp->delta_y[0]>=0 ) right_y(p)=y_coord(p)+((mp->delta_y[0]+1) / 3);
7761     else right_y(p)=y_coord(p)+((mp->delta_y[0]-1) / 3);
7762   } else { 
7763     ff=mp_make_fraction(mp, unity,3*rt); /* $\alpha/3$ */
7764     right_x(p)=x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[0],ff);
7765     right_y(p)=y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[0],ff);
7766   }
7767   if ( lt==unity ) {
7768     if ( mp->delta_x[0]>=0 ) left_x(q)=x_coord(q)-((mp->delta_x[0]+1) / 3);
7769     else left_x(q)=x_coord(q)-((mp->delta_x[0]-1) / 3);
7770     if ( mp->delta_y[0]>=0 ) left_y(q)=y_coord(q)-((mp->delta_y[0]+1) / 3);
7771     else left_y(q)=y_coord(q)-((mp->delta_y[0]-1) / 3);
7772   } else  { 
7773     ff=mp_make_fraction(mp, unity,3*lt); /* $\beta/3$ */
7774     left_x(q)=x_coord(q)-mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[0],ff);
7775     left_y(q)=y_coord(q)-mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[0],ff);
7776   }
7777   return;
7778 }
7779
7780 @* \[19] Measuring paths.
7781 \MP's \&{llcorner}, \&{lrcorner}, \&{ulcorner}, and \&{urcorner} operators
7782 allow the user to measure the bounding box of anything that can go into a
7783 picture.  It's easy to get rough bounds on the $x$ and $y$ extent of a path
7784 by just finding the bounding box of the knots and the control points. We
7785 need a more accurate version of the bounding box, but we can still use the
7786 easy estimate to save time by focusing on the interesting parts of the path.
7787
7788 @ Computing an accurate bounding box involves a theme that will come up again
7789 and again. Given a Bernshte{\u\i}n polynomial
7790 @^Bernshte{\u\i}n, Serge{\u\i} Natanovich@>
7791 $$B(z_0,z_1,\ldots,z_n;t)=\sum_k{n\choose k}t^k(1-t)^{n-k}z_k,$$
7792 we can conveniently bisect its range as follows:
7793
7794 \smallskip
7795 \textindent{1)} Let $z_k^{(0)}=z_k$, for |0<=k<=n|.
7796
7797 \smallskip
7798 \textindent{2)} Let $z_k^{(j+1)}={1\over2}(z_k^{(j)}+z\k^{(j)})$, for
7799 |0<=k<n-j|, for |0<=j<n|.
7800
7801 \smallskip\noindent
7802 Then
7803 $$B(z_0,z_1,\ldots,z_n;t)=B(z_0^{(0)},z_0^{(1)},\ldots,z_0^{(n)};2t)
7804  =B(z_0^{(n)},z_1^{(n-1)},\ldots,z_n^{(0)};2t-1).$$
7805 This formula gives us the coefficients of polynomials to use over the ranges
7806 $0\L t\L{1\over2}$ and ${1\over2}\L t\L1$.
7807
7808 @ Now here's a subroutine that's handy for all sorts of path computations:
7809 Given a quadratic polynomial $B(a,b,c;t)$, the |crossing_point| function
7810 returns the unique |fraction| value |t| between 0 and~1 at which
7811 $B(a,b,c;t)$ changes from positive to negative, or returns
7812 |t=fraction_one+1| if no such value exists. If |a<0| (so that $B(a,b,c;t)$
7813 is already negative at |t=0|), |crossing_point| returns the value zero.
7814
7815 @d no_crossing {  return (fraction_one+1); }
7816 @d one_crossing { return fraction_one; }
7817 @d zero_crossing { return 0; }
7818 @d mp_crossing_point(M,A,B,C) mp_do_crossing_point(A,B,C)
7819
7820 @c fraction mp_do_crossing_point (integer a, integer b, integer c) {
7821   integer d; /* recursive counter */
7822   integer x,xx,x0,x1,x2; /* temporary registers for bisection */
7823   if ( a<0 ) zero_crossing;
7824   if ( c>=0 ) { 
7825     if ( b>=0 ) {
7826       if ( c>0 ) { no_crossing; }
7827       else if ( (a==0)&&(b==0) ) { no_crossing;} 
7828       else { one_crossing; } 
7829     }
7830     if ( a==0 ) zero_crossing;
7831   } else if ( a==0 ) {
7832     if ( b<=0 ) zero_crossing;
7833   }
7834   @<Use bisection to find the crossing point, if one exists@>;
7835 }
7836
7837 @ The general bisection method is quite simple when $n=2$, hence
7838 |crossing_point| does not take much time. At each stage in the
7839 recursion we have a subinterval defined by |l| and~|j| such that
7840 $B(a,b,c;2^{-l}(j+t))=B(x_0,x_1,x_2;t)$, and we want to ``zero in'' on
7841 the subinterval where $x_0\G0$ and $\min(x_1,x_2)<0$.
7842
7843 It is convenient for purposes of calculation to combine the values
7844 of |l| and~|j| in a single variable $d=2^l+j$, because the operation
7845 of bisection then corresponds simply to doubling $d$ and possibly
7846 adding~1. Furthermore it proves to be convenient to modify
7847 our previous conventions for bisection slightly, maintaining the
7848 variables $X_0=2^lx_0$, $X_1=2^l(x_0-x_1)$, and $X_2=2^l(x_1-x_2)$.
7849 With these variables the conditions $x_0\ge0$ and $\min(x_1,x_2)<0$ are
7850 equivalent to $\max(X_1,X_1+X_2)>X_0\ge0$.
7851
7852 The following code maintains the invariant relations
7853 $0\L|x0|<\max(|x1|,|x1|+|x2|)$,
7854 $\vert|x1|\vert<2^{30}$, $\vert|x2|\vert<2^{30}$;
7855 it has been constructed in such a way that no arithmetic overflow
7856 will occur if the inputs satisfy
7857 $a<2^{30}$, $\vert a-b\vert<2^{30}$, and $\vert b-c\vert<2^{30}$.
7858
7859 @<Use bisection to find the crossing point...@>=
7860 d=1; x0=a; x1=a-b; x2=b-c;
7861 do {  
7862   x=half(x1+x2);
7863   if ( x1-x0>x0 ) { 
7864     x2=x; x0+=x0; d+=d;  
7865   } else { 
7866     xx=x1+x-x0;
7867     if ( xx>x0 ) { 
7868       x2=x; x0+=x0; d+=d;
7869     }  else { 
7870       x0=x0-xx;
7871       if ( x<=x0 ) { if ( x+x2<=x0 ) no_crossing; }
7872       x1=x; d=d+d+1;
7873     }
7874   }
7875 } while (d<fraction_one);
7876 return (d-fraction_one)
7877
7878 @ Here is a routine that computes the $x$ or $y$ coordinate of the point on
7879 a cubic corresponding to the |fraction| value~|t|.
7880
7881 It is convenient to define a \.{WEB} macro |t_of_the_way| such that
7882 |t_of_the_way(a,b)| expands to |a-(a-b)*t|, i.e., to |t[a,b]|.
7883
7884 @d t_of_the_way(A,B) ((A)-mp_take_fraction(mp,(A)-(B),t))
7885
7886 @c scaled mp_eval_cubic (MP mp,pointer p, pointer q, fraction t) {
7887   scaled x1,x2,x3; /* intermediate values */
7888   x1=t_of_the_way(knot_coord(p),right_coord(p));
7889   x2=t_of_the_way(right_coord(p),left_coord(q));
7890   x3=t_of_the_way(left_coord(q),knot_coord(q));
7891   x1=t_of_the_way(x1,x2);
7892   x2=t_of_the_way(x2,x3);
7893   return t_of_the_way(x1,x2);
7894 }
7895
7896 @ The actual bounding box information is stored in global variables.
7897 Since it is convenient to address the $x$ and $y$ information
7898 separately, we define arrays indexed by |x_code..y_code| and use
7899 macros to give them more convenient names.
7900
7901 @<Types...@>=
7902 enum {
7903   mp_x_code=0, /* index for |minx| and |maxx| */
7904   mp_y_code /* index for |miny| and |maxy| */
7905 };
7906
7907
7908 @d minx mp->bbmin[mp_x_code]
7909 @d maxx mp->bbmax[mp_x_code]
7910 @d miny mp->bbmin[mp_y_code]
7911 @d maxy mp->bbmax[mp_y_code]
7912
7913 @<Glob...@>=
7914 scaled bbmin[mp_y_code+1];
7915 scaled bbmax[mp_y_code+1]; 
7916 /* the result of procedures that compute bounding box information */
7917
7918 @ Now we're ready for the key part of the bounding box computation.
7919 The |bound_cubic| procedure updates |bbmin[c]| and |bbmax[c]| based on
7920 $$B(\hbox{|knot_coord(p)|}, \hbox{|right_coord(p)|},
7921     \hbox{|left_coord(q)|}, \hbox{|knot_coord(q)|};t)
7922 $$
7923 for $0<t\le1$.  In other words, the procedure adjusts the bounds to
7924 accommodate |knot_coord(q)| and any extremes over the range $0<t<1$.
7925 The |c| parameter is |x_code| or |y_code|.
7926
7927 @c void mp_bound_cubic (MP mp,pointer p, pointer q, small_number c) {
7928   boolean wavy; /* whether we need to look for extremes */
7929   scaled del1,del2,del3,del,dmax; /* proportional to the control
7930      points of a quadratic derived from a cubic */
7931   fraction t,tt; /* where a quadratic crosses zero */
7932   scaled x; /* a value that |bbmin[c]| and |bbmax[c]| must accommodate */
7933   x=knot_coord(q);
7934   @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>;
7935   @<Check the control points against the bounding box and set |wavy:=true|
7936     if any of them lie outside@>;
7937   if ( wavy ) {
7938     del1=right_coord(p)-knot_coord(p);
7939     del2=left_coord(q)-right_coord(p);
7940     del3=knot_coord(q)-left_coord(q);
7941     @<Scale up |del1|, |del2|, and |del3| for greater accuracy;
7942       also set |del| to the first nonzero element of |(del1,del2,del3)|@>;
7943     if ( del<0 ) {
7944       negate(del1); negate(del2); negate(del3);
7945     };
7946     t=mp_crossing_point(mp, del1,del2,del3);
7947     if ( t<fraction_one ) {
7948       @<Test the extremes of the cubic against the bounding box@>;
7949     }
7950   }
7951 }
7952
7953 @ @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>=
7954 if ( x<mp->bbmin[c] ) mp->bbmin[c]=x;
7955 if ( x>mp->bbmax[c] ) mp->bbmax[c]=x
7956
7957 @ @<Check the control points against the bounding box and set...@>=
7958 wavy=true;
7959 if ( mp->bbmin[c]<=right_coord(p) )
7960   if ( right_coord(p)<=mp->bbmax[c] )
7961     if ( mp->bbmin[c]<=left_coord(q) )
7962       if ( left_coord(q)<=mp->bbmax[c] )
7963         wavy=false
7964
7965 @ If |del1=del2=del3=0|, it's impossible to obey the title of this
7966 section. We just set |del=0| in that case.
7967
7968 @<Scale up |del1|, |del2|, and |del3| for greater accuracy...@>=
7969 if ( del1!=0 ) del=del1;
7970 else if ( del2!=0 ) del=del2;
7971 else del=del3;
7972 if ( del!=0 ) {
7973   dmax=abs(del1);
7974   if ( abs(del2)>dmax ) dmax=abs(del2);
7975   if ( abs(del3)>dmax ) dmax=abs(del3);
7976   while ( dmax<fraction_half ) {
7977     dmax+=dmax; del1+=del1; del2+=del2; del3+=del3;
7978   }
7979 }
7980
7981 @ Since |crossing_point| has tried to choose |t| so that
7982 $B(|del1|,|del2|,|del3|;\tau)$ crosses zero at $\tau=|t|$ with negative
7983 slope, the value of |del2| computed below should not be positive.
7984 But rounding error could make it slightly positive in which case we
7985 must cut it to zero to avoid confusion.
7986
7987 @<Test the extremes of the cubic against the bounding box@>=
7988
7989   x=mp_eval_cubic(mp, p,q,t);
7990   @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>;
7991   del2=t_of_the_way(del2,del3);
7992     /* now |0,del2,del3| represent the derivative on the remaining interval */
7993   if ( del2>0 ) del2=0;
7994   tt=mp_crossing_point(mp, 0,-del2,-del3);
7995   if ( tt<fraction_one ) {
7996     @<Test the second extreme against the bounding box@>;
7997   }
7998 }
7999
8000 @ @<Test the second extreme against the bounding box@>=
8001 {
8002    x=mp_eval_cubic(mp, p,q,t_of_the_way(tt,fraction_one));
8003   @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>;
8004 }
8005
8006 @ Finding the bounding box of a path is basically a matter of applying
8007 |bound_cubic| twice for each pair of adjacent knots.
8008
8009 @c void mp_path_bbox (MP mp,pointer h) {
8010   pointer p,q; /* a pair of adjacent knots */
8011    minx=x_coord(h); miny=y_coord(h);
8012   maxx=minx; maxy=miny;
8013   p=h;
8014   do {  
8015     if ( right_type(p)==endpoint ) return;
8016     q=link(p);
8017     mp_bound_cubic(mp, x_loc(p),x_loc(q),mp_x_code);
8018     mp_bound_cubic(mp, y_loc(p),y_loc(q),mp_y_code);
8019     p=q;
8020   } while (p!=h);
8021 }
8022
8023 @ Another important way to measure a path is to find its arc length.  This
8024 is best done by using the general bisection algorithm to subdivide the path
8025 until obtaining ``well behaved'' subpaths whose arc lengths can be approximated
8026 by simple means.
8027
8028 Since the arc length is the integral with respect to time of the magnitude of
8029 the velocity, it is natural to use Simpson's rule for the approximation.
8030 @^Simpson's rule@>
8031 If $\dot B(t)$ is the spline velocity, Simpson's rule gives
8032 $$ \vb\dot B(0)\vb + 4\vb\dot B({1\over2})\vb + \vb\dot B(1)\vb \over 6 $$
8033 for the arc length of a path of length~1.  For a cubic spline
8034 $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$, the time derivative $\dot B(t)$ is
8035 $3B(dz_0,dz_1,dz_2;t)$, where $dz_i=z_{i+1}-z_i$.  Hence the arc length
8036 approximation is
8037 $$ {\vb dz_0\vb \over 2} + 2\vb dz_{02}\vb + {\vb dz_2\vb \over 2}, $$
8038 where
8039 $$ dz_{02}={1\over2}\left({dz_0+dz_1\over 2}+{dz_1+dz_2\over 2}\right)$$
8040 is the result of the bisection algorithm.
8041
8042 @ The remaining problem is how to decide when a subpath is ``well behaved.''
8043 This could be done via the theoretical error bound for Simpson's rule,
8044 @^Simpson's rule@>
8045 but this is impractical because it requires an estimate of the fourth
8046 derivative of the quantity being integrated.  It is much easier to just perform
8047 a bisection step and see how much the arc length estimate changes.  Since the
8048 error for Simpson's rule is proportional to the fourth power of the sample
8049 spacing, the remaining error is typically about $1\over16$ of the amount of
8050 the change.  We say ``typically'' because the error has a pseudo-random behavior
8051 that could cause the two estimates to agree when each contain large errors.
8052
8053 To protect against disasters such as undetected cusps, the bisection process
8054 should always continue until all the $dz_i$ vectors belong to a single
8055 $90^\circ$ sector.  This ensures that no point on the spline can have velocity
8056 less than 70\% of the minimum of $\vb dz_0\vb$, $\vb dz_1\vb$ and $\vb dz_2\vb$.
8057 If such a spline happens to produce an erroneous arc length estimate that
8058 is little changed by bisection, the amount of the error is likely to be fairly
8059 small.  We will try to arrange things so that freak accidents of this type do
8060 not destroy the inverse relationship between the \&{arclength} and
8061 \&{arctime} operations.
8062 @:arclength_}{\&{arclength} primitive@>
8063 @:arctime_}{\&{arctime} primitive@>
8064
8065 @ The \&{arclength} and \&{arctime} operations are both based on a recursive
8066 @^recursion@>
8067 function that finds the arc length of a cubic spline given $dz_0$, $dz_1$,
8068 $dz_2$. This |arc_test| routine also takes an arc length goal |a_goal| and
8069 returns the time when the arc length reaches |a_goal| if there is such a time.
8070 Thus the return value is either an arc length less than |a_goal| or, if the
8071 arc length would be at least |a_goal|, it returns a time value decreased by
8072 |two|.  This allows the caller to use the sign of the result to distinguish
8073 between arc lengths and time values.  On certain types of overflow, it is
8074 possible for |a_goal| and the result of |arc_test| both to be |el_gordo|.
8075 Otherwise, the result is always less than |a_goal|.
8076
8077 Rather than halving the control point coordinates on each recursive call to
8078 |arc_test|, it is better to keep them proportional to velocity on the original
8079 curve and halve the results instead.  This means that recursive calls can
8080 potentially use larger error tolerances in their arc length estimates.  How
8081 much larger depends on to what extent the errors behave as though they are
8082 independent of each other.  To save computing time, we use optimistic assumptions
8083 and increase the tolerance by a factor of about $\sqrt2$ for each recursive
8084 call.
8085
8086 In addition to the tolerance parameter, |arc_test| should also have parameters
8087 for ${1\over3}\vb\dot B(0)\vb$, ${2\over3}\vb\dot B({1\over2})\vb$, and
8088 ${1\over3}\vb\dot B(1)\vb$.  These quantities are relatively expensive to compute
8089 and they are needed in different instances of |arc_test|.
8090
8091 @c @t\4@>@<Declare subroutines needed by |arc_test|@>;
8092 scaled mp_arc_test (MP mp, scaled dx0, scaled dy0, scaled dx1, scaled dy1, 
8093                     scaled dx2, scaled dy2, scaled  v0, scaled v02, 
8094                     scaled v2, scaled a_goal, scaled tol) {
8095   boolean simple; /* are the control points confined to a $90^\circ$ sector? */
8096   scaled dx01, dy01, dx12, dy12, dx02, dy02;  /* bisection results */
8097   scaled v002, v022;
8098     /* twice the velocity magnitudes at $t={1\over4}$ and $t={3\over4}$ */
8099   scaled arc; /* best arc length estimate before recursion */
8100   @<Other local variables in |arc_test|@>;
8101   @<Bisect the B\'ezier quadratic given by |dx0|, |dy0|, |dx1|, |dy1|,
8102     |dx2|, |dy2|@>;
8103   @<Initialize |v002|, |v022|, and the arc length estimate |arc|; if it overflows
8104     set |arc_test| and |return|@>;
8105   @<Test if the control points are confined to one quadrant or rotating them
8106     $45^\circ$ would put them in one quadrant.  Then set |simple| appropriately@>;
8107   if ( simple && (abs(arc-v02-halfp(v0+v2)) <= tol) ) {
8108     if ( arc < a_goal ) {
8109       return arc;
8110     } else {
8111        @<Estimate when the arc length reaches |a_goal| and set |arc_test| to
8112          that time minus |two|@>;
8113     }
8114   } else {
8115     @<Use one or two recursive calls to compute the |arc_test| function@>;
8116   }
8117 }
8118
8119 @ The |tol| value should by multiplied by $\sqrt 2$ before making recursive
8120 calls, but $1.5$ is an adequate approximation.  It is best to avoid using
8121 |make_fraction| in this inner loop.
8122 @^inner loop@>
8123
8124 @<Use one or two recursive calls to compute the |arc_test| function@>=
8125
8126   @<Set |a_new| and |a_aux| so their sum is |2*a_goal| and |a_new| is as
8127     large as possible@>;
8128   tol = tol + halfp(tol);
8129   a = mp_arc_test(mp, dx0,dy0, dx01,dy01, dx02,dy02, v0, v002, 
8130                   halfp(v02), a_new, tol);
8131   if ( a<0 )  {
8132      return (-halfp(two-a));
8133   } else { 
8134     @<Update |a_new| to reduce |a_new+a_aux| by |a|@>;
8135     b = mp_arc_test(mp, dx02,dy02, dx12,dy12, dx2,dy2,
8136                     halfp(v02), v022, v2, a_new, tol);
8137     if ( b<0 )  
8138       return (-halfp(-b) - half_unit);
8139     else  
8140       return (a + half(b-a));
8141   }
8142 }
8143
8144 @ @<Other local variables in |arc_test|@>=
8145 scaled a,b; /* results of recursive calls */
8146 scaled a_new,a_aux; /* the sum of these gives the |a_goal| */
8147
8148 @ @<Set |a_new| and |a_aux| so their sum is |2*a_goal| and |a_new| is...@>=
8149 a_aux = el_gordo - a_goal;
8150 if ( a_goal > a_aux ) {
8151   a_aux = a_goal - a_aux;
8152   a_new = el_gordo;
8153 } else { 
8154   a_new = a_goal + a_goal;
8155   a_aux = 0;
8156 }
8157
8158 @ There is no need to maintain |a_aux| at this point so we use it as a temporary
8159 to force the additions and subtractions to be done in an order that avoids
8160 overflow.
8161
8162 @<Update |a_new| to reduce |a_new+a_aux| by |a|@>=
8163 if ( a > a_aux ) {
8164   a_aux = a_aux - a;
8165   a_new = a_new + a_aux;
8166 }
8167
8168 @ This code assumes all {\it dx} and {\it dy} variables have magnitude less than
8169 |fraction_four|.  To simplify the rest of the |arc_test| routine, we strengthen
8170 this assumption by requiring the norm of each $({\it dx},{\it dy})$ pair to obey
8171 this bound.  Note that recursive calls will maintain this invariant.
8172
8173 @<Bisect the B\'ezier quadratic given by |dx0|, |dy0|, |dx1|, |dy1|,...@>=
8174 dx01 = half(dx0 + dx1);
8175 dx12 = half(dx1 + dx2);
8176 dx02 = half(dx01 + dx12);
8177 dy01 = half(dy0 + dy1);
8178 dy12 = half(dy1 + dy2);
8179 dy02 = half(dy01 + dy12)
8180
8181 @ We should be careful to keep |arc<el_gordo| so that calling |arc_test| with
8182 |a_goal=el_gordo| is guaranteed to yield the arc length.
8183
8184 @<Initialize |v002|, |v022|, and the arc length estimate |arc|;...@>=
8185 v002 = mp_pyth_add(mp, dx01+half(dx0+dx02), dy01+half(dy0+dy02));
8186 v022 = mp_pyth_add(mp, dx12+half(dx02+dx2), dy12+half(dy02+dy2));
8187 tmp = halfp(v02+2);
8188 arc1 = v002 + half(halfp(v0+tmp) - v002);
8189 arc = v022 + half(halfp(v2+tmp) - v022);
8190 if ( (arc < el_gordo-arc1) )  {
8191   arc = arc+arc1;
8192 } else { 
8193   mp->arith_error = true;
8194   if ( a_goal==el_gordo )  return (el_gordo);
8195   else return (-two);
8196 }
8197
8198 @ @<Other local variables in |arc_test|@>=
8199 scaled tmp, tmp2; /* all purpose temporary registers */
8200 scaled arc1; /* arc length estimate for the first half */
8201
8202 @ @<Test if the control points are confined to one quadrant or rotating...@>=
8203 simple = ((dx0>=0) && (dx1>=0) && (dx2>=0)) ||
8204          ((dx0<=0) && (dx1<=0) && (dx2<=0));
8205 if ( simple )
8206   simple = ((dy0>=0) && (dy1>=0) && (dy2>=0)) ||
8207            ((dy0<=0) && (dy1<=0) && (dy2<=0));
8208 if ( ! simple ) {
8209   simple = ((dx0>=dy0) && (dx1>=dy1) && (dx2>=dy2)) ||
8210            ((dx0<=dy0) && (dx1<=dy1) && (dx2<=dy2));
8211   if ( simple ) 
8212     simple = ((-dx0>=dy0) && (-dx1>=dy1) && (-dx2>=dy2)) ||
8213              ((-dx0<=dy0) && (-dx1<=dy1) && (-dx2<=dy2));
8214 }
8215
8216 @ Since Simpson's rule is based on approximating the integrand by a parabola,
8217 @^Simpson's rule@>
8218 it is appropriate to use the same approximation to decide when the integral
8219 reaches the intermediate value |a_goal|.  At this point
8220 $$\eqalign{
8221     {\vb\dot B(0)\vb\over 3} &= \hbox{|v0|}, \qquad
8222     {\vb\dot B({1\over4})\vb\over 3} = {\hbox{|v002|}\over 2}, \qquad
8223     {\vb\dot B({1\over2})\vb\over 3} = {\hbox{|v02|}\over 2}, \cr
8224     {\vb\dot B({3\over4})\vb\over 3} &= {\hbox{|v022|}\over 2}, \qquad
8225     {\vb\dot B(1)\vb\over 3} = \hbox{|v2|} \cr
8226 }
8227 $$
8228 and
8229 $$ {\vb\dot B(t)\vb\over 3} \approx
8230   \cases{B\left(\hbox{|v0|},
8231       \hbox{|v002|}-{1\over 2}\hbox{|v0|}-{1\over 4}\hbox{|v02|},
8232       {1\over 2}\hbox{|v02|}; 2t \right)&
8233     if $t\le{1\over 2}$\cr
8234   B\left({1\over 2}\hbox{|v02|},
8235       \hbox{|v022|}-{1\over 4}\hbox{|v02|}-{1\over 2}\hbox{|v2|},
8236       \hbox{|v2|}; 2t-1 \right)&
8237     if $t\ge{1\over 2}$.\cr}
8238  \eqno (*)
8239 $$
8240 We can integrate $\vb\dot B(t)\vb$ by using
8241 $$\int 3B(a,b,c;\tau)\,dt =
8242   {B(0,a,a+b,a+b+c;\tau) + {\rm constant} \over {d\tau\over dt}}.
8243 $$
8244
8245 This construction allows us to find the time when the arc length reaches
8246 |a_goal| by solving a cubic equation of the form
8247 $$ B(0,a,a+b,a+b+c;\tau) = x, $$
8248 where $\tau$ is $2t$ or $2t+1$, $x$ is |a_goal| or |a_goal-arc1|, and $a$, $b$,
8249 and $c$ are the Bernshte{\u\i}n coefficients from $(*)$ divided by
8250 @^Bernshte{\u\i}n, Serge{\u\i} Natanovich@>
8251 $d\tau\over dt$.  We shall define a function |solve_rising_cubic| that finds
8252 $\tau$ given $a$, $b$, $c$, and $x$.
8253
8254 @<Estimate when the arc length reaches |a_goal| and set |arc_test| to...@>=
8255
8256   tmp = (v02 + 2) / 4;
8257   if ( a_goal<=arc1 ) {
8258     tmp2 = halfp(v0);
8259     return 
8260       (halfp(mp_solve_rising_cubic(mp, tmp2, arc1-tmp2-tmp, tmp, a_goal))- two);
8261   } else { 
8262     tmp2 = halfp(v2);
8263     return ((half_unit - two) +
8264       halfp(mp_solve_rising_cubic(mp, tmp, arc-arc1-tmp-tmp2, tmp2, a_goal-arc1)));
8265   }
8266 }
8267
8268 @ Here is the |solve_rising_cubic| routine that finds the time~$t$ when
8269 $$ B(0, a, a+b, a+b+c; t) = x. $$
8270 This routine is based on |crossing_point| but is simplified by the
8271 assumptions that $B(a,b,c;t)\ge0$ for $0\le t\le1$ and that |0<=x<=a+b+c|.
8272 If rounding error causes this condition to be violated slightly, we just ignore
8273 it and proceed with binary search.  This finds a time when the function value
8274 reaches |x| and the slope is positive.
8275
8276 @<Declare subroutines needed by |arc_test|@>=
8277 scaled mp_solve_rising_cubic (MP mp,scaled a, scaled b,  scaled c, scaled x) {
8278   scaled ab, bc, ac; /* bisection results */
8279   integer t; /* $2^k+q$ where unscaled answer is in $[q2^{-k},(q+1)2^{-k})$ */
8280   integer xx; /* temporary for updating |x| */
8281   if ( (a<0) || (c<0) ) mp_confusion(mp, "rising?");
8282 @:this can't happen rising?}{\quad rising?@>
8283   if ( x<=0 ) {
8284         return 0;
8285   } else if ( x >= a+b+c ) {
8286     return unity;
8287   } else { 
8288     t = 1;
8289     @<Rescale if necessary to make sure |a|, |b|, and |c| are all less than
8290       |el_gordo div 3|@>;
8291     do {  
8292       t+=t;
8293       @<Subdivide the B\'ezier quadratic defined by |a|, |b|, |c|@>;
8294       xx = x - a - ab - ac;
8295       if ( xx < -x ) { x+=x; b=ab; c=ac;  }
8296       else { x = x + xx;  a=ac; b=mp->bc; t = t+1; };
8297     } while (t < unity);
8298     return (t - unity);
8299   }
8300 }
8301
8302 @ @<Subdivide the B\'ezier quadratic defined by |a|, |b|, |c|@>=
8303 ab = half(a+b);
8304 bc = half(b+c);
8305 ac = half(ab+bc)
8306
8307 @ @d one_third_el_gordo 05252525252 /* upper bound on |a|, |b|, and |c| */
8308
8309 @<Rescale if necessary to make sure |a|, |b|, and |c| are all less than...@>=
8310 while ((a>one_third_el_gordo)||(b>one_third_el_gordo)||(c>one_third_el_gordo)) { 
8311   a = halfp(a);
8312   b = half(b);
8313   c = halfp(c);
8314   x = halfp(x);
8315 }
8316
8317 @ It is convenient to have a simpler interface to |arc_test| that requires no
8318 unnecessary arguments and ensures that each $({\it dx},{\it dy})$ pair has
8319 length less than |fraction_four|.
8320
8321 @d arc_tol   16  /* quit when change in arc length estimate reaches this */
8322
8323 @c scaled mp_do_arc_test (MP mp,scaled dx0, scaled dy0, scaled dx1, 
8324                           scaled dy1, scaled dx2, scaled dy2, scaled a_goal) {
8325   scaled v0,v1,v2; /* length of each $({\it dx},{\it dy})$ pair */
8326   scaled v02; /* twice the norm of the quadratic at $t={1\over2}$ */
8327   v0 = mp_pyth_add(mp, dx0,dy0);
8328   v1 = mp_pyth_add(mp, dx1,dy1);
8329   v2 = mp_pyth_add(mp, dx2,dy2);
8330   if ( (v0>=fraction_four) || (v1>=fraction_four) || (v2>=fraction_four) ) { 
8331     mp->arith_error = true;
8332     if ( a_goal==el_gordo )  return el_gordo;
8333     else return (-two);
8334   } else { 
8335     v02 = mp_pyth_add(mp, dx1+half(dx0+dx2), dy1+half(dy0+dy2));
8336     return (mp_arc_test(mp, dx0,dy0, dx1,dy1, dx2,dy2,
8337                                  v0, v02, v2, a_goal, arc_tol));
8338   }
8339 }
8340
8341 @ Now it is easy to find the arc length of an entire path.
8342
8343 @c scaled mp_get_arc_length (MP mp,pointer h) {
8344   pointer p,q; /* for traversing the path */
8345   scaled a,a_tot; /* current and total arc lengths */
8346   a_tot = 0;
8347   p = h;
8348   while ( right_type(p)!=endpoint ){ 
8349     q = link(p);
8350     a = mp_do_arc_test(mp, right_x(p)-x_coord(p), right_y(p)-y_coord(p),
8351       left_x(q)-right_x(p), left_y(q)-right_y(p),
8352       x_coord(q)-left_x(q), y_coord(q)-left_y(q), el_gordo);
8353     a_tot = mp_slow_add(mp, a, a_tot);
8354     if ( q==h ) break;  else p=q;
8355   }
8356   check_arith;
8357   return a_tot;
8358 }
8359
8360 @ The inverse operation of finding the time on a path~|h| when the arc length
8361 reaches some value |arc0| can also be accomplished via |do_arc_test|.  Some care
8362 is required to handle very large times or negative times on cyclic paths.  For
8363 non-cyclic paths, |arc0| values that are negative or too large cause
8364 |get_arc_time| to return 0 or the length of path~|h|.
8365
8366 If |arc0| is greater than the arc length of a cyclic path~|h|, the result is a
8367 time value greater than the length of the path.  Since it could be much greater,
8368 we must be prepared to compute the arc length of path~|h| and divide this into
8369 |arc0| to find how many multiples of the length of path~|h| to add.
8370
8371 @c scaled mp_get_arc_time (MP mp,pointer h, scaled  arc0) {
8372   pointer p,q; /* for traversing the path */
8373   scaled t_tot; /* accumulator for the result */
8374   scaled t; /* the result of |do_arc_test| */
8375   scaled arc; /* portion of |arc0| not used up so far */
8376   integer n; /* number of extra times to go around the cycle */
8377   if ( arc0<0 ) {
8378     @<Deal with a negative |arc0| value and |return|@>;
8379   }
8380   if ( arc0==el_gordo ) decr(arc0);
8381   t_tot = 0;
8382   arc = arc0;
8383   p = h;
8384   while ( (right_type(p)!=endpoint) && (arc>0) ) {
8385     q = link(p);
8386     t = mp_do_arc_test(mp, right_x(p)-x_coord(p), right_y(p)-y_coord(p),
8387       left_x(q)-right_x(p), left_y(q)-right_y(p),
8388       x_coord(q)-left_x(q), y_coord(q)-left_y(q), arc);
8389     @<Update |arc| and |t_tot| after |do_arc_test| has just returned |t|@>;
8390     if ( q==h ) {
8391       @<Update |t_tot| and |arc| to avoid going around the cyclic
8392         path too many times but set |arith_error:=true| and |goto done| on
8393         overflow@>;
8394     }
8395     p = q;
8396   }
8397   check_arith;
8398   return t_tot;
8399 }
8400
8401 @ @<Update |arc| and |t_tot| after |do_arc_test| has just returned |t|@>=
8402 if ( t<0 ) { t_tot = t_tot + t + two;  arc = 0;  }
8403 else { t_tot = t_tot + unity;  arc = arc - t;  }
8404
8405 @ @<Deal with a negative |arc0| value and |return|@>=
8406
8407   if ( left_type(h)==endpoint ) {
8408     t_tot=0;
8409   } else { 
8410     p = mp_htap_ypoc(mp, h);
8411     t_tot = -mp_get_arc_time(mp, p, -arc0);
8412     mp_toss_knot_list(mp, p);
8413   }
8414   check_arith;
8415   return t_tot;
8416 }
8417
8418 @ @<Update |t_tot| and |arc| to avoid going around the cyclic...@>=
8419 if ( arc>0 ) { 
8420   n = arc / (arc0 - arc);
8421   arc = arc - n*(arc0 - arc);
8422   if ( t_tot > el_gordo / (n+1) ) { 
8423     mp->arith_error = true;
8424     t_tot = el_gordo;
8425     break;
8426   }
8427   t_tot = (n + 1)*t_tot;
8428 }
8429
8430 @* \[20] Data structures for pens.
8431 A Pen in \MP\ can be either elliptical or polygonal.  Elliptical pens result
8432 in \ps\ \&{stroke} commands, while anything drawn with a polygonal pen is
8433 @:stroke}{\&{stroke} command@>
8434 converted into an area fill as described in the next part of this program.
8435 The mathematics behind this process is based on simple aspects of the theory
8436 of tracings developed by Leo Guibas, Lyle Ramshaw, and Jorge Stolfi
8437 [``A kinematic framework for computational geometry,'' Proc.\ IEEE Symp.\
8438 Foundations of Computer Science {\bf 24} (1983), 100--111].
8439
8440 Polygonal pens are created from paths via \MP's \&{makepen} primitive.
8441 @:makepen_}{\&{makepen} primitive@>
8442 This path representation is almost sufficient for our purposes except that
8443 a pen path should always be a convex polygon with the vertices in
8444 counter-clockwise order.
8445 Since we will need to scan pen polygons both forward and backward, a pen
8446 should be represented as a doubly linked ring of knot nodes.  There is
8447 room for the extra back pointer because we do not need the
8448 |left_type| or |right_type| fields.  In fact, we don't need the |left_x|,
8449 |left_y|, |right_x|, or |right_y| fields either but we leave these alone
8450 so that certain procedures can operate on both pens and paths.  In particular,
8451 pens can be copied using |copy_path| and recycled using |toss_knot_list|.
8452
8453 @d knil info
8454   /* this replaces the |left_type| and |right_type| fields in a pen knot */
8455
8456 @ The |make_pen| procedure turns a path into a pen by initializing
8457 the |knil| pointers and making sure the knots form a convex polygon.
8458 Thus each cubic in the given path becomes a straight line and the control
8459 points are ignored.  If the path is not cyclic, the ends are connected by a
8460 straight line.
8461
8462 @d copy_pen(A) mp_make_pen(mp, mp_copy_path(mp, (A)),false)
8463
8464 @c @<Declare a function called |convex_hull|@>;
8465 pointer mp_make_pen (MP mp,pointer h, boolean need_hull) {
8466   pointer p,q; /* two consecutive knots */
8467   q=h;
8468   do {  
8469     p=q; q=link(q);
8470     knil(q)=p;
8471   } while (q!=h);
8472   if ( need_hull ){ 
8473     h=mp_convex_hull(mp, h);
8474     @<Make sure |h| isn't confused with an elliptical pen@>;
8475   }
8476   return h;
8477 }
8478
8479 @ The only information required about an elliptical pen is the overall
8480 transformation that has been applied to the original \&{pencircle}.
8481 @:pencircle_}{\&{pencircle} primitive@>
8482 Since it suffices to keep track of how the three points $(0,0)$, $(1,0)$,
8483 and $(0,1)$ are transformed, an elliptical pen can be stored in a single
8484 knot node and transformed as if it were a path.
8485
8486 @d pen_is_elliptical(A) ((A)==link((A)))
8487
8488 @c pointer mp_get_pen_circle (MP mp,scaled diam) {
8489   pointer h; /* the knot node to return */
8490   h=mp_get_node(mp, knot_node_size);
8491   link(h)=h; knil(h)=h;
8492   originator(h)=program_code;
8493   x_coord(h)=0; y_coord(h)=0;
8494   left_x(h)=diam; left_y(h)=0;
8495   right_x(h)=0; right_y(h)=diam;
8496   return h;
8497 }
8498
8499 @ If the polygon being returned by |make_pen| has only one vertex, it will
8500 be interpreted as an elliptical pen.  This is no problem since a degenerate
8501 polygon can equally well be thought of as a degenerate ellipse.  We need only
8502 initialize the |left_x|, |left_y|, |right_x|, and |right_y| fields.
8503
8504 @<Make sure |h| isn't confused with an elliptical pen@>=
8505 if ( pen_is_elliptical( h) ){ 
8506   left_x(h)=x_coord(h); left_y(h)=y_coord(h);
8507   right_x(h)=x_coord(h); right_y(h)=y_coord(h);
8508 }
8509
8510 @ We have to cheat a little here but most operations on pens only use
8511 the first three words in each knot node.
8512 @^data structure assumptions@>
8513
8514 @<Initialize a pen at |test_pen| so that it fits in nine words@>=
8515 x_coord(test_pen)=-half_unit;
8516 y_coord(test_pen)=0;
8517 x_coord(test_pen+3)=half_unit;
8518 y_coord(test_pen+3)=0;
8519 x_coord(test_pen+6)=0;
8520 y_coord(test_pen+6)=unity;
8521 link(test_pen)=test_pen+3;
8522 link(test_pen+3)=test_pen+6;
8523 link(test_pen+6)=test_pen;
8524 knil(test_pen)=test_pen+6;
8525 knil(test_pen+3)=test_pen;
8526 knil(test_pen+6)=test_pen+3
8527
8528 @ Printing a polygonal pen is very much like printing a path
8529
8530 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
8531 void mp_pr_pen (MP mp,pointer h) {
8532   pointer p,q; /* for list traversal */
8533   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8534     @<Print the elliptical pen |h|@>;
8535   } else { 
8536     p=h;
8537     do {  
8538       mp_print_two(mp, x_coord(p),y_coord(p));
8539       mp_print_nl(mp, " .. ");
8540       @<Advance |p| making sure the links are OK and |return| if there is
8541         a problem@>;
8542      } while (p!=h);
8543      mp_print(mp, "cycle");
8544   }
8545 }
8546
8547 @ @<Advance |p| making sure the links are OK and |return| if there is...@>=
8548 q=link(p);
8549 if ( (q==null) || (knil(q)!=p) ) { 
8550   mp_print_nl(mp, "???"); return; /* this won't happen */
8551 @.???@>
8552 }
8553 p=q
8554
8555 @ @<Print the elliptical pen |h|@>=
8556
8557 mp_print(mp, "pencircle transformed (");
8558 mp_print_scaled(mp, x_coord(h));
8559 mp_print_char(mp, ',');
8560 mp_print_scaled(mp, y_coord(h));
8561 mp_print_char(mp, ',');
8562 mp_print_scaled(mp, left_x(h)-x_coord(h));
8563 mp_print_char(mp, ',');
8564 mp_print_scaled(mp, right_x(h)-x_coord(h));
8565 mp_print_char(mp, ',');
8566 mp_print_scaled(mp, left_y(h)-y_coord(h));
8567 mp_print_char(mp, ',');
8568 mp_print_scaled(mp, right_y(h)-y_coord(h));
8569 mp_print_char(mp, ')');
8570 }
8571
8572 @ Here us another version of |pr_pen| that prints the pen as a diagnostic
8573 message.
8574
8575 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
8576 void mp_print_pen (MP mp,pointer h, char *s, boolean nuline) { 
8577   mp_print_diagnostic(mp, "Pen",s,nuline); mp_print_ln(mp);
8578 @.Pen at line...@>
8579   mp_pr_pen(mp, h);
8580   mp_end_diagnostic(mp, true);
8581 }
8582
8583 @ Making a polygonal pen into a path involves restoring the |left_type| and
8584 |right_type| fields and setting the control points so as to make a polygonal
8585 path.
8586
8587 @c 
8588 void mp_make_path (MP mp,pointer h) {
8589   pointer p; /* for traversing the knot list */
8590   small_number k; /* a loop counter */
8591   @<Other local variables in |make_path|@>;
8592   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8593     @<Make the elliptical pen |h| into a path@>;
8594   } else { 
8595     p=h;
8596     do {  
8597       left_type(p)=explicit;
8598       right_type(p)=explicit;
8599       @<copy the coordinates of knot |p| into its control points@>;
8600        p=link(p);
8601     } while (p!=h);
8602   }
8603 }
8604
8605 @ @<copy the coordinates of knot |p| into its control points@>=
8606 left_x(p)=x_coord(p);
8607 left_y(p)=y_coord(p);
8608 right_x(p)=x_coord(p);
8609 right_y(p)=y_coord(p)
8610
8611 @ We need an eight knot path to get a good approximation to an ellipse.
8612
8613 @<Make the elliptical pen |h| into a path@>=
8614
8615   @<Extract the transformation parameters from the elliptical pen~|h|@>;
8616   p=h;
8617   for (k=0;k<=7;k++ ) { 
8618     @<Initialize |p| as the |k|th knot of a circle of unit diameter,
8619       transforming it appropriately@>;
8620     if ( k==7 ) link(p)=h;  else link(p)=mp_get_node(mp, knot_node_size);
8621     p=link(p);
8622   }
8623 }
8624
8625 @ @<Extract the transformation parameters from the elliptical pen~|h|@>=
8626 center_x=x_coord(h);
8627 center_y=y_coord(h);
8628 width_x=left_x(h)-center_x;
8629 width_y=left_y(h)-center_y;
8630 height_x=right_x(h)-center_x;
8631 height_y=right_y(h)-center_y
8632
8633 @ @<Other local variables in |make_path|@>=
8634 scaled center_x,center_y; /* translation parameters for an elliptical pen */
8635 scaled width_x,width_y; /* the effect of a unit change in $x$ */
8636 scaled height_x,height_y; /* the effect of a unit change in $y$ */
8637 scaled dx,dy; /* the vector from knot |p| to its right control point */
8638 integer kk;
8639   /* |k| advanced $270^\circ$ around the ring (cf. $\sin\theta=\cos(\theta+270)$) */
8640
8641 @ The only tricky thing here are the tables |half_cos| and |d_cos| used to
8642 find the point $k/8$ of the way around the circle and the direction vector
8643 to use there.
8644
8645 @<Initialize |p| as the |k|th knot of a circle of unit diameter,...@>=
8646 kk=(k+6)% 8;
8647 x_coord(p)=center_x+mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[k],width_x)
8648            +mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[kk],height_x);
8649 y_coord(p)=center_y+mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[k],width_y)
8650            +mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[kk],height_y);
8651 dx=-mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[kk],width_x)
8652    +mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[k],height_x);
8653 dy=-mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[kk],width_y)
8654    +mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[k],height_y);
8655 right_x(p)=x_coord(p)+dx;
8656 right_y(p)=y_coord(p)+dy;
8657 left_x(p)=x_coord(p)-dx;
8658 left_y(p)=y_coord(p)-dy;
8659 left_type(p)=explicit;
8660 right_type(p)=explicit;
8661 originator(p)=program_code
8662
8663 @ @<Glob...@>=
8664 fraction half_cos[8]; /* ${1\over2}\cos(45k)$ */
8665 fraction d_cos[8]; /* a magic constant times $\cos(45k)$ */
8666
8667 @ The magic constant for |d_cos| is the distance between $({1\over2},0)$ and
8668 $({1\over4}\sqrt2,{1\over4}\sqrt2)$ times the result of the |velocity|
8669 function for $\theta=\phi=22.5^\circ$.  This comes out to be
8670 $$ d = {\sqrt{2-\sqrt2}\over 3+3\cos22.5^\circ}
8671   \approx 0.132608244919772.
8672 $$
8673
8674 @<Set init...@>=
8675 mp->half_cos[0]=fraction_half;
8676 mp->half_cos[1]=94906266; /* $2^{26}\sqrt2\approx94906265.62$ */
8677 mp->half_cos[2]=0;
8678 mp->d_cos[0]=35596755; /* $2^{28}d\approx35596754.69$ */
8679 mp->d_cos[1]=25170707; /* $2^{27}\sqrt2\,d\approx25170706.63$ */
8680 mp->d_cos[2]=0;
8681 for (k=3;k<= 4;k++ ) { 
8682   mp->half_cos[k]=-mp->half_cos[4-k];
8683   mp->d_cos[k]=-mp->d_cos[4-k];
8684 }
8685 for (k=5;k<= 7;k++ ) { 
8686   mp->half_cos[k]=mp->half_cos[8-k];
8687   mp->d_cos[k]=mp->d_cos[8-k];
8688 }
8689
8690 @ The |convex_hull| function forces a pen polygon to be convex when it is
8691 returned by |make_pen| and after any subsequent transformation where rounding
8692 error might allow the convexity to be lost.
8693 The convex hull algorithm used here is described by F.~P. Preparata and
8694 M.~I. Shamos [{\sl Computational Geometry}, Springer-Verlag, 1985].
8695
8696 @<Declare a function called |convex_hull|@>=
8697 @<Declare a procedure called |move_knot|@>;
8698 pointer mp_convex_hull (MP mp,pointer h) { /* Make a polygonal pen convex */
8699   pointer l,r; /* the leftmost and rightmost knots */
8700   pointer p,q; /* knots being scanned */
8701   pointer s; /* the starting point for an upcoming scan */
8702   scaled dx,dy; /* a temporary pointer */
8703   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8704      return h;
8705   } else { 
8706     @<Set |l| to the leftmost knot in polygon~|h|@>;
8707     @<Set |r| to the rightmost knot in polygon~|h|@>;
8708     if ( l!=r ) { 
8709       s=link(r);
8710       @<Find any knots on the path from |l| to |r| above the |l|-|r| line and
8711         move them past~|r|@>;
8712       @<Find any knots on the path from |s| to |l| below the |l|-|r| line and
8713         move them past~|l|@>;
8714       @<Sort the path from |l| to |r| by increasing $x$@>;
8715       @<Sort the path from |r| to |l| by decreasing $x$@>;
8716     }
8717     if ( l!=link(l) ) {
8718       @<Do a Gramm scan and remove vertices where there is no left turn@>;
8719     }
8720     return l;
8721   }
8722 }
8723
8724 @ All comparisons are done primarily on $x$ and secondarily on $y$.
8725
8726 @<Set |l| to the leftmost knot in polygon~|h|@>=
8727 l=h;
8728 p=link(h);
8729 while ( p!=h ) { 
8730   if ( x_coord(p)<=x_coord(l) )
8731     if ( (x_coord(p)<x_coord(l)) || (y_coord(p)<y_coord(l)) )
8732       l=p;
8733   p=link(p);
8734 }
8735
8736 @ @<Set |r| to the rightmost knot in polygon~|h|@>=
8737 r=h;
8738 p=link(h);
8739 while ( p!=h ) { 
8740   if ( x_coord(p)>=x_coord(r) )
8741     if ( (x_coord(p)>x_coord(r)) || (y_coord(p)>y_coord(r)) )
8742       r=p;
8743   p=link(p);
8744 }
8745
8746 @ @<Find any knots on the path from |l| to |r| above the |l|-|r| line...@>=
8747 dx=x_coord(r)-x_coord(l);
8748 dy=y_coord(r)-y_coord(l);
8749 p=link(l);
8750 while ( p!=r ) { 
8751   q=link(p);
8752   if ( mp_ab_vs_cd(mp, dx,y_coord(p)-y_coord(l),dy,x_coord(p)-x_coord(l))>0 )
8753     mp_move_knot(mp, p, r);
8754   p=q;
8755 }
8756
8757 @ The |move_knot| procedure removes |p| from a doubly linked list and inserts
8758 it after |q|.
8759
8760 @ @<Declare a procedure called |move_knot|@>=
8761 void mp_move_knot (MP mp,pointer p, pointer q) { 
8762   link(knil(p))=link(p);
8763   knil(link(p))=knil(p);
8764   knil(p)=q;
8765   link(p)=link(q);
8766   link(q)=p;
8767   knil(link(p))=p;
8768 }
8769
8770 @ @<Find any knots on the path from |s| to |l| below the |l|-|r| line...@>=
8771 p=s;
8772 while ( p!=l ) { 
8773   q=link(p);
8774   if ( mp_ab_vs_cd(mp, dx,y_coord(p)-y_coord(l),dy,x_coord(p)-x_coord(l))<0 )
8775     mp_move_knot(mp, p,l);
8776   p=q;
8777 }
8778
8779 @ The list is likely to be in order already so we just do linear insertions.
8780 Secondary comparisons on $y$ ensure that the sort is consistent with the
8781 choice of |l| and |r|.
8782
8783 @<Sort the path from |l| to |r| by increasing $x$@>=
8784 p=link(l);
8785 while ( p!=r ) { 
8786   q=knil(p);
8787   while ( x_coord(q)>x_coord(p) ) q=knil(q);
8788   while ( x_coord(q)==x_coord(p) ) {
8789     if ( y_coord(q)>y_coord(p) ) q=knil(q); else break;
8790   }
8791   if ( q==knil(p) ) p=link(p);
8792   else { p=link(p); mp_move_knot(mp, knil(p),q); };
8793 }
8794
8795 @ @<Sort the path from |r| to |l| by decreasing $x$@>=
8796 p=link(r);
8797 while ( p!=l ){ 
8798   q=knil(p);
8799   while ( x_coord(q)<x_coord(p) ) q=knil(q);
8800   while ( x_coord(q)==x_coord(p) ) {
8801     if ( y_coord(q)<y_coord(p) ) q=knil(q); else break;
8802   }
8803   if ( q==knil(p) ) p=link(p);
8804   else { p=link(p); mp_move_knot(mp, knil(p),q); };
8805 }
8806
8807 @ The condition involving |ab_vs_cd| tests if there is not a left turn
8808 at knot |q|.  There usually will be a left turn so we streamline the case
8809 where the |then| clause is not executed.
8810
8811 @<Do a Gramm scan and remove vertices where there...@>=
8812
8813 p=l; q=link(l);
8814 while (1) { 
8815   dx=x_coord(q)-x_coord(p);
8816   dy=y_coord(q)-y_coord(p);
8817   p=q; q=link(q);
8818   if ( p==l ) break;
8819   if ( p!=r )
8820     if ( mp_ab_vs_cd(mp, dx,y_coord(q)-y_coord(p),dy,x_coord(q)-x_coord(p))<=0 ) {
8821       @<Remove knot |p| and back up |p| and |q| but don't go past |l|@>;
8822     }
8823   }
8824 }
8825
8826 @ @<Remove knot |p| and back up |p| and |q| but don't go past |l|@>=
8827
8828 s=knil(p);
8829 mp_free_node(mp, p,knot_node_size);
8830 link(s)=q; knil(q)=s;
8831 if ( s==l ) p=s;
8832 else { p=knil(s); q=s; };
8833 }
8834
8835 @ The |find_offset| procedure sets global variables |(cur_x,cur_y)| to the
8836 offset associated with the given direction |(x,y)|.  If two different offsets
8837 apply, it chooses one of them.
8838
8839 @c 
8840 void mp_find_offset (MP mp,scaled x, scaled y, pointer h) {
8841   pointer p,q; /* consecutive knots */
8842   scaled wx,wy,hx,hy;
8843   /* the transformation matrix for an elliptical pen */
8844   fraction xx,yy; /* untransformed offset for an elliptical pen */
8845   fraction d; /* a temporary register */
8846   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8847     @<Find the offset for |(x,y)| on the elliptical pen~|h|@>
8848   } else { 
8849     q=h;
8850     do {  
8851       p=q; q=link(q);
8852     } while (! mp_ab_vs_cd(mp, x_coord(q)-x_coord(p),y, y_coord(q)-y_coord(p),x)>=0);
8853     do {  
8854       p=q; q=link(q);
8855     } while (! mp_ab_vs_cd(mp, x_coord(q)-x_coord(p),y, y_coord(q)-y_coord(p),x)<=0);
8856     mp->cur_x=x_coord(p);
8857     mp->cur_y=y_coord(p);
8858   }
8859 }
8860
8861 @ @<Glob...@>=
8862 scaled cur_x;
8863 scaled cur_y; /* all-purpose return value registers */
8864
8865 @ @<Find the offset for |(x,y)| on the elliptical pen~|h|@>=
8866 if ( (x==0) && (y==0) ) {
8867   mp->cur_x=x_coord(h); mp->cur_y=y_coord(h);  
8868 } else { 
8869   @<Find the non-constant part of the transformation for |h|@>;
8870   while ( (abs(x)<fraction_half) && (abs(y)<fraction_half) ){ 
8871     x+=x; y+=y;  
8872   };
8873   @<Make |(xx,yy)| the offset on the untransformed \&{pencircle} for the
8874     untransformed version of |(x,y)|@>;
8875   mp->cur_x=x_coord(h)+mp_take_fraction(mp, xx,wx)+mp_take_fraction(mp, yy,hx);
8876   mp->cur_y=y_coord(h)+mp_take_fraction(mp, xx,wy)+mp_take_fraction(mp, yy,hy);
8877 }
8878
8879 @ @<Find the non-constant part of the transformation for |h|@>=
8880 wx=left_x(h)-x_coord(h);
8881 wy=left_y(h)-y_coord(h);
8882 hx=right_x(h)-x_coord(h);
8883 hy=right_y(h)-y_coord(h)
8884
8885 @ @<Make |(xx,yy)| the offset on the untransformed \&{pencircle} for the...@>=
8886 yy=-(mp_take_fraction(mp, x,hy)+mp_take_fraction(mp, y,-hx));
8887 xx=mp_take_fraction(mp, x,-wy)+mp_take_fraction(mp, y,wx);
8888 d=mp_pyth_add(mp, xx,yy);
8889 if ( d>0 ) { 
8890   xx=half(mp_make_fraction(mp, xx,d));
8891   yy=half(mp_make_fraction(mp, yy,d));
8892 }
8893
8894 @ Finding the bounding box of a pen is easy except if the pen is elliptical.
8895 But we can handle that case by just calling |find_offset| twice.  The answer
8896 is stored in the global variables |minx|, |maxx|, |miny|, and |maxy|.
8897
8898 @c 
8899 void mp_pen_bbox (MP mp,pointer h) {
8900   pointer p; /* for scanning the knot list */
8901   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8902     @<Find the bounding box of an elliptical pen@>;
8903   } else { 
8904     minx=x_coord(h); maxx=minx;
8905     miny=y_coord(h); maxy=miny;
8906     p=link(h);
8907     while ( p!=h ) {
8908       if ( x_coord(p)<minx ) minx=x_coord(p);
8909       if ( y_coord(p)<miny ) miny=y_coord(p);
8910       if ( x_coord(p)>maxx ) maxx=x_coord(p);
8911       if ( y_coord(p)>maxy ) maxy=y_coord(p);
8912       p=link(p);
8913     }
8914   }
8915 }
8916
8917 @ @<Find the bounding box of an elliptical pen@>=
8918
8919 mp_find_offset(mp, 0,fraction_one,h);
8920 maxx=mp->cur_x;
8921 minx=2*x_coord(h)-mp->cur_x;
8922 mp_find_offset(mp, -fraction_one,0,h);
8923 maxy=mp->cur_y;
8924 miny=2*y_coord(h)-mp->cur_y;
8925 }
8926
8927 @* \[21] Edge structures.
8928 Now we come to \MP's internal scheme for representing pictures.
8929 The representation is very different from \MF's edge structures
8930 because \MP\ pictures contain \ps\ graphics objects instead of pixel
8931 images.  However, the basic idea is somewhat similar in that shapes
8932 are represented via their boundaries.
8933
8934 The main purpose of edge structures is to keep track of graphical objects
8935 until it is time to translate them into \ps.  Since \MP\ does not need to
8936 know anything about an edge structure other than how to translate it into
8937 \ps\ and how to find its bounding box, edge structures can be just linked
8938 lists of graphical objects.  \MP\ has no easy way to determine whether
8939 two such objects overlap, but it suffices to draw the first one first and
8940 let the second one overwrite it if necessary.
8941
8942 @ Let's consider the types of graphical objects one at a time.
8943 First of all, a filled contour is represented by a eight-word node.  The first
8944 word contains |type| and |link| fields, and the next six words contain a
8945 pointer to a cyclic path and the value to use for \ps' \&{currentrgbcolor}
8946 parameter.  If a pen is used for filling |pen_p|, |ljoin_val| and |miterlim_val|
8947 give the relevant information.
8948
8949 @d path_p(A) link((A)+1)
8950   /* a pointer to the path that needs filling */
8951 @d pen_p(A) info((A)+1)
8952   /* a pointer to the pen to fill or stroke with */
8953 @d color_model(A) type((A)+2) /*  the color model  */
8954 @d obj_red_loc(A) ((A)+3)  /* the first of three locations for the color */
8955 @d obj_cyan_loc obj_red_loc  /* the first of four locations for the color */
8956 @d obj_grey_loc obj_red_loc  /* the location for the color */
8957 @d red_val(A) mp->mem[(A)+3].sc
8958   /* the red component of the color in the range $0\ldots1$ */
8959 @d cyan_val red_val
8960 @d grey_val red_val
8961 @d green_val(A) mp->mem[(A)+4].sc
8962   /* the green component of the color in the range $0\ldots1$ */
8963 @d magenta_val green_val
8964 @d blue_val(A) mp->mem[(A)+5].sc
8965   /* the blue component of the color in the range $0\ldots1$ */
8966 @d yellow_val blue_val
8967 @d black_val(A) mp->mem[(A)+6].sc
8968   /* the blue component of the color in the range $0\ldots1$ */
8969 @d ljoin_val(A) name_type((A))  /* the value of \&{linejoin} */
8970 @:linejoin_}{\&{linejoin} primitive@>
8971 @d miterlim_val(A) mp->mem[(A)+7].sc  /* the value of \&{miterlimit} */
8972 @:miterlimit_}{\&{miterlimit} primitive@>
8973 @d obj_color_part(A) mp->mem[(A)+3-red_part].sc
8974   /* interpret an object pointer that has been offset by |red_part..blue_part| */
8975 @d pre_script(A) mp->mem[(A)+8].hh.lh
8976 @d post_script(A) mp->mem[(A)+8].hh.rh
8977 @d fill_node_size 9
8978 @d fill_code 1
8979
8980 @c 
8981 pointer mp_new_fill_node (MP mp,pointer p) {
8982   /* make a fill node for cyclic path |p| and color black */
8983   pointer t; /* the new node */
8984   t=mp_get_node(mp, fill_node_size);
8985   type(t)=fill_code;
8986   path_p(t)=p;
8987   pen_p(t)=null; /* |null| means don't use a pen */
8988   red_val(t)=0;
8989   green_val(t)=0;
8990   blue_val(t)=0;
8991   black_val(t)=0;
8992   color_model(t)=uninitialized_model;
8993   pre_script(t)=null;
8994   post_script(t)=null;
8995   @<Set the |ljoin_val| and |miterlim_val| fields in object |t|@>;
8996   return t;
8997 }
8998
8999 @ @<Set the |ljoin_val| and |miterlim_val| fields in object |t|@>=
9000 if ( mp->internal[linejoin]>unity ) ljoin_val(t)=2;
9001 else if ( mp->internal[linejoin]>0 ) ljoin_val(t)=1;
9002 else ljoin_val(t)=0;
9003 if ( mp->internal[miterlimit]<unity )
9004   miterlim_val(t)=unity;
9005 else
9006   miterlim_val(t)=mp->internal[miterlimit]
9007
9008 @ A stroked path is represented by an eight-word node that is like a filled
9009 contour node except that it contains the current \&{linecap} value, a scale
9010 factor for the dash pattern, and a pointer that is non-null if the stroke
9011 is to be dashed.  The purpose of the scale factor is to allow a picture to
9012 be transformed without touching the picture that |dash_p| points to.
9013
9014 @d dash_p(A) link((A)+9)
9015   /* a pointer to the edge structure that gives the dash pattern */
9016 @d lcap_val(A) type((A)+9)
9017   /* the value of \&{linecap} */
9018 @:linecap_}{\&{linecap} primitive@>
9019 @d dash_scale(A) mp->mem[(A)+10].sc /* dash lengths are scaled by this factor */
9020 @d stroked_node_size 11
9021 @d stroked_code 2
9022
9023 @c 
9024 pointer mp_new_stroked_node (MP mp,pointer p) {
9025   /* make a stroked node for path |p| with |pen_p(p)| temporarily |null| */
9026   pointer t; /* the new node */
9027   t=mp_get_node(mp, stroked_node_size);
9028   type(t)=stroked_code;
9029   path_p(t)=p; pen_p(t)=null;
9030   dash_p(t)=null;
9031   dash_scale(t)=unity;
9032   red_val(t)=0;
9033   green_val(t)=0;
9034   blue_val(t)=0;
9035   black_val(t)=0;
9036   color_model(t)=uninitialized_model;
9037   pre_script(t)=null;
9038   post_script(t)=null;
9039   @<Set the |ljoin_val| and |miterlim_val| fields in object |t|@>;
9040   if ( mp->internal[linecap]>unity ) lcap_val(t)=2;
9041   else if ( mp->internal[linecap]>0 ) lcap_val(t)=1;
9042   else lcap_val(t)=0;
9043   return t;
9044 }
9045
9046 @ When a dashed line is computed in a transformed coordinate system, the dash
9047 lengths get scaled like the pen shape and we need to compensate for this.  Since
9048 there is no unique scale factor for an arbitrary transformation, we use the
9049 the square root of the determinant.  The properties of the determinant make it
9050 easier to maintain the |dash_scale|.  The computation is fairly straight-forward
9051 except for the initialization of the scale factor |s|.  The factor of 64 is
9052 needed because |square_rt| scales its result by $2^8$ while we need $2^{14}$
9053 to counteract the effect of |take_fraction|.
9054
9055 @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>=
9056 scaled mp_sqrt_det (MP mp,scaled a, scaled b, scaled c, scaled d) {
9057   scaled maxabs; /* $max(|a|,|b|,|c|,|d|)$ */
9058   integer s; /* amount by which the result of |square_rt| needs to be scaled */
9059   @<Initialize |maxabs|@>;
9060   s=64;
9061   while ( (maxabs<fraction_one) && (s>1) ){ 
9062     a+=a; b+=b; c+=c; d+=d;
9063     maxabs+=maxabs; s=halfp(s);
9064   }
9065   return s*mp_square_rt(mp, abs(mp_take_fraction(mp, a,d)-mp_take_fraction(mp, b,c)));
9066 }
9067 @#
9068 scaled mp_get_pen_scale (MP mp,pointer p) { 
9069   return mp_sqrt_det(mp, 
9070     left_x(p)-x_coord(p), right_x(p)-x_coord(p),
9071     left_y(p)-y_coord(p), right_y(p)-y_coord(p));
9072 }
9073
9074 @ @<Initialize |maxabs|@>=
9075 maxabs=abs(a);
9076 if ( abs(b)>maxabs ) maxabs=abs(b);
9077 if ( abs(c)>maxabs ) maxabs=abs(c);
9078 if ( abs(d)>maxabs ) maxabs=abs(d)
9079
9080 @ When a picture contains text, this is represented by a fourteen-word node
9081 where the color information and |type| and |link| fields are augmented by
9082 additional fields that describe the text and  how it is transformed.
9083 The |path_p| and |pen_p| pointers are replaced by a number that identifies
9084 the font and a string number that gives the text to be displayed.
9085 The |width|, |height|, and |depth| fields
9086 give the dimensions of the text at its design size, and the remaining six
9087 words give a transformation to be applied to the text.  The |new_text_node|
9088 function initializes everything to default values so that the text comes out
9089 black with its reference point at the origin.
9090
9091 @d text_p(A) link((A)+1)  /* a string pointer for the text to display */
9092 @d font_n(A) info((A)+1)  /* the font number */
9093 @d width_val(A) mp->mem[(A)+7].sc  /* unscaled width of the text */
9094 @d height_val(A) mp->mem[(A)+9].sc  /* unscaled height of the text */
9095 @d depth_val(A) mp->mem[(A)+10].sc  /* unscaled depth of the text */
9096 @d text_tx_loc(A) ((A)+11)
9097   /* the first of six locations for transformation parameters */
9098 @d tx_val(A) mp->mem[(A)+11].sc  /* $x$ shift amount */
9099 @d ty_val(A) mp->mem[(A)+12].sc  /* $y$ shift amount */
9100 @d txx_val(A) mp->mem[(A)+13].sc  /* |txx| transformation parameter */
9101 @d txy_val(A) mp->mem[(A)+14].sc  /* |txy| transformation parameter */
9102 @d tyx_val(A) mp->mem[(A)+15].sc  /* |tyx| transformation parameter */
9103 @d tyy_val(A) mp->mem[(A)+16].sc  /* |tyy| transformation parameter */
9104 @d text_trans_part(A) mp->mem[(A)+11-x_part].sc
9105     /* interpret a text node ponter that has been offset by |x_part..yy_part| */
9106 @d text_node_size 17
9107 @d text_code 3
9108
9109 @c @<Declare text measuring subroutines@>;
9110 pointer mp_new_text_node (MP mp,char *f,str_number s) {
9111   /* make a text node for font |f| and text string |s| */
9112   pointer t; /* the new node */
9113   t=mp_get_node(mp, text_node_size);
9114   type(t)=text_code;
9115   text_p(t)=s;
9116   font_n(t)=mp_find_font(mp, f); /* this identifies the font */
9117   red_val(t)=0;
9118   green_val(t)=0;
9119   blue_val(t)=0;
9120   black_val(t)=0;
9121   color_model(t)=uninitialized_model;
9122   pre_script(t)=null;
9123   post_script(t)=null;
9124   tx_val(t)=0; ty_val(t)=0;
9125   txx_val(t)=unity; txy_val(t)=0;
9126   tyx_val(t)=0; tyy_val(t)=unity;
9127   mp_set_text_box(mp, t); /* this finds the bounding box */
9128   return t;
9129 }
9130
9131 @ The last two types of graphical objects that can occur in an edge structure
9132 are clipping paths and \&{setbounds} paths.  These are slightly more difficult
9133 @:set_bounds_}{\&{setbounds} primitive@>
9134 to implement because we must keep track of exactly what is being clipped or
9135 bounded when pictures get merged together.  For this reason, each clipping or
9136 \&{setbounds} operation is represented by a pair of nodes:  first comes a
9137 two-word node whose |path_p| gives the relevant path, then there is the list
9138 of objects to clip or bound followed by a two-word node whose second word is
9139 unused.
9140
9141 Using at least two words for each graphical object node allows them all to be
9142 allocated and deallocated similarly with a global array |gr_object_size| to
9143 give the size in words for each object type.
9144
9145 @d start_clip_size 2
9146 @d start_bounds_size 2
9147 @d stop_clip_size 2 /* the second word is not used here */
9148 @d stop_bounds_size 2 /* the second word is not used here */
9149 @#
9150 @d stop_type(A) ((A)+2)
9151   /* matching |type| for |start_clip_code| or |start_bounds_code| */
9152 @d has_color(A) (type((A))<mp_start_clip_code)
9153   /* does a graphical object have color fields? */
9154 @d has_pen(A) (type((A))<text_code)
9155   /* does a graphical object have a |pen_p| field? */
9156 @d is_start_or_stop(A) (type((A))>=mp_start_clip_code)
9157 @d is_stop(A) (type((A))>=mp_stop_clip_code)
9158
9159 @<Types...@>=
9160 enum {
9161  mp_start_clip_code=4, /* |type| of a node that starts clipping */
9162  mp_start_bounds_code, /* |type| of a node that gives a \&{setbounds} path */
9163  mp_stop_clip_code, /* |type| of a node that stops clipping */
9164  mp_stop_bounds_code /* |type| of a node that stops \&{setbounds} */
9165 };
9166
9167 @ @c 
9168 pointer mp_new_bounds_node (MP mp,pointer p, small_number  c) {
9169   /* make a node of type |c| where |p| is the clipping or \&{setbounds} path */
9170   pointer t; /* the new node */
9171   t=mp_get_node(mp, mp->gr_object_size[c]);
9172   type(t)=c;
9173   path_p(t)=p;
9174   return t;
9175 };
9176
9177 @ We need an array to keep track of the sizes of graphical objects.
9178
9179 @<Glob...@>=
9180 small_number gr_object_size[mp_stop_bounds_code+1];
9181
9182 @ @<Set init...@>=
9183 mp->gr_object_size[fill_code]=fill_node_size;
9184 mp->gr_object_size[stroked_code]=stroked_node_size;
9185 mp->gr_object_size[text_code]=text_node_size;
9186 mp->gr_object_size[mp_start_clip_code]=start_clip_size;
9187 mp->gr_object_size[mp_stop_clip_code]=stop_clip_size;
9188 mp->gr_object_size[mp_start_bounds_code]=start_bounds_size;
9189 mp->gr_object_size[mp_stop_bounds_code]=stop_bounds_size;
9190
9191 @ All the essential information in an edge structure is encoded as a linked list
9192 of graphical objects as we have just seen, but it is helpful to add some
9193 redundant information.  A single edge structure might be used as a dash pattern
9194 many times, and it would be nice to avoid scanning the same structure
9195 repeatedly.  Thus, an edge structure known to be a suitable dash pattern
9196 has a header that gives a list of dashes in a sorted order designed for rapid
9197 translation into \ps.
9198
9199 Each dash is represented by a three-word node containing the initial and final
9200 $x$~coordinates as well as the usual |link| field.  The |link| fields points to
9201 the dash node with the next higher $x$-coordinates and the final link points
9202 to a special location called |null_dash|.  (There should be no overlap between
9203 dashes).  Since the $y$~coordinate of the dash pattern is needed to determine
9204 the period of repetition, this needs to be stored in the edge header along
9205 with a pointer to the list of dash nodes.
9206
9207 @d start_x(A) mp->mem[(A)+1].sc  /* the starting $x$~coordinate in a dash node */
9208 @d stop_x(A) mp->mem[(A)+2].sc  /* the ending $x$~coordinate in a dash node */
9209 @d dash_node_size 3
9210 @d dash_list link
9211   /* in an edge header this points to the first dash node */
9212 @d dash_y(A) mp->mem[(A)+1].sc  /* $y$ value for the dash list in an edge header */
9213
9214 @ It is also convenient for an edge header to contain the bounding
9215 box information needed by the \&{llcorner} and \&{urcorner} operators
9216 so that this does not have to be recomputed unnecessarily.  This is done by
9217 adding fields for the $x$~and $y$ extremes as well as a pointer that indicates
9218 how far the bounding box computation has gotten.  Thus if the user asks for
9219 the bounding box and then adds some more text to the picture before asking
9220 for more bounding box information, the second computation need only look at
9221 the additional text.
9222
9223 When the bounding box has not been computed, the |bblast| pointer points
9224 to a dummy link at the head of the graphical object list while the |minx_val|
9225 and |miny_val| fields contain |el_gordo| and the |maxx_val| and |maxy_val|
9226 fields contain |-el_gordo|.
9227
9228 Since the bounding box of pictures containing objects of type
9229 |mp_start_bounds_code| depends on the value of \&{truecorners}, the bounding box
9230 @:true_corners_}{\&{truecorners} primitive@>
9231 data might not be valid for all values of this parameter.  Hence, the |bbtype|
9232 field is needed to keep track of this.
9233
9234 @d minx_val(A) mp->mem[(A)+2].sc
9235 @d miny_val(A) mp->mem[(A)+3].sc
9236 @d maxx_val(A) mp->mem[(A)+4].sc
9237 @d maxy_val(A) mp->mem[(A)+5].sc
9238 @d bblast(A) link((A)+6)  /* last item considered in bounding box computation */
9239 @d bbtype(A) info((A)+6)  /* tells how bounding box data depends on \&{truecorners} */
9240 @d dummy_loc(A) ((A)+7)  /* where the object list begins in an edge header */
9241 @d no_bounds 0
9242   /* |bbtype| value when bounding box data is valid for all \&{truecorners} values */
9243 @d bounds_set 1
9244   /* |bbtype| value when bounding box data is for \&{truecorners}${}\le 0$ */
9245 @d bounds_unset 2
9246   /* |bbtype| value when bounding box data is for \&{truecorners}${}>0$ */
9247
9248 @c 
9249 void mp_init_bbox (MP mp,pointer h) {
9250   /* Initialize the bounding box information in edge structure |h| */
9251   bblast(h)=dummy_loc(h);
9252   bbtype(h)=no_bounds;
9253   minx_val(h)=el_gordo;
9254   miny_val(h)=el_gordo;
9255   maxx_val(h)=-el_gordo;
9256   maxy_val(h)=-el_gordo;
9257 }
9258
9259 @ The only other entries in an edge header are a reference count in the first
9260 word and a pointer to the tail of the object list in the last word.
9261
9262 @d obj_tail(A) info((A)+7)  /* points to the last entry in the object list */
9263 @d edge_header_size 8
9264
9265 @c 
9266 void mp_init_edges (MP mp,pointer h) {
9267   /* initialize an edge header to null values */
9268   dash_list(h)=null_dash;
9269   obj_tail(h)=dummy_loc(h);
9270   link(dummy_loc(h))=null;
9271   ref_count(h)=null;
9272   mp_init_bbox(mp, h);
9273 }
9274
9275 @ Here is how edge structures are deleted.  The process can be recursive because
9276 of the need to dereference edge structures that are used as dash patterns.
9277 @^recursion@>
9278
9279 @d add_edge_ref(A) incr(ref_count((A)))
9280 @d delete_edge_ref(A) { if ( ref_count((A))==null ) mp_toss_edges(mp, (A));
9281   else decr(ref_count((A))); }
9282
9283 @<Declare the recycling subroutines@>=
9284 void mp_flush_dash_list (MP mp,pointer h);
9285 pointer mp_toss_gr_object (MP mp,pointer p) ;
9286 void mp_toss_edges (MP mp,pointer h) ;
9287
9288 @ @c void mp_toss_edges (MP mp,pointer h) {
9289   pointer p,q;  /* pointers that scan the list being recycled */
9290   pointer r; /* an edge structure that object |p| refers to */
9291   mp_flush_dash_list(mp, h);
9292   q=link(dummy_loc(h));
9293   while ( (q!=null) ) { 
9294     p=q; q=link(q);
9295     r=mp_toss_gr_object(mp, p);
9296     if ( r!=null ) delete_edge_ref(r);
9297   }
9298   mp_free_node(mp, h,edge_header_size);
9299 }
9300 void mp_flush_dash_list (MP mp,pointer h) {
9301   pointer p,q;  /* pointers that scan the list being recycled */
9302   q=dash_list(h);
9303   while ( q!=null_dash ) { 
9304     p=q; q=link(q);
9305     mp_free_node(mp, p,dash_node_size);
9306   }
9307   dash_list(h)=null_dash;
9308 }
9309 pointer mp_toss_gr_object (MP mp,pointer p) {
9310   /* returns an edge structure that needs to be dereferenced */
9311   pointer e; /* the edge structure to return */
9312   e=null;
9313   @<Prepare to recycle graphical object |p|@>;
9314   mp_free_node(mp, p,mp->gr_object_size[type(p)]);
9315   return e;
9316 }
9317
9318 @ @<Prepare to recycle graphical object |p|@>=
9319 switch (type(p)) {
9320 case fill_code: 
9321   mp_toss_knot_list(mp, path_p(p));
9322   if ( pen_p(p)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(p));
9323   if ( pre_script(p)!=null ) delete_str_ref(pre_script(p));
9324   if ( post_script(p)!=null ) delete_str_ref(post_script(p));
9325   break;
9326 case stroked_code: 
9327   mp_toss_knot_list(mp, path_p(p));
9328   if ( pen_p(p)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(p));
9329   if ( pre_script(p)!=null ) delete_str_ref(pre_script(p));
9330   if ( post_script(p)!=null ) delete_str_ref(post_script(p));
9331   e=dash_p(p);
9332   break;
9333 case text_code: 
9334   delete_str_ref(text_p(p));
9335   if ( pre_script(p)!=null ) delete_str_ref(pre_script(p));
9336   if ( post_script(p)!=null ) delete_str_ref(post_script(p));
9337   break;
9338 case mp_start_clip_code:
9339 case mp_start_bounds_code: 
9340   mp_toss_knot_list(mp, path_p(p));
9341   break;
9342 case mp_stop_clip_code:
9343 case mp_stop_bounds_code: 
9344   break;
9345 } /* there are no other cases */
9346
9347 @ If we use |add_edge_ref| to ``copy'' edge structures, the real copying needs
9348 to be done before making a significant change to an edge structure.  Much of
9349 the work is done in a separate routine |copy_objects| that copies a list of
9350 graphical objects into a new edge header.
9351
9352 @c @<Declare a function called |copy_objects|@>;
9353 pointer mp_private_edges (MP mp,pointer h) {
9354   /* make a private copy of the edge structure headed by |h| */
9355   pointer hh;  /* the edge header for the new copy */
9356   pointer p,pp;  /* pointers for copying the dash list */
9357   if ( ref_count(h)==null ) {
9358     return h;
9359   } else { 
9360     decr(ref_count(h));
9361     hh=mp_copy_objects(mp, link(dummy_loc(h)),null);
9362     @<Copy the dash list from |h| to |hh|@>;
9363     @<Copy the bounding box information from |h| to |hh| and make |bblast(hh)|
9364       point into the new object list@>;
9365     return hh;
9366   }
9367 }
9368
9369 @ Here we use the fact that |dash_list(hh)=link(hh)|.
9370 @^data structure assumptions@>
9371
9372 @<Copy the dash list from |h| to |hh|@>=
9373 pp=hh; p=dash_list(h);
9374 while ( (p!=null_dash) ) { 
9375   link(pp)=mp_get_node(mp, dash_node_size);
9376   pp=link(pp);
9377   start_x(pp)=start_x(p);
9378   stop_x(pp)=stop_x(p);
9379   p=link(p);
9380 }
9381 link(pp)=null_dash;
9382 dash_y(hh)=dash_y(h)
9383
9384 @ @<Copy the bounding box information from |h| to |hh|...@>=
9385 minx_val(hh)=minx_val(h);
9386 miny_val(hh)=miny_val(h);
9387 maxx_val(hh)=maxx_val(h);
9388 maxy_val(hh)=maxy_val(h);
9389 bbtype(hh)=bbtype(h);
9390 p=dummy_loc(h); pp=dummy_loc(hh);
9391 while ((p!=bblast(h)) ) { 
9392   if ( p==null ) mp_confusion(mp, "bblast");
9393 @:this can't happen bblast}{\quad bblast@>
9394   p=link(p); pp=link(pp);
9395 }
9396 bblast(hh)=pp
9397
9398 @ Here is the promised routine for copying graphical objects into a new edge
9399 structure.  It starts copying at object~|p| and stops just before object~|q|.
9400 If |q| is null, it copies the entire sublist headed at |p|.  The resulting edge
9401 structure requires further initialization by |init_bbox|.
9402
9403 @<Declare a function called |copy_objects|@>=
9404 pointer mp_copy_objects (MP mp, pointer p, pointer q) {
9405   pointer hh;  /* the new edge header */
9406   pointer pp;  /* the last newly copied object */
9407   small_number k;  /* temporary register */
9408   hh=mp_get_node(mp, edge_header_size);
9409   dash_list(hh)=null_dash;
9410   ref_count(hh)=null;
9411   pp=dummy_loc(hh);
9412   while ( (p!=q) ) {
9413     @<Make |link(pp)| point to a copy of object |p|, and update |p| and |pp|@>;
9414   }
9415   obj_tail(hh)=pp;
9416   link(pp)=null;
9417   return hh;
9418 }
9419
9420 @ @<Make |link(pp)| point to a copy of object |p|, and update |p| and |pp|@>=
9421 { k=mp->gr_object_size[type(p)];
9422   link(pp)=mp_get_node(mp, k);
9423   pp=link(pp);
9424   while ( (k>0) ) { decr(k); mp->mem[pp+k]=mp->mem[p+k];  };
9425   @<Fix anything in graphical object |pp| that should differ from the
9426     corresponding field in |p|@>;
9427   p=link(p);
9428 }
9429
9430 @ @<Fix anything in graphical object |pp| that should differ from the...@>=
9431 switch (type(p)) {
9432 case mp_start_clip_code:
9433 case mp_start_bounds_code: 
9434   path_p(pp)=mp_copy_path(mp, path_p(p));
9435   break;
9436 case fill_code: 
9437   path_p(pp)=mp_copy_path(mp, path_p(p));
9438   if ( pen_p(p)!=null ) pen_p(pp)=copy_pen(pen_p(p));
9439   break;
9440 case stroked_code: 
9441   path_p(pp)=mp_copy_path(mp, path_p(p));
9442   pen_p(pp)=copy_pen(pen_p(p));
9443   if ( dash_p(p)!=null ) add_edge_ref(dash_p(pp));
9444   break;
9445 case text_code: 
9446   add_str_ref(text_p(pp));
9447   break;
9448 case mp_stop_clip_code:
9449 case mp_stop_bounds_code: 
9450   break;
9451 }  /* there are no other cases */
9452
9453 @ Here is one way to find an acceptable value for the second argument to
9454 |copy_objects|.  Given a non-null graphical object list, |skip_1component|
9455 skips past one picture component, where a ``picture component'' is a single
9456 graphical object, or a start bounds or start clip object and everything up
9457 through the matching stop bounds or stop clip object.  The macro version avoids
9458 procedure call overhead and error handling: |skip_component(p)(e)| advances |p|
9459 unless |p| points to a stop bounds or stop clip node, in which case it executes
9460 |e| instead.
9461
9462 @d skip_component(A)
9463     if ( ! is_start_or_stop((A)) ) (A)=link((A));
9464     else if ( ! is_stop((A)) ) (A)=mp_skip_1component(mp, (A));
9465     else 
9466
9467 @c 
9468 pointer mp_skip_1component (MP mp,pointer p) {
9469   integer lev; /* current nesting level */
9470   lev=0;
9471   do {  
9472    if ( is_start_or_stop(p) ) {
9473      if ( is_stop(p) ) decr(lev);  else incr(lev);
9474    }
9475    p=link(p);
9476   } while (lev!=0);
9477   return p;
9478 }
9479
9480 @ Here is a diagnostic routine for printing an edge structure in symbolic form.
9481
9482 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
9483 @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>;
9484 void mp_print_edges (MP mp,pointer h, char *s, boolean nuline) {
9485   pointer p;  /* a graphical object to be printed */
9486   pointer hh,pp;  /* temporary pointers */
9487   scaled scf;  /* a scale factor for the dash pattern */
9488   boolean ok_to_dash;  /* |false| for polygonal pen strokes */
9489   mp_print_diagnostic(mp, "Edge structure",s,nuline);
9490   p=dummy_loc(h);
9491   while ( link(p)!=null ) { 
9492     p=link(p);
9493     mp_print_ln(mp);
9494     switch (type(p)) {
9495       @<Cases for printing graphical object node |p|@>;
9496     default: 
9497           mp_print(mp, "[unknown object type!]");
9498           break;
9499     }
9500   }
9501   mp_print_nl(mp, "End edges");
9502   if ( p!=obj_tail(h) ) mp_print(mp, "?");
9503 @.End edges?@>
9504   mp_end_diagnostic(mp, true);
9505 }
9506
9507 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9508 case fill_code: 
9509   mp_print(mp, "Filled contour ");
9510   mp_print_obj_color(mp, p);
9511   mp_print_char(mp, ':'); mp_print_ln(mp);
9512   mp_pr_path(mp, path_p(p)); mp_print_ln(mp);
9513   if ( (pen_p(p)!=null) ) {
9514     @<Print join type for graphical object |p|@>;
9515     mp_print(mp, " with pen"); mp_print_ln(mp);
9516     mp_pr_pen(mp, pen_p(p));
9517   }
9518   break;
9519
9520 @ @<Print join type for graphical object |p|@>=
9521 switch (ljoin_val(p)) {
9522 case 0:
9523   mp_print(mp, "mitered joins limited ");
9524   mp_print_scaled(mp, miterlim_val(p));
9525   break;
9526 case 1:
9527   mp_print(mp, "round joins");
9528   break;
9529 case 2:
9530   mp_print(mp, "beveled joins");
9531   break;
9532 default: 
9533   mp_print(mp, "?? joins");
9534 @.??@>
9535   break;
9536 }
9537
9538 @ For stroked nodes, we need to print |lcap_val(p)| as well.
9539
9540 @<Print join and cap types for stroked node |p|@>=
9541 switch (lcap_val(p)) {
9542 case 0:mp_print(mp, "butt"); break;
9543 case 1:mp_print(mp, "round"); break;
9544 case 2:mp_print(mp, "square"); break;
9545 default: mp_print(mp, "??"); break;
9546 @.??@>
9547 }
9548 mp_print(mp, " ends, ");
9549 @<Print join type for graphical object |p|@>
9550
9551 @ Here is a routine that prints the color of a graphical object if it isn't
9552 black (the default color).
9553
9554 @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>=
9555 @<Declare a procedure called |print_compact_node|@>;
9556 void mp_print_obj_color (MP mp,pointer p) { 
9557   if ( color_model(p)==grey_model ) {
9558     if ( grey_val(p)>0 ) { 
9559       mp_print(mp, "greyed ");
9560       mp_print_compact_node(mp, obj_grey_loc(p),1);
9561     };
9562   } else if ( color_model(p)==cmyk_model ) {
9563     if ( (cyan_val(p)>0) || (magenta_val(p)>0) || 
9564          (yellow_val(p)>0) || (black_val(p)>0) ) { 
9565       mp_print(mp, "processcolored ");
9566       mp_print_compact_node(mp, obj_cyan_loc(p),4);
9567     };
9568   } else if ( color_model(p)==rgb_model ) {
9569     if ( (red_val(p)>0) || (green_val(p)>0) || (blue_val(p)>0) ) { 
9570       mp_print(mp, "colored "); 
9571       mp_print_compact_node(mp, obj_red_loc(p),3);
9572     };
9573   }
9574 }
9575
9576 @ We also need a procedure for printing consecutive scaled values as if they
9577 were a known big node.
9578
9579 @<Declare a procedure called |print_compact_node|@>=
9580 void mp_print_compact_node (MP mp,pointer p, small_number k) {
9581   pointer q;  /* last location to print */
9582   q=p+k-1;
9583   mp_print_char(mp, '(');
9584   while ( p<=q ){ 
9585     mp_print_scaled(mp, mp->mem[p].sc);
9586     if ( p<q ) mp_print_char(mp, ',');
9587     incr(p);
9588   }
9589   mp_print_char(mp, ')');
9590 }
9591
9592 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9593 case stroked_code: 
9594   mp_print(mp, "Filled pen stroke ");
9595   mp_print_obj_color(mp, p);
9596   mp_print_char(mp, ':'); mp_print_ln(mp);
9597   mp_pr_path(mp, path_p(p));
9598   if ( dash_p(p)!=null ) { 
9599     mp_print_nl(mp, "dashed (");
9600     @<Finish printing the dash pattern that |p| refers to@>;
9601   }
9602   mp_print_ln(mp);
9603   @<Print join and cap types for stroked node |p|@>;
9604   mp_print(mp, " with pen"); mp_print_ln(mp);
9605   if ( pen_p(p)==null ) mp_print(mp, "???"); /* shouldn't happen */
9606 @.???@>
9607   else mp_pr_pen(mp, pen_p(p));
9608   break;
9609
9610 @ Normally, the  |dash_list| field in an edge header is set to |null_dash|
9611 when it is not known to define a suitable dash pattern.  This is disallowed
9612 here because the |dash_p| field should never point to such an edge header.
9613 Note that memory is allocated for |start_x(null_dash)| and we are free to
9614 give it any convenient value.
9615
9616 @<Finish printing the dash pattern that |p| refers to@>=
9617 ok_to_dash=pen_is_elliptical(pen_p(p));
9618 if ( ! ok_to_dash ) scf=unity; else scf=dash_scale(p);
9619 hh=dash_p(p);
9620 pp=dash_list(hh);
9621 if ( (pp==null_dash) || (dash_y(hh)<0) ) {
9622   mp_print(mp, " ??");
9623 } else { start_x(null_dash)=start_x(pp)+dash_y(hh);
9624   while ( pp!=null_dash ) { 
9625     mp_print(mp, "on ");
9626     mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, stop_x(pp)-start_x(pp),scf));
9627     mp_print(mp, " off ");
9628     mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, start_x(link(pp))-stop_x(pp),scf));
9629     pp = link(pp);
9630     if ( pp!=null_dash ) mp_print_char(mp, ' ');
9631   }
9632   mp_print(mp, ") shifted ");
9633   mp_print_scaled(mp, -mp_take_scaled(mp, mp_dash_offset(mp, hh),scf));
9634   if ( ! ok_to_dash || (dash_y(hh)==0) ) mp_print(mp, " (this will be ignored)");
9635 }
9636
9637 @ @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>=
9638 scaled mp_dash_offset (MP mp,pointer h) {
9639   scaled x;  /* the answer */
9640   if ( (dash_list(h)==null_dash) || (dash_y(h)<0) ) mp_confusion(mp, "dash0");
9641 @:this can't happen dash0}{\quad dash0@>
9642   if ( dash_y(h)==0 ) {
9643     x=0; 
9644   } else { 
9645     x=-(start_x(dash_list(h)) % dash_y(h));
9646     if ( x<0 ) x=x+dash_y(h);
9647   }
9648   return x;
9649 }
9650
9651 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9652 case text_code: 
9653   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp,text_p(p));
9654   mp_print(mp, "\" infont \""); mp_print(mp, mp->font_name[font_n(p)]);
9655   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_ln(mp);
9656   mp_print_obj_color(mp, p);
9657   mp_print(mp, "transformed ");
9658   mp_print_compact_node(mp, text_tx_loc(p),6);
9659   break;
9660
9661 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9662 case mp_start_clip_code: 
9663   mp_print(mp, "clipping path:");
9664   mp_print_ln(mp);
9665   mp_pr_path(mp, path_p(p));
9666   break;
9667 case mp_stop_clip_code: 
9668   mp_print(mp, "stop clipping");
9669   break;
9670
9671 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9672 case mp_start_bounds_code: 
9673   mp_print(mp, "setbounds path:");
9674   mp_print_ln(mp);
9675   mp_pr_path(mp, path_p(p));
9676   break;
9677 case mp_stop_bounds_code: 
9678   mp_print(mp, "end of setbounds");
9679   break;
9680
9681 @ To initialize the |dash_list| field in an edge header~|h|, we need a
9682 subroutine that scans an edge structure and tries to interpret it as a dash
9683 pattern.  This can only be done when there are no filled regions or clipping
9684 paths and all the pen strokes have the same color.  The first step is to let
9685 $y_0$ be the initial $y$~coordinate of the first pen stroke.  Then we implicitly
9686 project all the pen stroke paths onto the line $y=y_0$ and require that there
9687 be no retracing.  If the resulting paths cover a range of $x$~coordinates of
9688 length $\Delta x$, we set |dash_y(h)| to the length of the dash pattern by
9689 finding the maximum of $\Delta x$ and the absolute value of~$y_0$.
9690
9691 @c @<Declare a procedure called |x_retrace_error|@>;
9692 pointer mp_make_dashes (MP mp,pointer h) { /* returns |h| or |null| */
9693   pointer p;  /* this scans the stroked nodes in the object list */
9694   pointer p0;  /* if not |null| this points to the first stroked node */
9695   pointer pp,qq,rr;  /* pointers into |path_p(p)| */
9696   pointer d,dd;  /* pointers used to create the dash list */
9697   @<Other local variables in |make_dashes|@>;
9698   scaled y0=0;  /* the initial $y$ coordinate */
9699   if ( dash_list(h)!=null_dash ) 
9700         return h;
9701   p0=null;
9702   p=link(dummy_loc(h));
9703   while ( p!=null ) { 
9704     if ( type(p)!=stroked_code ) {
9705       @<Compain that the edge structure contains a node of the wrong type
9706         and |goto not_found|@>;
9707     }
9708     pp=path_p(p);
9709     if ( p0==null ){ p0=p; y0=y_coord(pp);  };
9710     @<Make |d| point to a new dash node created from stroke |p| and path |pp|
9711       or |goto not_found| if there is an error@>;
9712     @<Insert |d| into the dash list and |goto not_found| if there is an error@>;
9713     p=link(p);
9714   }
9715   if ( dash_list(h)==null_dash ) 
9716     goto NOT_FOUND; /* No error message */
9717   @<Scan |dash_list(h)| and deal with any dashes that are themselves dashed@>;
9718   @<Set |dash_y(h)| and merge the first and last dashes if necessary@>;
9719   return h;
9720 NOT_FOUND: 
9721   @<Flush the dash list, recycle |h| and return |null|@>;
9722 };
9723
9724 @ @<Compain that the edge structure contains a node of the wrong type...@>=
9725
9726 print_err("Picture is too complicated to use as a dash pattern");
9727 help3("When you say `dashed p', picture p should not contain any")
9728   ("text, filled regions, or clipping paths.  This time it did")
9729   ("so I'll just make it a solid line instead.");
9730 mp_put_get_error(mp);
9731 goto NOT_FOUND;
9732 }
9733
9734 @ A similar error occurs when monotonicity fails.
9735
9736 @<Declare a procedure called |x_retrace_error|@>=
9737 void mp_x_retrace_error (MP mp) { 
9738 print_err("Picture is too complicated to use as a dash pattern");
9739 help3("When you say `dashed p', every path in p should be monotone")
9740   ("in x and there must be no overlapping.  This failed")
9741   ("so I'll just make it a solid line instead.");
9742 mp_put_get_error(mp);
9743 }
9744
9745 @ We stash |p| in |info(d)| if |dash_p(p)<>0| so that subsequent processing can
9746 handle the case where the pen stroke |p| is itself dashed.
9747
9748 @<Make |d| point to a new dash node created from stroke |p| and path...@>=
9749 @<Make sure |p| and |p0| are the same color and |goto not_found| if there is
9750   an error@>;
9751 rr=pp;
9752 if ( link(pp)!=pp ) {
9753   do {  
9754     qq=rr; rr=link(rr);
9755     @<Check for retracing between knots |qq| and |rr| and |goto not_found|
9756       if there is a problem@>;
9757   } while (right_type(rr)!=endpoint);
9758 }
9759 d=mp_get_node(mp, dash_node_size);
9760 if ( dash_p(p)==0 ) info(d)=0;  else info(d)=p;
9761 if ( x_coord(pp)<x_coord(rr) ) { 
9762   start_x(d)=x_coord(pp);
9763   stop_x(d)=x_coord(rr);
9764 } else { 
9765   start_x(d)=x_coord(rr);
9766   stop_x(d)=x_coord(pp);
9767 }
9768
9769 @ We also need to check for the case where the segment from |qq| to |rr| is
9770 monotone in $x$ but is reversed relative to the path from |pp| to |qq|.
9771
9772 @<Check for retracing between knots |qq| and |rr| and |goto not_found|...@>=
9773 x0=x_coord(qq);
9774 x1=right_x(qq);
9775 x2=left_x(rr);
9776 x3=x_coord(rr);
9777 if ( (x0>x1) || (x1>x2) || (x2>x3) ) {
9778   if ( (x0<x1) || (x1<x2) || (x2<x3) ) {
9779     if ( mp_ab_vs_cd(mp, x2-x1,x2-x1,x1-x0,x3-x2)>0 ) {
9780       mp_x_retrace_error(mp); goto NOT_FOUND;
9781     }
9782   }
9783 }
9784 if ( (x_coord(pp)>x0) || (x0>x3) ) {
9785   if ( (x_coord(pp)<x0) || (x0<x3) ) {
9786     mp_x_retrace_error(mp); goto NOT_FOUND;
9787   }
9788 }
9789
9790 @ @<Other local variables in |make_dashes|@>=
9791   scaled x0,x1,x2,x3;  /* $x$ coordinates of the segment from |qq| to |rr| */
9792
9793 @ @<Make sure |p| and |p0| are the same color and |goto not_found|...@>=
9794 if ( (red_val(p)!=red_val(p0)) || (black_val(p)!=black_val(p0)) ||
9795   (green_val(p)!=green_val(p0)) || (blue_val(p)!=blue_val(p0)) ) {
9796   print_err("Picture is too complicated to use as a dash pattern");
9797   help3("When you say `dashed p', everything in picture p should")
9798     ("be the same color.  I can\'t handle your color changes")
9799     ("so I'll just make it a solid line instead.");
9800   mp_put_get_error(mp);
9801   goto NOT_FOUND;
9802 }
9803
9804 @ @<Insert |d| into the dash list and |goto not_found| if there is an error@>=
9805 start_x(null_dash)=stop_x(d);
9806 dd=h; /* this makes |link(dd)=dash_list(h)| */
9807 while ( start_x(link(dd))<stop_x(d) )
9808   dd=link(dd);
9809 if ( dd!=h ) {
9810   if ( (stop_x(dd)>start_x(d)) )
9811     { mp_x_retrace_error(mp); goto NOT_FOUND;  };
9812 }
9813 link(d)=link(dd);
9814 link(dd)=d
9815
9816 @ @<Set |dash_y(h)| and merge the first and last dashes if necessary@>=
9817 d=dash_list(h);
9818 while ( (link(d)!=null_dash) )
9819   d=link(d);
9820 dd=dash_list(h);
9821 dash_y(h)=stop_x(d)-start_x(dd);
9822 if ( abs(y0)>dash_y(h) ) {
9823   dash_y(h)=abs(y0);
9824 } else if ( d!=dd ) { 
9825   dash_list(h)=link(dd);
9826   stop_x(d)=stop_x(dd)+dash_y(h);
9827   mp_free_node(mp, dd,dash_node_size);
9828 }
9829
9830 @ We get here when the argument is a null picture or when there is an error.
9831 Recovering from an error involves making |dash_list(h)| empty to indicate
9832 that |h| is not known to be a valid dash pattern.  We also dereference |h|
9833 since it is not being used for the return value.
9834
9835 @<Flush the dash list, recycle |h| and return |null|@>=
9836 mp_flush_dash_list(mp, h);
9837 delete_edge_ref(h);
9838 return null
9839
9840 @ Having carefully saved the dashed stroked nodes in the
9841 corresponding dash nodes, we must be prepared to break up these dashes into
9842 smaller dashes.
9843
9844 @<Scan |dash_list(h)| and deal with any dashes that are themselves dashed@>=
9845 d=h;  /* now |link(d)=dash_list(h)| */
9846 while ( link(d)!=null_dash ) {
9847   ds=info(link(d));
9848   if ( ds==null ) { 
9849     d=link(d);
9850   } else {
9851     hh=dash_p(ds);
9852     hsf=dash_scale(ds);
9853     if ( (hh==null) ) mp_confusion(mp, "dash1");
9854 @:this can't happen dash0}{\quad dash1@>
9855     if ( dash_y(hh)==0 ) {
9856       d=link(d);
9857     } else { 
9858       if ( dash_list(hh)==null ) mp_confusion(mp, "dash1");
9859 @:this can't happen dash0}{\quad dash1@>
9860       @<Replace |link(d)| by a dashed version as determined by edge header
9861           |hh| and scale factor |ds|@>;
9862     }
9863   }
9864 }
9865
9866 @ @<Other local variables in |make_dashes|@>=
9867 pointer dln;  /* |link(d)| */
9868 pointer hh;  /* an edge header that tells how to break up |dln| */
9869 scaled hsf;  /* the dash pattern from |hh| gets scaled by this */
9870 pointer ds;  /* the stroked node from which |hh| and |hsf| are derived */
9871 scaled xoff;  /* added to $x$ values in |dash_list(hh)| to match |dln| */
9872
9873 @ @<Replace |link(d)| by a dashed version as determined by edge header...@>=
9874 dln=link(d);
9875 dd=dash_list(hh);
9876 xoff=start_x(dln)-mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd))-
9877         mp_take_scaled(mp, hsf,mp_dash_offset(mp, hh));
9878 start_x(null_dash)=mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd))
9879                    +mp_take_scaled(mp, hsf,dash_y(hh));
9880 stop_x(null_dash)=start_x(null_dash);
9881 @<Advance |dd| until finding the first dash that overlaps |dln| when
9882   offset by |xoff|@>;
9883 while ( start_x(dln)<=stop_x(dln) ) {
9884   @<If |dd| has `fallen off the end', back up to the beginning and fix |xoff|@>;
9885   @<Insert a dash between |d| and |dln| for the overlap with the offset version
9886     of |dd|@>;
9887   dd=link(dd);
9888   start_x(dln)=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd));
9889 }
9890 link(d)=link(dln);
9891 mp_free_node(mp, dln,dash_node_size)
9892
9893 @ The name of this module is a bit of a lie because we actually just find the
9894 first |dd| where |take_scaled (hsf, stop_x(dd))| is large enough to make an
9895 overlap possible.  It could be that the unoffset version of dash |dln| falls
9896 in the gap between |dd| and its predecessor.
9897
9898 @<Advance |dd| until finding the first dash that overlaps |dln| when...@>=
9899 while ( xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,stop_x(dd))<start_x(dln) ) {
9900   dd=link(dd);
9901 }
9902
9903 @ @<If |dd| has `fallen off the end', back up to the beginning and fix...@>=
9904 if ( dd==null_dash ) { 
9905   dd=dash_list(hh);
9906   xoff=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,dash_y(hh));
9907 }
9908
9909 @ At this point we already know that
9910 |start_x(dln)<=xoff+take_scaled(hsf,stop_x(dd))|.
9911
9912 @<Insert a dash between |d| and |dln| for the overlap with the offset...@>=
9913 if ( xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd))<=stop_x(dln) ) {
9914   link(d)=mp_get_node(mp, dash_node_size);
9915   d=link(d);
9916   link(d)=dln;
9917   if ( start_x(dln)>xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd)))
9918     start_x(d)=start_x(dln);
9919   else 
9920     start_x(d)=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd));
9921   if ( stop_x(dln)<xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,stop_x(dd)) ) 
9922     stop_x(d)=stop_x(dln);
9923   else 
9924     stop_x(d)=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,stop_x(dd));
9925 }
9926
9927 @ The next major task is to update the bounding box information in an edge
9928 header~|h|. This is done via a procedure |adjust_bbox| that enlarges an edge
9929 header's bounding box to accommodate the box computed by |path_bbox| or
9930 |pen_bbox|. (This is stored in global variables |minx|, |miny|, |maxx|, and
9931 |maxy|.)
9932
9933 @c void mp_adjust_bbox (MP mp,pointer h) { 
9934   if ( minx<minx_val(h) ) minx_val(h)=minx;
9935   if ( miny<miny_val(h) ) miny_val(h)=miny;
9936   if ( maxx>maxx_val(h) ) maxx_val(h)=maxx;
9937   if ( maxy>maxy_val(h) ) maxy_val(h)=maxy;
9938 }
9939
9940 @ Here is a special routine for updating the bounding box information in
9941 edge header~|h| to account for the squared-off ends of a non-cyclic path~|p|
9942 that is to be stroked with the pen~|pp|.
9943
9944 @c void mp_box_ends (MP mp, pointer p, pointer pp, pointer h) {
9945   pointer q;  /* a knot node adjacent to knot |p| */
9946   fraction dx,dy;  /* a unit vector in the direction out of the path at~|p| */
9947   scaled d;  /* a factor for adjusting the length of |(dx,dy)| */
9948   scaled z;  /* a coordinate being tested against the bounding box */
9949   scaled xx,yy;  /* the extreme pen vertex in the |(dx,dy)| direction */
9950   integer i; /* a loop counter */
9951   if ( right_type(p)!=endpoint ) { 
9952     q=link(p);
9953     while (1) { 
9954       @<Make |(dx,dy)| the final direction for the path segment from
9955         |q| to~|p|; set~|d|@>;
9956       d=mp_pyth_add(mp, dx,dy);
9957       if ( d>0 ) { 
9958          @<Normalize the direction |(dx,dy)| and find the pen offset |(xx,yy)|@>;
9959          for (i=1;i<= 2;i++) { 
9960            @<Use |(dx,dy)| to generate a vertex of the square end cap and
9961              update the bounding box to accommodate it@>;
9962            dx=-dx; dy=-dy; 
9963         }
9964       }
9965       if ( right_type(p)==endpoint ) {
9966          return;
9967       } else {
9968         @<Advance |p| to the end of the path and make |q| the previous knot@>;
9969       } 
9970     }
9971   }
9972 }
9973
9974 @ @<Make |(dx,dy)| the final direction for the path segment from...@>=
9975 if ( q==link(p) ) { 
9976   dx=x_coord(p)-right_x(p);
9977   dy=y_coord(p)-right_y(p);
9978   if ( (dx==0)&&(dy==0) ) {
9979     dx=x_coord(p)-left_x(q);
9980     dy=y_coord(p)-left_y(q);
9981   }
9982 } else { 
9983   dx=x_coord(p)-left_x(p);
9984   dy=y_coord(p)-left_y(p);
9985   if ( (dx==0)&&(dy==0) ) {
9986     dx=x_coord(p)-right_x(q);
9987     dy=y_coord(p)-right_y(q);
9988   }
9989 }
9990 dx=x_coord(p)-x_coord(q);
9991 dy=y_coord(p)-y_coord(q)
9992
9993 @ @<Normalize the direction |(dx,dy)| and find the pen offset |(xx,yy)|@>=
9994 dx=mp_make_fraction(mp, dx,d);
9995 dy=mp_make_fraction(mp, dy,d);
9996 mp_find_offset(mp, -dy,dx,pp);
9997 xx=mp->cur_x; yy=mp->cur_y
9998
9999 @ @<Use |(dx,dy)| to generate a vertex of the square end cap and...@>=
10000 mp_find_offset(mp, dx,dy,pp);
10001 d=mp_take_fraction(mp, xx-mp->cur_x,dx)+mp_take_fraction(mp, yy-mp->cur_y,dy);
10002 if ( ((d<0)&&(i==1)) || ((d>0)&&(i==2))) 
10003   mp_confusion(mp, "box_ends");
10004 @:this can't happen box ends}{\quad\\{box\_ends}@>
10005 z=x_coord(p)+mp->cur_x+mp_take_fraction(mp, d,dx);
10006 if ( z<minx_val(h) ) minx_val(h)=z;
10007 if ( z>maxx_val(h) ) maxx_val(h)=z;
10008 z=y_coord(p)+mp->cur_y+mp_take_fraction(mp, d,dy);
10009 if ( z<miny_val(h) ) miny_val(h)=z;
10010 if ( z>maxy_val(h) ) maxy_val(h)=z
10011
10012 @ @<Advance |p| to the end of the path and make |q| the previous knot@>=
10013 do {  
10014   q=p;
10015   p=link(p);
10016 } while (right_type(p)!=endpoint)
10017
10018 @ The major difficulty in finding the bounding box of an edge structure is the
10019 effect of clipping paths.  We treat them conservatively by only clipping to the
10020 clipping path's bounding box, but this still
10021 requires recursive calls to |set_bbox| in order to find the bounding box of
10022 @^recursion@>
10023 the objects to be clipped.  Such calls are distinguished by the fact that the
10024 boolean parameter |top_level| is false.
10025
10026 @c void mp_set_bbox (MP mp,pointer h, boolean top_level) {
10027   pointer p;  /* a graphical object being considered */
10028   scaled sminx,sminy,smaxx,smaxy;
10029   /* for saving the bounding box during recursive calls */
10030   scaled x0,x1,y0,y1;  /* temporary registers */
10031   integer lev;  /* nesting level for |mp_start_bounds_code| nodes */
10032   @<Wipe out any existing bounding box information if |bbtype(h)| is
10033   incompatible with |internal[true_corners]|@>;
10034   while ( link(bblast(h))!=null ) { 
10035     p=link(bblast(h));
10036     bblast(h)=p;
10037     switch (type(p)) {
10038     case mp_stop_clip_code: 
10039       if ( top_level ) mp_confusion(mp, "bbox");  else return;
10040 @:this can't happen bbox}{\quad bbox@>
10041       break;
10042     @<Other cases for updating the bounding box based on the type of object |p|@>;
10043     } /* all cases are enumerated above */
10044   }
10045   if ( ! top_level ) mp_confusion(mp, "bbox");
10046 }
10047
10048 @ @<Wipe out any existing bounding box information if |bbtype(h)| is...@>=
10049 switch (bbtype(h)) {
10050 case no_bounds: 
10051   break;
10052 case bounds_set: 
10053   if ( mp->internal[true_corners]>0 ) mp_init_bbox(mp, h);
10054   break;
10055 case bounds_unset: 
10056   if ( mp->internal[true_corners]<=0 ) mp_init_bbox(mp, h);
10057   break;
10058 } /* there are no other cases */
10059
10060 @ @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10061 case fill_code: 
10062   mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10063   if ( pen_p(p)!=null ) { 
10064     x0=minx; y0=miny;
10065     x1=maxx; y1=maxy;
10066     mp_pen_bbox(mp, pen_p(p));
10067     minx=minx+x0;
10068     miny=miny+y0;
10069     maxx=maxx+x1;
10070     maxy=maxy+y1;
10071   }
10072   mp_adjust_bbox(mp, h);
10073   break;
10074
10075 @ @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10076 case mp_start_bounds_code: 
10077   if ( mp->internal[true_corners]>0 ) {
10078     bbtype(h)=bounds_unset;
10079   } else { 
10080     bbtype(h)=bounds_set;
10081     mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10082     mp_adjust_bbox(mp, h);
10083     @<Scan to the matching |mp_stop_bounds_code| node and update |p| and
10084       |bblast(h)|@>;
10085   }
10086   break;
10087 case mp_stop_bounds_code: 
10088   if ( mp->internal[true_corners]<=0 ) mp_confusion(mp, "bbox2");
10089 @:this can't happen bbox2}{\quad bbox2@>
10090   break;
10091
10092 @ @<Scan to the matching |mp_stop_bounds_code| node and update |p| and...@>=
10093 lev=1;
10094 while ( lev!=0 ) { 
10095   if ( link(p)==null ) mp_confusion(mp, "bbox2");
10096 @:this can't happen bbox2}{\quad bbox2@>
10097   p=link(p);
10098   if ( type(p)==mp_start_bounds_code ) incr(lev);
10099   else if ( type(p)==mp_stop_bounds_code ) decr(lev);
10100 }
10101 bblast(h)=p
10102
10103 @ It saves a lot of grief here to be slightly conservative and not account for
10104 omitted parts of dashed lines.  We also don't worry about the material omitted
10105 when using butt end caps.  The basic computation is for round end caps and
10106 |box_ends| augments it for square end caps.
10107
10108 @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10109 case stroked_code: 
10110   mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10111   x0=minx; y0=miny;
10112   x1=maxx; y1=maxy;
10113   mp_pen_bbox(mp, pen_p(p));
10114   minx=minx+x0;
10115   miny=miny+y0;
10116   maxx=maxx+x1;
10117   maxy=maxy+y1;
10118   mp_adjust_bbox(mp, h);
10119   if ( (left_type(path_p(p))==endpoint)&&(lcap_val(p)==2) )
10120     mp_box_ends(mp, path_p(p), pen_p(p), h);
10121   break;
10122
10123 @ The height width and depth information stored in a text node determines a
10124 rectangle that needs to be transformed according to the transformation
10125 parameters stored in the text node.
10126
10127 @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10128 case text_code: 
10129   x1=mp_take_scaled(mp, txx_val(p),width_val(p));
10130   y0=mp_take_scaled(mp, txy_val(p),-depth_val(p));
10131   y1=mp_take_scaled(mp, txy_val(p),height_val(p));
10132   minx=tx_val(p);
10133   maxx=minx;
10134   if ( y0<y1 ) { minx=minx+y0; maxx=maxx+y1;  }
10135   else         { minx=minx+y1; maxx=maxx+y0;  }
10136   if ( x1<0 ) minx=minx+x1;  else maxx=maxx+x1;
10137   x1=mp_take_scaled(mp, tyx_val(p),width_val(p));
10138   y0=mp_take_scaled(mp, tyy_val(p),-depth_val(p));
10139   y1=mp_take_scaled(mp, tyy_val(p),height_val(p));
10140   miny=ty_val(p);
10141   maxy=miny;
10142   if ( y0<y1 ) { miny=miny+y0; maxy=maxy+y1;  }
10143   else         { miny=miny+y1; maxy=maxy+y0;  }
10144   if ( x1<0 ) miny=miny+x1;  else maxy=maxy+x1;
10145   mp_adjust_bbox(mp, h);
10146   break;
10147
10148 @ This case involves a recursive call that advances |bblast(h)| to the node of
10149 type |mp_stop_clip_code| that matches |p|.
10150
10151 @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10152 case mp_start_clip_code: 
10153   mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10154   x0=minx; y0=miny;
10155   x1=maxx; y1=maxy;
10156   sminx=minx_val(h); sminy=miny_val(h);
10157   smaxx=maxx_val(h); smaxy=maxy_val(h);
10158   @<Reinitialize the bounding box in header |h| and call |set_bbox| recursively
10159     starting at |link(p)|@>;
10160   @<Clip the bounding box in |h| to the rectangle given by |x0|, |x1|,
10161     |y0|, |y1|@>;
10162   minx=sminx; miny=sminy;
10163   maxx=smaxx; maxy=smaxy;
10164   mp_adjust_bbox(mp, h);
10165   break;
10166
10167 @ @<Reinitialize the bounding box in header |h| and call |set_bbox|...@>=
10168 minx_val(h)=el_gordo;
10169 miny_val(h)=el_gordo;
10170 maxx_val(h)=-el_gordo;
10171 maxy_val(h)=-el_gordo;
10172 mp_set_bbox(mp, h,false)
10173
10174 @ @<Clip the bounding box in |h| to the rectangle given by |x0|, |x1|,...@>=
10175 if ( minx_val(h)<x0 ) minx_val(h)=x0;
10176 if ( miny_val(h)<y0 ) miny_val(h)=y0;
10177 if ( maxx_val(h)>x1 ) maxx_val(h)=x1;
10178 if ( maxy_val(h)>y1 ) maxy_val(h)=y1
10179
10180 @* \[22] Finding an envelope.
10181 When \MP\ has a path and a polygonal pen, it needs to express the desired
10182 shape in terms of things \ps\ can understand.  The present task is to compute
10183 a new path that describes the region to be filled.  It is convenient to
10184 define this as a two step process where the first step is determining what
10185 offset to use for each segment of the path.
10186
10187 @ Given a pointer |c| to a cyclic path,
10188 and a pointer~|h| to the first knot of a pen polygon,
10189 the |offset_prep| routine changes the path into cubics that are
10190 associated with particular pen offsets. Thus if the cubic between |p|
10191 and~|q| is associated with the |k|th offset and the cubic between |q| and~|r|
10192 has offset |l| then |info(q)=zero_off+l-k|. (The constant |zero_off| is added
10193 to because |l-k| could be negative.)
10194
10195 After overwriting the type information with offset differences, we no longer
10196 have a true path so we refer to the knot list returned by |offset_prep| as an
10197 ``envelope spec.''
10198 @^envelope spec@>
10199 Since an envelope spec only determines relative changes in pen offsets,
10200 |offset_prep| sets a global variable |spec_offset| to the relative change from
10201 |h| to the first offset.
10202
10203 @d zero_off 16384 /* added to offset changes to make them positive */
10204
10205 @<Glob...@>=
10206 integer spec_offset; /* number of pen edges between |h| and the initial offset */
10207
10208 @ @c @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>;
10209 pointer mp_offset_prep (MP mp,pointer c, pointer h) {
10210   halfword n; /* the number of vertices in the pen polygon */
10211   pointer p,q,r,w, ww; /* for list manipulation */
10212   integer k_needed; /* amount to be added to |info(p)| when it is computed */
10213   pointer w0; /* a pointer to pen offset to use just before |p| */
10214   scaled dxin,dyin; /* the direction into knot |p| */
10215   integer turn_amt; /* change in pen offsets for the current cubic */
10216   @<Other local variables for |offset_prep|@>;
10217   dx0=0; dy0=0;
10218   @<Initialize the pen size~|n|@>;
10219   @<Initialize the incoming direction and pen offset at |c|@>;
10220   p=c; k_needed=0;
10221   do {  
10222     q=link(p);
10223     @<Split the cubic between |p| and |q|, if necessary, into cubics
10224       associated with single offsets, after which |q| should
10225       point to the end of the final such cubic@>;
10226     @<Advance |p| to node |q|, removing any ``dead'' cubics that
10227       might have been introduced by the splitting process@>;
10228   } while (q!=c);
10229   @<Fix the offset change in |info(c)| and set the return value of
10230     |offset_prep|@>;
10231 }
10232
10233 @ We shall want to keep track of where certain knots on the cyclic path
10234 wind up in the envelope spec.  It doesn't suffice just to keep pointers to
10235 knot nodes because some nodes are deleted while removing dead cubics.  Thus
10236 |offset_prep| updates the following pointers
10237
10238 @<Glob...@>=
10239 pointer spec_p1;
10240 pointer spec_p2; /* pointers to distinguished knots */
10241
10242 @ @<Set init...@>=
10243 mp->spec_p1=null; mp->spec_p2=null;
10244
10245 @ @<Initialize the pen size~|n|@>=
10246 n=0; p=h;
10247 do {  
10248   incr(n);
10249   p=link(p);
10250 } while (p!=h)
10251
10252 @ Since the true incoming direction isn't known yet, we just pick a direction
10253 consistent with the pen offset~|h|.  If this is wrong, it can be corrected
10254 later.
10255
10256 @<Initialize the incoming direction and pen offset at |c|@>=
10257 dxin=x_coord(link(h))-x_coord(knil(h));
10258 dyin=y_coord(link(h))-y_coord(knil(h));
10259 if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
10260   dxin=y_coord(knil(h))-y_coord(h);
10261   dyin=x_coord(h)-x_coord(knil(h));
10262 }
10263 w0=h
10264
10265 @ We must be careful not to remove the only cubic in a cycle.
10266
10267 But we must also be careful for another reason. If the user-supplied
10268 path starts with a set of degenerate cubics, these should not be removed
10269 because at this point we cannot do so cleanly. The relevant bug is
10270 tracker id 267, bugs 52c, reported by Boguslav.
10271
10272 @<Advance |p| to node |q|, removing any ``dead'' cubics...@>=
10273 do {  r=link(p);
10274 if ( x_coord(p)==right_x(p) ) if ( y_coord(p)==right_y(p) )
10275  if ( x_coord(p)==left_x(r) ) if ( y_coord(p)==left_y(r) )
10276   if ( x_coord(p)==x_coord(r) ) if ( y_coord(p)==y_coord(r) )
10277     if ( r!=p ) if ( ((r!=q) || (originator(r)!=metapost_user)) ) {
10278       @<Remove the cubic following |p| and update the data structures
10279         to merge |r| into |p|@>;
10280 }
10281 p=r;
10282 } while (p!=q)
10283
10284 @ @<Remove the cubic following |p| and update the data structures...@>=
10285 { k_needed=info(p)-zero_off;
10286   if ( r==q ) { 
10287     q=p;
10288   } else { 
10289     info(p)=k_needed+info(r);
10290     k_needed=0;
10291   };
10292   if ( r==c ) { info(p)=info(c); c=p; };
10293   if ( r==mp->spec_p1 ) mp->spec_p1=p;
10294   if ( r==mp->spec_p2 ) mp->spec_p2=p;
10295   r=p; mp_remove_cubic(mp, p);
10296 }
10297
10298 @ Not setting the |info| field of the newly created knot allows the splitting
10299 routine to work for paths.
10300
10301 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10302 void mp_split_cubic (MP mp,pointer p, fraction t) { /* splits the cubic after |p| */
10303   scaled v; /* an intermediate value */
10304   pointer q,r; /* for list manipulation */
10305   q=link(p); r=mp_get_node(mp, knot_node_size); link(p)=r; link(r)=q;
10306   originator(r)=program_code;
10307   left_type(r)=explicit; right_type(r)=explicit;
10308   v=t_of_the_way(right_x(p),left_x(q));
10309   right_x(p)=t_of_the_way(x_coord(p),right_x(p));
10310   left_x(q)=t_of_the_way(left_x(q),x_coord(q));
10311   left_x(r)=t_of_the_way(right_x(p),v);
10312   right_x(r)=t_of_the_way(v,left_x(q));
10313   x_coord(r)=t_of_the_way(left_x(r),right_x(r));
10314   v=t_of_the_way(right_y(p),left_y(q));
10315   right_y(p)=t_of_the_way(y_coord(p),right_y(p));
10316   left_y(q)=t_of_the_way(left_y(q),y_coord(q));
10317   left_y(r)=t_of_the_way(right_y(p),v);
10318   right_y(r)=t_of_the_way(v,left_y(q));
10319   y_coord(r)=t_of_the_way(left_y(r),right_y(r));
10320 }
10321
10322 @ This does not set |info(p)| or |right_type(p)|.
10323
10324 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10325 void mp_remove_cubic (MP mp,pointer p) { /* removes the dead cubic following~|p| */
10326   pointer q; /* the node that disappears */
10327   q=link(p); link(p)=link(q);
10328   right_x(p)=right_x(q); right_y(p)=right_y(q);
10329   mp_free_node(mp, q,knot_node_size);
10330 }
10331
10332 @ Let $d\prec d'$ mean that the counter-clockwise angle from $d$ to~$d'$ is
10333 strictly between zero and $180^\circ$.  Then we can define $d\preceq d'$ to
10334 mean that the angle could be zero or $180^\circ$. If $w_k=(u_k,v_k)$ is the
10335 $k$th pen offset, the $k$th pen edge direction is defined by the formula
10336 $$d_k=(u\k-u_k,\,v\k-v_k).$$
10337 When listed by increasing $k$, these directions occur in counter-clockwise
10338 order so that $d_k\preceq d\k$ for all~$k$.
10339 The goal of |offset_prep| is to find an offset index~|k| to associate with
10340 each cubic, such that the direction $d(t)$ of the cubic satisfies
10341 $$d_{k-1}\preceq d(t)\preceq d_k\qquad\hbox{for $0\le t\le 1$.}\eqno(*)$$
10342 We may have to split a cubic into many pieces before each
10343 piece corresponds to a unique offset.
10344
10345 @<Split the cubic between |p| and |q|, if necessary, into cubics...@>=
10346 info(p)=zero_off+k_needed;
10347 k_needed=0;
10348 @<Prepare for derivative computations;
10349   |goto not_found| if the current cubic is dead@>;
10350 @<Find the initial direction |(dx,dy)|@>;
10351 @<Update |info(p)| and find the offset $w_k$ such that
10352   $d_{k-1}\preceq(\\{dx},\\{dy})\prec d_k$; also advance |w0| for
10353   the direction change at |p|@>;
10354 @<Find the final direction |(dxin,dyin)|@>;
10355 @<Decide on the net change in pen offsets and set |turn_amt|@>;
10356 @<Complete the offset splitting process@>;
10357 w0=mp_pen_walk(mp, w0,turn_amt);
10358 NOT_FOUND: do_nothing
10359
10360 @ @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10361 pointer mp_pen_walk (MP mp,pointer w, integer k) {
10362   /* walk |k| steps around a pen from |w| */
10363   while ( k>0 ) { w=link(w); decr(k);  };
10364   while ( k<0 ) { w=knil(w); incr(k);  };
10365   return w;
10366 }
10367
10368 @ The direction of a cubic $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)=\bigl(x(t),y(t)\bigr)$ can be
10369 calculated from the quadratic polynomials
10370 ${1\over3}x'(t)=B(x_1-x_0,x_2-x_1,x_3-x_2;t)$ and
10371 ${1\over3}y'(t)=B(y_1-y_0,y_2-y_1,y_3-y_2;t)$.
10372 Since we may be calculating directions from several cubics
10373 split from the current one, it is desirable to do these calculations
10374 without losing too much precision. ``Scaled up'' values of the
10375 derivatives, which will be less tainted by accumulated errors than
10376 derivatives found from the cubics themselves, are maintained in
10377 local variables |x0|, |x1|, and |x2|, representing $X_0=2^l(x_1-x_0)$,
10378 $X_1=2^l(x_2-x_1)$, and $X_2=2^l(x_3-x_2)$; similarly |y0|, |y1|, and~|y2|
10379 represent $Y_0=2^l(y_1-y_0)$, $Y_1=2^l(y_2-y_1)$, and $Y_2=2^l(y_3-y_2)$.
10380
10381 @<Other local variables for |offset_prep|@>=
10382 integer x0,x1,x2,y0,y1,y2; /* representatives of derivatives */
10383 integer t0,t1,t2; /* coefficients of polynomial for slope testing */
10384 integer du,dv,dx,dy; /* for directions of the pen and the curve */
10385 integer dx0,dy0; /* initial direction for the first cubic in the curve */
10386 integer mp_max_coef; /* used while scaling */
10387 integer x0a,x1a,x2a,y0a,y1a,y2a; /* intermediate values */
10388 fraction t; /* where the derivative passes through zero */
10389 fraction s; /* a temporary value */
10390
10391 @ @<Prepare for derivative computations...@>=
10392 x0=right_x(p)-x_coord(p);
10393 x2=x_coord(q)-left_x(q);
10394 x1=left_x(q)-right_x(p);
10395 y0=right_y(p)-y_coord(p); y2=y_coord(q)-left_y(q);
10396 y1=left_y(q)-right_y(p);
10397 mp_max_coef=abs(x0);
10398 if ( abs(x1)>mp_max_coef ) mp_max_coef=abs(x1);
10399 if ( abs(x2)>mp_max_coef ) mp_max_coef=abs(x2);
10400 if ( abs(y0)>mp_max_coef ) mp_max_coef=abs(y0);
10401 if ( abs(y1)>mp_max_coef ) mp_max_coef=abs(y1);
10402 if ( abs(y2)>mp_max_coef ) mp_max_coef=abs(y2);
10403 if ( mp_max_coef==0 ) goto NOT_FOUND;
10404 while ( mp_max_coef<fraction_half ) {
10405   mp_max_coef+=mp_max_coef;
10406   x0+=x0; x1+=x1; x2+=x2;
10407   y0+=y0; y1+=y1; y2+=y2;
10408 }
10409
10410 @ Let us first solve a special case of the problem: Suppose we
10411 know an index~$k$ such that either (i)~$d(t)\succeq d_{k-1}$ for all~$t$
10412 and $d(0)\prec d_k$, or (ii)~$d(t)\preceq d_k$ for all~$t$ and
10413 $d(0)\succ d_{k-1}$.
10414 Then, in a sense, we're halfway done, since one of the two relations
10415 in $(*)$ is satisfied, and the other couldn't be satisfied for
10416 any other value of~|k|.
10417
10418 Actually, the conditions can be relaxed somewhat since a relation such as
10419 $d(t)\succeq d_{k-1}$ restricts $d(t)$ to a half plane when all that really
10420 matters is whether $d(t)$ crosses the ray in the $d_{k-1}$ direction from
10421 the origin.  The condition for case~(i) becomes $d_{k-1}\preceq d(0)\prec d_k$
10422 and $d(t)$ never crosses the $d_{k-1}$ ray in the clockwise direction.
10423 Case~(ii) is similar except $d(t)$ cannot cross the $d_k$ ray in the
10424 counterclockwise direction.
10425
10426 The |fin_offset_prep| subroutine solves the stated subproblem.
10427 It has a parameter called |rise| that is |1| in
10428 case~(i), |-1| in case~(ii). Parameters |x0| through |y2| represent
10429 the derivative of the cubic following |p|.
10430 The |w| parameter should point to offset~$w_k$ and |info(p)| should already
10431 be set properly.  The |turn_amt| parameter gives the absolute value of the
10432 overall net change in pen offsets.
10433
10434 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10435 void mp_fin_offset_prep (MP mp,pointer p, pointer w, integer 
10436   x0,integer x1, integer x2, integer y0, integer y1, integer y2, 
10437   integer rise, integer turn_amt)  {
10438   pointer ww; /* for list manipulation */
10439   scaled du,dv; /* for slope calculation */
10440   integer t0,t1,t2; /* test coefficients */
10441   fraction t; /* place where the derivative passes a critical slope */
10442   fraction s; /* slope or reciprocal slope */
10443   integer v; /* intermediate value for updating |x0..y2| */
10444   pointer q; /* original |link(p)| */
10445   q=link(p);
10446   while (1)  { 
10447     if ( rise>0 ) ww=link(w); /* a pointer to $w\k$ */
10448     else  ww=knil(w); /* a pointer to $w_{k-1}$ */
10449     @<Compute test coefficients |(t0,t1,t2)|
10450       for $d(t)$ versus $d_k$ or $d_{k-1}$@>;
10451     t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,t2);
10452     if ( t>=fraction_one ) {
10453       if ( turn_amt>0 ) t=fraction_one;  else return;
10454     }
10455     @<Split the cubic at $t$,
10456       and split off another cubic if the derivative crosses back@>;
10457     w=ww;
10458   }
10459 }
10460
10461 @ We want $B(\\{t0},\\{t1},\\{t2};t)$ to be the dot product of $d(t)$ with a
10462 $-90^\circ$ rotation of the vector from |w| to |ww|.  This makes the resulting
10463 function cross from positive to negative when $d_{k-1}\preceq d(t)\preceq d_k$
10464 begins to fail.
10465
10466 @<Compute test coefficients |(t0,t1,t2)| for $d(t)$ versus...@>=
10467 du=x_coord(ww)-x_coord(w); dv=y_coord(ww)-y_coord(w);
10468 if ( abs(du)>=abs(dv) ) {
10469   s=mp_make_fraction(mp, dv,du);
10470   t0=mp_take_fraction(mp, x0,s)-y0;
10471   t1=mp_take_fraction(mp, x1,s)-y1;
10472   t2=mp_take_fraction(mp, x2,s)-y2;
10473   if ( du<0 ) { negate(t0); negate(t1); negate(t2);  }
10474 } else { 
10475   s=mp_make_fraction(mp, du,dv);
10476   t0=x0-mp_take_fraction(mp, y0,s);
10477   t1=x1-mp_take_fraction(mp, y1,s);
10478   t2=x2-mp_take_fraction(mp, y2,s);
10479   if ( dv<0 ) { negate(t0); negate(t1); negate(t2);  }
10480 }
10481 if ( t0<0 ) t0=0 /* should be positive without rounding error */
10482
10483 @ The curve has crossed $d_k$ or $d_{k-1}$; its initial segment satisfies
10484 $(*)$, and it might cross again, yielding another solution of $(*)$.
10485
10486 @<Split the cubic at $t$, and split off another...@>=
10487
10488 mp_split_cubic(mp, p,t); p=link(p); info(p)=zero_off+rise;
10489 decr(turn_amt);
10490 v=t_of_the_way(x0,x1); x1=t_of_the_way(x1,x2);
10491 x0=t_of_the_way(v,x1);
10492 v=t_of_the_way(y0,y1); y1=t_of_the_way(y1,y2);
10493 y0=t_of_the_way(v,y1);
10494 if ( turn_amt<0 ) {
10495   t1=t_of_the_way(t1,t2);
10496   if ( t1>0 ) t1=0; /* without rounding error, |t1| would be |<=0| */
10497   t=mp_crossing_point(mp, 0,-t1,-t2);
10498   if ( t>fraction_one ) t=fraction_one;
10499   incr(turn_amt);
10500   if ( (t==fraction_one)&&(link(p)!=q) ) {
10501     info(link(p))=info(link(p))-rise;
10502   } else { 
10503     mp_split_cubic(mp, p,t); info(link(p))=zero_off-rise;
10504     v=t_of_the_way(x1,x2); x1=t_of_the_way(x0,x1);
10505     x2=t_of_the_way(x1,v);
10506     v=t_of_the_way(y1,y2); y1=t_of_the_way(y0,y1);
10507     y2=t_of_the_way(y1,v);
10508   }
10509 }
10510 }
10511
10512 @ Now we must consider the general problem of |offset_prep|, when
10513 nothing is known about a given cubic. We start by finding its
10514 direction in the vicinity of |t=0|.
10515
10516 If $z'(t)=0$, the given cubic is numerically unstable but |offset_prep|
10517 has not yet introduced any more numerical errors.  Thus we can compute
10518 the true initial direction for the given cubic, even if it is almost
10519 degenerate.
10520
10521 @<Find the initial direction |(dx,dy)|@>=
10522 dx=x0; dy=y0;
10523 if ( dx==0 ) if ( dy==0 ) { 
10524   dx=x1; dy=y1;
10525   if ( dx==0 ) if ( dy==0 ) { 
10526     dx=x2; dy=y2;
10527   }
10528 }
10529 if ( p==c ) { dx0=dx; dy0=dy;  }
10530
10531 @ @<Find the final direction |(dxin,dyin)|@>=
10532 dxin=x2; dyin=y2;
10533 if ( dxin==0 ) if ( dyin==0 ) {
10534   dxin=x1; dyin=y1;
10535   if ( dxin==0 ) if ( dyin==0 ) {
10536     dxin=x0; dyin=y0;
10537   }
10538 }
10539
10540 @ The next step is to bracket the initial direction between consecutive
10541 edges of the pen polygon.  We must be careful to turn clockwise only if
10542 this makes the turn less than $180^\circ$. (A $180^\circ$ turn must be
10543 counter-clockwise in order to make \&{doublepath} envelopes come out
10544 @:double_path_}{\&{doublepath} primitive@>
10545 right.) This code depends on |w0| being the offset for |(dxin,dyin)|.
10546
10547 @<Update |info(p)| and find the offset $w_k$ such that...@>=
10548 turn_amt=mp_get_turn_amt(mp, w0, dx, dy, mp_ab_vs_cd(mp, dy,dxin,dx,dyin)>=0);
10549 w=mp_pen_walk(mp, w0, turn_amt);
10550 w0=w;
10551 info(p)=info(p)+turn_amt
10552
10553 @ Decide how many pen offsets to go away from |w| in order to find the offset
10554 for |(dx,dy)|, going counterclockwise if |ccw| is |true|.  This assumes that
10555 |w| is the offset for some direction $(x',y')$ from which the angle to |(dx,dy)|
10556 in the sense determined by |ccw| is less than or equal to $180^\circ$.
10557
10558 If the pen polygon has only two edges, they could both be parallel
10559 to |(dx,dy)|.  In this case, we must be careful to stop after crossing the first
10560 such edge in order to avoid an infinite loop.
10561
10562 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10563 integer mp_get_turn_amt (MP mp,pointer w, scaled  dx,
10564                          scaled dy, boolean  ccw) {
10565   pointer ww; /* a neighbor of knot~|w| */
10566   integer s; /* turn amount so far */
10567   integer t; /* |ab_vs_cd| result */
10568   s=0;
10569   if ( ccw ) { 
10570     ww=link(w);
10571     do {  
10572       t=mp_ab_vs_cd(mp, dy,x_coord(ww)-x_coord(w),
10573                         dx,y_coord(ww)-y_coord(w));
10574       if ( t<0 ) break;
10575       incr(s);
10576       w=ww; ww=link(ww);
10577     } while (t>0);
10578   } else { 
10579     ww=knil(w);
10580     while ( mp_ab_vs_cd(mp, dy,x_coord(w)-x_coord(ww),
10581                             dx,y_coord(w)-y_coord(ww))<0 ) { 
10582       decr(s);
10583       w=ww; ww=knil(ww);
10584     }
10585   }
10586   return s;
10587 }
10588
10589 @ When we're all done, the final offset is |w0| and the final curve direction
10590 is |(dxin,dyin)|.  With this knowledge of the incoming direction at |c|, we
10591 can correct |info(c)| which was erroneously based on an incoming offset
10592 of~|h|.
10593
10594 @d fix_by(A) info(c)=info(c)+(A)
10595
10596 @<Fix the offset change in |info(c)| and set the return value of...@>=
10597 mp->spec_offset=info(c)-zero_off;
10598 if ( link(c)==c ) {
10599   info(c)=zero_off+n;
10600 } else { 
10601   fix_by(k_needed);
10602   while ( w0!=h ) { fix_by(1); w0=link(w0);  };
10603   while ( info(c)<=zero_off-n ) fix_by(n);
10604   while ( info(c)>zero_off ) fix_by(-n);
10605   if ( (info(c)!=zero_off)&&(mp_ab_vs_cd(mp, dy0,dxin,dx0,dyin)>=0) ) fix_by(n);
10606 }
10607 return c
10608
10609 @ Finally we want to reduce the general problem to situations that
10610 |fin_offset_prep| can handle. We split the cubic into at most three parts
10611 with respect to $d_{k-1}$, and apply |fin_offset_prep| to each part.
10612
10613 @<Complete the offset splitting process@>=
10614 ww=knil(w);
10615 @<Compute test coeff...@>;
10616 @<Find the first |t| where $d(t)$ crosses $d_{k-1}$ or set
10617   |t:=fraction_one+1|@>;
10618 if ( t>fraction_one ) {
10619   mp_fin_offset_prep(mp, p,w,x0,x1,x2,y0,y1,y2,1,turn_amt);
10620 } else {
10621   mp_split_cubic(mp, p,t); r=link(p);
10622   x1a=t_of_the_way(x0,x1); x1=t_of_the_way(x1,x2);
10623   x2a=t_of_the_way(x1a,x1);
10624   y1a=t_of_the_way(y0,y1); y1=t_of_the_way(y1,y2);
10625   y2a=t_of_the_way(y1a,y1);
10626   mp_fin_offset_prep(mp, p,w,x0,x1a,x2a,y0,y1a,y2a,1,0); x0=x2a; y0=y2a;
10627   info(r)=zero_off-1;
10628   if ( turn_amt>=0 ) {
10629     t1=t_of_the_way(t1,t2);
10630     if ( t1>0 ) t1=0;
10631     t=mp_crossing_point(mp, 0,-t1,-t2);
10632     if ( t>fraction_one ) t=fraction_one;
10633     @<Split off another rising cubic for |fin_offset_prep|@>;
10634     mp_fin_offset_prep(mp, r,ww,x0,x1,x2,y0,y1,y2,-1,0);
10635   } else {
10636     mp_fin_offset_prep(mp, r,ww,x0,x1,x2,y0,y1,y2,-1,-1-turn_amt);
10637   }
10638 }
10639
10640 @ @<Split off another rising cubic for |fin_offset_prep|@>=
10641 mp_split_cubic(mp, r,t); info(link(r))=zero_off+1;
10642 x1a=t_of_the_way(x1,x2); x1=t_of_the_way(x0,x1);
10643 x0a=t_of_the_way(x1,x1a);
10644 y1a=t_of_the_way(y1,y2); y1=t_of_the_way(y0,y1);
10645 y0a=t_of_the_way(y1,y1a);
10646 mp_fin_offset_prep(mp, link(r),w,x0a,x1a,x2,y0a,y1a,y2,1,turn_amt);
10647 x2=x0a; y2=y0a
10648
10649 @ At this point, the direction of the incoming pen edge is |(-du,-dv)|.
10650 When the component of $d(t)$ perpendicular to |(-du,-dv)| crosses zero, we
10651 need to decide whether the directions are parallel or antiparallel.  We
10652 can test this by finding the dot product of $d(t)$ and |(-du,-dv)|, but this
10653 should be avoided when the value of |turn_amt| already determines the
10654 answer.  If |t2<0|, there is one crossing and it is antiparallel only if
10655 |turn_amt>=0|.  If |turn_amt<0|, there should always be at least one
10656 crossing and the first crossing cannot be antiparallel.
10657
10658 @<Find the first |t| where $d(t)$ crosses $d_{k-1}$ or set...@>=
10659 t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,t2);
10660 if ( turn_amt>=0 ) {
10661   if ( t2<0 ) {
10662     t=fraction_one+1;
10663   } else { 
10664     u0=t_of_the_way(x0,x1);
10665     u1=t_of_the_way(x1,x2);
10666     ss=mp_take_fraction(mp, -du,t_of_the_way(u0,u1));
10667     v0=t_of_the_way(y0,y1);
10668     v1=t_of_the_way(y1,y2);
10669     ss=ss+mp_take_fraction(mp, -dv,t_of_the_way(v0,v1));
10670     if ( ss<0 ) t=fraction_one+1;
10671   }
10672 } else if ( t>fraction_one ) {
10673   t=fraction_one;
10674 }
10675
10676 @ @<Other local variables for |offset_prep|@>=
10677 integer u0,u1,v0,v1; /* intermediate values for $d(t)$ calculation */
10678 integer ss = 0; /* the part of the dot product computed so far */
10679 int d_sign; /* sign of overall change in direction for this cubic */
10680
10681 @ If the cubic almost has a cusp, it is a numerically ill-conditioned
10682 problem to decide which way it loops around but that's OK as long we're
10683 consistent.  To make \&{doublepath} envelopes work properly, reversing
10684 the path should always change the sign of |turn_amt|.
10685
10686 @<Decide on the net change in pen offsets and set |turn_amt|@>=
10687 d_sign=mp_ab_vs_cd(mp, dx,dyin, dxin,dy);
10688 if ( d_sign==0 ) {
10689   if ( dx==0 ) {
10690     if ( dy>0 ) d_sign=1;  else d_sign=-1;
10691   } else if ( dx>0 ) { 
10692     d_sign=1;  
10693   } else { 
10694     d_sign=-1; 
10695   }
10696 }
10697 @<Make |ss| negative if and only if the total change in direction is
10698   more than $180^\circ$@>;
10699 turn_amt=mp_get_turn_amt(mp, w, dxin, dyin, d_sign>0);
10700 if ( ss<0 ) turn_amt=turn_amt-d_sign*n
10701
10702 @ In order to be invariant under path reversal, the result of this computation
10703 should not change when |x0|, |y0|, $\ldots$ are all negated and |(x0,y0)| is
10704 then swapped with |(x2,y2)|.  We make use of the identities
10705 |take_fraction(-a,-b)=take_fraction(a,b)| and
10706 |t_of_the_way(-a,-b)=-(t_of_the_way(a,b))|.
10707
10708 @<Make |ss| negative if and only if the total change in direction is...@>=
10709 t0=half(mp_take_fraction(mp, x0,y2))-half(mp_take_fraction(mp, x2,y0));
10710 t1=half(mp_take_fraction(mp, x1,y0+y2))-half(mp_take_fraction(mp, y1,x0+x2));
10711 if ( t0==0 ) t0=d_sign; /* path reversal always negates |d_sign| */
10712 if ( t0>0 ) {
10713   t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,-t0);
10714   u0=t_of_the_way(x0,x1);
10715   u1=t_of_the_way(x1,x2);
10716   v0=t_of_the_way(y0,y1);
10717   v1=t_of_the_way(y1,y2);
10718 } else { 
10719   t=mp_crossing_point(mp, -t0,t1,t0);
10720   u0=t_of_the_way(x2,x1);
10721   u1=t_of_the_way(x1,x0);
10722   v0=t_of_the_way(y2,y1);
10723   v1=t_of_the_way(y1,y0);
10724 }
10725 s=mp_take_fraction(mp, x0+x2,t_of_the_way(u0,u1))+
10726   mp_take_fraction(mp, y0+y2,t_of_the_way(v0,v1))
10727
10728 @ Here's a routine that prints an envelope spec in symbolic form.  It assumes
10729 that the |cur_pen| has not been walked around to the first offset.
10730
10731 @c 
10732 void mp_print_spec (MP mp,pointer cur_spec, pointer cur_pen, char *s) {
10733   pointer p,q; /* list traversal */
10734   pointer w; /* the current pen offset */
10735   mp_print_diagnostic(mp, "Envelope spec",s,true);
10736   p=cur_spec; w=mp_pen_walk(mp, cur_pen,mp->spec_offset);
10737   mp_print_ln(mp);
10738   mp_print_two(mp, x_coord(cur_spec),y_coord(cur_spec));
10739   mp_print(mp, " % beginning with offset ");
10740   mp_print_two(mp, x_coord(w),y_coord(w));
10741   do { 
10742     do {  
10743       q=link(p);
10744       @<Print the cubic between |p| and |q|@>;
10745       p=q;
10746     } while (! ((p==cur_spec) || (info(p)!=zero_off)));
10747     if ( info(p)!=zero_off ) {
10748       @<Update |w| as indicated by |info(p)| and print an explanation@>;
10749     }
10750   } while (p!=cur_spec);
10751   mp_print_nl(mp, " & cycle");
10752   mp_end_diagnostic(mp, true);
10753 }
10754
10755 @ @<Update |w| as indicated by |info(p)| and print an explanation@>=
10756
10757   w=mp_pen_walk(mp, w,info(p)-zero_off);
10758   mp_print(mp, " % ");
10759   if ( info(p)>zero_off ) mp_print(mp, "counter");
10760   mp_print(mp, "clockwise to offset ");
10761   mp_print_two(mp, x_coord(w),y_coord(w));
10762 }
10763
10764 @ @<Print the cubic between |p| and |q|@>=
10765
10766   mp_print_nl(mp, "   ..controls ");
10767   mp_print_two(mp, right_x(p),right_y(p));
10768   mp_print(mp, " and ");
10769   mp_print_two(mp, left_x(q),left_y(q));
10770   mp_print_nl(mp, " ..");
10771   mp_print_two(mp, x_coord(q),y_coord(q));
10772 }
10773
10774 @ Once we have an envelope spec, the remaining task to construct the actual
10775 envelope by offsetting each cubic as determined by the |info| fields in
10776 the knots.  First we use |offset_prep| to convert the |c| into an envelope
10777 spec. Then we add the offsets so that |c| becomes a cyclic path that represents
10778 the envelope.
10779
10780 The |ljoin| and |miterlim| parameters control the treatment of points where the
10781 pen offset changes, and |lcap| controls the endpoints of a \&{doublepath}.
10782 The endpoints are easily located because |c| is given in undoubled form
10783 and then doubled in this procedure.  We use |spec_p1| and |spec_p2| to keep
10784 track of the endpoints and treat them like very sharp corners.
10785 Butt end caps are treated like beveled joins; round end caps are treated like
10786 round joins; and square end caps are achieved by setting |join_type:=3|.
10787
10788 None of these parameters apply to inside joins where the convolution tracing
10789 has retrograde lines.  In such cases we use a simple connect-the-endpoints
10790 approach that is achieved by setting |join_type:=2|.
10791
10792 @c @<Declare a function called |insert_knot|@>;
10793 pointer mp_make_envelope (MP mp,pointer c, pointer h, small_number ljoin,
10794   small_number lcap, scaled miterlim) {
10795   pointer p,q,r,q0; /* for manipulating the path */
10796   int join_type=0; /* codes |0..3| for mitered, round, beveled, or square */
10797   pointer w,w0; /* the pen knot for the current offset */
10798   scaled qx,qy; /* unshifted coordinates of |q| */
10799   halfword k,k0; /* controls pen edge insertion */
10800   @<Other local variables for |make_envelope|@>;
10801   dxin=0; dyin=0; dxout=0; dyout=0;
10802   mp->spec_p1=null; mp->spec_p2=null;
10803   @<If endpoint, double the path |c|, and set |spec_p1| and |spec_p2|@>;
10804   @<Use |offset_prep| to compute the envelope spec then walk |h| around to
10805     the initial offset@>;
10806   w=h;
10807   p=c;
10808   do {  
10809     q=link(p); q0=q;
10810     qx=x_coord(q); qy=y_coord(q);
10811     k=info(q);
10812     k0=k; w0=w;
10813     if ( k!=zero_off ) {
10814       @<Set |join_type| to indicate how to handle offset changes at~|q|@>;
10815     }
10816     @<Add offset |w| to the cubic from |p| to |q|@>;
10817     while ( k!=zero_off ) { 
10818       @<Step |w| and move |k| one step closer to |zero_off|@>;
10819       if ( (join_type==1)||(k==zero_off) )
10820          q=mp_insert_knot(mp, q,qx+x_coord(w),qy+y_coord(w));
10821     };
10822     if ( q!=link(p) ) {
10823       @<Set |p=link(p)| and add knots between |p| and |q| as
10824         required by |join_type|@>;
10825     }
10826     p=q;
10827   } while (q0!=c);
10828   return c;
10829 }
10830
10831 @ @<Use |offset_prep| to compute the envelope spec then walk |h| around to...@>=
10832 c=mp_offset_prep(mp, c,h);
10833 if ( mp->internal[tracing_specs]>0 ) 
10834   mp_print_spec(mp, c,h,"");
10835 h=mp_pen_walk(mp, h,mp->spec_offset)
10836
10837 @ Mitered and squared-off joins depend on path directions that are difficult to
10838 compute for degenerate cubics.  The envelope spec computed by |offset_prep| can
10839 have degenerate cubics only if the entire cycle collapses to a single
10840 degenerate cubic.  Setting |join_type:=2| in this case makes the computed
10841 envelope degenerate as well.
10842
10843 @<Set |join_type| to indicate how to handle offset changes at~|q|@>=
10844 if ( k<zero_off ) {
10845   join_type=2;
10846 } else {
10847   if ( (q!=mp->spec_p1)&&(q!=mp->spec_p2) ) join_type=ljoin;
10848   else if ( lcap==2 ) join_type=3;
10849   else join_type=2-lcap;
10850   if ( (join_type==0)||(join_type==3) ) {
10851     @<Set the incoming and outgoing directions at |q|; in case of
10852       degeneracy set |join_type:=2|@>;
10853     if ( join_type==0 ) {
10854       @<If |miterlim| is less than the secant of half the angle at |q|
10855         then set |join_type:=2|@>;
10856     }
10857   }
10858 }
10859
10860 @ @<If |miterlim| is less than the secant of half the angle at |q|...@>=
10861
10862   tmp=mp_take_fraction(mp, miterlim,fraction_half+
10863       half(mp_take_fraction(mp, dxin,dxout)+mp_take_fraction(mp, dyin,dyout)));
10864   if ( tmp<unity )
10865     if ( mp_take_scaled(mp, miterlim,tmp)<unity ) join_type=2;
10866 }
10867
10868 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
10869 fraction dxin,dyin,dxout,dyout; /* directions at |q| when square or mitered */
10870 scaled tmp; /* a temporary value */
10871
10872 @ The coordinates of |p| have already been shifted unless |p| is the first
10873 knot in which case they get shifted at the very end.
10874
10875 @<Add offset |w| to the cubic from |p| to |q|@>=
10876 right_x(p)=right_x(p)+x_coord(w);
10877 right_y(p)=right_y(p)+y_coord(w);
10878 left_x(q)=left_x(q)+x_coord(w);
10879 left_y(q)=left_y(q)+y_coord(w);
10880 x_coord(q)=x_coord(q)+x_coord(w);
10881 y_coord(q)=y_coord(q)+y_coord(w);
10882 left_type(q)=explicit;
10883 right_type(q)=explicit
10884
10885 @ @<Step |w| and move |k| one step closer to |zero_off|@>=
10886 if ( k>zero_off ){ w=link(w); decr(k);  }
10887 else { w=knil(w); incr(k);  }
10888
10889 @ The cubic from |q| to the new knot at |(x,y)| becomes a line segment and
10890 the |right_x| and |right_y| fields of |r| are set from |q|.  This is done in
10891 case the cubic containing these control points is ``yet to be examined.''
10892
10893 @<Declare a function called |insert_knot|@>=
10894 pointer mp_insert_knot (MP mp,pointer q, scaled x, scaled y) {
10895   /* returns the inserted knot */
10896   pointer r; /* the new knot */
10897   r=mp_get_node(mp, knot_node_size);
10898   link(r)=link(q); link(q)=r;
10899   right_x(r)=right_x(q);
10900   right_y(r)=right_y(q);
10901   x_coord(r)=x;
10902   y_coord(r)=y;
10903   right_x(q)=x_coord(q);
10904   right_y(q)=y_coord(q);
10905   left_x(r)=x_coord(r);
10906   left_y(r)=y_coord(r);
10907   left_type(r)=explicit;
10908   right_type(r)=explicit;
10909   originator(r)=program_code;
10910   return r;
10911 }
10912
10913 @ After setting |p:=link(p)|, either |join_type=1| or |q=link(p)|.
10914
10915 @<Set |p=link(p)| and add knots between |p| and |q| as...@>=
10916
10917   p=link(p);
10918   if ( (join_type==0)||(join_type==3) ) {
10919     if ( join_type==0 ) {
10920       @<Insert a new knot |r| between |p| and |q| as required for a mitered join@>
10921     } else {
10922       @<Make |r| the last of two knots inserted between |p| and |q| to form a
10923         squared join@>;
10924     }
10925     if ( r!=null ) { 
10926       right_x(r)=x_coord(r);
10927       right_y(r)=y_coord(r);
10928     }
10929   }
10930 }
10931
10932 @ For very small angles, adding a knot is unnecessary and would cause numerical
10933 problems, so we just set |r:=null| in that case.
10934
10935 @<Insert a new knot |r| between |p| and |q| as required for a mitered join@>=
10936
10937   det=mp_take_fraction(mp, dyout,dxin)-mp_take_fraction(mp, dxout,dyin);
10938   if ( abs(det)<26844 ) { 
10939      r=null; /* sine $<10^{-4}$ */
10940   } else { 
10941     tmp=mp_take_fraction(mp, x_coord(q)-x_coord(p),dyout)-
10942         mp_take_fraction(mp, y_coord(q)-y_coord(p),dxout);
10943     tmp=mp_make_fraction(mp, tmp,det);
10944     r=mp_insert_knot(mp, p,x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxin),
10945       y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyin));
10946   }
10947 }
10948
10949 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
10950 fraction det; /* a determinant used for mitered join calculations */
10951
10952 @ @<Make |r| the last of two knots inserted between |p| and |q| to form a...@>=
10953
10954   ht_x=y_coord(w)-y_coord(w0);
10955   ht_y=x_coord(w0)-x_coord(w);
10956   while ( (abs(ht_x)<fraction_half)&&(abs(ht_y)<fraction_half) ) { 
10957     ht_x+=ht_x; ht_y+=ht_y;
10958   }
10959   @<Scan the pen polygon between |w0| and |w| and make |max_ht| the range dot
10960     product with |(ht_x,ht_y)|@>;
10961   tmp=mp_make_fraction(mp, max_ht,mp_take_fraction(mp, dxin,ht_x)+
10962                                   mp_take_fraction(mp, dyin,ht_y));
10963   r=mp_insert_knot(mp, p,x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxin),
10964                          y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyin));
10965   tmp=mp_make_fraction(mp, max_ht,mp_take_fraction(mp, dxout,ht_x)+
10966                                   mp_take_fraction(mp, dyout,ht_y));
10967   r=mp_insert_knot(mp, r,x_coord(q)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxout),
10968                          y_coord(q)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyout));
10969 }
10970
10971 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
10972 fraction ht_x,ht_y; /* perpendicular to the segment from |p| to |q| */
10973 scaled max_ht; /* maximum height of the pen polygon above the |w0|-|w| line */
10974 halfword kk; /* keeps track of the pen vertices being scanned */
10975 pointer ww; /* the pen vertex being tested */
10976
10977 @ The dot product of the vector from |w0| to |ww| with |(ht_x,ht_y)| ranges
10978 from zero to |max_ht|.
10979
10980 @<Scan the pen polygon between |w0| and |w| and make |max_ht| the range...@>=
10981 max_ht=0;
10982 kk=zero_off;
10983 ww=w;
10984 while (1)  { 
10985   @<Step |ww| and move |kk| one step closer to |k0|@>;
10986   if ( kk==k0 ) break;
10987   tmp=mp_take_fraction(mp, x_coord(ww)-x_coord(w0),ht_x)+
10988       mp_take_fraction(mp, y_coord(ww)-y_coord(w0),ht_y);
10989   if ( tmp>max_ht ) max_ht=tmp;
10990 }
10991
10992
10993 @ @<Step |ww| and move |kk| one step closer to |k0|@>=
10994 if ( kk>k0 ) { ww=link(ww); decr(kk);  }
10995 else { ww=knil(ww); incr(kk);  }
10996
10997 @ @<If endpoint, double the path |c|, and set |spec_p1| and |spec_p2|@>=
10998 if ( left_type(c)==endpoint ) { 
10999   mp->spec_p1=mp_htap_ypoc(mp, c);
11000   mp->spec_p2=mp->path_tail;
11001   originator(mp->spec_p1)=program_code;
11002   link(mp->spec_p2)=link(mp->spec_p1);
11003   link(mp->spec_p1)=c;
11004   mp_remove_cubic(mp, mp->spec_p1);
11005   c=mp->spec_p1;
11006   if ( c!=link(c) ) {
11007     originator(mp->spec_p2)=program_code;
11008     mp_remove_cubic(mp, mp->spec_p2);
11009   } else {
11010     @<Make |c| look like a cycle of length one@>;
11011   }
11012 }
11013
11014 @ @<Make |c| look like a cycle of length one@>=
11015
11016   left_type(c)=explicit; right_type(c)=explicit;
11017   left_x(c)=x_coord(c); left_y(c)=y_coord(c);
11018   right_x(c)=x_coord(c); right_y(c)=y_coord(c);
11019 }
11020
11021 @ In degenerate situations we might have to look at the knot preceding~|q|.
11022 That knot is |p| but if |p<>c|, its coordinates have already been offset by |w|.
11023
11024 @<Set the incoming and outgoing directions at |q|; in case of...@>=
11025 dxin=x_coord(q)-left_x(q);
11026 dyin=y_coord(q)-left_y(q);
11027 if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
11028   dxin=x_coord(q)-right_x(p);
11029   dyin=y_coord(q)-right_y(p);
11030   if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
11031     dxin=x_coord(q)-x_coord(p);
11032     dyin=y_coord(q)-y_coord(p);
11033     if ( p!=c ) { /* the coordinates of |p| have been offset by |w| */
11034       dxin=dxin+x_coord(w);
11035       dyin=dyin+y_coord(w);
11036     }
11037   }
11038 }
11039 tmp=mp_pyth_add(mp, dxin,dyin);
11040 if ( tmp==0 ) {
11041   join_type=2;
11042 } else { 
11043   dxin=mp_make_fraction(mp, dxin,tmp);
11044   dyin=mp_make_fraction(mp, dyin,tmp);
11045   @<Set the outgoing direction at |q|@>;
11046 }
11047
11048 @ If |q=c| then the coordinates of |r| and the control points between |q|
11049 and~|r| have already been offset by |h|.
11050
11051 @<Set the outgoing direction at |q|@>=
11052 dxout=right_x(q)-x_coord(q);
11053 dyout=right_y(q)-y_coord(q);
11054 if ( (dxout==0)&&(dyout==0) ) {
11055   r=link(q);
11056   dxout=left_x(r)-x_coord(q);
11057   dyout=left_y(r)-y_coord(q);
11058   if ( (dxout==0)&&(dyout==0) ) {
11059     dxout=x_coord(r)-x_coord(q);
11060     dyout=y_coord(r)-y_coord(q);
11061   }
11062 }
11063 if ( q==c ) {
11064   dxout=dxout-x_coord(h);
11065   dyout=dyout-y_coord(h);
11066 }
11067 tmp=mp_pyth_add(mp, dxout,dyout);
11068 if ( tmp==0 ) mp_confusion(mp, "degenerate spec");
11069 @:this can't happen degerate spec}{\quad degenerate spec@>
11070 dxout=mp_make_fraction(mp, dxout,tmp);
11071 dyout=mp_make_fraction(mp, dyout,tmp)
11072
11073 @* \[23] Direction and intersection times.
11074 A path of length $n$ is defined parametrically by functions $x(t)$ and
11075 $y(t)$, for |0<=t<=n|; we can regard $t$ as the ``time'' at which the path
11076 reaches the point $\bigl(x(t),y(t)\bigr)$.  In this section of the program
11077 we shall consider operations that determine special times associated with
11078 given paths: the first time that a path travels in a given direction, and
11079 a pair of times at which two paths cross each other.
11080
11081 @ Let's start with the easier task. The function |find_direction_time| is
11082 given a direction |(x,y)| and a path starting at~|h|. If the path never
11083 travels in direction |(x,y)|, the direction time will be~|-1|; otherwise
11084 it will be nonnegative.
11085
11086 Certain anomalous cases can arise: If |(x,y)=(0,0)|, so that the given
11087 direction is undefined, the direction time will be~0. If $\bigl(x'(t),
11088 y'(t)\bigr)=(0,0)$, so that the path direction is undefined, it will be
11089 assumed to match any given direction at time~|t|.
11090
11091 The routine solves this problem in nondegenerate cases by rotating the path
11092 and the given direction so that |(x,y)=(1,0)|; i.e., the main task will be
11093 to find when a given path first travels ``due east.''
11094
11095 @c 
11096 scaled mp_find_direction_time (MP mp,scaled x, scaled y, pointer h) {
11097   scaled max; /* $\max\bigl(\vert x\vert,\vert y\vert\bigr)$ */
11098   pointer p,q; /* for list traversal */
11099   scaled n; /* the direction time at knot |p| */
11100   scaled tt; /* the direction time within a cubic */
11101   @<Other local variables for |find_direction_time|@>;
11102   @<Normalize the given direction for better accuracy;
11103     but |return| with zero result if it's zero@>;
11104   n=0; p=h; phi=0;
11105   while (1) { 
11106     if ( right_type(p)==endpoint ) break;
11107     q=link(p);
11108     @<Rotate the cubic between |p| and |q|; then
11109       |goto found| if the rotated cubic travels due east at some time |tt|;
11110       but |break| if an entire cyclic path has been traversed@>;
11111     p=q; n=n+unity;
11112   }
11113   return (-unity);
11114 FOUND: 
11115   return (n+tt);
11116 }
11117
11118 @ @<Normalize the given direction for better accuracy...@>=
11119 if ( abs(x)<abs(y) ) { 
11120   x=mp_make_fraction(mp, x,abs(y));
11121   if ( y>0 ) y=fraction_one; else y=-fraction_one;
11122 } else if ( x==0 ) { 
11123   return 0;
11124 } else  { 
11125   y=mp_make_fraction(mp, y,abs(x));
11126   if ( x>0 ) x=fraction_one; else x=-fraction_one;
11127 }
11128
11129 @ Since we're interested in the tangent directions, we work with the
11130 derivative $${\textstyle1\over3}B'(x_0,x_1,x_2,x_3;t)=
11131 B(x_1-x_0,x_2-x_1,x_3-x_2;t)$$ instead of
11132 $B(x_0,x_1,x_2,x_3;t)$ itself. The derived coefficients are also scaled up
11133 in order to achieve better accuracy.
11134
11135 The given path may turn abruptly at a knot, and it might pass the critical
11136 tangent direction at such a time. Therefore we remember the direction |phi|
11137 in which the previous rotated cubic was traveling. (The value of |phi| will be
11138 undefined on the first cubic, i.e., when |n=0|.)
11139
11140 @<Rotate the cubic between |p| and |q|; then...@>=
11141 tt=0;
11142 @<Set local variables |x1,x2,x3| and |y1,y2,y3| to multiples of the control
11143   points of the rotated derivatives@>;
11144 if ( y1==0 ) if ( x1>=0 ) goto FOUND;
11145 if ( n>0 ) { 
11146   @<Exit to |found| if an eastward direction occurs at knot |p|@>;
11147   if ( p==h ) break;
11148   };
11149 if ( (x3!=0)||(y3!=0) ) phi=mp_n_arg(mp, x3,y3);
11150 @<Exit to |found| if the curve whose derivatives are specified by
11151   |x1,x2,x3,y1,y2,y3| travels eastward at some time~|tt|@>
11152
11153 @ @<Other local variables for |find_direction_time|@>=
11154 scaled x1,x2,x3,y1,y2,y3;  /* multiples of rotated derivatives */
11155 angle theta,phi; /* angles of exit and entry at a knot */
11156 fraction t; /* temp storage */
11157
11158 @ @<Set local variables |x1,x2,x3| and |y1,y2,y3| to multiples...@>=
11159 x1=right_x(p)-x_coord(p); x2=left_x(q)-right_x(p);
11160 x3=x_coord(q)-left_x(q);
11161 y1=right_y(p)-y_coord(p); y2=left_y(q)-right_y(p);
11162 y3=y_coord(q)-left_y(q);
11163 max=abs(x1);
11164 if ( abs(x2)>max ) max=abs(x2);
11165 if ( abs(x3)>max ) max=abs(x3);
11166 if ( abs(y1)>max ) max=abs(y1);
11167 if ( abs(y2)>max ) max=abs(y2);
11168 if ( abs(y3)>max ) max=abs(y3);
11169 if ( max==0 ) goto FOUND;
11170 while ( max<fraction_half ){ 
11171   max+=max; x1+=x1; x2+=x2; x3+=x3;
11172   y1+=y1; y2+=y2; y3+=y3;
11173 }
11174 t=x1; x1=mp_take_fraction(mp, x1,x)+mp_take_fraction(mp, y1,y);
11175 y1=mp_take_fraction(mp, y1,x)-mp_take_fraction(mp, t,y);
11176 t=x2; x2=mp_take_fraction(mp, x2,x)+mp_take_fraction(mp, y2,y);
11177 y2=mp_take_fraction(mp, y2,x)-mp_take_fraction(mp, t,y);
11178 t=x3; x3=mp_take_fraction(mp, x3,x)+mp_take_fraction(mp, y3,y);
11179 y3=mp_take_fraction(mp, y3,x)-mp_take_fraction(mp, t,y)
11180
11181 @ @<Exit to |found| if an eastward direction occurs at knot |p|@>=
11182 theta=mp_n_arg(mp, x1,y1);
11183 if ( theta>=0 ) if ( phi<=0 ) if ( phi>=theta-one_eighty_deg ) goto FOUND;
11184 if ( theta<=0 ) if ( phi>=0 ) if ( phi<=theta+one_eighty_deg ) goto FOUND
11185
11186 @ In this step we want to use the |crossing_point| routine to find the
11187 roots of the quadratic equation $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$.
11188 Several complications arise: If the quadratic equation has a double root,
11189 the curve never crosses zero, and |crossing_point| will find nothing;
11190 this case occurs iff $y_1y_3=y_2^2$ and $y_1y_2<0$. If the quadratic
11191 equation has simple roots, or only one root, we may have to negate it
11192 so that $B(y_1,y_2,y_3;t)$ crosses from positive to negative at its first root.
11193 And finally, we need to do special things if $B(y_1,y_2,y_3;t)$ is
11194 identically zero.
11195
11196 @ @<Exit to |found| if the curve whose derivatives are specified by...@>=
11197 if ( x1<0 ) if ( x2<0 ) if ( x3<0 ) goto DONE;
11198 if ( mp_ab_vs_cd(mp, y1,y3,y2,y2)==0 ) {
11199   @<Handle the test for eastward directions when $y_1y_3=y_2^2$;
11200     either |goto found| or |goto done|@>;
11201 }
11202 if ( y1<=0 ) {
11203   if ( y1<0 ) { y1=-y1; y2=-y2; y3=-y3; }
11204   else if ( y2>0 ){ y2=-y2; y3=-y3; };
11205 }
11206 @<Check the places where $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$ to see if
11207   $B(x_1,x_2,x_3;t)\ge0$@>;
11208 DONE:
11209
11210 @ The quadratic polynomial $B(y_1,y_2,y_3;t)$ begins |>=0| and has at most
11211 two roots, because we know that it isn't identically zero.
11212
11213 It must be admitted that the |crossing_point| routine is not perfectly accurate;
11214 rounding errors might cause it to find a root when $y_1y_3>y_2^2$, or to
11215 miss the roots when $y_1y_3<y_2^2$. The rotation process is itself
11216 subject to rounding errors. Yet this code optimistically tries to
11217 do the right thing.
11218
11219 @d we_found_it { tt=(t+04000) / 010000; goto FOUND; }
11220
11221 @<Check the places where $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$...@>=
11222 t=mp_crossing_point(mp, y1,y2,y3);
11223 if ( t>fraction_one ) goto DONE;
11224 y2=t_of_the_way(y2,y3);
11225 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11226 x2=t_of_the_way(x2,x3);
11227 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11228 if ( x1>=0 ) we_found_it;
11229 if ( y2>0 ) y2=0;
11230 tt=t; t=mp_crossing_point(mp, 0,-y2,-y3);
11231 if ( t>fraction_one ) goto DONE;
11232 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11233 x2=t_of_the_way(x2,x3);
11234 if ( t_of_the_way(x1,x2)>=0 ) { 
11235   t=t_of_the_way(tt,fraction_one); we_found_it;
11236 }
11237
11238 @ @<Handle the test for eastward directions when $y_1y_3=y_2^2$;
11239     either |goto found| or |goto done|@>=
11240
11241   if ( mp_ab_vs_cd(mp, y1,y2,0,0)<0 ) {
11242     t=mp_make_fraction(mp, y1,y1-y2);
11243     x1=t_of_the_way(x1,x2);
11244     x2=t_of_the_way(x2,x3);
11245     if ( t_of_the_way(x1,x2)>=0 ) we_found_it;
11246   } else if ( y3==0 ) {
11247     if ( y1==0 ) {
11248       @<Exit to |found| if the derivative $B(x_1,x_2,x_3;t)$ becomes |>=0|@>;
11249     } else if ( x3>=0 ) {
11250       tt=unity; goto FOUND;
11251     }
11252   }
11253   goto DONE;
11254 }
11255
11256 @ At this point we know that the derivative of |y(t)| is identically zero,
11257 and that |x1<0|; but either |x2>=0| or |x3>=0|, so there's some hope of
11258 traveling east.
11259
11260 @<Exit to |found| if the derivative $B(x_1,x_2,x_3;t)$ becomes |>=0|...@>=
11261
11262   t=mp_crossing_point(mp, -x1,-x2,-x3);
11263   if ( t<=fraction_one ) we_found_it;
11264   if ( mp_ab_vs_cd(mp, x1,x3,x2,x2)<=0 ) { 
11265     t=mp_make_fraction(mp, x1,x1-x2); we_found_it;
11266   }
11267 }
11268
11269 @ The intersection of two cubics can be found by an interesting variant
11270 of the general bisection scheme described in the introduction to
11271 |crossing_point|.\
11272 Given $w(t)=B(w_0,w_1,w_2,w_3;t)$ and $z(t)=B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$,
11273 we wish to find a pair of times $(t_1,t_2)$ such that $w(t_1)=z(t_2)$,
11274 if an intersection exists. First we find the smallest rectangle that
11275 encloses the points $\{w_0,w_1,w_2,w_3\}$ and check that it overlaps
11276 the smallest rectangle that encloses
11277 $\{z_0,z_1,z_2,z_3\}$; if not, the cubics certainly don't intersect.
11278 But if the rectangles do overlap, we bisect the intervals, getting
11279 new cubics $w'$ and~$w''$, $z'$~and~$z''$; the intersection routine first
11280 tries for an intersection between $w'$ and~$z'$, then (if unsuccessful)
11281 between $w'$ and~$z''$, then (if still unsuccessful) between $w''$ and~$z'$,
11282 finally (if thrice unsuccessful) between $w''$ and~$z''$. After $l$~successful
11283 levels of bisection we will have determined the intersection times $t_1$
11284 and~$t_2$ to $l$~bits of accuracy.
11285
11286 \def\submin{_{\rm min}} \def\submax{_{\rm max}}
11287 As before, it is better to work with the numbers $W_k=2^l(w_k-w_{k-1})$
11288 and $Z_k=2^l(z_k-z_{k-1})$ rather than the coefficients $w_k$ and $z_k$
11289 themselves. We also need one other quantity, $\Delta=2^l(w_0-z_0)$,
11290 to determine when the enclosing rectangles overlap. Here's why:
11291 The $x$~coordinates of~$w(t)$ are between $u\submin$ and $u\submax$,
11292 and the $x$~coordinates of~$z(t)$ are between $x\submin$ and $x\submax$,
11293 if we write $w_k=(u_k,v_k)$ and $z_k=(x_k,y_k)$ and $u\submin=
11294 \min(u_0,u_1,u_2,u_3)$, etc. These intervals of $x$~coordinates
11295 overlap if and only if $u\submin\L x\submax$ and
11296 $x\submin\L u\submax$. Letting
11297 $$U\submin=\min(0,U_1,U_1+U_2,U_1+U_2+U_3),\;
11298   U\submax=\max(0,U_1,U_1+U_2,U_1+U_2+U_3),$$
11299 we have $u\submin=2^lu_0+U\submin$, etc.; the condition for overlap
11300 reduces to
11301 $$X\submin-U\submax\L 2^l(u_0-x_0)\L X\submax-U\submin.$$
11302 Thus we want to maintain the quantity $2^l(u_0-x_0)$; similarly,
11303 the quantity $2^l(v_0-y_0)$ accounts for the $y$~coordinates. The
11304 coordinates of $\Delta=2^l(w_0-z_0)$ must stay bounded as $l$ increases,
11305 because of the overlap condition; i.e., we know that $X\submin$,
11306 $X\submax$, and their relatives are bounded, hence $X\submax-
11307 U\submin$ and $X\submin-U\submax$ are bounded.
11308
11309 @ Incidentally, if the given cubics intersect more than once, the process
11310 just sketched will not necessarily find the lexicographically smallest pair
11311 $(t_1,t_2)$. The solution actually obtained will be smallest in ``shuffled
11312 order''; i.e., if $t_1=(.a_1a_2\ldots a_{16})_2$ and
11313 $t_2=(.b_1b_2\ldots b_{16})_2$, then we will minimize
11314 $a_1b_1a_2b_2\ldots a_{16}b_{16}$, not
11315 $a_1a_2\ldots a_{16}b_1b_2\ldots b_{16}$.
11316 Shuffled order agrees with lexicographic order if all pairs of solutions
11317 $(t_1,t_2)$ and $(t_1',t_2')$ have the property that $t_1<t_1'$ iff
11318 $t_2<t_2'$; but in general, lexicographic order can be quite different,
11319 and the bisection algorithm would be substantially less efficient if it were
11320 constrained by lexicographic order.
11321
11322 For example, suppose that an overlap has been found for $l=3$ and
11323 $(t_1,t_2)= (.101,.011)$ in binary, but that no overlap is produced by
11324 either of the alternatives $(.1010,.0110)$, $(.1010,.0111)$ at level~4.
11325 Then there is probably an intersection in one of the subintervals
11326 $(.1011,.011x)$; but lexicographic order would require us to explore
11327 $(.1010,.1xxx)$ and $(.1011,.00xx)$ and $(.1011,.010x)$ first. We wouldn't
11328 want to store all of the subdivision data for the second path, so the
11329 subdivisions would have to be regenerated many times. Such inefficiencies
11330 would be associated with every `1' in the binary representation of~$t_1$.
11331
11332 @ The subdivision process introduces rounding errors, hence we need to
11333 make a more liberal test for overlap. It is not hard to show that the
11334 computed values of $U_i$ differ from the truth by at most~$l$, on
11335 level~$l$, hence $U\submin$ and $U\submax$ will be at most $3l$ in error.
11336 If $\beta$ is an upper bound on the absolute error in the computed
11337 components of $\Delta=(|delx|,|dely|)$ on level~$l$, we will replace
11338 the test `$X\submin-U\submax\L|delx|$' by the more liberal test
11339 `$X\submin-U\submax\L|delx|+|tol|$', where $|tol|=6l+\beta$.
11340
11341 More accuracy is obtained if we try the algorithm first with |tol=0|;
11342 the more liberal tolerance is used only if an exact approach fails.
11343 It is convenient to do this double-take by letting `3' in the preceding
11344 paragraph be a parameter, which is first 0, then 3.
11345
11346 @<Glob...@>=
11347 unsigned int tol_step; /* either 0 or 3, usually */
11348
11349 @ We shall use an explicit stack to implement the recursive bisection
11350 method described above. The |bisect_stack| array will contain numerous 5-word
11351 packets like $(U_1,U_2,U_3,U\submin,U\submax)$, as well as 20-word packets
11352 comprising the 5-word packets for $U$, $V$, $X$, and~$Y$.
11353
11354 The following macros define the allocation of stack positions to
11355 the quantities needed for bisection-intersection.
11356
11357 @d stack_1(A) mp->bisect_stack[(A)] /* $U_1$, $V_1$, $X_1$, or $Y_1$ */
11358 @d stack_2(A) mp->bisect_stack[(A)+1] /* $U_2$, $V_2$, $X_2$, or $Y_2$ */
11359 @d stack_3(A) mp->bisect_stack[(A)+2] /* $U_3$, $V_3$, $X_3$, or $Y_3$ */
11360 @d stack_min(A) mp->bisect_stack[(A)+3]
11361   /* $U\submin$, $V\submin$, $X\submin$, or $Y\submin$ */
11362 @d stack_max(A) mp->bisect_stack[(A)+4]
11363   /* $U\submax$, $V\submax$, $X\submax$, or $Y\submax$ */
11364 @d int_packets 20 /* number of words to represent $U_k$, $V_k$, $X_k$, and $Y_k$ */
11365 @#
11366 @d u_packet(A) ((A)-5)
11367 @d v_packet(A) ((A)-10)
11368 @d x_packet(A) ((A)-15)
11369 @d y_packet(A) ((A)-20)
11370 @d l_packets (mp->bisect_ptr-int_packets)
11371 @d r_packets mp->bisect_ptr
11372 @d ul_packet u_packet(l_packets) /* base of $U'_k$ variables */
11373 @d vl_packet v_packet(l_packets) /* base of $V'_k$ variables */
11374 @d xl_packet x_packet(l_packets) /* base of $X'_k$ variables */
11375 @d yl_packet y_packet(l_packets) /* base of $Y'_k$ variables */
11376 @d ur_packet u_packet(r_packets) /* base of $U''_k$ variables */
11377 @d vr_packet v_packet(r_packets) /* base of $V''_k$ variables */
11378 @d xr_packet x_packet(r_packets) /* base of $X''_k$ variables */
11379 @d yr_packet y_packet(r_packets) /* base of $Y''_k$ variables */
11380 @#
11381 @d u1l stack_1(ul_packet) /* $U'_1$ */
11382 @d u2l stack_2(ul_packet) /* $U'_2$ */
11383 @d u3l stack_3(ul_packet) /* $U'_3$ */
11384 @d v1l stack_1(vl_packet) /* $V'_1$ */
11385 @d v2l stack_2(vl_packet) /* $V'_2$ */
11386 @d v3l stack_3(vl_packet) /* $V'_3$ */
11387 @d x1l stack_1(xl_packet) /* $X'_1$ */
11388 @d x2l stack_2(xl_packet) /* $X'_2$ */
11389 @d x3l stack_3(xl_packet) /* $X'_3$ */
11390 @d y1l stack_1(yl_packet) /* $Y'_1$ */
11391 @d y2l stack_2(yl_packet) /* $Y'_2$ */
11392 @d y3l stack_3(yl_packet) /* $Y'_3$ */
11393 @d u1r stack_1(ur_packet) /* $U''_1$ */
11394 @d u2r stack_2(ur_packet) /* $U''_2$ */
11395 @d u3r stack_3(ur_packet) /* $U''_3$ */
11396 @d v1r stack_1(vr_packet) /* $V''_1$ */
11397 @d v2r stack_2(vr_packet) /* $V''_2$ */
11398 @d v3r stack_3(vr_packet) /* $V''_3$ */
11399 @d x1r stack_1(xr_packet) /* $X''_1$ */
11400 @d x2r stack_2(xr_packet) /* $X''_2$ */
11401 @d x3r stack_3(xr_packet) /* $X''_3$ */
11402 @d y1r stack_1(yr_packet) /* $Y''_1$ */
11403 @d y2r stack_2(yr_packet) /* $Y''_2$ */
11404 @d y3r stack_3(yr_packet) /* $Y''_3$ */
11405 @#
11406 @d stack_dx mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr] /* stacked value of |delx| */
11407 @d stack_dy mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+1] /* stacked value of |dely| */
11408 @d stack_tol mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+2] /* stacked value of |tol| */
11409 @d stack_uv mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+3] /* stacked value of |uv| */
11410 @d stack_xy mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+4] /* stacked value of |xy| */
11411 @d int_increment (int_packets+int_packets+5) /* number of stack words per level */
11412
11413 @<Glob...@>=
11414 integer *bisect_stack;
11415 unsigned int bisect_ptr;
11416
11417 @ @<Allocate or initialize ...@>=
11418 mp->bisect_stack = xmalloc((bistack_size+1),sizeof(integer));
11419
11420 @ @<Dealloc variables@>=
11421 xfree(mp->bisect_stack);
11422
11423 @ @<Check the ``constant''...@>=
11424 if ( int_packets+17*int_increment>bistack_size ) mp->bad=19;
11425
11426 @ Computation of the min and max is a tedious but fairly fast sequence of
11427 instructions; exactly four comparisons are made in each branch.
11428
11429 @d set_min_max(A) 
11430   if ( stack_1((A))<0 ) {
11431     if ( stack_3((A))>=0 ) {
11432       if ( stack_2((A))<0 ) stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11433       else stack_min((A))=stack_1((A));
11434       stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11435       if ( stack_max((A))<0 ) stack_max((A))=0;
11436     } else { 
11437       stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11438       if ( stack_min((A))>stack_1((A)) ) stack_min((A))=stack_1((A));
11439       stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11440       if ( stack_max((A))<0 ) stack_max((A))=0;
11441     }
11442   } else if ( stack_3((A))<=0 ) {
11443     if ( stack_2((A))>0 ) stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11444     else stack_max((A))=stack_1((A));
11445     stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11446     if ( stack_min((A))>0 ) stack_min((A))=0;
11447   } else  { 
11448     stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11449     if ( stack_max((A))<stack_1((A)) ) stack_max((A))=stack_1((A));
11450     stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11451     if ( stack_min((A))>0 ) stack_min((A))=0;
11452   }
11453
11454 @ It's convenient to keep the current values of $l$, $t_1$, and $t_2$ in
11455 the integer form $2^l+2^lt_1$ and $2^l+2^lt_2$. The |cubic_intersection|
11456 routine uses global variables |cur_t| and |cur_tt| for this purpose;
11457 after successful completion, |cur_t| and |cur_tt| will contain |unity|
11458 plus the |scaled| values of $t_1$ and~$t_2$.
11459
11460 The values of |cur_t| and |cur_tt| will be set to zero if |cubic_intersection|
11461 finds no intersection. The routine gives up and gives an approximate answer
11462 if it has backtracked
11463 more than 5000 times (otherwise there are cases where several minutes
11464 of fruitless computation would be possible).
11465
11466 @d max_patience 5000
11467
11468 @<Glob...@>=
11469 integer cur_t;integer cur_tt; /* controls and results of |cubic_intersection| */
11470 integer time_to_go; /* this many backtracks before giving up */
11471 integer max_t; /* maximum of $2^{l+1}$ so far achieved */
11472
11473 @ The given cubics $B(w_0,w_1,w_2,w_3;t)$ and
11474 $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$ are specified in adjacent knot nodes |(p,link(p))|
11475 and |(pp,link(pp))|, respectively.
11476
11477 @c void mp_cubic_intersection (MP mp,pointer p, pointer pp) {
11478   pointer q,qq; /* |link(p)|, |link(pp)| */
11479   mp->time_to_go=max_patience; mp->max_t=2;
11480   @<Initialize for intersections at level zero@>;
11481 CONTINUE:
11482   while (1) { 
11483     if ( mp->delx-mp->tol<=stack_max(x_packet(mp->xy))-stack_min(u_packet(mp->uv)))
11484     if ( mp->delx+mp->tol>=stack_min(x_packet(mp->xy))-stack_max(u_packet(mp->uv)))
11485     if ( mp->dely-mp->tol<=stack_max(y_packet(mp->xy))-stack_min(v_packet(mp->uv)))
11486     if ( mp->dely+mp->tol>=stack_min(y_packet(mp->xy))-stack_max(v_packet(mp->uv))) 
11487     { 
11488       if ( mp->cur_t>=mp->max_t ){ 
11489         if ( mp->max_t==two ) { /* we've done 17 bisections */ 
11490            mp->cur_t=halfp(mp->cur_t+1); mp->cur_tt=halfp(mp->cur_tt+1); return;
11491         }
11492         mp->max_t+=mp->max_t; mp->appr_t=mp->cur_t; mp->appr_tt=mp->cur_tt;
11493       }
11494       @<Subdivide for a new level of intersection@>;
11495       goto CONTINUE;
11496     }
11497     if ( mp->time_to_go>0 ) {
11498       decr(mp->time_to_go);
11499     } else { 
11500       while ( mp->appr_t<unity ) { 
11501         mp->appr_t+=mp->appr_t; mp->appr_tt+=mp->appr_tt;
11502       }
11503       mp->cur_t=mp->appr_t; mp->cur_tt=mp->appr_tt; return;
11504     }
11505     @<Advance to the next pair |(cur_t,cur_tt)|@>;
11506   }
11507 }
11508
11509 @ The following variables are global, although they are used only by
11510 |cubic_intersection|, because it is necessary on some machines to
11511 split |cubic_intersection| up into two procedures.
11512
11513 @<Glob...@>=
11514 integer delx;integer dely; /* the components of $\Delta=2^l(w_0-z_0)$ */
11515 integer tol; /* bound on the uncertainly in the overlap test */
11516 unsigned int uv;
11517 unsigned int xy; /* pointers to the current packets of interest */
11518 integer three_l; /* |tol_step| times the bisection level */
11519 integer appr_t;integer appr_tt; /* best approximations known to the answers */
11520
11521 @ We shall assume that the coordinates are sufficiently non-extreme that
11522 integer overflow will not occur.
11523
11524 @<Initialize for intersections at level zero@>=
11525 q=link(p); qq=link(pp); mp->bisect_ptr=int_packets;
11526 u1r=right_x(p)-x_coord(p); u2r=left_x(q)-right_x(p);
11527 u3r=x_coord(q)-left_x(q); set_min_max(ur_packet);
11528 v1r=right_y(p)-y_coord(p); v2r=left_y(q)-right_y(p);
11529 v3r=y_coord(q)-left_y(q); set_min_max(vr_packet);
11530 x1r=right_x(pp)-x_coord(pp); x2r=left_x(qq)-right_x(pp);
11531 x3r=x_coord(qq)-left_x(qq); set_min_max(xr_packet);
11532 y1r=right_y(pp)-y_coord(pp); y2r=left_y(qq)-right_y(pp);
11533 y3r=y_coord(qq)-left_y(qq); set_min_max(yr_packet);
11534 mp->delx=x_coord(p)-x_coord(pp); mp->dely=y_coord(p)-y_coord(pp);
11535 mp->tol=0; mp->uv=r_packets; mp->xy=r_packets; 
11536 mp->three_l=0; mp->cur_t=1; mp->cur_tt=1
11537
11538 @ @<Subdivide for a new level of intersection@>=
11539 stack_dx=mp->delx; stack_dy=mp->dely; stack_tol=mp->tol; 
11540 stack_uv=mp->uv; stack_xy=mp->xy;
11541 mp->bisect_ptr=mp->bisect_ptr+int_increment;
11542 mp->cur_t+=mp->cur_t; mp->cur_tt+=mp->cur_tt;
11543 u1l=stack_1(u_packet(mp->uv)); u3r=stack_3(u_packet(mp->uv));
11544 u2l=half(u1l+stack_2(u_packet(mp->uv)));
11545 u2r=half(u3r+stack_2(u_packet(mp->uv)));
11546 u3l=half(u2l+u2r); u1r=u3l;
11547 set_min_max(ul_packet); set_min_max(ur_packet);
11548 v1l=stack_1(v_packet(mp->uv)); v3r=stack_3(v_packet(mp->uv));
11549 v2l=half(v1l+stack_2(v_packet(mp->uv)));
11550 v2r=half(v3r+stack_2(v_packet(mp->uv)));
11551 v3l=half(v2l+v2r); v1r=v3l;
11552 set_min_max(vl_packet); set_min_max(vr_packet);
11553 x1l=stack_1(x_packet(mp->xy)); x3r=stack_3(x_packet(mp->xy));
11554 x2l=half(x1l+stack_2(x_packet(mp->xy)));
11555 x2r=half(x3r+stack_2(x_packet(mp->xy)));
11556 x3l=half(x2l+x2r); x1r=x3l;
11557 set_min_max(xl_packet); set_min_max(xr_packet);
11558 y1l=stack_1(y_packet(mp->xy)); y3r=stack_3(y_packet(mp->xy));
11559 y2l=half(y1l+stack_2(y_packet(mp->xy)));
11560 y2r=half(y3r+stack_2(y_packet(mp->xy)));
11561 y3l=half(y2l+y2r); y1r=y3l;
11562 set_min_max(yl_packet); set_min_max(yr_packet);
11563 mp->uv=l_packets; mp->xy=l_packets;
11564 mp->delx+=mp->delx; mp->dely+=mp->dely;
11565 mp->tol=mp->tol-mp->three_l+mp->tol_step; 
11566 mp->tol+=mp->tol; mp->three_l=mp->three_l+mp->tol_step
11567
11568 @ @<Advance to the next pair |(cur_t,cur_tt)|@>=
11569 NOT_FOUND: 
11570 if ( odd(mp->cur_tt) ) {
11571   if ( odd(mp->cur_t) ) {
11572      @<Descend to the previous level and |goto not_found|@>;
11573   } else { 
11574     incr(mp->cur_t);
11575     mp->delx=mp->delx+stack_1(u_packet(mp->uv))+stack_2(u_packet(mp->uv))
11576       +stack_3(u_packet(mp->uv));
11577     mp->dely=mp->dely+stack_1(v_packet(mp->uv))+stack_2(v_packet(mp->uv))
11578       +stack_3(v_packet(mp->uv));
11579     mp->uv=mp->uv+int_packets; /* switch from |l_packet| to |r_packet| */
11580     decr(mp->cur_tt); mp->xy=mp->xy-int_packets; 
11581          /* switch from |r_packet| to |l_packet| */
11582     mp->delx=mp->delx+stack_1(x_packet(mp->xy))+stack_2(x_packet(mp->xy))
11583       +stack_3(x_packet(mp->xy));
11584     mp->dely=mp->dely+stack_1(y_packet(mp->xy))+stack_2(y_packet(mp->xy))
11585       +stack_3(y_packet(mp->xy));
11586   }
11587 } else { 
11588   incr(mp->cur_tt); mp->tol=mp->tol+mp->three_l;
11589   mp->delx=mp->delx-stack_1(x_packet(mp->xy))-stack_2(x_packet(mp->xy))
11590     -stack_3(x_packet(mp->xy));
11591   mp->dely=mp->dely-stack_1(y_packet(mp->xy))-stack_2(y_packet(mp->xy))
11592     -stack_3(y_packet(mp->xy));
11593   mp->xy=mp->xy+int_packets; /* switch from |l_packet| to |r_packet| */
11594 }
11595
11596 @ @<Descend to the previous level...@>=
11597
11598   mp->cur_t=halfp(mp->cur_t); mp->cur_tt=halfp(mp->cur_tt);
11599   if ( mp->cur_t==0 ) return;
11600   mp->bisect_ptr=mp->bisect_ptr-int_increment; 
11601   mp->three_l=mp->three_l-mp->tol_step;
11602   mp->delx=stack_dx; mp->dely=stack_dy; mp->tol=stack_tol; 
11603   mp->uv=stack_uv; mp->xy=stack_xy;
11604   goto NOT_FOUND;
11605 }
11606
11607 @ The |path_intersection| procedure is much simpler.
11608 It invokes |cubic_intersection| in lexicographic order until finding a
11609 pair of cubics that intersect. The final intersection times are placed in
11610 |cur_t| and~|cur_tt|.
11611
11612 @c void mp_path_intersection (MP mp,pointer h, pointer hh) {
11613   pointer p,pp; /* link registers that traverse the given paths */
11614   integer n,nn; /* integer parts of intersection times, minus |unity| */
11615   @<Change one-point paths into dead cycles@>;
11616   mp->tol_step=0;
11617   do {  
11618     n=-unity; p=h;
11619     do {  
11620       if ( right_type(p)!=endpoint ) { 
11621         nn=-unity; pp=hh;
11622         do {  
11623           if ( right_type(pp)!=endpoint )  { 
11624             mp_cubic_intersection(mp, p,pp);
11625             if ( mp->cur_t>0 ) { 
11626               mp->cur_t=mp->cur_t+n; mp->cur_tt=mp->cur_tt+nn; 
11627               return;
11628             }
11629           }
11630           nn=nn+unity; pp=link(pp);
11631         } while (pp!=hh);
11632       }
11633       n=n+unity; p=link(p);
11634     } while (p!=h);
11635     mp->tol_step=mp->tol_step+3;
11636   } while (mp->tol_step<=3);
11637   mp->cur_t=-unity; mp->cur_tt=-unity;
11638 }
11639
11640 @ @<Change one-point paths...@>=
11641 if ( right_type(h)==endpoint ) {
11642   right_x(h)=x_coord(h); left_x(h)=x_coord(h);
11643   right_y(h)=y_coord(h); left_y(h)=y_coord(h); right_type(h)=explicit;
11644 }
11645 if ( right_type(hh)==endpoint ) {
11646   right_x(hh)=x_coord(hh); left_x(hh)=x_coord(hh);
11647   right_y(hh)=y_coord(hh); left_y(hh)=y_coord(hh); right_type(hh)=explicit;
11648 }
11649
11650 @* \[24] Dynamic linear equations.
11651 \MP\ users define variables implicitly by stating equations that should be
11652 satisfied; the computer is supposed to be smart enough to solve those equations.
11653 And indeed, the computer tries valiantly to do so, by distinguishing five
11654 different types of numeric values:
11655
11656 \smallskip\hang
11657 |type(p)=mp_known| is the nice case, when |value(p)| is the |scaled| value
11658 of the variable whose address is~|p|.
11659
11660 \smallskip\hang
11661 |type(p)=mp_dependent| means that |value(p)| is not present, but |dep_list(p)|
11662 points to a {\sl dependency list\/} that expresses the value of variable~|p|
11663 as a |scaled| number plus a sum of independent variables with |fraction|
11664 coefficients.
11665
11666 \smallskip\hang
11667 |type(p)=mp_independent| means that |value(p)=64s+m|, where |s>0| is a ``serial
11668 number'' reflecting the time this variable was first used in an equation;
11669 also |0<=m<64|, and each dependent variable
11670 that refers to this one is actually referring to the future value of
11671 this variable times~$2^m$. (Usually |m=0|, but higher degrees of
11672 scaling are sometimes needed to keep the coefficients in dependency lists
11673 from getting too large. The value of~|m| will always be even.)
11674
11675 \smallskip\hang
11676 |type(p)=mp_numeric_type| means that variable |p| hasn't appeared in an
11677 equation before, but it has been explicitly declared to be numeric.
11678
11679 \smallskip\hang
11680 |type(p)=undefined| means that variable |p| hasn't appeared before.
11681
11682 \smallskip\noindent
11683 We have actually discussed these five types in the reverse order of their
11684 history during a computation: Once |known|, a variable never again
11685 becomes |dependent|; once |dependent|, it almost never again becomes
11686 |mp_independent|; once |mp_independent|, it never again becomes |mp_numeric_type|;
11687 and once |mp_numeric_type|, it never again becomes |undefined| (except
11688 of course when the user specifically decides to scrap the old value
11689 and start again). A backward step may, however, take place: Sometimes
11690 a |dependent| variable becomes |mp_independent| again, when one of the
11691 independent variables it depends on is reverting to |undefined|.
11692
11693
11694 The next patch detects overflow of independent-variable serial
11695 numbers. Diagnosed and patched by Thorsten Dahlheimer.
11696
11697 @d s_scale 64 /* the serial numbers are multiplied by this factor */
11698 @d max_indep_vars 0177777777 /* $2^{25}-1$ */
11699 @d max_serial_no 017777777700 /* |max_indep_vars*s_scale| */
11700 @d new_indep(A)  /* create a new independent variable */
11701   { if ( mp->serial_no==max_serial_no )
11702     mp_fatal_error(mp, "variable instance identifiers exhausted");
11703   type((A))=mp_independent; mp->serial_no=mp->serial_no+s_scale;
11704   value((A))=mp->serial_no;
11705   }
11706
11707 @<Glob...@>=
11708 integer serial_no; /* the most recent serial number, times |s_scale| */
11709
11710 @ @<Make variable |q+s| newly independent@>=new_indep(q+s)
11711
11712 @ But how are dependency lists represented? It's simple: The linear combination
11713 $\alpha_1v_1+\cdots+\alpha_kv_k+\beta$ appears in |k+1| value nodes. If
11714 |q=dep_list(p)| points to this list, and if |k>0|, then |value(q)=
11715 @t$\alpha_1$@>| (which is a |fraction|); |info(q)| points to the location
11716 of $\alpha_1$; and |link(p)| points to the dependency list
11717 $\alpha_2v_2+\cdots+\alpha_kv_k+\beta$. On the other hand if |k=0|,
11718 then |value(q)=@t$\beta$@>| (which is |scaled|) and |info(q)=null|.
11719 The independent variables $v_1$, \dots,~$v_k$ have been sorted so that
11720 they appear in decreasing order of their |value| fields (i.e., of
11721 their serial numbers). \ (It is convenient to use decreasing order,
11722 since |value(null)=0|. If the independent variables were not sorted by
11723 serial number but by some other criterion, such as their location in |mem|,
11724 the equation-solving mechanism would be too system-dependent, because
11725 the ordering can affect the computed results.)
11726
11727 The |link| field in the node that contains the constant term $\beta$ is
11728 called the {\sl final link\/} of the dependency list. \MP\ maintains
11729 a doubly-linked master list of all dependency lists, in terms of a permanently
11730 allocated node
11731 in |mem| called |dep_head|. If there are no dependencies, we have
11732 |link(dep_head)=dep_head| and |prev_dep(dep_head)=dep_head|;
11733 otherwise |link(dep_head)| points to the first dependent variable, say~|p|,
11734 and |prev_dep(p)=dep_head|. We have |type(p)=mp_dependent|, and |dep_list(p)|
11735 points to its dependency list. If the final link of that dependency list
11736 occurs in location~|q|, then |link(q)| points to the next dependent
11737 variable (say~|r|); and we have |prev_dep(r)=q|, etc.
11738
11739 @d dep_list(A) link(value_loc((A)))
11740   /* half of the |value| field in a |dependent| variable */
11741 @d prev_dep(A) info(value_loc((A)))
11742   /* the other half; makes a doubly linked list */
11743 @d dep_node_size 2 /* the number of words per dependency node */
11744
11745 @<Initialize table entries...@>= mp->serial_no=0;
11746 link(dep_head)=dep_head; prev_dep(dep_head)=dep_head;
11747 info(dep_head)=null; dep_list(dep_head)=null;
11748
11749 @ Actually the description above contains a little white lie. There's
11750 another kind of variable called |mp_proto_dependent|, which is
11751 just like a |dependent| one except that the $\alpha$ coefficients
11752 in its dependency list are |scaled| instead of being fractions.
11753 Proto-dependency lists are mixed with dependency lists in the
11754 nodes reachable from |dep_head|.
11755
11756 @ Here is a procedure that prints a dependency list in symbolic form.
11757 The second parameter should be either |dependent| or |mp_proto_dependent|,
11758 to indicate the scaling of the coefficients.
11759
11760 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
11761 void mp_print_dependency (MP mp,pointer p, small_number t) {
11762   integer v; /* a coefficient */
11763   pointer pp,q; /* for list manipulation */
11764   pp=p;
11765   while (1) { 
11766     v=abs(value(p)); q=info(p);
11767     if ( q==null ) { /* the constant term */
11768       if ( (v!=0)||(p==pp) ) {
11769          if ( value(p)>0 ) if ( p!=pp ) mp_print_char(mp, '+');
11770          mp_print_scaled(mp, value(p));
11771       }
11772       return;
11773     }
11774     @<Print the coefficient, unless it's $\pm1.0$@>;
11775     if ( type(q)!=mp_independent ) mp_confusion(mp, "dep");
11776 @:this can't happen dep}{\quad dep@>
11777     mp_print_variable_name(mp, q); v=value(q) % s_scale;
11778     while ( v>0 ) { mp_print(mp, "*4"); v=v-2; }
11779     p=link(p);
11780   }
11781 }
11782
11783 @ @<Print the coefficient, unless it's $\pm1.0$@>=
11784 if ( value(p)<0 ) mp_print_char(mp, '-');
11785 else if ( p!=pp ) mp_print_char(mp, '+');
11786 if ( t==mp_dependent ) v=mp_round_fraction(mp, v);
11787 if ( v!=unity ) mp_print_scaled(mp, v)
11788
11789 @ The maximum absolute value of a coefficient in a given dependency list
11790 is returned by the following simple function.
11791
11792 @c fraction mp_max_coef (MP mp,pointer p) {
11793   fraction x; /* the maximum so far */
11794   x=0;
11795   while ( info(p)!=null ) {
11796     if ( abs(value(p))>x ) x=abs(value(p));
11797     p=link(p);
11798   }
11799   return x;
11800 }
11801
11802 @ One of the main operations needed on dependency lists is to add a multiple
11803 of one list to the other; we call this |p_plus_fq|, where |p| and~|q| point
11804 to dependency lists and |f| is a fraction.
11805
11806 If the coefficient of any independent variable becomes |coef_bound| or
11807 more, in absolute value, this procedure changes the type of that variable
11808 to `|independent_needing_fix|', and sets the global variable |fix_needed|
11809 to~|true|. The value of $|coef_bound|=\mu$ is chosen so that
11810 $\mu^2+\mu<8$; this means that the numbers we deal with won't
11811 get too large. (Instead of the ``optimum'' $\mu=(\sqrt{33}-1)/2\approx
11812 2.3723$, the safer value 7/3 is taken as the threshold.)
11813
11814 The changes mentioned in the preceding paragraph are actually done only if
11815 the global variable |watch_coefs| is |true|. But it usually is; in fact,
11816 it is |false| only when \MP\ is making a dependency list that will soon
11817 be equated to zero.
11818
11819 Several procedures that act on dependency lists, including |p_plus_fq|,
11820 set the global variable |dep_final| to the final (constant term) node of
11821 the dependency list that they produce.
11822
11823 @d coef_bound 04525252525 /* |fraction| approximation to 7/3 */
11824 @d independent_needing_fix 0
11825
11826 @<Glob...@>=
11827 boolean fix_needed; /* does at least one |independent| variable need scaling? */
11828 boolean watch_coefs; /* should we scale coefficients that exceed |coef_bound|? */
11829 pointer dep_final; /* location of the constant term and final link */
11830
11831 @ @<Set init...@>=
11832 mp->fix_needed=false; mp->watch_coefs=true;
11833
11834 @ The |p_plus_fq| procedure has a fourth parameter, |t|, that should be
11835 set to |mp_proto_dependent| if |p| is a proto-dependency list. In this
11836 case |f| will be |scaled|, not a |fraction|. Similarly, the fifth parameter~|tt|
11837 should be |mp_proto_dependent| if |q| is a proto-dependency list.
11838
11839 List |q| is unchanged by the operation; but list |p| is totally destroyed.
11840
11841 The final link of the dependency list or proto-dependency list returned
11842 by |p_plus_fq| is the same as the original final link of~|p|. Indeed, the
11843 constant term of the result will be located in the same |mem| location
11844 as the original constant term of~|p|.
11845
11846 Coefficients of the result are assumed to be zero if they are less than
11847 a certain threshold. This compensates for inevitable rounding errors,
11848 and tends to make more variables `|known|'. The threshold is approximately
11849 $10^{-5}$ in the case of normal dependency lists, $10^{-4}$ for
11850 proto-dependencies.
11851
11852 @d fraction_threshold 2685 /* a |fraction| coefficient less than this is zeroed */
11853 @d half_fraction_threshold 1342 /* half of |fraction_threshold| */
11854 @d scaled_threshold 8 /* a |scaled| coefficient less than this is zeroed */
11855 @d half_scaled_threshold 4 /* half of |scaled_threshold| */
11856
11857 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
11858 pointer mp_p_plus_fq ( MP mp, pointer p, integer f, 
11859                       pointer q, small_number t, small_number tt) ;
11860
11861 @ @c
11862 pointer mp_p_plus_fq ( MP mp, pointer p, integer f, 
11863                       pointer q, small_number t, small_number tt) {
11864   pointer pp,qq; /* |info(p)| and |info(q)|, respectively */
11865   pointer r,s; /* for list manipulation */
11866   integer mp_threshold; /* defines a neighborhood of zero */
11867   integer v; /* temporary register */
11868   if ( t==mp_dependent ) mp_threshold=fraction_threshold;
11869   else mp_threshold=scaled_threshold;
11870   r=temp_head; pp=info(p); qq=info(q);
11871   while (1) {
11872     if ( pp==qq ) {
11873       if ( pp==null ) {
11874        break;
11875       } else {
11876         @<Contribute a term from |p|, plus |f| times the
11877           corresponding term from |q|@>
11878       }
11879     } else if ( value(pp)<value(qq) ) {
11880       @<Contribute a term from |q|, multiplied by~|f|@>
11881     } else { 
11882      link(r)=p; r=p; p=link(p); pp=info(p);
11883     }
11884   }
11885   if ( t==mp_dependent )
11886     value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),mp_take_fraction(mp, value(q),f));
11887   else  
11888     value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),mp_take_scaled(mp, value(q),f));
11889   link(r)=p; mp->dep_final=p; 
11890   return link(temp_head);
11891 }
11892
11893 @ @<Contribute a term from |p|, plus |f|...@>=
11894
11895   if ( tt==mp_dependent ) v=value(p)+mp_take_fraction(mp, f,value(q));
11896   else v=value(p)+mp_take_scaled(mp, f,value(q));
11897   value(p)=v; s=p; p=link(p);
11898   if ( abs(v)<mp_threshold ) {
11899     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
11900   } else {
11901     if ( (abs(v)>=coef_bound)  && mp->watch_coefs ) { 
11902       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
11903     }
11904     link(r)=s; r=s;
11905   };
11906   pp=info(p); q=link(q); qq=info(q);
11907 }
11908
11909 @ @<Contribute a term from |q|, multiplied by~|f|@>=
11910
11911   if ( tt==mp_dependent ) v=mp_take_fraction(mp, f,value(q));
11912   else v=mp_take_scaled(mp, f,value(q));
11913   if ( abs(v)>halfp(mp_threshold) ) { 
11914     s=mp_get_node(mp, dep_node_size); info(s)=qq; value(s)=v;
11915     if ( (abs(v)>=coef_bound) && mp->watch_coefs ) { 
11916       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
11917     }
11918     link(r)=s; r=s;
11919   }
11920   q=link(q); qq=info(q);
11921 }
11922
11923 @ It is convenient to have another subroutine for the special case
11924 of |p_plus_fq| when |f=1.0|. In this routine lists |p| and |q| are
11925 both of the same type~|t| (either |dependent| or |mp_proto_dependent|).
11926
11927 @c pointer mp_p_plus_q (MP mp,pointer p, pointer q, small_number t) {
11928   pointer pp,qq; /* |info(p)| and |info(q)|, respectively */
11929   pointer r,s; /* for list manipulation */
11930   integer mp_threshold; /* defines a neighborhood of zero */
11931   integer v; /* temporary register */
11932   if ( t==mp_dependent ) mp_threshold=fraction_threshold;
11933   else mp_threshold=scaled_threshold;
11934   r=temp_head; pp=info(p); qq=info(q);
11935   while (1) {
11936     if ( pp==qq ) {
11937       if ( pp==null ) {
11938         break;
11939       } else {
11940         @<Contribute a term from |p|, plus the
11941           corresponding term from |q|@>
11942       }
11943     } else if ( value(pp)<value(qq) ) {
11944       s=mp_get_node(mp, dep_node_size); info(s)=qq; value(s)=value(q);
11945       q=link(q); qq=info(q); link(r)=s; r=s;
11946     } else { 
11947       link(r)=p; r=p; p=link(p); pp=info(p);
11948     }
11949   }
11950   value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),value(q));
11951   link(r)=p; mp->dep_final=p; 
11952   return link(temp_head);
11953 }
11954
11955 @ @<Contribute a term from |p|, plus the...@>=
11956
11957   v=value(p)+value(q);
11958   value(p)=v; s=p; p=link(p); pp=info(p);
11959   if ( abs(v)<mp_threshold ) {
11960     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
11961   } else { 
11962     if ( (abs(v)>=coef_bound ) && mp->watch_coefs ) {
11963       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
11964     }
11965     link(r)=s; r=s;
11966   }
11967   q=link(q); qq=info(q);
11968 }
11969
11970 @ A somewhat simpler routine will multiply a dependency list
11971 by a given constant~|v|. The constant is either a |fraction| less than
11972 |fraction_one|, or it is |scaled|. In the latter case we might be forced to
11973 convert a dependency list to a proto-dependency list.
11974 Parameters |t0| and |t1| are the list types before and after;
11975 they should agree unless |t0=mp_dependent| and |t1=mp_proto_dependent|
11976 and |v_is_scaled=true|.
11977
11978 @c pointer mp_p_times_v (MP mp,pointer p, integer v, small_number t0,
11979                          small_number t1, boolean v_is_scaled) {
11980   pointer r,s; /* for list manipulation */
11981   integer w; /* tentative coefficient */
11982   integer mp_threshold;
11983   boolean scaling_down;
11984   if ( t0!=t1 ) scaling_down=true; else scaling_down=! v_is_scaled;
11985   if ( t1==mp_dependent ) mp_threshold=half_fraction_threshold;
11986   else mp_threshold=half_scaled_threshold;
11987   r=temp_head;
11988   while ( info(p)!=null ) {    
11989     if ( scaling_down ) w=mp_take_fraction(mp, v,value(p));
11990     else w=mp_take_scaled(mp, v,value(p));
11991     if ( abs(w)<=mp_threshold ) { 
11992       s=link(p); mp_free_node(mp, p,dep_node_size); p=s;
11993     } else {
11994       if ( abs(w)>=coef_bound ) { 
11995         mp->fix_needed=true; type(info(p))=independent_needing_fix;
11996       }
11997       link(r)=p; r=p; value(p)=w; p=link(p);
11998     }
11999   }
12000   link(r)=p;
12001   if ( v_is_scaled ) value(p)=mp_take_scaled(mp, value(p),v);
12002   else value(p)=mp_take_fraction(mp, value(p),v);
12003   return link(temp_head);
12004 };
12005
12006 @ Similarly, we sometimes need to divide a dependency list
12007 by a given |scaled| constant.
12008
12009 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12010 pointer mp_p_over_v (MP mp,pointer p, scaled v, small_number 
12011   t0, small_number t1) ;
12012
12013 @ @c
12014 pointer mp_p_over_v (MP mp,pointer p, scaled v, small_number 
12015   t0, small_number t1) {
12016   pointer r,s; /* for list manipulation */
12017   integer w; /* tentative coefficient */
12018   integer mp_threshold;
12019   boolean scaling_down;
12020   if ( t0!=t1 ) scaling_down=true; else scaling_down=false;
12021   if ( t1==mp_dependent ) mp_threshold=half_fraction_threshold;
12022   else mp_threshold=half_scaled_threshold;
12023   r=temp_head;
12024   while ( info( p)!=null ) {
12025     if ( scaling_down ) {
12026       if ( abs(v)<02000000 ) w=mp_make_scaled(mp, value(p),v*010000);
12027       else w=mp_make_scaled(mp, mp_round_fraction(mp, value(p)),v);
12028     } else {
12029       w=mp_make_scaled(mp, value(p),v);
12030     }
12031     if ( abs(w)<=mp_threshold ) {
12032       s=link(p); mp_free_node(mp, p,dep_node_size); p=s;
12033     } else { 
12034       if ( abs(w)>=coef_bound ) {
12035          mp->fix_needed=true; type(info(p))=independent_needing_fix;
12036       }
12037       link(r)=p; r=p; value(p)=w; p=link(p);
12038     }
12039   }
12040   link(r)=p; value(p)=mp_make_scaled(mp, value(p),v);
12041   return link(temp_head);
12042 };
12043
12044 @ Here's another utility routine for dependency lists. When an independent
12045 variable becomes dependent, we want to remove it from all existing
12046 dependencies. The |p_with_x_becoming_q| function computes the
12047 dependency list of~|p| after variable~|x| has been replaced by~|q|.
12048
12049 This procedure has basically the same calling conventions as |p_plus_fq|:
12050 List~|q| is unchanged; list~|p| is destroyed; the constant node and the
12051 final link are inherited from~|p|; and the fourth parameter tells whether
12052 or not |p| is |mp_proto_dependent|. However, the global variable |dep_final|
12053 is not altered if |x| does not occur in list~|p|.
12054
12055 @c pointer mp_p_with_x_becoming_q (MP mp,pointer p,
12056            pointer x, pointer q, small_number t) {
12057   pointer r,s; /* for list manipulation */
12058   integer v; /* coefficient of |x| */
12059   integer sx; /* serial number of |x| */
12060   s=p; r=temp_head; sx=value(x);
12061   while ( value(info(s))>sx ) { r=s; s=link(s); };
12062   if ( info(s)!=x ) { 
12063     return p;
12064   } else { 
12065     link(temp_head)=p; link(r)=link(s); v=value(s);
12066     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
12067     return mp_p_plus_fq(mp, link(temp_head),v,q,t,mp_dependent);
12068   }
12069 }
12070
12071 @ Here's a simple procedure that reports an error when a variable
12072 has just received a known value that's out of the required range.
12073
12074 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12075 void mp_val_too_big (MP mp,scaled x) ;
12076
12077 @ @c void mp_val_too_big (MP mp,scaled x) { 
12078   if ( mp->internal[warning_check]>0 ) { 
12079     print_err("Value is too large ("); mp_print_scaled(mp, x); mp_print_char(mp, ')');
12080 @.Value is too large@>
12081     help4("The equation I just processed has given some variable")
12082       ("a value of 4096 or more. Continue and I'll try to cope")
12083       ("with that big value; but it might be dangerous.")
12084       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
12085     mp_error(mp);
12086   }
12087 }
12088
12089 @ When a dependent variable becomes known, the following routine
12090 removes its dependency list. Here |p| points to the variable, and
12091 |q| points to the dependency list (which is one node long).
12092
12093 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12094 void mp_make_known (MP mp,pointer p, pointer q) ;
12095
12096 @ @c void mp_make_known (MP mp,pointer p, pointer q) {
12097   int t; /* the previous type */
12098   prev_dep(link(q))=prev_dep(p);
12099   link(prev_dep(p))=link(q); t=type(p);
12100   type(p)=mp_known; value(p)=value(q); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
12101   if ( abs(value(p))>=fraction_one ) mp_val_too_big(mp, value(p));
12102   if (( mp->internal[tracing_equations]>0) && mp_interesting(mp, p) ) {
12103     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "#### ");
12104 @:]]]\#\#\#\#_}{\.{\#\#\#\#}@>
12105     mp_print_variable_name(mp, p); 
12106     mp_print_char(mp, '='); mp_print_scaled(mp, value(p));
12107     mp_end_diagnostic(mp, false);
12108   }
12109   if (( mp->cur_exp==p ) && mp->cur_type==t ) {
12110     mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=value(p);
12111     mp_free_node(mp, p,value_node_size);
12112   }
12113 }
12114
12115 @ The |fix_dependencies| routine is called into action when |fix_needed|
12116 has been triggered. The program keeps a list~|s| of independent variables
12117 whose coefficients must be divided by~4.
12118
12119 In unusual cases, this fixup process might reduce one or more coefficients
12120 to zero, so that a variable will become known more or less by default.
12121
12122 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12123 void mp_fix_dependencies (MP mp);
12124
12125 @ @c void mp_fix_dependencies (MP mp) {
12126   pointer p,q,r,s,t; /* list manipulation registers */
12127   pointer x; /* an independent variable */
12128   r=link(dep_head); s=null;
12129   while ( r!=dep_head ){ 
12130     t=r;
12131     @<Run through the dependency list for variable |t|, fixing
12132       all nodes, and ending with final link~|q|@>;
12133     r=link(q);
12134     if ( q==dep_list(t) ) mp_make_known(mp, t,q);
12135   }
12136   while ( s!=null ) { 
12137     p=link(s); x=info(s); free_avail(s); s=p;
12138     type(x)=mp_independent; value(x)=value(x)+2;
12139   }
12140   mp->fix_needed=false;
12141 }
12142
12143 @ @d independent_being_fixed 1 /* this variable already appears in |s| */
12144
12145 @<Run through the dependency list for variable |t|...@>=
12146 r=value_loc(t); /* |link(r)=dep_list(t)| */
12147 while (1) { 
12148   q=link(r); x=info(q);
12149   if ( x==null ) break;
12150   if ( type(x)<=independent_being_fixed ) {
12151     if ( type(x)<independent_being_fixed ) {
12152       p=mp_get_avail(mp); link(p)=s; s=p;
12153       info(s)=x; type(x)=independent_being_fixed;
12154     }
12155     value(q)=value(q) / 4;
12156     if ( value(q)==0 ) {
12157       link(r)=link(q); mp_free_node(mp, q,dep_node_size); q=r;
12158     }
12159   }
12160   r=q;
12161 }
12162
12163
12164 @ The |new_dep| routine installs a dependency list~|p| into the value node~|q|,
12165 linking it into the list of all known dependencies. We assume that
12166 |dep_final| points to the final node of list~|p|.
12167
12168 @c void mp_new_dep (MP mp,pointer q, pointer p) {
12169   pointer r; /* what used to be the first dependency */
12170   dep_list(q)=p; prev_dep(q)=dep_head;
12171   r=link(dep_head); link(mp->dep_final)=r; prev_dep(r)=mp->dep_final;
12172   link(dep_head)=q;
12173 }
12174
12175 @ Here is one of the ways a dependency list gets started.
12176 The |const_dependency| routine produces a list that has nothing but
12177 a constant term.
12178
12179 @c pointer mp_const_dependency (MP mp, scaled v) {
12180   mp->dep_final=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12181   value(mp->dep_final)=v; info(mp->dep_final)=null;
12182   return mp->dep_final;
12183 }
12184
12185 @ And here's a more interesting way to start a dependency list from scratch:
12186 The parameter to |single_dependency| is the location of an
12187 independent variable~|x|, and the result is the simple dependency list
12188 `|x+0|'.
12189
12190 In the unlikely event that the given independent variable has been doubled so
12191 often that we can't refer to it with a nonzero coefficient,
12192 |single_dependency| returns the simple list `0'.  This case can be
12193 recognized by testing that the returned list pointer is equal to
12194 |dep_final|.
12195
12196 @c pointer mp_single_dependency (MP mp,pointer p) {
12197   pointer q; /* the new dependency list */
12198   integer m; /* the number of doublings */
12199   m=value(p) % s_scale;
12200   if ( m>28 ) {
12201     return mp_const_dependency(mp, 0);
12202   } else { 
12203     q=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12204     value(q)=two_to_the(28-m); info(q)=p;
12205     link(q)=mp_const_dependency(mp, 0);
12206     return q;
12207   }
12208 }
12209
12210 @ We sometimes need to make an exact copy of a dependency list.
12211
12212 @c pointer mp_copy_dep_list (MP mp,pointer p) {
12213   pointer q; /* the new dependency list */
12214   q=mp_get_node(mp, dep_node_size); mp->dep_final=q;
12215   while (1) { 
12216     info(mp->dep_final)=info(p); value(mp->dep_final)=value(p);
12217     if ( info(mp->dep_final)==null ) break;
12218     link(mp->dep_final)=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12219     mp->dep_final=link(mp->dep_final); p=link(p);
12220   }
12221   return q;
12222 }
12223
12224 @ But how do variables normally become known? Ah, now we get to the heart of the
12225 equation-solving mechanism. The |linear_eq| procedure is given a |dependent|
12226 or |mp_proto_dependent| list,~|p|, in which at least one independent variable
12227 appears. It equates this list to zero, by choosing an independent variable
12228 with the largest coefficient and making it dependent on the others. The
12229 newly dependent variable is eliminated from all current dependencies,
12230 thereby possibly making other dependent variables known.
12231
12232 The given list |p| is, of course, totally destroyed by all this processing.
12233
12234 @c void mp_linear_eq (MP mp, pointer p, small_number t) {
12235   pointer q,r,s; /* for link manipulation */
12236   pointer x; /* the variable that loses its independence */
12237   integer n; /* the number of times |x| had been halved */
12238   integer v; /* the coefficient of |x| in list |p| */
12239   pointer prev_r; /* lags one step behind |r| */
12240   pointer final_node; /* the constant term of the new dependency list */
12241   integer w; /* a tentative coefficient */
12242    @<Find a node |q| in list |p| whose coefficient |v| is largest@>;
12243   x=info(q); n=value(x) % s_scale;
12244   @<Divide list |p| by |-v|, removing node |q|@>;
12245   if ( mp->internal[tracing_equations]>0 ) {
12246     @<Display the new dependency@>;
12247   }
12248   @<Simplify all existing dependencies by substituting for |x|@>;
12249   @<Change variable |x| from |independent| to |dependent| or |known|@>;
12250   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
12251 }
12252
12253 @ @<Find a node |q| in list |p| whose coefficient |v| is largest@>=
12254 q=p; r=link(p); v=value(q);
12255 while ( info(r)!=null ) { 
12256   if ( abs(value(r))>abs(v) ) { q=r; v=value(r); };
12257   r=link(r);
12258 }
12259
12260 @ Here we want to change the coefficients from |scaled| to |fraction|,
12261 except in the constant term. In the common case of a trivial equation
12262 like `\.{x=3.14}', we will have |v=-fraction_one|, |q=p|, and |t=mp_dependent|.
12263
12264 @<Divide list |p| by |-v|, removing node |q|@>=
12265 s=temp_head; link(s)=p; r=p;
12266 do { 
12267   if ( r==q ) {
12268     link(s)=link(r); mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12269   } else  { 
12270     w=mp_make_fraction(mp, value(r),v);
12271     if ( abs(w)<=half_fraction_threshold ) {
12272       link(s)=link(r); mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12273     } else { 
12274       value(r)=-w; s=r;
12275     }
12276   }
12277   r=link(s);
12278 } while (info(r)!=null);
12279 if ( t==mp_proto_dependent ) {
12280   value(r)=-mp_make_scaled(mp, value(r),v);
12281 } else if ( v!=-fraction_one ) {
12282   value(r)=-mp_make_fraction(mp, value(r),v);
12283 }
12284 final_node=r; p=link(temp_head)
12285
12286 @ @<Display the new dependency@>=
12287 if ( mp_interesting(mp, x) ) {
12288   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "## "); 
12289   mp_print_variable_name(mp, x);
12290 @:]]]\#\#_}{\.{\#\#}@>
12291   w=n;
12292   while ( w>0 ) { mp_print(mp, "*4"); w=w-2;  };
12293   mp_print_char(mp, '='); mp_print_dependency(mp, p,mp_dependent); 
12294   mp_end_diagnostic(mp, false);
12295 }
12296
12297 @ @<Simplify all existing dependencies by substituting for |x|@>=
12298 prev_r=dep_head; r=link(dep_head);
12299 while ( r!=dep_head ) {
12300   s=dep_list(r); q=mp_p_with_x_becoming_q(mp, s,x,p,type(r));
12301   if ( info(q)==null ) {
12302     mp_make_known(mp, r,q);
12303   } else { 
12304     dep_list(r)=q;
12305     do {  q=link(q); } while (info(q)!=null);
12306     prev_r=q;
12307   }
12308   r=link(prev_r);
12309 }
12310
12311 @ @<Change variable |x| from |independent| to |dependent| or |known|@>=
12312 if ( n>0 ) @<Divide list |p| by $2^n$@>;
12313 if ( info(p)==null ) {
12314   type(x)=mp_known;
12315   value(x)=value(p);
12316   if ( abs(value(x))>=fraction_one ) mp_val_too_big(mp, value(x));
12317   mp_free_node(mp, p,dep_node_size);
12318   if ( mp->cur_exp==x ) if ( mp->cur_type==mp_independent ) {
12319     mp->cur_exp=value(x); mp->cur_type=mp_known;
12320     mp_free_node(mp, x,value_node_size);
12321   }
12322 } else { 
12323   type(x)=mp_dependent; mp->dep_final=final_node; mp_new_dep(mp, x,p);
12324   if ( mp->cur_exp==x ) if ( mp->cur_type==mp_independent ) mp->cur_type=mp_dependent;
12325 }
12326
12327 @ @<Divide list |p| by $2^n$@>=
12328
12329   s=temp_head; link(temp_head)=p; r=p;
12330   do {  
12331     if ( n>30 ) w=0;
12332     else w=value(r) / two_to_the(n);
12333     if ( (abs(w)<=half_fraction_threshold)&&(info(r)!=null) ) {
12334       link(s)=link(r);
12335       mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12336     } else { 
12337       value(r)=w; s=r;
12338     }
12339     r=link(s);
12340   } while (info(s)!=null);
12341   p=link(temp_head);
12342 }
12343
12344 @ The |check_mem| procedure, which is used only when \MP\ is being
12345 debugged, makes sure that the current dependency lists are well formed.
12346
12347 @<Check the list of linear dependencies@>=
12348 q=dep_head; p=link(q);
12349 while ( p!=dep_head ) {
12350   if ( prev_dep(p)!=q ) {
12351     mp_print_nl(mp, "Bad PREVDEP at "); mp_print_int(mp, p);
12352 @.Bad PREVDEP...@>
12353   }
12354   p=dep_list(p);
12355   while (1) {
12356     r=info(p); q=p; p=link(q);
12357     if ( r==null ) break;
12358     if ( value(info(p))>=value(r) ) {
12359       mp_print_nl(mp, "Out of order at "); mp_print_int(mp, p);
12360 @.Out of order...@>
12361     }
12362   }
12363 }
12364
12365 @* \[25] Dynamic nonlinear equations.
12366 Variables of numeric type are maintained by the general scheme of
12367 independent, dependent, and known values that we have just studied;
12368 and the components of pair and transform variables are handled in the
12369 same way. But \MP\ also has five other types of values: \&{boolean},
12370 \&{string}, \&{pen}, \&{path}, and \&{picture}; what about them?
12371
12372 Equations are allowed between nonlinear quantities, but only in a
12373 simple form. Two variables that haven't yet been assigned values are
12374 either equal to each other, or they're not.
12375
12376 Before a boolean variable has received a value, its type is |mp_unknown_boolean|;
12377 similarly, there are variables whose type is |mp_unknown_string|, |mp_unknown_pen|,
12378 |mp_unknown_path|, and |mp_unknown_picture|. In such cases the value is either
12379 |null| (which means that no other variables are equivalent to this one), or
12380 it points to another variable of the same undefined type. The pointers in the
12381 latter case form a cycle of nodes, which we shall call a ``ring.''
12382 Rings of undefined variables may include capsules, which arise as
12383 intermediate results within expressions or as \&{expr} parameters to macros.
12384
12385 When one member of a ring receives a value, the same value is given to
12386 all the other members. In the case of paths and pictures, this implies
12387 making separate copies of a potentially large data structure; users should
12388 restrain their enthusiasm for such generality, unless they have lots and
12389 lots of memory space.
12390
12391 @ The following procedure is called when a capsule node is being
12392 added to a ring (e.g., when an unknown variable is mentioned in an expression).
12393
12394 @c pointer mp_new_ring_entry (MP mp,pointer p) {
12395   pointer q; /* the new capsule node */
12396   q=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(q)=mp_capsule;
12397   type(q)=type(p);
12398   if ( value(p)==null ) value(q)=p; else value(q)=value(p);
12399   value(p)=q;
12400   return q;
12401 }
12402
12403 @ Conversely, we might delete a capsule or a variable before it becomes known.
12404 The following procedure simply detaches a quantity from its ring,
12405 without recycling the storage.
12406
12407 @<Declare the recycling subroutines@>=
12408 void mp_ring_delete (MP mp,pointer p) {
12409   pointer q; 
12410   q=value(p);
12411   if ( q!=null ) if ( q!=p ){ 
12412     while ( value(q)!=p ) q=value(q);
12413     value(q)=value(p);
12414   }
12415 }
12416
12417 @ Eventually there might be an equation that assigns values to all of the
12418 variables in a ring. The |nonlinear_eq| subroutine does the necessary
12419 propagation of values.
12420
12421 If the parameter |flush_p| is |true|, node |p| itself needn't receive a
12422 value, it will soon be recycled.
12423
12424 @c void mp_nonlinear_eq (MP mp,integer v, pointer p, boolean flush_p) {
12425   small_number t; /* the type of ring |p| */
12426   pointer q,r; /* link manipulation registers */
12427   t=type(p)-unknown_tag; q=value(p);
12428   if ( flush_p ) type(p)=mp_vacuous; else p=q;
12429   do {  
12430     r=value(q); type(q)=t;
12431     switch (t) {
12432     case mp_boolean_type: value(q)=v; break;
12433     case mp_string_type: value(q)=v; add_str_ref(v); break;
12434     case mp_pen_type: value(q)=copy_pen(v); break;
12435     case mp_path_type: value(q)=mp_copy_path(mp, v); break;
12436     case mp_picture_type: value(q)=v; add_edge_ref(v); break;
12437     } /* there ain't no more cases */
12438     q=r;
12439   } while (q!=p);
12440 }
12441
12442 @ If two members of rings are equated, and if they have the same type,
12443 the |ring_merge| procedure is called on to make them equivalent.
12444
12445 @c void mp_ring_merge (MP mp,pointer p, pointer q) {
12446   pointer r; /* traverses one list */
12447   r=value(p);
12448   while ( r!=p ) {
12449     if ( r==q ) {
12450       @<Exclaim about a redundant equation@>;
12451       return;
12452     };
12453     r=value(r);
12454   }
12455   r=value(p); value(p)=value(q); value(q)=r;
12456 }
12457
12458 @ @<Exclaim about a redundant equation@>=
12459
12460   print_err("Redundant equation");
12461 @.Redundant equation@>
12462   help2("I already knew that this equation was true.")
12463    ("But perhaps no harm has been done; let's continue.");
12464   mp_put_get_error(mp);
12465 }
12466
12467 @* \[26] Introduction to the syntactic routines.
12468 Let's pause a moment now and try to look at the Big Picture.
12469 The \MP\ program consists of three main parts: syntactic routines,
12470 semantic routines, and output routines. The chief purpose of the
12471 syntactic routines is to deliver the user's input to the semantic routines,
12472 while parsing expressions and locating operators and operands. The
12473 semantic routines act as an interpreter responding to these operators,
12474 which may be regarded as commands. And the output routines are
12475 periodically called on to produce compact font descriptions that can be
12476 used for typesetting or for making interim proof drawings. We have
12477 discussed the basic data structures and many of the details of semantic
12478 operations, so we are good and ready to plunge into the part of \MP\ that
12479 actually controls the activities.
12480
12481 Our current goal is to come to grips with the |get_next| procedure,
12482 which is the keystone of \MP's input mechanism. Each call of |get_next|
12483 sets the value of three variables |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|,
12484 representing the next input token.
12485 $$\vbox{\halign{#\hfil\cr
12486   \hbox{|cur_cmd| denotes a command code from the long list of codes
12487    given earlier;}\cr
12488   \hbox{|cur_mod| denotes a modifier of the command code;}\cr
12489   \hbox{|cur_sym| is the hash address of the symbolic token that was
12490    just scanned,}\cr
12491   \hbox{\qquad or zero in the case of a numeric or string
12492    or capsule token.}\cr}}$$
12493 Underlying this external behavior of |get_next| is all the machinery
12494 necessary to convert from character files to tokens. At a given time we
12495 may be only partially finished with the reading of several files (for
12496 which \&{input} was specified), and partially finished with the expansion
12497 of some user-defined macros and/or some macro parameters, and partially
12498 finished reading some text that the user has inserted online,
12499 and so on. When reading a character file, the characters must be
12500 converted to tokens; comments and blank spaces must
12501 be removed, numeric and string tokens must be evaluated.
12502
12503 To handle these situations, which might all be present simultaneously,
12504 \MP\ uses various stacks that hold information about the incomplete
12505 activities, and there is a finite state control for each level of the
12506 input mechanism. These stacks record the current state of an implicitly
12507 recursive process, but the |get_next| procedure is not recursive.
12508
12509 @<Glob...@>=
12510 eight_bits cur_cmd; /* current command set by |get_next| */
12511 integer cur_mod; /* operand of current command */
12512 halfword cur_sym; /* hash address of current symbol */
12513
12514 @ The |print_cmd_mod| routine prints a symbolic interpretation of a
12515 command code and its modifier.
12516 It consists of a rather tedious sequence of print
12517 commands, and most of it is essentially an inverse to the |primitive|
12518 routine that enters a \MP\ primitive into |hash| and |eqtb|. Therefore almost
12519 all of this procedure appears elsewhere in the program, together with the
12520 corresponding |primitive| calls.
12521
12522 @<Declare the procedure called |print_cmd_mod|@>=
12523 void mp_print_cmd_mod (MP mp,integer c, integer m) { 
12524  switch (c) {
12525   @<Cases of |print_cmd_mod| for symbolic printing of primitives@>
12526   default: mp_print(mp, "[unknown command code!]"); break;
12527   }
12528 }
12529
12530 @ Here is a procedure that displays a given command in braces, in the
12531 user's transcript file.
12532
12533 @d show_cur_cmd_mod mp_show_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod)
12534
12535 @c 
12536 void mp_show_cmd_mod (MP mp,integer c, integer m) { 
12537   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{");
12538   mp_print_cmd_mod(mp, c,m); mp_print_char(mp, '}');
12539   mp_end_diagnostic(mp, false);
12540 }
12541
12542 @* \[27] Input stacks and states.
12543 The state of \MP's input mechanism appears in the input stack, whose
12544 entries are records with five fields, called |index|, |start|, |loc|,
12545 |limit|, and |name|. The top element of this stack is maintained in a
12546 global variable for which no subscripting needs to be done; the other
12547 elements of the stack appear in an array. Hence the stack is declared thus:
12548
12549 @<Types...@>=
12550 typedef struct {
12551   quarterword index_field;
12552   halfword start_field, loc_field, limit_field, name_field;
12553 } in_state_record;
12554
12555 @ @<Glob...@>=
12556 in_state_record *input_stack;
12557 integer input_ptr; /* first unused location of |input_stack| */
12558 integer max_in_stack; /* largest value of |input_ptr| when pushing */
12559 in_state_record cur_input; /* the ``top'' input state */
12560 int stack_size; /* maximum number of simultaneous input sources */
12561
12562 @ @<Allocate or initialize ...@>=
12563 mp->stack_size = 300;
12564 mp->input_stack = xmalloc((mp->stack_size+1),sizeof(in_state_record));
12565
12566 @ @<Dealloc variables@>=
12567 xfree(mp->input_stack);
12568
12569 @ We've already defined the special variable |loc==cur_input.loc_field|
12570 in our discussion of basic input-output routines. The other components of
12571 |cur_input| are defined in the same way:
12572
12573 @d index mp->cur_input.index_field /* reference for buffer information */
12574 @d start mp->cur_input.start_field /* starting position in |buffer| */
12575 @d limit mp->cur_input.limit_field /* end of current line in |buffer| */
12576 @d name mp->cur_input.name_field /* name of the current file */
12577
12578 @ Let's look more closely now at the five control variables
12579 (|index|,~|start|,~|loc|,~|limit|,~|name|),
12580 assuming that \MP\ is reading a line of characters that have been input
12581 from some file or from the user's terminal. There is an array called
12582 |buffer| that acts as a stack of all lines of characters that are
12583 currently being read from files, including all lines on subsidiary
12584 levels of the input stack that are not yet completed. \MP\ will return to
12585 the other lines when it is finished with the present input file.
12586
12587 (Incidentally, on a machine with byte-oriented addressing, it would be
12588 appropriate to combine |buffer| with the |str_pool| array,
12589 letting the buffer entries grow downward from the top of the string pool
12590 and checking that these two tables don't bump into each other.)
12591
12592 The line we are currently working on begins in position |start| of the
12593 buffer; the next character we are about to read is |buffer[loc]|; and
12594 |limit| is the location of the last character present. We always have
12595 |loc<=limit|. For convenience, |buffer[limit]| has been set to |"%"|, so
12596 that the end of a line is easily sensed.
12597
12598 The |name| variable is a string number that designates the name of
12599 the current file, if we are reading an ordinary text file.  Special codes
12600 |is_term..max_spec_src| indicate other sources of input text.
12601
12602 @d is_term 0 /* |name| value when reading from the terminal for normal input */
12603 @d is_read 1 /* |name| value when executing a \&{readstring} or \&{readfrom} */
12604 @d is_scantok 2 /* |name| value when reading text generated by \&{scantokens} */
12605 @d max_spec_src is_scantok
12606
12607 @ Additional information about the current line is available via the
12608 |index| variable, which counts how many lines of characters are present
12609 in the buffer below the current level. We have |index=0| when reading
12610 from the terminal and prompting the user for each line; then if the user types,
12611 e.g., `\.{input figs}', we will have |index=1| while reading
12612 the file \.{figs.mp}. However, it does not follow that |index| is the
12613 same as the input stack pointer, since many of the levels on the input
12614 stack may come from token lists and some |index| values may correspond
12615 to \.{MPX} files that are not currently on the stack.
12616
12617 The global variable |in_open| is equal to the highest |index| value counting
12618 \.{MPX} files but excluding token-list input levels.  Thus, the number of
12619 partially read lines in the buffer is |in_open+1| and we have |in_open>=index|
12620 when we are not reading a token list.
12621
12622 If we are not currently reading from the terminal,
12623 we are reading from the file variable |input_file[index]|. We use
12624 the notation |terminal_input| as a convenient abbreviation for |name=is_term|,
12625 and |cur_file| as an abbreviation for |input_file[index]|.
12626
12627 When \MP\ is not reading from the terminal, the global variable |line| contains
12628 the line number in the current file, for use in error messages. More precisely,
12629 |line| is a macro for |line_stack[index]| and the |line_stack| array gives
12630 the line number for each file in the |input_file| array.
12631
12632 When an \.{MPX} file is opened the file name is stored in the |mpx_name|
12633 array so that the name doesn't get lost when the file is temporarily removed
12634 from the input stack.
12635 Thus when |input_file[k]| is an \.{MPX} file, its name is |mpx_name[k]|
12636 and it contains translated \TeX\ pictures for |input_file[k-1]|.
12637 Since this is not an \.{MPX} file, we have
12638 $$ \hbox{|mpx_name[k-1]<=absent|}. $$
12639 This |name| field is set to |finished| when |input_file[k]| is completely
12640 read.
12641
12642 If more information about the input state is needed, it can be
12643 included in small arrays like those shown here. For example,
12644 the current page or segment number in the input file might be put
12645 into a variable |page|, that is really a macro for the current entry
12646 in `\ignorespaces|page_stack:array[0..max_in_open] of integer|\unskip'
12647 by analogy with |line_stack|.
12648 @^system dependencies@>
12649
12650 @d terminal_input (name==is_term) /* are we reading from the terminal? */
12651 @d cur_file mp->input_file[index] /* the current |FILE *| variable */
12652 @d line mp->line_stack[index] /* current line number in the current source file */
12653 @d in_name mp->iname_stack[index] /* a string used to construct \.{MPX} file names */
12654 @d in_area mp->iarea_stack[index] /* another string for naming \.{MPX} files */
12655 @d absent 1 /* |name_field| value for unused |mpx_in_stack| entries */
12656 @d mpx_reading (mp->mpx_name[index]>absent)
12657   /* when reading a file, is it an \.{MPX} file? */
12658 @d finished 0
12659   /* |name_field| value when the corresponding \.{MPX} file is finished */
12660
12661 @<Glob...@>=
12662 integer in_open; /* the number of lines in the buffer, less one */
12663 unsigned int open_parens; /* the number of open text files */
12664 FILE  * *input_file ;
12665 integer *line_stack ; /* the line number for each file */
12666 char *  *iname_stack; /* used for naming \.{MPX} files */
12667 char *  *iarea_stack; /* used for naming \.{MPX} files */
12668 halfword*mpx_name  ;
12669
12670 @ @<Allocate or ...@>=
12671 mp->input_file  = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(FILE *));
12672 mp->line_stack  = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(integer));
12673 mp->iname_stack = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(char *));
12674 mp->iarea_stack = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(char *));
12675 mp->mpx_name    = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(halfword));
12676 {
12677   int k;
12678   for (k=0;k<=mp->max_in_open;k++) {
12679     mp->iname_stack[k] =NULL;
12680     mp->iarea_stack[k] =NULL;
12681   }
12682 }
12683
12684 @ @<Dealloc variables@>=
12685 {
12686   int l;
12687   for (l=0;l<=mp->max_in_open;l++) {
12688     xfree(mp->iname_stack[l]);
12689     xfree(mp->iarea_stack[l]);
12690   }
12691 }
12692 xfree(mp->input_file);
12693 xfree(mp->line_stack);
12694 xfree(mp->iname_stack);
12695 xfree(mp->iarea_stack);
12696 xfree(mp->mpx_name);
12697
12698
12699 @ However, all this discussion about input state really applies only to the
12700 case that we are inputting from a file. There is another important case,
12701 namely when we are currently getting input from a token list. In this case
12702 |index>max_in_open|, and the conventions about the other state variables
12703 are different:
12704
12705 \yskip\hang|loc| is a pointer to the current node in the token list, i.e.,
12706 the node that will be read next. If |loc=null|, the token list has been
12707 fully read.
12708
12709 \yskip\hang|start| points to the first node of the token list; this node
12710 may or may not contain a reference count, depending on the type of token
12711 list involved.
12712
12713 \yskip\hang|token_type|, which takes the place of |index| in the
12714 discussion above, is a code number that explains what kind of token list
12715 is being scanned.
12716
12717 \yskip\hang|name| points to the |eqtb| address of the control sequence
12718 being expanded, if the current token list is a macro not defined by
12719 \&{vardef}. Macros defined by \&{vardef} have |name=null|; their name
12720 can be deduced by looking at their first two parameters.
12721
12722 \yskip\hang|param_start|, which takes the place of |limit|, tells where
12723 the parameters of the current macro or loop text begin in the |param_stack|.
12724
12725 \yskip\noindent The |token_type| can take several values, depending on
12726 where the current token list came from:
12727
12728 \yskip
12729 \indent|forever_text|, if the token list being scanned is the body of
12730 a \&{forever} loop;
12731
12732 \indent|loop_text|, if the token list being scanned is the body of
12733 a \&{for} or \&{forsuffixes} loop;
12734
12735 \indent|parameter|, if a \&{text} or \&{suffix} parameter is being scanned;
12736
12737 \indent|backed_up|, if the token list being scanned has been inserted as
12738 `to be read again'.
12739
12740 \indent|inserted|, if the token list being scanned has been inserted as
12741 part of error recovery;
12742
12743 \indent|macro|, if the expansion of a user-defined symbolic token is being
12744 scanned.
12745
12746 \yskip\noindent
12747 The token list begins with a reference count if and only if |token_type=
12748 macro|.
12749 @^reference counts@>
12750
12751 @d token_type index /* type of current token list */
12752 @d token_state (index>(int)mp->max_in_open) /* are we scanning a token list? */
12753 @d file_state (index<=(int)mp->max_in_open) /* are we scanning a file line? */
12754 @d param_start limit /* base of macro parameters in |param_stack| */
12755 @d forever_text (mp->max_in_open+1) /* |token_type| code for loop texts */
12756 @d loop_text (mp->max_in_open+2) /* |token_type| code for loop texts */
12757 @d parameter (mp->max_in_open+3) /* |token_type| code for parameter texts */
12758 @d backed_up (mp->max_in_open+4) /* |token_type| code for texts to be reread */
12759 @d inserted (mp->max_in_open+5) /* |token_type| code for inserted texts */
12760 @d macro (mp->max_in_open+6) /* |token_type| code for macro replacement texts */
12761
12762 @ The |param_stack| is an auxiliary array used to hold pointers to the token
12763 lists for parameters at the current level and subsidiary levels of input.
12764 This stack grows at a different rate from the others.
12765
12766 @<Glob...@>=
12767 pointer *param_stack;  /* token list pointers for parameters */
12768 integer param_ptr; /* first unused entry in |param_stack| */
12769 integer max_param_stack;  /* largest value of |param_ptr| */
12770
12771 @ @<Allocate or initialize ...@>=
12772 mp->param_stack = xmalloc((mp->param_size+1),sizeof(pointer));
12773
12774 @ @<Dealloc variables@>=
12775 xfree(mp->param_stack);
12776
12777 @ Notice that the |line| isn't valid when |token_state| is true because it
12778 depends on |index|.  If we really need to know the line number for the
12779 topmost file in the index stack we use the following function.  If a page
12780 number or other information is needed, this routine should be modified to
12781 compute it as well.
12782 @^system dependencies@>
12783
12784 @<Declare a function called |true_line|@>=
12785 integer mp_true_line (MP mp) {
12786   int k; /* an index into the input stack */
12787   if ( file_state && (name>max_spec_src) ) {
12788      return line;
12789   } else { 
12790     k=mp->input_ptr;
12791     while ((k>0) &&
12792            ((mp->input_stack[(k-1)].index_field>mp->max_in_open)||
12793             (mp->input_stack[(k-1)].name_field<=max_spec_src))) {
12794       decr(k);
12795     }
12796     return mp->line_stack[(k-1)];
12797   }
12798   return 0; 
12799 }
12800
12801 @ Thus, the ``current input state'' can be very complicated indeed; there
12802 can be many levels and each level can arise in a variety of ways. The
12803 |show_context| procedure, which is used by \MP's error-reporting routine to
12804 print out the current input state on all levels down to the most recent
12805 line of characters from an input file, illustrates most of these conventions.
12806 The global variable |file_ptr| contains the lowest level that was
12807 displayed by this procedure.
12808
12809 @<Glob...@>=
12810 integer file_ptr; /* shallowest level shown by |show_context| */
12811
12812 @ The status at each level is indicated by printing two lines, where the first
12813 line indicates what was read so far and the second line shows what remains
12814 to be read. The context is cropped, if necessary, so that the first line
12815 contains at most |half_error_line| characters, and the second contains
12816 at most |error_line|. Non-current input levels whose |token_type| is
12817 `|backed_up|' are shown only if they have not been fully read.
12818
12819 @c void mp_show_context (MP mp) { /* prints where the scanner is */
12820   int old_setting; /* saved |selector| setting */
12821   @<Local variables for formatting calculations@>
12822   mp->file_ptr=mp->input_ptr; mp->input_stack[mp->file_ptr]=mp->cur_input;
12823   /* store current state */
12824   while (1) { 
12825     mp->cur_input=mp->input_stack[mp->file_ptr]; /* enter into the context */
12826     @<Display the current context@>;
12827     if ( file_state )
12828       if ( (name>max_spec_src) || (mp->file_ptr==0) ) break;
12829     decr(mp->file_ptr);
12830   }
12831   mp->cur_input=mp->input_stack[mp->input_ptr]; /* restore original state */
12832 }
12833
12834 @ @<Display the current context@>=
12835 if ( (mp->file_ptr==mp->input_ptr) || file_state ||
12836    (token_type!=backed_up) || (loc!=null) ) {
12837     /* we omit backed-up token lists that have already been read */
12838   mp->tally=0; /* get ready to count characters */
12839   old_setting=mp->selector;
12840   if ( file_state ) {
12841     @<Print location of current line@>;
12842     @<Pseudoprint the line@>;
12843   } else { 
12844     @<Print type of token list@>;
12845     @<Pseudoprint the token list@>;
12846   }
12847   mp->selector=old_setting; /* stop pseudoprinting */
12848   @<Print two lines using the tricky pseudoprinted information@>;
12849 }
12850
12851 @ This routine should be changed, if necessary, to give the best possible
12852 indication of where the current line resides in the input file.
12853 For example, on some systems it is best to print both a page and line number.
12854 @^system dependencies@>
12855
12856 @<Print location of current line@>=
12857 if ( name>max_spec_src ) {
12858   mp_print_nl(mp, "l."); mp_print_int(mp, mp_true_line(mp));
12859 } else if ( terminal_input ) {
12860   if ( mp->file_ptr==0 ) mp_print_nl(mp, "<*>");
12861   else mp_print_nl(mp, "<insert>");
12862 } else if ( name==is_scantok ) {
12863   mp_print_nl(mp, "<scantokens>");
12864 } else {
12865   mp_print_nl(mp, "<read>");
12866 }
12867 mp_print_char(mp, ' ')
12868
12869 @ Can't use case statement here because the |token_type| is not
12870 a constant expression.
12871
12872 @<Print type of token list@>=
12873 {
12874   if(token_type==forever_text) {
12875     mp_print_nl(mp, "<forever> ");
12876   } else if (token_type==loop_text) {
12877     @<Print the current loop value@>;
12878   } else if (token_type==parameter) {
12879     mp_print_nl(mp, "<argument> "); 
12880   } else if (token_type==backed_up) { 
12881     if ( loc==null ) mp_print_nl(mp, "<recently read> ");
12882     else mp_print_nl(mp, "<to be read again> ");
12883   } else if (token_type==inserted) {
12884     mp_print_nl(mp, "<inserted text> ");
12885   } else if (token_type==macro) {
12886     mp_print_ln(mp);
12887     if ( name!=null ) mp_print_text(name);
12888     else @<Print the name of a \&{vardef}'d macro@>;
12889     mp_print(mp, "->");
12890   } else {
12891     mp_print_nl(mp, "?");/* this should never happen */
12892 @.?\relax@>
12893   }
12894 }
12895
12896 @ The parameter that corresponds to a loop text is either a token list
12897 (in the case of \&{forsuffixes}) or a ``capsule'' (in the case of \&{for}).
12898 We'll discuss capsules later; for now, all we need to know is that
12899 the |link| field in a capsule parameter is |void| and that
12900 |print_exp(p,0)| displays the value of capsule~|p| in abbreviated form.
12901
12902 @d diov (null+1) /* a null pointer different from |null| */
12903
12904 @<Print the current loop value@>=
12905 { mp_print_nl(mp, "<for("); p=mp->param_stack[param_start];
12906   if ( p!=null ) {
12907     if ( link(p)==diov ) mp_print_exp(mp, p,0); /* we're in a \&{for} loop */
12908     else mp_show_token_list(mp, p,null,20,mp->tally);
12909   }
12910   mp_print(mp, ")> ");
12911 }
12912
12913 @ The first two parameters of a macro defined by \&{vardef} will be token
12914 lists representing the macro's prefix and ``at point.'' By putting these
12915 together, we get the macro's full name.
12916
12917 @<Print the name of a \&{vardef}'d macro@>=
12918 { p=mp->param_stack[param_start];
12919   if ( p==null ) {
12920     mp_show_token_list(mp, mp->param_stack[param_start+1],null,20,mp->tally);
12921   } else { 
12922     q=p;
12923     while ( link(q)!=null ) q=link(q);
12924     link(q)=mp->param_stack[param_start+1];
12925     mp_show_token_list(mp, p,null,20,mp->tally);
12926     link(q)=null;
12927   }
12928 }
12929
12930 @ Now it is necessary to explain a little trick. We don't want to store a long
12931 string that corresponds to a token list, because that string might take up
12932 lots of memory; and we are printing during a time when an error message is
12933 being given, so we dare not do anything that might overflow one of \MP's
12934 tables. So `pseudoprinting' is the answer: We enter a mode of printing
12935 that stores characters into a buffer of length |error_line|, where character
12936 $k+1$ is placed into \hbox{|trick_buf[k mod error_line]|} if
12937 |k<trick_count|, otherwise character |k| is dropped. Initially we set
12938 |tally:=0| and |trick_count:=1000000|; then when we reach the
12939 point where transition from line 1 to line 2 should occur, we
12940 set |first_count:=tally| and |trick_count:=@tmax@>(error_line,
12941 tally+1+error_line-half_error_line)|. At the end of the
12942 pseudoprinting, the values of |first_count|, |tally|, and
12943 |trick_count| give us all the information we need to print the two lines,
12944 and all of the necessary text is in |trick_buf|.
12945
12946 Namely, let |l| be the length of the descriptive information that appears
12947 on the first line. The length of the context information gathered for that
12948 line is |k=first_count|, and the length of the context information
12949 gathered for line~2 is $m=\min(|tally|, |trick_count|)-k$. If |l+k<=h|,
12950 where |h=half_error_line|, we print |trick_buf[0..k-1]| after the
12951 descriptive information on line~1, and set |n:=l+k|; here |n| is the
12952 length of line~1. If $l+k>h$, some cropping is necessary, so we set |n:=h|
12953 and print `\.{...}' followed by
12954 $$\hbox{|trick_buf[(l+k-h+3)..k-1]|,}$$
12955 where subscripts of |trick_buf| are circular modulo |error_line|. The
12956 second line consists of |n|~spaces followed by |trick_buf[k..(k+m-1)]|,
12957 unless |n+m>error_line|; in the latter case, further cropping is done.
12958 This is easier to program than to explain.
12959
12960 @<Local variables for formatting...@>=
12961 int i; /* index into |buffer| */
12962 integer l; /* length of descriptive information on line 1 */
12963 integer m; /* context information gathered for line 2 */
12964 int n; /* length of line 1 */
12965 integer p; /* starting or ending place in |trick_buf| */
12966 integer q; /* temporary index */
12967
12968 @ The following code tells the print routines to gather
12969 the desired information.
12970
12971 @d begin_pseudoprint { 
12972   l=mp->tally; mp->tally=0; mp->selector=pseudo;
12973   mp->trick_count=1000000;
12974 }
12975 @d set_trick_count {
12976   mp->first_count=mp->tally;
12977   mp->trick_count=mp->tally+1+mp->error_line-mp->half_error_line;
12978   if ( mp->trick_count<mp->error_line ) mp->trick_count=mp->error_line;
12979 }
12980
12981 @ And the following code uses the information after it has been gathered.
12982
12983 @<Print two lines using the tricky pseudoprinted information@>=
12984 if ( mp->trick_count==1000000 ) set_trick_count;
12985   /* |set_trick_count| must be performed */
12986 if ( mp->tally<mp->trick_count ) m=mp->tally-mp->first_count;
12987 else m=mp->trick_count-mp->first_count; /* context on line 2 */
12988 if ( l+mp->first_count<=mp->half_error_line ) {
12989   p=0; n=l+mp->first_count;
12990 } else  { 
12991   mp_print(mp, "..."); p=l+mp->first_count-mp->half_error_line+3;
12992   n=mp->half_error_line;
12993 }
12994 for (q=p;q<=mp->first_count-1;q++) {
12995   mp_print_char(mp, mp->trick_buf[q % mp->error_line]);
12996 }
12997 mp_print_ln(mp);
12998 for (q=1;q<=n;q++) {
12999   mp_print_char(mp, ' '); /* print |n| spaces to begin line~2 */
13000 }
13001 if ( m+n<=mp->error_line ) p=mp->first_count+m; 
13002 else p=mp->first_count+(mp->error_line-n-3);
13003 for (q=mp->first_count;q<=p-1;q++) {
13004   mp_print_char(mp, mp->trick_buf[q % mp->error_line]);
13005 }
13006 if ( m+n>mp->error_line ) mp_print(mp, "...")
13007
13008 @ But the trick is distracting us from our current goal, which is to
13009 understand the input state. So let's concentrate on the data structures that
13010 are being pseudoprinted as we finish up the |show_context| procedure.
13011
13012 @<Pseudoprint the line@>=
13013 begin_pseudoprint;
13014 if ( limit>0 ) {
13015   for (i=start;i<=limit-1;i++) {
13016     if ( i==loc ) set_trick_count;
13017     mp_print_str(mp, mp->buffer[i]);
13018   }
13019 }
13020
13021 @ @<Pseudoprint the token list@>=
13022 begin_pseudoprint;
13023 if ( token_type!=macro ) mp_show_token_list(mp, start,loc,100000,0);
13024 else mp_show_macro(mp, start,loc,100000)
13025
13026 @ Here is the missing piece of |show_token_list| that is activated when the
13027 token beginning line~2 is about to be shown:
13028
13029 @<Do magic computation@>=set_trick_count
13030
13031 @* \[28] Maintaining the input stacks.
13032 The following subroutines change the input status in commonly needed ways.
13033
13034 First comes |push_input|, which stores the current state and creates a
13035 new level (having, initially, the same properties as the old).
13036
13037 @d push_input  { /* enter a new input level, save the old */
13038   if ( mp->input_ptr>mp->max_in_stack ) {
13039     mp->max_in_stack=mp->input_ptr;
13040     if ( mp->input_ptr==mp->stack_size ) {
13041       int l = (mp->stack_size+(mp->stack_size>>2));
13042       XREALLOC(mp->input_stack, (l+1), in_state_record);
13043       mp->stack_size = l;
13044     }         
13045   }
13046   mp->input_stack[mp->input_ptr]=mp->cur_input; /* stack the record */
13047   incr(mp->input_ptr);
13048 }
13049
13050 @ And of course what goes up must come down.
13051
13052 @d pop_input { /* leave an input level, re-enter the old */
13053     decr(mp->input_ptr); mp->cur_input=mp->input_stack[mp->input_ptr];
13054   }
13055
13056 @ Here is a procedure that starts a new level of token-list input, given
13057 a token list |p| and its type |t|. If |t=macro|, the calling routine should
13058 set |name|, reset~|loc|, and increase the macro's reference count.
13059
13060 @d back_list(A) mp_begin_token_list(mp, (A),backed_up) /* backs up a simple token list */
13061
13062 @c void mp_begin_token_list (MP mp,pointer p, quarterword t)  { 
13063   push_input; start=p; token_type=t;
13064   param_start=mp->param_ptr; loc=p;
13065 }
13066
13067 @ When a token list has been fully scanned, the following computations
13068 should be done as we leave that level of input.
13069 @^inner loop@>
13070
13071 @c void mp_end_token_list (MP mp) { /* leave a token-list input level */
13072   pointer p; /* temporary register */
13073   if ( token_type>=backed_up ) { /* token list to be deleted */
13074     if ( token_type<=inserted ) { 
13075       mp_flush_token_list(mp, start); goto DONE;
13076     } else {
13077       mp_delete_mac_ref(mp, start); /* update reference count */
13078     }
13079   }
13080   while ( mp->param_ptr>param_start ) { /* parameters must be flushed */
13081     decr(mp->param_ptr);
13082     p=mp->param_stack[mp->param_ptr];
13083     if ( p!=null ) {
13084       if ( link(p)==diov ) { /* it's an \&{expr} parameter */
13085         mp_recycle_value(mp, p); mp_free_node(mp, p,value_node_size);
13086       } else {
13087         mp_flush_token_list(mp, p); /* it's a \&{suffix} or \&{text} parameter */
13088       }
13089     }
13090   }
13091 DONE: 
13092   pop_input; check_interrupt;
13093 }
13094
13095 @ The contents of |cur_cmd,cur_mod,cur_sym| are placed into an equivalent
13096 token by the |cur_tok| routine.
13097 @^inner loop@>
13098
13099 @c @<Declare the procedure called |make_exp_copy|@>;
13100 pointer mp_cur_tok (MP mp) {
13101   pointer p; /* a new token node */
13102   small_number save_type; /* |cur_type| to be restored */
13103   integer save_exp; /* |cur_exp| to be restored */
13104   if ( mp->cur_sym==0 ) {
13105     if ( mp->cur_cmd==capsule_token ) {
13106       save_type=mp->cur_type; save_exp=mp->cur_exp;
13107       mp_make_exp_copy(mp, mp->cur_mod); p=mp_stash_cur_exp(mp); link(p)=null;
13108       mp->cur_type=save_type; mp->cur_exp=save_exp;
13109     } else { 
13110       p=mp_get_node(mp, token_node_size);
13111       value(p)=mp->cur_mod; name_type(p)=mp_token;
13112       if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) type(p)=mp_known;
13113       else type(p)=mp_string_type;
13114     }
13115   } else { 
13116     fast_get_avail(p); info(p)=mp->cur_sym;
13117   }
13118   return p;
13119 }
13120
13121 @ Sometimes \MP\ has read too far and wants to ``unscan'' what it has
13122 seen. The |back_input| procedure takes care of this by putting the token
13123 just scanned back into the input stream, ready to be read again.
13124 If |cur_sym<>0|, the values of |cur_cmd| and |cur_mod| are irrelevant.
13125
13126 @<Declarations@>= 
13127 void mp_back_input (MP mp);
13128
13129 @ @c void mp_back_input (MP mp) {/* undoes one token of input */
13130   pointer p; /* a token list of length one */
13131   p=mp_cur_tok(mp);
13132   while ( token_state &&(loc==null) ) 
13133     mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
13134   back_list(p);
13135 }
13136
13137 @ The |back_error| routine is used when we want to restore or replace an
13138 offending token just before issuing an error message.  We disable interrupts
13139 during the call of |back_input| so that the help message won't be lost.
13140
13141 @<Declarations@>=
13142 void mp_error (MP mp);
13143 void mp_back_error (MP mp);
13144
13145 @ @c void mp_back_error (MP mp) { /* back up one token and call |error| */
13146   mp->OK_to_interrupt=false; 
13147   mp_back_input(mp); 
13148   mp->OK_to_interrupt=true; mp_error(mp);
13149 }
13150 void mp_ins_error (MP mp) { /* back up one inserted token and call |error| */
13151   mp->OK_to_interrupt=false; 
13152   mp_back_input(mp); token_type=inserted;
13153   mp->OK_to_interrupt=true; mp_error(mp);
13154 }
13155
13156 @ The |begin_file_reading| procedure starts a new level of input for lines
13157 of characters to be read from a file, or as an insertion from the
13158 terminal. It does not take care of opening the file, nor does it set |loc|
13159 or |limit| or |line|.
13160 @^system dependencies@>
13161
13162 @c void mp_begin_file_reading (MP mp) { 
13163   if ( mp->in_open==mp->max_in_open ) 
13164     mp_overflow(mp, "text input levels",mp->max_in_open);
13165 @:MetaPost capacity exceeded text input levels}{\quad text input levels@>
13166   if ( mp->first==mp->buf_size ) 
13167     mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
13168   incr(mp->in_open); push_input; index=mp->in_open;
13169   mp->mpx_name[index]=absent;
13170   start=mp->first;
13171   name=is_term; /* |terminal_input| is now |true| */
13172 }
13173
13174 @ Conversely, the variables must be downdated when such a level of input
13175 is finished.  Any associated \.{MPX} file must also be closed and popped
13176 off the file stack.
13177
13178 @c void mp_end_file_reading (MP mp) { 
13179   if ( mp->in_open>index ) {
13180     if ( (mp->mpx_name[mp->in_open]==absent)||(name<=max_spec_src) ) {
13181       mp_confusion(mp, "endinput");
13182 @:this can't happen endinput}{\quad endinput@>
13183     } else { 
13184       fclose(mp->input_file[mp->in_open]); /* close an \.{MPX} file */
13185       delete_str_ref(mp->mpx_name[mp->in_open]);
13186       decr(mp->in_open);
13187     }
13188   }
13189   mp->first=start;
13190   if ( index!=mp->in_open ) mp_confusion(mp, "endinput");
13191   if ( name>max_spec_src ) {
13192     fclose(cur_file);
13193     delete_str_ref(name);
13194     xfree(in_name); in_name=NULL;
13195     xfree(in_area); in_area=NULL;
13196   }
13197   pop_input; decr(mp->in_open);
13198 }
13199
13200 @ Here is a function that tries to resume input from an \.{MPX} file already
13201 associated with the current input file.  It returns |false| if this doesn't
13202 work.
13203
13204 @c boolean mp_begin_mpx_reading (MP mp) { 
13205   if ( mp->in_open!=index+1 ) {
13206      return false;
13207   } else { 
13208     if ( mp->mpx_name[mp->in_open]<=absent ) mp_confusion(mp, "mpx");
13209 @:this can't happen mpx}{\quad mpx@>
13210     if ( mp->first==mp->buf_size ) 
13211       mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
13212     push_input; index=mp->in_open;
13213     start=mp->first;
13214     name=mp->mpx_name[mp->in_open]; add_str_ref(name);
13215     @<Put an empty line in the input buffer@>;
13216     return true;
13217   }
13218 }
13219
13220 @ This procedure temporarily stops reading an \.{MPX} file.
13221
13222 @c void mp_end_mpx_reading (MP mp) { 
13223   if ( mp->in_open!=index ) mp_confusion(mp, "mpx");
13224 @:this can't happen mpx}{\quad mpx@>
13225   if ( loc<limit ) {
13226     @<Complain that we are not at the end of a line in the \.{MPX} file@>;
13227   }
13228   mp->first=start;
13229   pop_input;
13230 }
13231
13232 @ Here we enforce a restriction that simplifies the input stacks considerably.
13233 This should not inconvenience the user because \.{MPX} files are generated
13234 by an auxiliary program called \.{DVItoMP}.
13235
13236 @ @<Complain that we are not at the end of a line in the \.{MPX} file@>=
13237
13238 print_err("`mpxbreak' must be at the end of a line");
13239 help4("This file contains picture expressions for btex...etex")
13240   ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
13241   ("but this one seems to be messed up.  I'm going to ignore")
13242   ("the rest of this line.");
13243 mp_error(mp);
13244 }
13245
13246 @ In order to keep the stack from overflowing during a long sequence of
13247 inserted `\.{show}' commands, the following routine removes completed
13248 error-inserted lines from memory.
13249
13250 @c void mp_clear_for_error_prompt (MP mp) { 
13251   while ( file_state && terminal_input &&
13252     (mp->input_ptr>0)&&(loc==limit) ) mp_end_file_reading(mp);
13253   mp_print_ln(mp); clear_terminal;
13254 }
13255
13256 @ To get \MP's whole input mechanism going, we perform the following
13257 actions.
13258
13259 @<Initialize the input routines@>=
13260 { mp->input_ptr=0; mp->max_in_stack=0;
13261   mp->in_open=0; mp->open_parens=0; mp->max_buf_stack=0;
13262   mp->param_ptr=0; mp->max_param_stack=0;
13263   mp->first=1;
13264   start=1; index=0; line=0; name=is_term;
13265   mp->mpx_name[0]=absent;
13266   mp->force_eof=false;
13267   if ( ! mp_init_terminal(mp) ) exit(EXIT_FAILURE);
13268   limit=mp->last; mp->first=mp->last+1; 
13269   /* |init_terminal| has set |loc| and |last| */
13270 }
13271
13272 @* \[29] Getting the next token.
13273 The heart of \MP's input mechanism is the |get_next| procedure, which
13274 we shall develop in the next few sections of the program. Perhaps we
13275 shouldn't actually call it the ``heart,'' however; it really acts as \MP's
13276 eyes and mouth, reading the source files and gobbling them up. And it also
13277 helps \MP\ to regurgitate stored token lists that are to be processed again.
13278
13279 The main duty of |get_next| is to input one token and to set |cur_cmd|
13280 and |cur_mod| to that token's command code and modifier. Furthermore, if
13281 the input token is a symbolic token, that token's |hash| address
13282 is stored in |cur_sym|; otherwise |cur_sym| is set to zero.
13283
13284 Underlying this simple description is a certain amount of complexity
13285 because of all the cases that need to be handled.
13286 However, the inner loop of |get_next| is reasonably short and fast.
13287
13288 @ Before getting into |get_next|, we need to consider a mechanism by which
13289 \MP\ helps keep errors from propagating too far. Whenever the program goes
13290 into a mode where it keeps calling |get_next| repeatedly until a certain
13291 condition is met, it sets |scanner_status| to some value other than |normal|.
13292 Then if an input file ends, or if an `\&{outer}' symbol appears,
13293 an appropriate error recovery will be possible.
13294
13295 The global variable |warning_info| helps in this error recovery by providing
13296 additional information. For example, |warning_info| might indicate the
13297 name of a macro whose replacement text is being scanned.
13298
13299 @d normal 0 /* |scanner_status| at ``quiet times'' */
13300 @d skipping 1 /* |scanner_status| when false conditional text is being skipped */
13301 @d flushing 2 /* |scanner_status| when junk after a statement is being ignored */
13302 @d absorbing 3 /* |scanner_status| when a \&{text} parameter is being scanned */
13303 @d var_defining 4 /* |scanner_status| when a \&{vardef} is being scanned */
13304 @d op_defining 5 /* |scanner_status| when a macro \&{def} is being scanned */
13305 @d loop_defining 6 /* |scanner_status| when a \&{for} loop is being scanned */
13306 @d tex_flushing 7 /* |scanner_status| when skipping \TeX\ material */
13307
13308 @<Glob...@>=
13309 integer scanner_status; /* are we scanning at high speed? */
13310 integer warning_info; /* if so, what else do we need to know,
13311     in case an error occurs? */
13312
13313 @ @<Initialize the input routines@>=
13314 mp->scanner_status=normal;
13315
13316 @ The following subroutine
13317 is called when an `\&{outer}' symbolic token has been scanned or
13318 when the end of a file has been reached. These two cases are distinguished
13319 by |cur_sym|, which is zero at the end of a file.
13320
13321 @c boolean mp_check_outer_validity (MP mp) {
13322   pointer p; /* points to inserted token list */
13323   if ( mp->scanner_status==normal ) {
13324     return true;
13325   } else if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) {
13326     @<Check if the file has ended while flushing \TeX\ material and set the
13327       result value for |check_outer_validity|@>;
13328   } else { 
13329     mp->deletions_allowed=false;
13330     @<Back up an outer symbolic token so that it can be reread@>;
13331     if ( mp->scanner_status>skipping ) {
13332       @<Tell the user what has run away and try to recover@>;
13333     } else { 
13334       print_err("Incomplete if; all text was ignored after line ");
13335 @.Incomplete if...@>
13336       mp_print_int(mp, mp->warning_info);
13337       help3("A forbidden `outer' token occurred in skipped text.")
13338         ("This kind of error happens when you say `if...' and forget")
13339         ("the matching `fi'. I've inserted a `fi'; this might work.");
13340       if ( mp->cur_sym==0 ) 
13341         mp->help_line[2]="The file ended while I was skipping conditional text.";
13342       mp->cur_sym=frozen_fi; mp_ins_error(mp);
13343     }
13344     mp->deletions_allowed=true; 
13345         return false;
13346   }
13347 }
13348
13349 @ @<Check if the file has ended while flushing \TeX\ material and set...@>=
13350 if ( mp->cur_sym!=0 ) { 
13351    return true;
13352 } else { 
13353   mp->deletions_allowed=false;
13354   print_err("TeX mode didn't end; all text was ignored after line ");
13355   mp_print_int(mp, mp->warning_info);
13356   help2("The file ended while I was looking for the `etex' to")
13357     ("finish this TeX material.  I've inserted `etex' now.");
13358   mp->cur_sym = frozen_etex;
13359   mp_ins_error(mp);
13360   mp->deletions_allowed=true;
13361   return false;
13362 }
13363
13364 @ @<Back up an outer symbolic token so that it can be reread@>=
13365 if ( mp->cur_sym!=0 ) {
13366   p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->cur_sym;
13367   back_list(p); /* prepare to read the symbolic token again */
13368 }
13369
13370 @ @<Tell the user what has run away...@>=
13371
13372   mp_runaway(mp); /* print the definition-so-far */
13373   if ( mp->cur_sym==0 ) {
13374     print_err("File ended");
13375 @.File ended while scanning...@>
13376   } else { 
13377     print_err("Forbidden token found");
13378 @.Forbidden token found...@>
13379   }
13380   mp_print(mp, " while scanning ");
13381   help4("I suspect you have forgotten an `enddef',")
13382     ("causing me to read past where you wanted me to stop.")
13383     ("I'll try to recover; but if the error is serious,")
13384     ("you'd better type `E' or `X' now and fix your file.");
13385   switch (mp->scanner_status) {
13386     @<Complete the error message,
13387       and set |cur_sym| to a token that might help recover from the error@>
13388   } /* there are no other cases */
13389   mp_ins_error(mp);
13390 }
13391
13392 @ As we consider various kinds of errors, it is also appropriate to
13393 change the first line of the help message just given; |help_line[3]|
13394 points to the string that might be changed.
13395
13396 @<Complete the error message,...@>=
13397 case flushing: 
13398   mp_print(mp, "to the end of the statement");
13399   mp->help_line[3]="A previous error seems to have propagated,";
13400   mp->cur_sym=frozen_semicolon;
13401   break;
13402 case absorbing: 
13403   mp_print(mp, "a text argument");
13404   mp->help_line[3]="It seems that a right delimiter was left out,";
13405   if ( mp->warning_info==0 ) {
13406     mp->cur_sym=frozen_end_group;
13407   } else { 
13408     mp->cur_sym=frozen_right_delimiter;
13409     equiv(frozen_right_delimiter)=mp->warning_info;
13410   }
13411   break;
13412 case var_defining:
13413 case op_defining: 
13414   mp_print(mp, "the definition of ");
13415   if ( mp->scanner_status==op_defining ) 
13416      mp_print_text(mp->warning_info);
13417   else 
13418      mp_print_variable_name(mp, mp->warning_info);
13419   mp->cur_sym=frozen_end_def;
13420   break;
13421 case loop_defining: 
13422   mp_print(mp, "the text of a "); 
13423   mp_print_text(mp->warning_info);
13424   mp_print(mp, " loop");
13425   mp->help_line[3]="I suspect you have forgotten an `endfor',";
13426   mp->cur_sym=frozen_end_for;
13427   break;
13428
13429 @ The |runaway| procedure displays the first part of the text that occurred
13430 when \MP\ began its special |scanner_status|, if that text has been saved.
13431
13432 @<Declare the procedure called |runaway|@>=
13433 void mp_runaway (MP mp) { 
13434   if ( mp->scanner_status>flushing ) { 
13435      mp_print_nl(mp, "Runaway ");
13436          switch (mp->scanner_status) { 
13437          case absorbing: mp_print(mp, "text?"); break;
13438          case var_defining: 
13439      case op_defining: mp_print(mp,"definition?"); break;
13440      case loop_defining: mp_print(mp, "loop?"); break;
13441      } /* there are no other cases */
13442      mp_print_ln(mp); 
13443      mp_show_token_list(mp, link(hold_head),null,mp->error_line-10,0);
13444   }
13445 }
13446
13447 @ We need to mention a procedure that may be called by |get_next|.
13448
13449 @<Declarations@>= 
13450 void mp_firm_up_the_line (MP mp);
13451
13452 @ And now we're ready to take the plunge into |get_next| itself.
13453 Note that the behavior depends on the |scanner_status| because percent signs
13454 and double quotes need to be passed over when skipping TeX material.
13455
13456 @c 
13457 void mp_get_next (MP mp) {
13458   /* sets |cur_cmd|, |cur_mod|, |cur_sym| to next token */
13459 @^inner loop@>
13460   /*restart*/ /* go here to get the next input token */
13461   /*exit*/ /* go here when the next input token has been got */
13462   /*|common_ending|*/ /* go here to finish getting a symbolic token */
13463   /*found*/ /* go here when the end of a symbolic token has been found */
13464   /*switch*/ /* go here to branch on the class of an input character */
13465   /*|start_numeric_token|,|start_decimal_token|,|fin_numeric_token|,|done|*/
13466     /* go here at crucial stages when scanning a number */
13467   int k; /* an index into |buffer| */
13468   ASCII_code c; /* the current character in the buffer */
13469   ASCII_code class; /* its class number */
13470   integer n,f; /* registers for decimal-to-binary conversion */
13471 RESTART: 
13472   mp->cur_sym=0;
13473   if ( file_state ) {
13474     @<Input from external file; |goto restart| if no input found,
13475     or |return| if a non-symbolic token is found@>;
13476   } else {
13477     @<Input from token list; |goto restart| if end of list or
13478       if a parameter needs to be expanded,
13479       or |return| if a non-symbolic token is found@>;
13480   }
13481 COMMON_ENDING: 
13482   @<Finish getting the symbolic token in |cur_sym|;
13483    |goto restart| if it is illegal@>;
13484 }
13485
13486 @ When a symbolic token is declared to be `\&{outer}', its command code
13487 is increased by |outer_tag|.
13488 @^inner loop@>
13489
13490 @<Finish getting the symbolic token in |cur_sym|...@>=
13491 mp->cur_cmd=eq_type(mp->cur_sym); mp->cur_mod=equiv(mp->cur_sym);
13492 if ( mp->cur_cmd>=outer_tag ) {
13493   if ( mp_check_outer_validity(mp) ) 
13494     mp->cur_cmd=mp->cur_cmd-outer_tag;
13495   else 
13496     goto RESTART;
13497 }
13498
13499 @ A percent sign appears in |buffer[limit]|; this makes it unnecessary
13500 to have a special test for end-of-line.
13501 @^inner loop@>
13502
13503 @<Input from external file;...@>=
13504
13505 SWITCH: 
13506   c=mp->buffer[loc]; incr(loc); class=mp->char_class[c];
13507   switch (class) {
13508   case digit_class: goto START_NUMERIC_TOKEN; break;
13509   case period_class: 
13510     class=mp->char_class[mp->buffer[loc]];
13511     if ( class>period_class ) {
13512       goto SWITCH;
13513     } else if ( class<period_class ) { /* |class=digit_class| */
13514       n=0; goto START_DECIMAL_TOKEN;
13515     }
13516 @:. }{\..\ token@>
13517     break;
13518   case space_class: goto SWITCH; break;
13519   case percent_class: 
13520     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) {
13521       if ( loc<limit ) goto SWITCH;
13522     }
13523     @<Move to next line of file, or |goto restart| if there is no next line@>;
13524     check_interrupt;
13525     goto SWITCH;
13526     break;
13527   case string_class: 
13528     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) goto SWITCH;
13529     else @<Get a string token and |return|@>;
13530     break;
13531   case isolated_classes: 
13532     k=loc-1; goto FOUND; break;
13533   case invalid_class: 
13534     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) goto SWITCH;
13535     else @<Decry the invalid character and |goto restart|@>;
13536     break;
13537   default: break; /* letters, etc. */
13538   }
13539   k=loc-1;
13540   while ( mp->char_class[mp->buffer[loc]]==class ) incr(loc);
13541   goto FOUND;
13542 START_NUMERIC_TOKEN:
13543   @<Get the integer part |n| of a numeric token;
13544     set |f:=0| and |goto fin_numeric_token| if there is no decimal point@>;
13545 START_DECIMAL_TOKEN:
13546   @<Get the fraction part |f| of a numeric token@>;
13547 FIN_NUMERIC_TOKEN:
13548   @<Pack the numeric and fraction parts of a numeric token
13549     and |return|@>;
13550 FOUND: 
13551   mp->cur_sym=mp_id_lookup(mp, k,loc-k);
13552 }
13553
13554 @ We go to |restart| instead of to |SWITCH|, because |state| might equal
13555 |token_list| after the error has been dealt with
13556 (cf.\ |clear_for_error_prompt|).
13557
13558 @<Decry the invalid...@>=
13559
13560   print_err("Text line contains an invalid character");
13561 @.Text line contains...@>
13562   help2("A funny symbol that I can\'t read has just been input.")
13563     ("Continue, and I'll forget that it ever happened.");
13564   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13565   goto RESTART;
13566 }
13567
13568 @ @<Get a string token and |return|@>=
13569
13570   if ( mp->buffer[loc]=='"' ) {
13571     mp->cur_mod=rts("");
13572   } else { 
13573     k=loc; mp->buffer[limit+1]='"';
13574     do {  
13575      incr(loc);
13576     } while (mp->buffer[loc]!='"');
13577     if ( loc>limit ) {
13578       @<Decry the missing string delimiter and |goto restart|@>;
13579     }
13580     if ( loc==k+1 ) {
13581       mp->cur_mod=mp->buffer[k];
13582     } else { 
13583       str_room(loc-k);
13584       do {  
13585         append_char(mp->buffer[k]); incr(k);
13586       } while (k!=loc);
13587       mp->cur_mod=mp_make_string(mp);
13588     }
13589   }
13590   incr(loc); mp->cur_cmd=string_token; 
13591   return;
13592 }
13593
13594 @ We go to |restart| after this error message, not to |SWITCH|,
13595 because the |clear_for_error_prompt| routine might have reinstated
13596 |token_state| after |error| has finished.
13597
13598 @<Decry the missing string delimiter and |goto restart|@>=
13599
13600   loc=limit; /* the next character to be read on this line will be |"%"| */
13601   print_err("Incomplete string token has been flushed");
13602 @.Incomplete string token...@>
13603   help3("Strings should finish on the same line as they began.")
13604     ("I've deleted the partial string; you might want to")
13605     ("insert another by typing, e.g., `I\"new string\"'.");
13606   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp);
13607   mp->deletions_allowed=true; 
13608   goto RESTART;
13609 }
13610
13611 @ @<Get the integer part |n| of a numeric token...@>=
13612 n=c-'0';
13613 while ( mp->char_class[mp->buffer[loc]]==digit_class ) {
13614   if ( n<32768 ) n=10*n+mp->buffer[loc]-'0';
13615   incr(loc);
13616 }
13617 if ( mp->buffer[loc]=='.' ) 
13618   if ( mp->char_class[mp->buffer[loc+1]]==digit_class ) 
13619     goto DONE;
13620 f=0; 
13621 goto FIN_NUMERIC_TOKEN;
13622 DONE: incr(loc)
13623
13624 @ @<Get the fraction part |f| of a numeric token@>=
13625 k=0;
13626 do { 
13627   if ( k<17 ) { /* digits for |k>=17| cannot affect the result */
13628     mp->dig[k]=mp->buffer[loc]-'0'; incr(k);
13629   }
13630   incr(loc);
13631 } while (mp->char_class[mp->buffer[loc]]==digit_class);
13632 f=mp_round_decimals(mp, k);
13633 if ( f==unity ) {
13634   incr(n); f=0;
13635 }
13636
13637 @ @<Pack the numeric and fraction parts of a numeric token and |return|@>=
13638 if ( n<32768 ) {
13639   @<Set |cur_mod:=n*unity+f| and check if it is uncomfortably large@>;
13640 } else if ( mp->scanner_status!=tex_flushing ) {
13641   print_err("Enormous number has been reduced");
13642 @.Enormous number...@>
13643   help2("I can\'t handle numbers bigger than 32767.99998;")
13644     ("so I've changed your constant to that maximum amount.");
13645   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13646   mp->cur_mod=el_gordo;
13647 }
13648 mp->cur_cmd=numeric_token; return
13649
13650 @ @<Set |cur_mod:=n*unity+f| and check if it is uncomfortably large@>=
13651
13652   mp->cur_mod=n*unity+f;
13653   if ( mp->cur_mod>=fraction_one ) {
13654     if ( (mp->internal[warning_check]>0) &&
13655          (mp->scanner_status!=tex_flushing) ) {
13656       print_err("Number is too large (");
13657       mp_print_scaled(mp, mp->cur_mod);
13658       mp_print_char(mp, ')');
13659       help3("It is at least 4096. Continue and I'll try to cope")
13660       ("with that big value; but it might be dangerous.")
13661       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
13662       mp_error(mp);
13663     }
13664   }
13665 }
13666
13667 @ Let's consider now what happens when |get_next| is looking at a token list.
13668 @^inner loop@>
13669
13670 @<Input from token list;...@>=
13671 if ( loc>=mp->hi_mem_min ) { /* one-word token */
13672   mp->cur_sym=info(loc); loc=link(loc); /* move to next */
13673   if ( mp->cur_sym>=expr_base ) {
13674     if ( mp->cur_sym>=suffix_base ) {
13675       @<Insert a suffix or text parameter and |goto restart|@>;
13676     } else { 
13677       mp->cur_cmd=capsule_token;
13678       mp->cur_mod=mp->param_stack[param_start+mp->cur_sym-(expr_base)];
13679       mp->cur_sym=0; return;
13680     }
13681   }
13682 } else if ( loc>null ) {
13683   @<Get a stored numeric or string or capsule token and |return|@>
13684 } else { /* we are done with this token list */
13685   mp_end_token_list(mp); goto RESTART; /* resume previous level */
13686 }
13687
13688 @ @<Insert a suffix or text parameter...@>=
13689
13690   if ( mp->cur_sym>=text_base ) mp->cur_sym=mp->cur_sym-mp->param_size;
13691   /* |param_size=text_base-suffix_base| */
13692   mp_begin_token_list(mp,
13693                       mp->param_stack[param_start+mp->cur_sym-(suffix_base)],
13694                       parameter);
13695   goto RESTART;
13696 }
13697
13698 @ @<Get a stored numeric or string or capsule token...@>=
13699
13700   if ( name_type(loc)==mp_token ) {
13701     mp->cur_mod=value(loc);
13702     if ( type(loc)==mp_known ) {
13703       mp->cur_cmd=numeric_token;
13704     } else { 
13705       mp->cur_cmd=string_token; add_str_ref(mp->cur_mod);
13706     }
13707   } else { 
13708     mp->cur_mod=loc; mp->cur_cmd=capsule_token;
13709   };
13710   loc=link(loc); return;
13711 }
13712
13713 @ All of the easy branches of |get_next| have now been taken care of.
13714 There is one more branch.
13715
13716 @<Move to next line of file, or |goto restart|...@>=
13717 if ( name>max_spec_src ) {
13718   @<Read next line of file into |buffer|, or
13719     |goto restart| if the file has ended@>;
13720 } else { 
13721   if ( mp->input_ptr>0 ) {
13722      /* text was inserted during error recovery or by \&{scantokens} */
13723     mp_end_file_reading(mp); goto RESTART; /* resume previous level */
13724   }
13725   if ( mp->selector<log_only || mp->selector>=write_file) mp_open_log_file(mp);
13726   if ( mp->interaction>mp_nonstop_mode ) {
13727     if ( limit==start ) /* previous line was empty */
13728       mp_print_nl(mp, "(Please type a command or say `end')");
13729 @.Please type...@>
13730     mp_print_ln(mp); mp->first=start;
13731     prompt_input("*"); /* input on-line into |buffer| */
13732 @.*\relax@>
13733     limit=mp->last; mp->buffer[limit]='%';
13734     mp->first=limit+1; loc=start;
13735   } else {
13736     mp_fatal_error(mp, "*** (job aborted, no legal end found)");
13737 @.job aborted@>
13738     /* nonstop mode, which is intended for overnight batch processing,
13739     never waits for on-line input */
13740   }
13741 }
13742
13743 @ The global variable |force_eof| is normally |false|; it is set |true|
13744 by an \&{endinput} command.
13745
13746 @<Glob...@>=
13747 boolean force_eof; /* should the next \&{input} be aborted early? */
13748
13749 @ We must decrement |loc| in order to leave the buffer in a valid state
13750 when an error condition causes us to |goto restart| without calling
13751 |end_file_reading|.
13752
13753 @<Read next line of file into |buffer|, or
13754   |goto restart| if the file has ended@>=
13755
13756   incr(line); mp->first=start;
13757   if ( ! mp->force_eof ) {
13758     if ( mp_input_ln(mp, cur_file,true) ) /* not end of file */
13759       mp_firm_up_the_line(mp); /* this sets |limit| */
13760     else 
13761       mp->force_eof=true;
13762   };
13763   if ( mp->force_eof ) {
13764     mp->force_eof=false;
13765     decr(loc);
13766     if ( mpx_reading ) {
13767       @<Complain that the \.{MPX} file ended unexpectly; then set
13768         |cur_sym:=frozen_mpx_break| and |goto comon_ending|@>;
13769     } else { 
13770       mp_print_char(mp, ')'); decr(mp->open_parens);
13771       update_terminal; /* show user that file has been read */
13772       mp_end_file_reading(mp); /* resume previous level */
13773       if ( mp_check_outer_validity(mp) ) goto  RESTART;  
13774       else goto RESTART;
13775     }
13776   }
13777   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start; /* ready to read */
13778 }
13779
13780 @ We should never actually come to the end of an \.{MPX} file because such
13781 files should have an \&{mpxbreak} after the translation of the last
13782 \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} block.
13783
13784 @<Complain that the \.{MPX} file ended unexpectly; then set...@>=
13785
13786   mp->mpx_name[index]=finished;
13787   print_err("mpx file ended unexpectedly");
13788   help4("The file had too few picture expressions for btex...etex")
13789     ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
13790     ("but this one got messed up.  You might want to insert a")
13791     ("picture expression now.");
13792   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13793   mp->cur_sym=frozen_mpx_break; goto COMMON_ENDING;
13794 }
13795
13796 @ Sometimes we want to make it look as though we have just read a blank line
13797 without really doing so.
13798
13799 @<Put an empty line in the input buffer@>=
13800 mp->last=mp->first; limit=mp->last; /* simulate |input_ln| and |firm_up_the_line| */
13801 mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start
13802
13803 @ If the user has set the |pausing| parameter to some positive value,
13804 and if nonstop mode has not been selected, each line of input is displayed
13805 on the terminal and the transcript file, followed by `\.{=>}'.
13806 \MP\ waits for a response. If the response is null (i.e., if nothing is
13807 typed except perhaps a few blank spaces), the original
13808 line is accepted as it stands; otherwise the line typed is
13809 used instead of the line in the file.
13810
13811 @c void mp_firm_up_the_line (MP mp) {
13812   size_t k; /* an index into |buffer| */
13813   limit=mp->last;
13814   if ( mp->internal[pausing]>0 ) if ( mp->interaction>mp_nonstop_mode ) {
13815     wake_up_terminal; mp_print_ln(mp);
13816     if ( start<limit ) {
13817       for (k=(size_t)start;k<=(size_t)(limit-1);k++) {
13818         mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
13819       } 
13820     }
13821     mp->first=limit; prompt_input("=>"); /* wait for user response */
13822 @.=>@>
13823     if ( mp->last>mp->first ) {
13824       for (k=mp->first;k<=mp->last-1;k++) { /* move line down in buffer */
13825         mp->buffer[k+start-mp->first]=mp->buffer[k];
13826       }
13827       limit=start+mp->last-mp->first;
13828     }
13829   }
13830 }
13831
13832 @* \[30] Dealing with \TeX\ material.
13833 The \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} and \&{verbatimtex}$\,\ldots\,$\&{etex}
13834 features need to be implemented at a low level in the scanning process
13835 so that \MP\ can stay in synch with the a preprocessor that treats
13836 blocks of \TeX\ material as they occur in the input file without trying
13837 to expand \MP\ macros.  Thus we need a special version of |get_next|
13838 that does not expand macros and such but does handle \&{btex},
13839 \&{verbatimtex}, etc.
13840
13841 The special version of |get_next| is called |get_t_next|.  It works by flushing
13842 \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} and \&{verbatimtex}\allowbreak
13843 $\,\ldots\,$\&{etex} blocks, switching to the \.{MPX} file when it sees
13844 \&{btex}, and switching back when it sees \&{mpxbreak}.
13845
13846 @d btex_code 0
13847 @d verbatim_code 1
13848
13849 @ @<Put each...@>=
13850 mp_primitive(mp, "btex",start_tex,btex_code);
13851 @:btex_}{\&{btex} primitive@>
13852 mp_primitive(mp, "verbatimtex",start_tex,verbatim_code);
13853 @:verbatimtex_}{\&{verbatimtex} primitive@>
13854 mp_primitive(mp, "etex",etex_marker,0); mp->eqtb[frozen_etex]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
13855 @:etex_}{\&{etex} primitive@>
13856 mp_primitive(mp, "mpxbreak",mpx_break,0); mp->eqtb[frozen_mpx_break]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
13857 @:mpx_break_}{\&{mpxbreak} primitive@>
13858
13859 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
13860 case start_tex: if ( m==btex_code ) mp_print(mp, "btex");
13861   else mp_print(mp, "verbatimtex"); break;
13862 case etex_marker: mp_print(mp, "etex"); break;
13863 case mpx_break: mp_print(mp, "mpxbreak"); break;
13864
13865 @ Actually, |get_t_next| is a macro that avoids procedure overhead except
13866 in the unusual case where \&{btex}, \&{verbatimtex}, \&{etex}, or \&{mpxbreak}
13867 is encountered.
13868
13869 @d get_t_next {mp_get_next(mp); if ( mp->cur_cmd<=max_pre_command ) mp_t_next(mp); }
13870
13871 @<Declarations@>=
13872 void mp_start_mpx_input (MP mp);
13873
13874 @ @c 
13875 void mp_t_next (MP mp) {
13876   int old_status; /* saves the |scanner_status| */
13877   integer old_info; /* saves the |warning_info| */
13878   while ( mp->cur_cmd<=max_pre_command ) {
13879     if ( mp->cur_cmd==mpx_break ) {
13880       if ( ! file_state || (mp->mpx_name[index]==absent) ) {
13881         @<Complain about a misplaced \&{mpxbreak}@>;
13882       } else { 
13883         mp_end_mpx_reading(mp); 
13884         goto TEX_FLUSH;
13885       }
13886     } else if ( mp->cur_cmd==start_tex ) {
13887       if ( token_state || (name<=max_spec_src) ) {
13888         @<Complain that we are not reading a file@>;
13889       } else if ( mpx_reading ) {
13890         @<Complain that \.{MPX} files cannot contain \TeX\ material@>;
13891       } else if ( (mp->cur_mod!=verbatim_code)&&
13892                   (mp->mpx_name[index]!=finished) ) {
13893         if ( ! mp_begin_mpx_reading(mp) ) mp_start_mpx_input(mp);
13894       } else {
13895         goto TEX_FLUSH;
13896       }
13897     } else {
13898        @<Complain about a misplaced \&{etex}@>;
13899     }
13900     goto COMMON_ENDING;
13901   TEX_FLUSH: 
13902     @<Flush the \TeX\ material@>;
13903   COMMON_ENDING: 
13904     mp_get_next(mp);
13905   }
13906 }
13907
13908 @ We could be in the middle of an operation such as skipping false conditional
13909 text when \TeX\ material is encountered, so we must be careful to save the
13910 |scanner_status|.
13911
13912 @<Flush the \TeX\ material@>=
13913 old_status=mp->scanner_status;
13914 old_info=mp->warning_info;
13915 mp->scanner_status=tex_flushing;
13916 mp->warning_info=line;
13917 do {  mp_get_next(mp); } while (mp->cur_cmd!=etex_marker);
13918 mp->scanner_status=old_status;
13919 mp->warning_info=old_info
13920
13921 @ @<Complain that \.{MPX} files cannot contain \TeX\ material@>=
13922 { print_err("An mpx file cannot contain btex or verbatimtex blocks");
13923 help4("This file contains picture expressions for btex...etex")
13924   ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
13925   ("but this one seems to be messed up.  I'll just keep going")
13926   ("and hope for the best.");
13927 mp_error(mp);
13928 }
13929
13930 @ @<Complain that we are not reading a file@>=
13931 { print_err("You can only use `btex' or `verbatimtex' in a file");
13932 help3("I'll have to ignore this preprocessor command because it")
13933   ("only works when there is a file to preprocess.  You might")
13934   ("want to delete everything up to the next `etex`.");
13935 mp_error(mp);
13936 }
13937
13938 @ @<Complain about a misplaced \&{mpxbreak}@>=
13939 { print_err("Misplaced mpxbreak");
13940 help2("I'll ignore this preprocessor command because it")
13941   ("doesn't belong here");
13942 mp_error(mp);
13943 }
13944
13945 @ @<Complain about a misplaced \&{etex}@>=
13946 { print_err("Extra etex will be ignored");
13947 help1("There is no btex or verbatimtex for this to match");
13948 mp_error(mp);
13949 }
13950
13951 @* \[31] Scanning macro definitions.
13952 \MP\ has a variety of ways to tuck tokens away into token lists for later
13953 use: Macros can be defined with \&{def}, \&{vardef}, \&{primarydef}, etc.;
13954 repeatable code can be defined with \&{for}, \&{forever}, \&{forsuffixes}.
13955 All such operations are handled by the routines in this part of the program.
13956
13957 The modifier part of each command code is zero for the ``ending delimiters''
13958 like \&{enddef} and \&{endfor}.
13959
13960 @d start_def 1 /* command modifier for \&{def} */
13961 @d var_def 2 /* command modifier for \&{vardef} */
13962 @d end_def 0 /* command modifier for \&{enddef} */
13963 @d start_forever 1 /* command modifier for \&{forever} */
13964 @d end_for 0 /* command modifier for \&{endfor} */
13965
13966 @<Put each...@>=
13967 mp_primitive(mp, "def",macro_def,start_def);
13968 @:def_}{\&{def} primitive@>
13969 mp_primitive(mp, "vardef",macro_def,var_def);
13970 @:var_def_}{\&{vardef} primitive@>
13971 mp_primitive(mp, "primarydef",macro_def,secondary_primary_macro);
13972 @:primary_def_}{\&{primarydef} primitive@>
13973 mp_primitive(mp, "secondarydef",macro_def,tertiary_secondary_macro);
13974 @:secondary_def_}{\&{secondarydef} primitive@>
13975 mp_primitive(mp, "tertiarydef",macro_def,expression_tertiary_macro);
13976 @:tertiary_def_}{\&{tertiarydef} primitive@>
13977 mp_primitive(mp, "enddef",macro_def,end_def); mp->eqtb[frozen_end_def]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
13978 @:end_def_}{\&{enddef} primitive@>
13979 @#
13980 mp_primitive(mp, "for",iteration,expr_base);
13981 @:for_}{\&{for} primitive@>
13982 mp_primitive(mp, "forsuffixes",iteration,suffix_base);
13983 @:for_suffixes_}{\&{forsuffixes} primitive@>
13984 mp_primitive(mp, "forever",iteration,start_forever);
13985 @:forever_}{\&{forever} primitive@>
13986 mp_primitive(mp, "endfor",iteration,end_for); mp->eqtb[frozen_end_for]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
13987 @:end_for_}{\&{endfor} primitive@>
13988
13989 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
13990 case macro_def:
13991   if ( m<=var_def ) {
13992     if ( m==start_def ) mp_print(mp, "def");
13993     else if ( m<start_def ) mp_print(mp, "enddef");
13994     else mp_print(mp, "vardef");
13995   } else if ( m==secondary_primary_macro ) { 
13996     mp_print(mp, "primarydef");
13997   } else if ( m==tertiary_secondary_macro ) { 
13998     mp_print(mp, "secondarydef");
13999   } else { 
14000     mp_print(mp, "tertiarydef");
14001   }
14002   break;
14003 case iteration: 
14004   if ( m<=start_forever ) {
14005     if ( m==start_forever ) mp_print(mp, "forever"); 
14006     else mp_print(mp, "endfor");
14007   } else if ( m==expr_base ) {
14008     mp_print(mp, "for"); 
14009   } else { 
14010     mp_print(mp, "forsuffixes");
14011   }
14012   break;
14013
14014 @ Different macro-absorbing operations have different syntaxes, but they
14015 also have a lot in common. There is a list of special symbols that are to
14016 be replaced by parameter tokens; there is a special command code that
14017 ends the definition; the quotation conventions are identical.  Therefore
14018 it makes sense to have most of the work done by a single subroutine. That
14019 subroutine is called |scan_toks|.
14020
14021 The first parameter to |scan_toks| is the command code that will
14022 terminate scanning (either |macro_def|, |loop_repeat|, or |iteration|).
14023
14024 The second parameter, |subst_list|, points to a (possibly empty) list
14025 of two-word nodes whose |info| and |value| fields specify symbol tokens
14026 before and after replacement. The list will be returned to free storage
14027 by |scan_toks|.
14028
14029 The third parameter is simply appended to the token list that is built.
14030 And the final parameter tells how many of the special operations
14031 \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, and \.{\AT!\#} are to be replaced by suffix parameters.
14032 When such parameters are present, they are called \.{(SUFFIX0)},
14033 \.{(SUFFIX1)}, and \.{(SUFFIX2)}.
14034
14035 @c pointer mp_scan_toks (MP mp,command_code terminator, pointer 
14036   subst_list, pointer tail_end, small_number suffix_count) {
14037   pointer p; /* tail of the token list being built */
14038   pointer q; /* temporary for link management */
14039   integer balance; /* left delimiters minus right delimiters */
14040   p=hold_head; balance=1; link(hold_head)=null;
14041   while (1) { 
14042     get_t_next;
14043     if ( mp->cur_sym>0 ) {
14044       @<Substitute for |cur_sym|, if it's on the |subst_list|@>;
14045       if ( mp->cur_cmd==terminator ) {
14046         @<Adjust the balance; |break| if it's zero@>;
14047       } else if ( mp->cur_cmd==macro_special ) {
14048         @<Handle quoted symbols, \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, or \.{\AT!\#}@>;
14049       }
14050     }
14051     link(p)=mp_cur_tok(mp); p=link(p);
14052   }
14053   link(p)=tail_end; mp_flush_node_list(mp, subst_list);
14054   return link(hold_head);
14055 }
14056
14057 @ @<Substitute for |cur_sym|...@>=
14058
14059   q=subst_list;
14060   while ( q!=null ) {
14061     if ( info(q)==mp->cur_sym ) {
14062       mp->cur_sym=value(q); mp->cur_cmd=relax; break;
14063     }
14064     q=link(q);
14065   }
14066 }
14067
14068 @ @<Adjust the balance; |break| if it's zero@>=
14069 if ( mp->cur_mod>0 ) {
14070   incr(balance);
14071 } else { 
14072   decr(balance);
14073   if ( balance==0 )
14074     break;
14075 }
14076
14077 @ Four commands are intended to be used only within macro texts: \&{quote},
14078 \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, and \.{\AT!\#}. They are variants of a single command
14079 code called |macro_special|.
14080
14081 @d quote 0 /* |macro_special| modifier for \&{quote} */
14082 @d macro_prefix 1 /* |macro_special| modifier for \.{\#\AT!} */
14083 @d macro_at 2 /* |macro_special| modifier for \.{\AT!} */
14084 @d macro_suffix 3 /* |macro_special| modifier for \.{\AT!\#} */
14085
14086 @<Put each...@>=
14087 mp_primitive(mp, "quote",macro_special,quote);
14088 @:quote_}{\&{quote} primitive@>
14089 mp_primitive(mp, "#@@",macro_special,macro_prefix);
14090 @:]]]\#\AT!_}{\.{\#\AT!} primitive@>
14091 mp_primitive(mp, "@@",macro_special,macro_at);
14092 @:]]]\AT!_}{\.{\AT!} primitive@>
14093 mp_primitive(mp, "@@#",macro_special,macro_suffix);
14094 @:]]]\AT!\#_}{\.{\AT!\#} primitive@>
14095
14096 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14097 case macro_special: 
14098   switch (m) {
14099   case macro_prefix: mp_print(mp, "#@@"); break;
14100   case macro_at: mp_print_char(mp, '@@'); break;
14101   case macro_suffix: mp_print(mp, "@@#"); break;
14102   default: mp_print(mp, "quote"); break;
14103   }
14104   break;
14105
14106 @ @<Handle quoted...@>=
14107
14108   if ( mp->cur_mod==quote ) { get_t_next; } 
14109   else if ( mp->cur_mod<=suffix_count ) 
14110     mp->cur_sym=suffix_base-1+mp->cur_mod;
14111 }
14112
14113 @ Here is a routine that's used whenever a token will be redefined. If
14114 the user's token is unredefinable, the `|frozen_inaccessible|' token is
14115 substituted; the latter is redefinable but essentially impossible to use,
14116 hence \MP's tables won't get fouled up.
14117
14118 @c void mp_get_symbol (MP mp) { /* sets |cur_sym| to a safe symbol */
14119 RESTART: 
14120   get_t_next;
14121   if ( (mp->cur_sym==0)||(mp->cur_sym>frozen_inaccessible) ) {
14122     print_err("Missing symbolic token inserted");
14123 @.Missing symbolic token...@>
14124     help3("Sorry: You can\'t redefine a number, string, or expr.")
14125       ("I've inserted an inaccessible symbol so that your")
14126       ("definition will be completed without mixing me up too badly.");
14127     if ( mp->cur_sym>0 )
14128       mp->help_line[2]="Sorry: You can\'t redefine my error-recovery tokens.";
14129     else if ( mp->cur_cmd==string_token ) 
14130       delete_str_ref(mp->cur_mod);
14131     mp->cur_sym=frozen_inaccessible; mp_ins_error(mp); goto RESTART;
14132   }
14133 }
14134
14135 @ Before we actually redefine a symbolic token, we need to clear away its
14136 former value, if it was a variable. The following stronger version of
14137 |get_symbol| does that.
14138
14139 @c void mp_get_clear_symbol (MP mp) { 
14140   mp_get_symbol(mp); mp_clear_symbol(mp, mp->cur_sym,false);
14141 }
14142
14143 @ Here's another little subroutine; it checks that an equals sign
14144 or assignment sign comes along at the proper place in a macro definition.
14145
14146 @c void mp_check_equals (MP mp) { 
14147   if ( mp->cur_cmd!=equals ) if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
14148      mp_missing_err(mp, "=");
14149 @.Missing `='@>
14150     help5("The next thing in this `def' should have been `=',")
14151       ("because I've already looked at the definition heading.")
14152       ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
14153       ("was present. Everything from here to `enddef'")
14154       ("will be the replacement text of this macro.");
14155     mp_back_error(mp);
14156   }
14157 }
14158
14159 @ A \&{primarydef}, \&{secondarydef}, or \&{tertiarydef} is rather easily
14160 handled now that we have |scan_toks|.  In this case there are
14161 two parameters, which will be \.{EXPR0} and \.{EXPR1} (i.e.,
14162 |expr_base| and |expr_base+1|).
14163
14164 @c void mp_make_op_def (MP mp) {
14165   command_code m; /* the type of definition */
14166   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
14167   m=mp->cur_mod;
14168   mp_get_symbol(mp); q=mp_get_node(mp, token_node_size);
14169   info(q)=mp->cur_sym; value(q)=expr_base;
14170   mp_get_clear_symbol(mp); mp->warning_info=mp->cur_sym;
14171   mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14172   info(p)=mp->cur_sym; value(p)=expr_base+1; link(p)=q;
14173   get_t_next; mp_check_equals(mp);
14174   mp->scanner_status=op_defining; q=mp_get_avail(mp); ref_count(q)=null;
14175   r=mp_get_avail(mp); link(q)=r; info(r)=general_macro;
14176   link(r)=mp_scan_toks(mp, macro_def,p,null,0);
14177   mp->scanner_status=normal; eq_type(mp->warning_info)=m;
14178   equiv(mp->warning_info)=q; mp_get_x_next(mp);
14179 }
14180
14181 @ Parameters to macros are introduced by the keywords \&{expr},
14182 \&{suffix}, \&{text}, \&{primary}, \&{secondary}, and \&{tertiary}.
14183
14184 @<Put each...@>=
14185 mp_primitive(mp, "expr",param_type,expr_base);
14186 @:expr_}{\&{expr} primitive@>
14187 mp_primitive(mp, "suffix",param_type,suffix_base);
14188 @:suffix_}{\&{suffix} primitive@>
14189 mp_primitive(mp, "text",param_type,text_base);
14190 @:text_}{\&{text} primitive@>
14191 mp_primitive(mp, "primary",param_type,primary_macro);
14192 @:primary_}{\&{primary} primitive@>
14193 mp_primitive(mp, "secondary",param_type,secondary_macro);
14194 @:secondary_}{\&{secondary} primitive@>
14195 mp_primitive(mp, "tertiary",param_type,tertiary_macro);
14196 @:tertiary_}{\&{tertiary} primitive@>
14197
14198 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14199 case param_type:
14200   if ( m>=expr_base ) {
14201     if ( m==expr_base ) mp_print(mp, "expr");
14202     else if ( m==suffix_base ) mp_print(mp, "suffix");
14203     else mp_print(mp, "text");
14204   } else if ( m<secondary_macro ) {
14205     mp_print(mp, "primary");
14206   } else if ( m==secondary_macro ) {
14207     mp_print(mp, "secondary");
14208   } else {
14209     mp_print(mp, "tertiary");
14210   }
14211   break;
14212
14213 @ Let's turn next to the more complex processing associated with \&{def}
14214 and \&{vardef}. When the following procedure is called, |cur_mod|
14215 should be either |start_def| or |var_def|.
14216
14217 @c @<Declare the procedure called |check_delimiter|@>;
14218 @<Declare the function called |scan_declared_variable|@>;
14219 void mp_scan_def (MP mp) {
14220   int m; /* the type of definition */
14221   int n; /* the number of special suffix parameters */
14222   int k; /* the total number of parameters */
14223   int c; /* the kind of macro we're defining */
14224   pointer r; /* parameter-substitution list */
14225   pointer q; /* tail of the macro token list */
14226   pointer p; /* temporary storage */
14227   halfword base; /* |expr_base|, |suffix_base|, or |text_base| */
14228   pointer l_delim,r_delim; /* matching delimiters */
14229   m=mp->cur_mod; c=general_macro; link(hold_head)=null;
14230   q=mp_get_avail(mp); ref_count(q)=null; r=null;
14231   @<Scan the token or variable to be defined;
14232     set |n|, |scanner_status|, and |warning_info|@>;
14233   k=n;
14234   if ( mp->cur_cmd==left_delimiter ) {
14235     @<Absorb delimited parameters, putting them into lists |q| and |r|@>;
14236   }
14237   if ( mp->cur_cmd==param_type ) {
14238     @<Absorb undelimited parameters, putting them into list |r|@>;
14239   }
14240   mp_check_equals(mp);
14241   p=mp_get_avail(mp); info(p)=c; link(q)=p;
14242   @<Attach the replacement text to the tail of node |p|@>;
14243   mp->scanner_status=normal; mp_get_x_next(mp);
14244 }
14245
14246 @ We don't put `|frozen_end_group|' into the replacement text of
14247 a \&{vardef}, because the user may want to redefine `\.{endgroup}'.
14248
14249 @<Attach the replacement text to the tail of node |p|@>=
14250 if ( m==start_def ) {
14251   link(p)=mp_scan_toks(mp, macro_def,r,null,n);
14252 } else { 
14253   q=mp_get_avail(mp); info(q)=mp->bg_loc; link(p)=q;
14254   p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->eg_loc;
14255   link(q)=mp_scan_toks(mp, macro_def,r,p,n);
14256 }
14257 if ( mp->warning_info==bad_vardef ) 
14258   mp_flush_token_list(mp, value(bad_vardef))
14259
14260 @ @<Glob...@>=
14261 int bg_loc;
14262 int eg_loc; /* hash addresses of `\.{begingroup}' and `\.{endgroup}' */
14263
14264 @ @<Scan the token or variable to be defined;...@>=
14265 if ( m==start_def ) {
14266   mp_get_clear_symbol(mp); mp->warning_info=mp->cur_sym; get_t_next;
14267   mp->scanner_status=op_defining; n=0;
14268   eq_type(mp->warning_info)=defined_macro; equiv(mp->warning_info)=q;
14269 } else { 
14270   p=mp_scan_declared_variable(mp);
14271   mp_flush_variable(mp, equiv(info(p)),link(p),true);
14272   mp->warning_info=mp_find_variable(mp, p); mp_flush_list(mp, p);
14273   if ( mp->warning_info==null ) @<Change to `\.{a bad variable}'@>;
14274   mp->scanner_status=var_defining; n=2;
14275   if ( mp->cur_cmd==macro_special ) if ( mp->cur_mod==macro_suffix ) {/* \.{\AT!\#} */
14276     n=3; get_t_next;
14277   }
14278   type(mp->warning_info)=mp_unsuffixed_macro-2+n; value(mp->warning_info)=q;
14279 } /* |mp_suffixed_macro=mp_unsuffixed_macro+1| */
14280
14281 @ @<Change to `\.{a bad variable}'@>=
14282
14283   print_err("This variable already starts with a macro");
14284 @.This variable already...@>
14285   help2("After `vardef a' you can\'t say `vardef a.b'.")
14286     ("So I'll have to discard this definition.");
14287   mp_error(mp); mp->warning_info=bad_vardef;
14288 }
14289
14290 @ @<Initialize table entries...@>=
14291 name_type(bad_vardef)=mp_root; link(bad_vardef)=frozen_bad_vardef;
14292 equiv(frozen_bad_vardef)=bad_vardef; eq_type(frozen_bad_vardef)=tag_token;
14293
14294 @ @<Absorb delimited parameters, putting them into lists |q| and |r|@>=
14295 do {  
14296   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; get_t_next;
14297   if ( (mp->cur_cmd==param_type)&&(mp->cur_mod>=expr_base) ) {
14298    base=mp->cur_mod;
14299   } else { 
14300     print_err("Missing parameter type; `expr' will be assumed");
14301 @.Missing parameter type@>
14302     help1("You should've had `expr' or `suffix' or `text' here.");
14303     mp_back_error(mp); base=expr_base;
14304   }
14305   @<Absorb parameter tokens for type |base|@>;
14306   mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
14307   get_t_next;
14308 } while (mp->cur_cmd==left_delimiter)
14309
14310 @ @<Absorb parameter tokens for type |base|@>=
14311 do { 
14312   link(q)=mp_get_avail(mp); q=link(q); info(q)=base+k;
14313   mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size); 
14314   value(p)=base+k; info(p)=mp->cur_sym;
14315   if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14316 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
14317   incr(k); link(p)=r; r=p; get_t_next;
14318 } while (mp->cur_cmd==comma)
14319
14320 @ @<Absorb undelimited parameters, putting them into list |r|@>=
14321
14322   p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14323   if ( mp->cur_mod<expr_base ) {
14324     c=mp->cur_mod; value(p)=expr_base+k;
14325   } else { 
14326     value(p)=mp->cur_mod+k;
14327     if ( mp->cur_mod==expr_base ) c=expr_macro;
14328     else if ( mp->cur_mod==suffix_base ) c=suffix_macro;
14329     else c=text_macro;
14330   }
14331   if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14332   incr(k); mp_get_symbol(mp); info(p)=mp->cur_sym; link(p)=r; r=p; get_t_next;
14333   if ( c==expr_macro ) if ( mp->cur_cmd==of_token ) {
14334     c=of_macro; p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14335     if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14336     value(p)=expr_base+k; mp_get_symbol(mp); info(p)=mp->cur_sym;
14337     link(p)=r; r=p; get_t_next;
14338   }
14339 }
14340
14341 @* \[32] Expanding the next token.
14342 Only a few command codes |<min_command| can possibly be returned by
14343 |get_t_next|; in increasing order, they are
14344 |if_test|, |fi_or_else|, |input|, |iteration|, |repeat_loop|,
14345 |exit_test|, |relax|, |scan_tokens|, |expand_after|, and |defined_macro|.
14346
14347 \MP\ usually gets the next token of input by saying |get_x_next|. This is
14348 like |get_t_next| except that it keeps getting more tokens until
14349 finding |cur_cmd>=min_command|. In other words, |get_x_next| expands
14350 macros and removes conditionals or iterations or input instructions that
14351 might be present.
14352
14353 It follows that |get_x_next| might invoke itself recursively. In fact,
14354 there is massive recursion, since macro expansion can involve the
14355 scanning of arbitrarily complex expressions, which in turn involve
14356 macro expansion and conditionals, etc.
14357 @^recursion@>
14358
14359 Therefore it's necessary to declare a whole bunch of |forward|
14360 procedures at this point, and to insert some other procedures
14361 that will be invoked by |get_x_next|.
14362
14363 @<Declarations@>= 
14364 void mp_scan_primary (MP mp);
14365 void mp_scan_secondary (MP mp);
14366 void mp_scan_tertiary (MP mp);
14367 void mp_scan_expression (MP mp);
14368 void mp_scan_suffix (MP mp);
14369 @<Declare the procedure called |macro_call|@>;
14370 void mp_get_boolean (MP mp);
14371 void mp_pass_text (MP mp);
14372 void mp_conditional (MP mp);
14373 void mp_start_input (MP mp);
14374 void mp_begin_iteration (MP mp);
14375 void mp_resume_iteration (MP mp);
14376 void mp_stop_iteration (MP mp);
14377
14378 @ An auxiliary subroutine called |expand| is used by |get_x_next|
14379 when it has to do exotic expansion commands.
14380
14381 @c void mp_expand (MP mp) {
14382   pointer p; /* for list manipulation */
14383   size_t k; /* something that we hope is |<=buf_size| */
14384   pool_pointer j; /* index into |str_pool| */
14385   if ( mp->internal[tracing_commands]>unity ) 
14386     if ( mp->cur_cmd!=defined_macro )
14387       show_cur_cmd_mod;
14388   switch (mp->cur_cmd)  {
14389   case if_test:
14390     mp_conditional(mp); /* this procedure is discussed in Part 36 below */
14391     break;
14392   case fi_or_else:
14393     @<Terminate the current conditional and skip to \&{fi}@>;
14394     break;
14395   case input:
14396     @<Initiate or terminate input from a file@>;
14397     break;
14398   case iteration:
14399     if ( mp->cur_mod==end_for ) {
14400       @<Scold the user for having an extra \&{endfor}@>;
14401     } else {
14402       mp_begin_iteration(mp); /* this procedure is discussed in Part 37 below */
14403     }
14404     break;
14405   case repeat_loop: 
14406     @<Repeat a loop@>;
14407     break;
14408   case exit_test: 
14409     @<Exit a loop if the proper time has come@>;
14410     break;
14411   case relax: 
14412     break;
14413   case expand_after: 
14414     @<Expand the token after the next token@>;
14415     break;
14416   case scan_tokens: 
14417     @<Put a string into the input buffer@>;
14418     break;
14419   case defined_macro:
14420    mp_macro_call(mp, mp->cur_mod,null,mp->cur_sym);
14421    break;
14422   }; /* there are no other cases */
14423 };
14424
14425 @ @<Scold the user...@>=
14426
14427   print_err("Extra `endfor'");
14428 @.Extra `endfor'@>
14429   help2("I'm not currently working on a for loop,")
14430     ("so I had better not try to end anything.");
14431   mp_error(mp);
14432 }
14433
14434 @ The processing of \&{input} involves the |start_input| subroutine,
14435 which will be declared later; the processing of \&{endinput} is trivial.
14436
14437 @<Put each...@>=
14438 mp_primitive(mp, "input",input,0);
14439 @:input_}{\&{input} primitive@>
14440 mp_primitive(mp, "endinput",input,1);
14441 @:end_input_}{\&{endinput} primitive@>
14442
14443 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
14444 case input: 
14445   if ( m==0 ) mp_print(mp, "input");
14446   else mp_print(mp, "endinput");
14447   break;
14448
14449 @ @<Initiate or terminate input...@>=
14450 if ( mp->cur_mod>0 ) mp->force_eof=true;
14451 else mp_start_input(mp)
14452
14453 @ We'll discuss the complicated parts of loop operations later. For now
14454 it suffices to know that there's a global variable called |loop_ptr|
14455 that will be |null| if no loop is in progress.
14456
14457 @<Repeat a loop@>=
14458 { while ( token_state &&(loc==null) ) 
14459     mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
14460   if ( mp->loop_ptr==null ) {
14461     print_err("Lost loop");
14462 @.Lost loop@>
14463     help2("I'm confused; after exiting from a loop, I still seem")
14464       ("to want to repeat it. I'll try to forget the problem.");
14465     mp_error(mp);
14466   } else {
14467     mp_resume_iteration(mp); /* this procedure is in Part 37 below */
14468   }
14469 }
14470
14471 @ @<Exit a loop if the proper time has come@>=
14472 { mp_get_boolean(mp);
14473   if ( mp->internal[tracing_commands]>unity ) 
14474     mp_show_cmd_mod(mp, nullary,mp->cur_exp);
14475   if ( mp->cur_exp==true_code ) {
14476     if ( mp->loop_ptr==null ) {
14477       print_err("No loop is in progress");
14478 @.No loop is in progress@>
14479       help1("Why say `exitif' when there's nothing to exit from?");
14480       if ( mp->cur_cmd==semicolon ) mp_error(mp); else mp_back_error(mp);
14481     } else {
14482      @<Exit prematurely from an iteration@>;
14483     }
14484   } else if ( mp->cur_cmd!=semicolon ) {
14485     mp_missing_err(mp, ";");
14486 @.Missing `;'@>
14487     help2("After `exitif <boolean exp>' I expect to see a semicolon.")
14488     ("I shall pretend that one was there."); mp_back_error(mp);
14489   }
14490 }
14491
14492 @ Here we use the fact that |forever_text| is the only |token_type| that
14493 is less than |loop_text|.
14494
14495 @<Exit prematurely...@>=
14496 { p=null;
14497   do {  
14498     if ( file_state ) {
14499       mp_end_file_reading(mp);
14500     } else { 
14501       if ( token_type<=loop_text ) p=start;
14502       mp_end_token_list(mp);
14503     }
14504   } while (p==null);
14505   if ( p!=info(mp->loop_ptr) ) mp_fatal_error(mp, "*** (loop confusion)");
14506 @.loop confusion@>
14507   mp_stop_iteration(mp); /* this procedure is in Part 34 below */
14508 }
14509
14510 @ @<Expand the token after the next token@>=
14511 { get_t_next;
14512   p=mp_cur_tok(mp); get_t_next;
14513   if ( mp->cur_cmd<min_command ) mp_expand(mp); 
14514   else mp_back_input(mp);
14515   back_list(p);
14516 }
14517
14518 @ @<Put a string into the input buffer@>=
14519 { mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
14520   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
14521     mp_disp_err(mp, null,"Not a string");
14522 @.Not a string@>
14523     help2("I'm going to flush this expression, since")
14524        ("scantokens should be followed by a known string.");
14525     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
14526   } else { 
14527     mp_back_input(mp);
14528     if ( length(mp->cur_exp)>0 )
14529        @<Pretend we're reading a new one-line file@>;
14530   }
14531 }
14532
14533 @ @<Pretend we're reading a new one-line file@>=
14534 { mp_begin_file_reading(mp); name=is_scantok;
14535   k=mp->first+length(mp->cur_exp);
14536   if ( k>=mp->max_buf_stack ) {
14537     while ( k>=mp->buf_size ) {
14538       mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
14539     }
14540     mp->max_buf_stack=k+1;
14541   }
14542   j=mp->str_start[mp->cur_exp]; limit=k;
14543   while ( mp->first<(size_t)limit ) {
14544     mp->buffer[mp->first]=mp->str_pool[j]; incr(j); incr(mp->first);
14545   }
14546   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start; 
14547   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
14548 }
14549
14550 @ Here finally is |get_x_next|.
14551
14552 The expression scanning routines to be considered later
14553 communicate via the global quantities |cur_type| and |cur_exp|;
14554 we must be very careful to save and restore these quantities while
14555 macros are being expanded.
14556 @^inner loop@>
14557
14558 @<Declarations@>=
14559 void mp_get_x_next (MP mp);
14560
14561 @ @c void mp_get_x_next (MP mp) {
14562   pointer save_exp; /* a capsule to save |cur_type| and |cur_exp| */
14563   get_t_next;
14564   if ( mp->cur_cmd<min_command ) {
14565     save_exp=mp_stash_cur_exp(mp);
14566     do {  
14567       if ( mp->cur_cmd==defined_macro ) 
14568         mp_macro_call(mp, mp->cur_mod,null,mp->cur_sym);
14569       else 
14570         mp_expand(mp);
14571       get_t_next;
14572      } while (mp->cur_cmd<min_command);
14573      mp_unstash_cur_exp(mp, save_exp); /* that restores |cur_type| and |cur_exp| */
14574   }
14575 }
14576
14577 @ Now let's consider the |macro_call| procedure, which is used to start up
14578 all user-defined macros. Since the arguments to a macro might be expressions,
14579 |macro_call| is recursive.
14580 @^recursion@>
14581
14582 The first parameter to |macro_call| points to the reference count of the
14583 token list that defines the macro. The second parameter contains any
14584 arguments that have already been parsed (see below).  The third parameter
14585 points to the symbolic token that names the macro. If the third parameter
14586 is |null|, the macro was defined by \&{vardef}, so its name can be
14587 reconstructed from the prefix and ``at'' arguments found within the
14588 second parameter.
14589
14590 What is this second parameter? It's simply a linked list of one-word items,
14591 whose |info| fields point to the arguments. In other words, if |arg_list=null|,
14592 no arguments have been scanned yet; otherwise |info(arg_list)| points to
14593 the first scanned argument, and |link(arg_list)| points to the list of
14594 further arguments (if any).
14595
14596 Arguments of type \&{expr} are so-called capsules, which we will
14597 discuss later when we concentrate on expressions; they can be
14598 recognized easily because their |link| field is |void|. Arguments of type
14599 \&{suffix} and \&{text} are token lists without reference counts.
14600
14601 @ After argument scanning is complete, the arguments are moved to the
14602 |param_stack|. (They can't be put on that stack any sooner, because
14603 the stack is growing and shrinking in unpredictable ways as more arguments
14604 are being acquired.)  Then the macro body is fed to the scanner; i.e.,
14605 the replacement text of the macro is placed at the top of the \MP's
14606 input stack, so that |get_t_next| will proceed to read it next.
14607
14608 @<Declare the procedure called |macro_call|@>=
14609 @<Declare the procedure called |print_macro_name|@>;
14610 @<Declare the procedure called |print_arg|@>;
14611 @<Declare the procedure called |scan_text_arg|@>;
14612 void mp_macro_call (MP mp,pointer def_ref, pointer arg_list, 
14613                     pointer macro_name) ;
14614
14615 @ @c
14616 void mp_macro_call (MP mp,pointer def_ref, pointer arg_list, 
14617                     pointer macro_name) {
14618   /* invokes a user-defined control sequence */
14619   pointer r; /* current node in the macro's token list */
14620   pointer p,q; /* for list manipulation */
14621   integer n; /* the number of arguments */
14622   pointer tail = 0; /* tail of the argument list */
14623   pointer l_delim=0,r_delim=0; /* a delimiter pair */
14624   r=link(def_ref); add_mac_ref(def_ref);
14625   if ( arg_list==null ) {
14626     n=0;
14627   } else {
14628    @<Determine the number |n| of arguments already supplied,
14629     and set |tail| to the tail of |arg_list|@>;
14630   }
14631   if ( mp->internal[tracing_macros]>0 ) {
14632     @<Show the text of the macro being expanded, and the existing arguments@>;
14633   }
14634   @<Scan the remaining arguments, if any; set |r| to the first token
14635     of the replacement text@>;
14636   @<Feed the arguments and replacement text to the scanner@>;
14637 }
14638
14639 @ @<Show the text of the macro...@>=
14640 mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_ln(mp); 
14641 mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14642 if ( n==3 ) mp_print(mp, "@@#"); /* indicate a suffixed macro */
14643 mp_show_macro(mp, def_ref,null,100000);
14644 if ( arg_list!=null ) {
14645   n=0; p=arg_list;
14646   do {  
14647     q=info(p);
14648     mp_print_arg(mp, q,n,0);
14649     incr(n); p=link(p);
14650   } while (p!=null);
14651 }
14652 mp_end_diagnostic(mp, false)
14653
14654
14655 @ @<Declare the procedure called |print_macro_name|@>=
14656 void mp_print_macro_name (MP mp,pointer a, pointer n);
14657
14658 @ @c
14659 void mp_print_macro_name (MP mp,pointer a, pointer n) {
14660   pointer p,q; /* they traverse the first part of |a| */
14661   if ( n!=null ) {
14662     mp_print_text(n);
14663   } else  { 
14664     p=info(a);
14665     if ( p==null ) {
14666       mp_print_text(info(info(link(a))));
14667     } else { 
14668       q=p;
14669       while ( link(q)!=null ) q=link(q);
14670       link(q)=info(link(a));
14671       mp_show_token_list(mp, p,null,1000,0);
14672       link(q)=null;
14673     }
14674   }
14675 }
14676
14677 @ @<Declare the procedure called |print_arg|@>=
14678 void mp_print_arg (MP mp,pointer q, integer n, pointer b) ;
14679
14680 @ @c
14681 void mp_print_arg (MP mp,pointer q, integer n, pointer b) {
14682   if ( link(q)==diov ) mp_print_nl(mp, "(EXPR");
14683   else if ( (b<text_base)&&(b!=text_macro) ) mp_print_nl(mp, "(SUFFIX");
14684   else mp_print_nl(mp, "(TEXT");
14685   mp_print_int(mp, n); mp_print(mp, ")<-");
14686   if ( link(q)==diov ) mp_print_exp(mp, q,1);
14687   else mp_show_token_list(mp, q,null,1000,0);
14688 }
14689
14690 @ @<Determine the number |n| of arguments already supplied...@>=
14691 {  
14692   n=1; tail=arg_list;
14693   while ( link(tail)!=null ) { 
14694     incr(n); tail=link(tail);
14695   }
14696 }
14697
14698 @ @<Scan the remaining arguments, if any; set |r|...@>=
14699 mp->cur_cmd=comma+1; /* anything |<>comma| will do */
14700 while ( info(r)>=expr_base ) { 
14701   @<Scan the delimited argument represented by |info(r)|@>;
14702   r=link(r);
14703 };
14704 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
14705   print_err("Too many arguments to ");
14706 @.Too many arguments...@>
14707   mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name); mp_print_char(mp, ';');
14708   mp_print_nl(mp, "  Missing `"); mp_print_text(r_delim);
14709 @.Missing `)'...@>
14710   mp_print(mp, "' has been inserted");
14711   help3("I'm going to assume that the comma I just read was a")
14712    ("right delimiter, and then I'll begin expanding the macro.")
14713    ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14714   mp_error(mp);
14715 }
14716 if ( info(r)!=general_macro ) {
14717   @<Scan undelimited argument(s)@>;
14718 }
14719 r=link(r)
14720
14721 @ At this point, the reader will find it advisable to review the explanation
14722 of token list format that was presented earlier, paying special attention to
14723 the conventions that apply only at the beginning of a macro's token list.
14724
14725 On the other hand, the reader will have to take the expression-parsing
14726 aspects of the following program on faith; we will explain |cur_type|
14727 and |cur_exp| later. (Several things in this program depend on each other,
14728 and it's necessary to jump into the circle somewhere.)
14729
14730 @<Scan the delimited argument represented by |info(r)|@>=
14731 if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
14732   mp_get_x_next(mp);
14733   if ( mp->cur_cmd!=left_delimiter ) {
14734     print_err("Missing argument to ");
14735 @.Missing argument...@>
14736     mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14737     help3("That macro has more parameters than you thought.")
14738      ("I'll continue by pretending that each missing argument")
14739      ("is either zero or null.");
14740     if ( info(r)>=suffix_base ) {
14741       mp->cur_exp=null; mp->cur_type=mp_token_list;
14742     } else { 
14743       mp->cur_exp=0; mp->cur_type=mp_known;
14744     }
14745     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=right_delimiter; 
14746     goto FOUND;
14747   }
14748   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod;
14749 }
14750 @<Scan the argument represented by |info(r)|@>;
14751 if ( mp->cur_cmd!=comma ) 
14752   @<Check that the proper right delimiter was present@>;
14753 FOUND:  
14754 @<Append the current expression to |arg_list|@>
14755
14756 @ @<Check that the proper right delim...@>=
14757 if ( (mp->cur_cmd!=right_delimiter)||(mp->cur_mod!=l_delim) ) {
14758   if ( info(link(r))>=expr_base ) {
14759     mp_missing_err(mp, ",");
14760 @.Missing `,'@>
14761     help3("I've finished reading a macro argument and am about to")
14762       ("read another; the arguments weren't delimited correctly.")
14763        ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14764     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=comma;
14765   } else { 
14766     mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
14767 @.Missing `)'@>
14768     help2("I've gotten to the end of the macro parameter list.")
14769        ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14770     mp_back_error(mp);
14771   }
14772 }
14773
14774 @ A \&{suffix} or \&{text} parameter will be have been scanned as
14775 a token list pointed to by |cur_exp|, in which case we will have
14776 |cur_type=token_list|.
14777
14778 @<Append the current expression to |arg_list|@>=
14779
14780   p=mp_get_avail(mp);
14781   if ( mp->cur_type==mp_token_list ) info(p)=mp->cur_exp;
14782   else info(p)=mp_stash_cur_exp(mp);
14783   if ( mp->internal[tracing_macros]>0 ) {
14784     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_arg(mp, info(p),n,info(r)); 
14785     mp_end_diagnostic(mp, false);
14786   }
14787   if ( arg_list==null ) arg_list=p;
14788   else link(tail)=p;
14789   tail=p; incr(n);
14790 }
14791
14792 @ @<Scan the argument represented by |info(r)|@>=
14793 if ( info(r)>=text_base ) {
14794   mp_scan_text_arg(mp, l_delim,r_delim);
14795 } else { 
14796   mp_get_x_next(mp);
14797   if ( info(r)>=suffix_base ) mp_scan_suffix(mp);
14798   else mp_scan_expression(mp);
14799 }
14800
14801 @ The parameters to |scan_text_arg| are either a pair of delimiters
14802 or zero; the latter case is for undelimited text arguments, which
14803 end with the first semicolon or \&{endgroup} or \&{end} that is not
14804 contained in a group.
14805
14806 @<Declare the procedure called |scan_text_arg|@>=
14807 void mp_scan_text_arg (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) ;
14808
14809 @ @c
14810 void mp_scan_text_arg (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) {
14811   integer balance; /* excess of |l_delim| over |r_delim| */
14812   pointer p; /* list tail */
14813   mp->warning_info=l_delim; mp->scanner_status=absorbing;
14814   p=hold_head; balance=1; link(hold_head)=null;
14815   while (1)  { 
14816     get_t_next;
14817     if ( l_delim==0 ) {
14818       @<Adjust the balance for an undelimited argument; |break| if done@>;
14819     } else {
14820           @<Adjust the balance for a delimited argument; |break| if done@>;
14821     }
14822     link(p)=mp_cur_tok(mp); p=link(p);
14823   }
14824   mp->cur_exp=link(hold_head); mp->cur_type=mp_token_list;
14825   mp->scanner_status=normal;
14826 };
14827
14828 @ @<Adjust the balance for a delimited argument...@>=
14829 if ( mp->cur_cmd==right_delimiter ) { 
14830   if ( mp->cur_mod==l_delim ) { 
14831     decr(balance);
14832     if ( balance==0 ) break;
14833   }
14834 } else if ( mp->cur_cmd==left_delimiter ) {
14835   if ( mp->cur_mod==r_delim ) incr(balance);
14836 }
14837
14838 @ @<Adjust the balance for an undelimited...@>=
14839 if ( end_of_statement ) { /* |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop| */
14840   if ( balance==1 ) { break; }
14841   else  { if ( mp->cur_cmd==end_group ) decr(balance); }
14842 } else if ( mp->cur_cmd==begin_group ) { 
14843   incr(balance); 
14844 }
14845
14846 @ @<Scan undelimited argument(s)@>=
14847
14848   if ( info(r)<text_macro ) {
14849     mp_get_x_next(mp);
14850     if ( info(r)!=suffix_macro ) {
14851       if ( (mp->cur_cmd==equals)||(mp->cur_cmd==assignment) ) mp_get_x_next(mp);
14852     }
14853   }
14854   switch (info(r)) {
14855   case primary_macro:mp_scan_primary(mp); break;
14856   case secondary_macro:mp_scan_secondary(mp); break;
14857   case tertiary_macro:mp_scan_tertiary(mp); break;
14858   case expr_macro:mp_scan_expression(mp); break;
14859   case of_macro:
14860     @<Scan an expression followed by `\&{of} $\langle$primary$\rangle$'@>;
14861     break;
14862   case suffix_macro:
14863     @<Scan a suffix with optional delimiters@>;
14864     break;
14865   case text_macro:mp_scan_text_arg(mp, 0,0); break;
14866   } /* there are no other cases */
14867   mp_back_input(mp); 
14868   @<Append the current expression to |arg_list|@>;
14869 }
14870
14871 @ @<Scan an expression followed by `\&{of} $\langle$primary$\rangle$'@>=
14872
14873   mp_scan_expression(mp); p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp_stash_cur_exp(mp);
14874   if ( mp->internal[tracing_macros]>0 ) { 
14875     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_arg(mp, info(p),n,0); 
14876     mp_end_diagnostic(mp, false);
14877   }
14878   if ( arg_list==null ) arg_list=p; else link(tail)=p;
14879   tail=p;incr(n);
14880   if ( mp->cur_cmd!=of_token ) {
14881     mp_missing_err(mp, "of"); mp_print(mp, " for ");
14882 @.Missing `of'@>
14883     mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14884     help1("I've got the first argument; will look now for the other.");
14885     mp_back_error(mp);
14886   }
14887   mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
14888 }
14889
14890 @ @<Scan a suffix with optional delimiters@>=
14891
14892   if ( mp->cur_cmd!=left_delimiter ) {
14893     l_delim=null;
14894   } else { 
14895     l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp);
14896   };
14897   mp_scan_suffix(mp);
14898   if ( l_delim!=null ) {
14899     if ((mp->cur_cmd!=right_delimiter)||(mp->cur_mod!=l_delim) ) {
14900       mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
14901 @.Missing `)'@>
14902       help2("I've gotten to the end of the macro parameter list.")
14903          ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14904       mp_back_error(mp);
14905     }
14906     mp_get_x_next(mp);
14907   }
14908 }
14909
14910 @ Before we put a new token list on the input stack, it is wise to clean off
14911 all token lists that have recently been depleted. Then a user macro that ends
14912 with a call to itself will not require unbounded stack space.
14913
14914 @<Feed the arguments and replacement text to the scanner@>=
14915 while ( token_state &&(loc==null) ) mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
14916 if ( mp->param_ptr+n>mp->max_param_stack ) {
14917   mp->max_param_stack=mp->param_ptr+n;
14918   if ( mp->max_param_stack>mp->param_size )
14919     mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14920 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
14921 }
14922 mp_begin_token_list(mp, def_ref,macro); name=macro_name; loc=r;
14923 if ( n>0 ) {
14924   p=arg_list;
14925   do {  
14926    mp->param_stack[mp->param_ptr]=info(p); incr(mp->param_ptr); p=link(p);
14927   } while (p!=null);
14928   mp_flush_list(mp, arg_list);
14929 }
14930
14931 @ It's sometimes necessary to put a single argument onto |param_stack|.
14932 The |stack_argument| subroutine does this.
14933
14934 @c void mp_stack_argument (MP mp,pointer p) { 
14935   if ( mp->param_ptr==mp->max_param_stack ) {
14936     incr(mp->max_param_stack);
14937     if ( mp->max_param_stack>mp->param_size )
14938       mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14939 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
14940   }
14941   mp->param_stack[mp->param_ptr]=p; incr(mp->param_ptr);
14942 }
14943
14944 @* \[33] Conditional processing.
14945 Let's consider now the way \&{if} commands are handled.
14946
14947 Conditions can be inside conditions, and this nesting has a stack
14948 that is independent of other stacks.
14949 Four global variables represent the top of the condition stack:
14950 |cond_ptr| points to pushed-down entries, if~any; |cur_if| tells whether
14951 we are processing \&{if} or \&{elseif}; |if_limit| specifies
14952 the largest code of a |fi_or_else| command that is syntactically legal;
14953 and |if_line| is the line number at which the current conditional began.
14954
14955 If no conditions are currently in progress, the condition stack has the
14956 special state |cond_ptr=null|, |if_limit=normal|, |cur_if=0|, |if_line=0|.
14957 Otherwise |cond_ptr| points to a two-word node; the |type|, |name_type|, and
14958 |link| fields of the first word contain |if_limit|, |cur_if|, and
14959 |cond_ptr| at the next level, and the second word contains the
14960 corresponding |if_line|.
14961
14962 @d if_node_size 2 /* number of words in stack entry for conditionals */
14963 @d if_line_field(A) mp->mem[(A)+1].cint
14964 @d if_code 1 /* code for \&{if} being evaluated */
14965 @d fi_code 2 /* code for \&{fi} */
14966 @d else_code 3 /* code for \&{else} */
14967 @d else_if_code 4 /* code for \&{elseif} */
14968
14969 @<Glob...@>=
14970 pointer cond_ptr; /* top of the condition stack */
14971 integer if_limit; /* upper bound on |fi_or_else| codes */
14972 small_number cur_if; /* type of conditional being worked on */
14973 integer if_line; /* line where that conditional began */
14974
14975 @ @<Set init...@>=
14976 mp->cond_ptr=null; mp->if_limit=normal; mp->cur_if=0; mp->if_line=0;
14977
14978 @ @<Put each...@>=
14979 mp_primitive(mp, "if",if_test,if_code);
14980 @:if_}{\&{if} primitive@>
14981 mp_primitive(mp, "fi",fi_or_else,fi_code); mp->eqtb[frozen_fi]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
14982 @:fi_}{\&{fi} primitive@>
14983 mp_primitive(mp, "else",fi_or_else,else_code);
14984 @:else_}{\&{else} primitive@>
14985 mp_primitive(mp, "elseif",fi_or_else,else_if_code);
14986 @:else_if_}{\&{elseif} primitive@>
14987
14988 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
14989 case if_test:
14990 case fi_or_else: 
14991   switch (m) {
14992   case if_code:mp_print(mp, "if"); break;
14993   case fi_code:mp_print(mp, "fi");  break;
14994   case else_code:mp_print(mp, "else"); break;
14995   default: mp_print(mp, "elseif"); break;
14996   }
14997   break;
14998
14999 @ Here is a procedure that ignores text until coming to an \&{elseif},
15000 \&{else}, or \&{fi} at level zero of $\&{if}\ldots\&{fi}$
15001 nesting. After it has acted, |cur_mod| will indicate the token that
15002 was found.
15003
15004 \MP's smallest two command codes are |if_test| and |fi_or_else|; this
15005 makes the skipping process a bit simpler.
15006
15007 @c 
15008 void mp_pass_text (MP mp) {
15009   integer l = 0;
15010   mp->scanner_status=skipping;
15011   mp->warning_info=mp_true_line(mp);
15012   while (1)  { 
15013     get_t_next;
15014     if ( mp->cur_cmd<=fi_or_else ) {
15015       if ( mp->cur_cmd<fi_or_else ) {
15016         incr(l);
15017       } else { 
15018         if ( l==0 ) break;
15019         if ( mp->cur_mod==fi_code ) decr(l);
15020       }
15021     } else {
15022       @<Decrease the string reference count,
15023        if the current token is a string@>;
15024     }
15025   }
15026   mp->scanner_status=normal;
15027 }
15028
15029 @ @<Decrease the string reference count...@>=
15030 if ( mp->cur_cmd==string_token ) { delete_str_ref(mp->cur_mod); }
15031
15032 @ When we begin to process a new \&{if}, we set |if_limit:=if_code|; then
15033 if \&{elseif} or \&{else} or \&{fi} occurs before the current \&{if}
15034 condition has been evaluated, a colon will be inserted.
15035 A construction like `\.{if fi}' would otherwise get \MP\ confused.
15036
15037 @<Push the condition stack@>=
15038 { p=mp_get_node(mp, if_node_size); link(p)=mp->cond_ptr; type(p)=mp->if_limit;
15039   name_type(p)=mp->cur_if; if_line_field(p)=mp->if_line;
15040   mp->cond_ptr=p; mp->if_limit=if_code; mp->if_line=mp_true_line(mp); 
15041   mp->cur_if=if_code;
15042 }
15043
15044 @ @<Pop the condition stack@>=
15045 { p=mp->cond_ptr; mp->if_line=if_line_field(p);
15046   mp->cur_if=name_type(p); mp->if_limit=type(p); mp->cond_ptr=link(p);
15047   mp_free_node(mp, p,if_node_size);
15048 }
15049
15050 @ Here's a procedure that changes the |if_limit| code corresponding to
15051 a given value of |cond_ptr|.
15052
15053 @c void mp_change_if_limit (MP mp,small_number l, pointer p) {
15054   pointer q;
15055   if ( p==mp->cond_ptr ) {
15056     mp->if_limit=l; /* that's the easy case */
15057   } else  { 
15058     q=mp->cond_ptr;
15059     while (1) { 
15060       if ( q==null ) mp_confusion(mp, "if");
15061 @:this can't happen if}{\quad if@>
15062       if ( link(q)==p ) { 
15063         type(q)=l; return;
15064       }
15065       q=link(q);
15066     }
15067   }
15068 }
15069
15070 @ The user is supposed to put colons into the proper parts of conditional
15071 statements. Therefore, \MP\ has to check for their presence.
15072
15073 @c 
15074 void mp_check_colon (MP mp) { 
15075   if ( mp->cur_cmd!=colon ) { 
15076     mp_missing_err(mp, ":");
15077 @.Missing `:'@>
15078     help2("There should've been a colon after the condition.")
15079          ("I shall pretend that one was there.");;
15080     mp_back_error(mp);
15081   }
15082 }
15083
15084 @ A condition is started when the |get_x_next| procedure encounters
15085 an |if_test| command; in that case |get_x_next| calls |conditional|,
15086 which is a recursive procedure.
15087 @^recursion@>
15088
15089 @c void mp_conditional (MP mp) {
15090   pointer save_cond_ptr; /* |cond_ptr| corresponding to this conditional */
15091   int new_if_limit; /* future value of |if_limit| */
15092   pointer p; /* temporary register */
15093   @<Push the condition stack@>; 
15094   save_cond_ptr=mp->cond_ptr;
15095 RESWITCH: 
15096   mp_get_boolean(mp); new_if_limit=else_if_code;
15097   if ( mp->internal[tracing_commands]>unity ) {
15098     @<Display the boolean value of |cur_exp|@>;
15099   }
15100 FOUND: 
15101   mp_check_colon(mp);
15102   if ( mp->cur_exp==true_code ) {
15103     mp_change_if_limit(mp, new_if_limit,save_cond_ptr);
15104     return; /* wait for \&{elseif}, \&{else}, or \&{fi} */
15105   };
15106   @<Skip to \&{elseif} or \&{else} or \&{fi}, then |goto done|@>;
15107 DONE: 
15108   mp->cur_if=mp->cur_mod; mp->if_line=mp_true_line(mp);
15109   if ( mp->cur_mod==fi_code ) {
15110     @<Pop the condition stack@>
15111   } else if ( mp->cur_mod==else_if_code ) {
15112     goto RESWITCH;
15113   } else  { 
15114     mp->cur_exp=true_code; new_if_limit=fi_code; mp_get_x_next(mp); 
15115     goto FOUND;
15116   }
15117 }
15118
15119 @ In a construction like `\&{if} \&{if} \&{true}: $0=1$: \\{foo}
15120 \&{else}: \\{bar} \&{fi}', the first \&{else}
15121 that we come to after learning that the \&{if} is false is not the
15122 \&{else} we're looking for. Hence the following curious logic is needed.
15123
15124 @<Skip to \&{elseif}...@>=
15125 while (1) { 
15126   mp_pass_text(mp);
15127   if ( mp->cond_ptr==save_cond_ptr ) goto DONE;
15128   else if ( mp->cur_mod==fi_code ) @<Pop the condition stack@>;
15129 }
15130
15131
15132 @ @<Display the boolean value...@>=
15133 { mp_begin_diagnostic(mp);
15134   if ( mp->cur_exp==true_code ) mp_print(mp, "{true}");
15135   else mp_print(mp, "{false}");
15136   mp_end_diagnostic(mp, false);
15137 }
15138
15139 @ The processing of conditionals is complete except for the following
15140 code, which is actually part of |get_x_next|. It comes into play when
15141 \&{elseif}, \&{else}, or \&{fi} is scanned.
15142
15143 @<Terminate the current conditional and skip to \&{fi}@>=
15144 if ( mp->cur_mod>mp->if_limit ) {
15145   if ( mp->if_limit==if_code ) { /* condition not yet evaluated */
15146     mp_missing_err(mp, ":");
15147 @.Missing `:'@>
15148     mp_back_input(mp); mp->cur_sym=frozen_colon; mp_ins_error(mp);
15149   } else  { 
15150     print_err("Extra "); mp_print_cmd_mod(mp, fi_or_else,mp->cur_mod);
15151 @.Extra else@>
15152 @.Extra elseif@>
15153 @.Extra fi@>
15154     help1("I'm ignoring this; it doesn't match any if.");
15155     mp_error(mp);
15156   }
15157 } else  { 
15158   while ( mp->cur_mod!=fi_code ) mp_pass_text(mp); /* skip to \&{fi} */
15159   @<Pop the condition stack@>;
15160 }
15161
15162 @* \[34] Iterations.
15163 To bring our treatment of |get_x_next| to a close, we need to consider what
15164 \MP\ does when it sees \&{for}, \&{forsuffixes}, and \&{forever}.
15165
15166 There's a global variable |loop_ptr| that keeps track of the \&{for} loops
15167 that are currently active. If |loop_ptr=null|, no loops are in progress;
15168 otherwise |info(loop_ptr)| points to the iterative text of the current
15169 (innermost) loop, and |link(loop_ptr)| points to the data for any other
15170 loops that enclose the current one.
15171
15172 A loop-control node also has two other fields, called |loop_type| and
15173 |loop_list|, whose contents depend on the type of loop:
15174
15175 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=null| means that |loop_list(loop_ptr)|
15176 points to a list of one-word nodes whose |info| fields point to the
15177 remaining argument values of a suffix list and expression list.
15178
15179 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=diov| means that the current loop is
15180 `\&{forever}'.
15181
15182 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=progression_flag| means that
15183 |p=loop_list(loop_ptr)| points to a ``progression node'' and |value(p)|,
15184 |step_size(p)|, and |final_value(p)| contain the data for an arithmetic
15185 progression.
15186
15187 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=p>diov| means that |p| points to an edge
15188 header and |loop_list(loop_ptr)| points into the graphical object list for
15189 that edge header.
15190
15191 \yskip\noindent In the case of a progression node, the first word is not used
15192 because the link field of words in the dynamic memory area cannot be arbitrary.
15193
15194 @d loop_list_loc(A) ((A)+1) /* where the |loop_list| field resides */
15195 @d loop_type(A) info(loop_list_loc((A))) /* the type of \&{for} loop */
15196 @d loop_list(A) link(loop_list_loc((A))) /* the remaining list elements */
15197 @d loop_node_size 2 /* the number of words in a loop control node */
15198 @d progression_node_size 4 /* the number of words in a progression node */
15199 @d step_size(A) mp->mem[(A)+2].sc /* the step size in an arithmetic progression */
15200 @d final_value(A) mp->mem[(A)+3].sc /* the final value in an arithmetic progression */
15201 @d progression_flag (null+2)
15202   /* |loop_type| value when |loop_list| points to a progression node */
15203
15204 @<Glob...@>=
15205 pointer loop_ptr; /* top of the loop-control-node stack */
15206
15207 @ @<Set init...@>=
15208 mp->loop_ptr=null;
15209
15210 @ If the expressions that define an arithmetic progression in
15211 a \&{for} loop don't have known numeric values, the |bad_for|
15212 subroutine screams at the user.
15213
15214 @c void mp_bad_for (MP mp, char * s) {
15215   mp_disp_err(mp, null,"Improper "); /* show the bad expression above the message */
15216 @.Improper...replaced by 0@>
15217   mp_print(mp, s); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
15218   help4("When you say `for x=a step b until c',")
15219     ("the initial value `a' and the step size `b'")
15220     ("and the final value `c' must have known numeric values.")
15221     ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
15222   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
15223 };
15224
15225 @ Here's what \MP\ does when \&{for}, \&{forsuffixes}, or \&{forever}
15226 has just been scanned. (This code requires slight familiarity with
15227 expression-parsing routines that we have not yet discussed; but it seems
15228 to belong in the present part of the program, even though the original author
15229 didn't write it until later. The reader may wish to come back to it.)
15230
15231 @c void mp_begin_iteration (MP mp) {
15232   halfword m; /* |expr_base| (\&{for}) or |suffix_base| (\&{forsuffixes}) */
15233   halfword n; /* hash address of the current symbol */
15234   pointer s; /* the new loop-control node */
15235   pointer p; /* substitution list for |scan_toks| */
15236   pointer q;  /* link manipulation register */
15237   pointer pp; /* a new progression node */
15238   m=mp->cur_mod; n=mp->cur_sym; s=mp_get_node(mp, loop_node_size);
15239   if ( m==start_forever ){ 
15240     loop_type(s)=diov; p=null; mp_get_x_next(mp);
15241   } else { 
15242     mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size);
15243     info(p)=mp->cur_sym; value(p)=m;
15244     mp_get_x_next(mp);
15245     if ( mp->cur_cmd==within_token ) {
15246       @<Set up a picture iteration@>;
15247     } else { 
15248       @<Check for the |"="| or |":="| in a loop header@>;
15249       @<Scan the values to be used in the loop@>;
15250     }
15251   }
15252   @<Check for the presence of a colon@>;
15253   @<Scan the loop text and put it on the loop control stack@>;
15254   mp_resume_iteration(mp);
15255 }
15256
15257 @ @<Check for the |"="| or |":="| in a loop header@>=
15258 if ( (mp->cur_cmd!=equals)&&(mp->cur_cmd!=assignment) ) { 
15259   mp_missing_err(mp, "=");
15260 @.Missing `='@>
15261   help3("The next thing in this loop should have been `=' or `:='.")
15262     ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
15263     ("was present, and I'll look for the values next.");
15264   mp_back_error(mp);
15265 }
15266
15267 @ @<Check for the presence of a colon@>=
15268 if ( mp->cur_cmd!=colon ) { 
15269   mp_missing_err(mp, ":");
15270 @.Missing `:'@>
15271   help3("The next thing in this loop should have been a `:'.")
15272     ("So I'll pretend that a colon was present;")
15273     ("everything from here to `endfor' will be iterated.");
15274   mp_back_error(mp);
15275 }
15276
15277 @ We append a special |frozen_repeat_loop| token in place of the
15278 `\&{endfor}' at the end of the loop. This will come through \MP's scanner
15279 at the proper time to cause the loop to be repeated.
15280
15281 (If the user tries some shenanigan like `\&{for} $\ldots$ \&{let} \&{endfor}',
15282 he will be foiled by the |get_symbol| routine, which keeps frozen
15283 tokens unchanged. Furthermore the |frozen_repeat_loop| is an \&{outer}
15284 token, so it won't be lost accidentally.)
15285
15286 @ @<Scan the loop text...@>=
15287 q=mp_get_avail(mp); info(q)=frozen_repeat_loop;
15288 mp->scanner_status=loop_defining; mp->warning_info=n;
15289 info(s)=mp_scan_toks(mp, iteration,p,q,0); mp->scanner_status=normal;
15290 link(s)=mp->loop_ptr; mp->loop_ptr=s
15291
15292 @ @<Initialize table...@>=
15293 eq_type(frozen_repeat_loop)=repeat_loop+outer_tag;
15294 text(frozen_repeat_loop)=intern(" ENDFOR");
15295
15296 @ The loop text is inserted into \MP's scanning apparatus by the
15297 |resume_iteration| routine.
15298
15299 @c void mp_resume_iteration (MP mp) {
15300   pointer p,q; /* link registers */
15301   p=loop_type(mp->loop_ptr);
15302   if ( p==progression_flag ) { 
15303     p=loop_list(mp->loop_ptr); /* now |p| points to a progression node */
15304     mp->cur_exp=value(p);
15305     if ( @<The arithmetic progression has ended@> ) {
15306       mp_stop_iteration(mp);
15307       return;
15308     }
15309     mp->cur_type=mp_known; q=mp_stash_cur_exp(mp); /* make |q| an \&{expr} argument */
15310     value(p)=mp->cur_exp+step_size(p); /* set |value(p)| for the next iteration */
15311   } else if ( p==null ) { 
15312     p=loop_list(mp->loop_ptr);
15313     if ( p==null ) {
15314       mp_stop_iteration(mp);
15315       return;
15316     }
15317     loop_list(mp->loop_ptr)=link(p); q=info(p); free_avail(p);
15318   } else if ( p==diov ) { 
15319     mp_begin_token_list(mp, info(mp->loop_ptr),forever_text); return;
15320   } else {
15321     @<Make |q| a capsule containing the next picture component from
15322       |loop_list(loop_ptr)| or |goto not_found|@>;
15323   }
15324   mp_begin_token_list(mp, info(mp->loop_ptr),loop_text);
15325   mp_stack_argument(mp, q);
15326   if ( mp->internal[tracing_commands]>unity ) {
15327      @<Trace the start of a loop@>;
15328   }
15329   return;
15330 NOT_FOUND:
15331   mp_stop_iteration(mp);
15332 }
15333
15334 @ @<The arithmetic progression has ended@>=
15335 ((step_size(p)>0)&&(mp->cur_exp>final_value(p)))||
15336  ((step_size(p)<0)&&(mp->cur_exp<final_value(p)))
15337
15338 @ @<Trace the start of a loop@>=
15339
15340   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{loop value=");
15341 @.loop value=n@>
15342   if ( (q!=null)&&(link(q)==diov) ) mp_print_exp(mp, q,1);
15343   else mp_show_token_list(mp, q,null,50,0);
15344   mp_print_char(mp, '}'); mp_end_diagnostic(mp, false);
15345 }
15346
15347 @ @<Make |q| a capsule containing the next picture component from...@>=
15348 { q=loop_list(mp->loop_ptr);
15349   if ( q==null ) goto NOT_FOUND;
15350   skip_component(q) goto NOT_FOUND;
15351   mp->cur_exp=mp_copy_objects(mp, loop_list(mp->loop_ptr),q);
15352   mp_init_bbox(mp, mp->cur_exp);
15353   mp->cur_type=mp_picture_type;
15354   loop_list(mp->loop_ptr)=q;
15355   q=mp_stash_cur_exp(mp);
15356 }
15357
15358 @ A level of loop control disappears when |resume_iteration| has decided
15359 not to resume, or when an \&{exitif} construction has removed the loop text
15360 from the input stack.
15361
15362 @c void mp_stop_iteration (MP mp) {
15363   pointer p,q; /* the usual */
15364   p=loop_type(mp->loop_ptr);
15365   if ( p==progression_flag )  {
15366     mp_free_node(mp, loop_list(mp->loop_ptr),progression_node_size);
15367   } else if ( p==null ){ 
15368     q=loop_list(mp->loop_ptr);
15369     while ( q!=null ) {
15370       p=info(q);
15371       if ( p!=null ) {
15372         if ( link(p)==diov ) { /* it's an \&{expr} parameter */
15373           mp_recycle_value(mp, p); mp_free_node(mp, p,value_node_size);
15374         } else {
15375           mp_flush_token_list(mp, p); /* it's a \&{suffix} or \&{text} parameter */
15376         }
15377       }
15378       p=q; q=link(q); free_avail(p);
15379     }
15380   } else if ( p>progression_flag ) {
15381     delete_edge_ref(p);
15382   }
15383   p=mp->loop_ptr; mp->loop_ptr=link(p); mp_flush_token_list(mp, info(p));
15384   mp_free_node(mp, p,loop_node_size);
15385 }
15386
15387 @ Now that we know all about loop control, we can finish up
15388 the missing portion of |begin_iteration| and we'll be done.
15389
15390 The following code is performed after the `\.=' has been scanned in
15391 a \&{for} construction (if |m=expr_base|) or a \&{forsuffixes} construction
15392 (if |m=suffix_base|).
15393
15394 @<Scan the values to be used in the loop@>=
15395 loop_type(s)=null; q=loop_list_loc(s); link(q)=null; /* |link(q)=loop_list(s)| */
15396 do {  
15397   mp_get_x_next(mp);
15398   if ( m!=expr_base ) {
15399     mp_scan_suffix(mp);
15400   } else { 
15401     if ( mp->cur_cmd>=colon ) if ( mp->cur_cmd<=comma ) 
15402           goto CONTINUE;
15403     mp_scan_expression(mp);
15404     if ( mp->cur_cmd==step_token ) if ( q==loop_list_loc(s) ) {
15405       @<Prepare for step-until construction and |break|@>;
15406     }
15407     mp->cur_exp=mp_stash_cur_exp(mp);
15408   }
15409   link(q)=mp_get_avail(mp); q=link(q); 
15410   info(q)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
15411 CONTINUE:
15412   ;
15413 } while (mp->cur_cmd==comma)
15414
15415 @ @<Prepare for step-until construction and |break|@>=
15416
15417   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "initial value");
15418   pp=mp_get_node(mp, progression_node_size); value(pp)=mp->cur_exp;
15419   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
15420   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "step size");
15421   step_size(pp)=mp->cur_exp;
15422   if ( mp->cur_cmd!=until_token ) { 
15423     mp_missing_err(mp, "until");
15424 @.Missing `until'@>
15425     help2("I assume you meant to say `until' after `step'.")
15426       ("So I'll look for the final value and colon next.");
15427     mp_back_error(mp);
15428   }
15429   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
15430   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "final value");
15431   final_value(pp)=mp->cur_exp; loop_list(s)=pp;
15432   loop_type(s)=progression_flag; 
15433   break;
15434 }
15435
15436 @ The last case is when we have just seen ``\&{within}'', and we need to
15437 parse a picture expression and prepare to iterate over it.
15438
15439 @<Set up a picture iteration@>=
15440 { mp_get_x_next(mp);
15441   mp_scan_expression(mp);
15442   @<Make sure the current expression is a known picture@>;
15443   loop_type(s)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
15444   q=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
15445   if ( q!= null ) 
15446     if ( is_start_or_stop(q) )
15447       if ( mp_skip_1component(mp, q)==null ) q=link(q);
15448   loop_list(s)=q;
15449 }
15450
15451 @ @<Make sure the current expression is a known picture@>=
15452 if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
15453   mp_disp_err(mp, null,"Improper iteration spec has been replaced by nullpicture");
15454   help1("When you say `for x in p', p must be a known picture.");
15455   mp_put_get_flush_error(mp, mp_get_node(mp, edge_header_size));
15456   mp_init_edges(mp, mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_picture_type;
15457 }
15458
15459 @* \[35] File names.
15460 It's time now to fret about file names.  Besides the fact that different
15461 operating systems treat files in different ways, we must cope with the
15462 fact that completely different naming conventions are used by different
15463 groups of people. The following programs show what is required for one
15464 particular operating system; similar routines for other systems are not
15465 difficult to devise.
15466 @^system dependencies@>
15467
15468 \MP\ assumes that a file name has three parts: the name proper; its
15469 ``extension''; and a ``file area'' where it is found in an external file
15470 system.  The extension of an input file is assumed to be
15471 `\.{.mp}' unless otherwise specified; it is `\.{.log}' on the
15472 transcript file that records each run of \MP; it is `\.{.tfm}' on the font
15473 metric files that describe characters in any fonts created by \MP; it is
15474 `\.{.ps}' or `.{\it nnn}' for some number {\it nnn} on the \ps\ output files;
15475 and it is `\.{.mem}' on the mem files written by \.{INIMP} to initialize \MP.
15476 The file area can be arbitrary on input files, but files are usually
15477 output to the user's current area.  If an input file cannot be
15478 found on the specified area, \MP\ will look for it on a special system
15479 area; this special area is intended for commonly used input files.
15480
15481 Simple uses of \MP\ refer only to file names that have no explicit
15482 extension or area. For example, a person usually says `\.{input} \.{cmr10}'
15483 instead of `\.{input} \.{cmr10.new}'. Simple file
15484 names are best, because they make the \MP\ source files portable;
15485 whenever a file name consists entirely of letters and digits, it should be
15486 treated in the same way by all implementations of \MP. However, users
15487 need the ability to refer to other files in their environment, especially
15488 when responding to error messages concerning unopenable files; therefore
15489 we want to let them use the syntax that appears in their favorite
15490 operating system.
15491
15492 @ \MP\ uses the same conventions that have proved to be satisfactory for
15493 \TeX\ and \MF. In order to isolate the system-dependent aspects of file names,
15494 @^system dependencies@>
15495 the system-independent parts of \MP\ are expressed in terms
15496 of three system-dependent
15497 procedures called |begin_name|, |more_name|, and |end_name|. In
15498 essence, if the user-specified characters of the file name are $c_1\ldots c_n$,
15499 the system-independent driver program does the operations
15500 $$|begin_name|;\,|more_name|(c_1);\,\ldots\,;|more_name|(c_n);
15501 \,|end_name|.$$
15502 These three procedures communicate with each other via global variables.
15503 Afterwards the file name will appear in the string pool as three strings
15504 called |cur_name|\penalty10000\hskip-.05em,
15505 |cur_area|, and |cur_ext|; the latter two are null (i.e.,
15506 |""|), unless they were explicitly specified by the user.
15507
15508 Actually the situation is slightly more complicated, because \MP\ needs
15509 to know when the file name ends. The |more_name| routine is a function
15510 (with side effects) that returns |true| on the calls |more_name|$(c_1)$,
15511 \dots, |more_name|$(c_{n-1})$. The final call |more_name|$(c_n)$
15512 returns |false|; or, it returns |true| and $c_n$ is the last character
15513 on the current input line. In other words,
15514 |more_name| is supposed to return |true| unless it is sure that the
15515 file name has been completely scanned; and |end_name| is supposed to be able
15516 to finish the assembly of |cur_name|, |cur_area|, and |cur_ext| regardless of
15517 whether $|more_name|(c_n)$ returned |true| or |false|.
15518
15519 @<Glob...@>=
15520 char * cur_name; /* name of file just scanned */
15521 char * cur_area; /* file area just scanned, or \.{""} */
15522 char * cur_ext; /* file extension just scanned, or \.{""} */
15523
15524 @ It is easier to maintain reference counts if we assign initial values.
15525
15526 @<Set init...@>=
15527 mp->cur_name=xstrdup(""); 
15528 mp->cur_area=xstrdup(""); 
15529 mp->cur_ext=xstrdup("");
15530
15531 @ @<Dealloc variables@>=
15532 xfree(mp->cur_area);
15533 xfree(mp->cur_name);
15534 xfree(mp->cur_ext);
15535
15536 @ The file names we shall deal with for illustrative purposes have the
15537 following structure:  If the name contains `\.>' or `\.:', the file area
15538 consists of all characters up to and including the final such character;
15539 otherwise the file area is null.  If the remaining file name contains
15540 `\..', the file extension consists of all such characters from the first
15541 remaining `\..' to the end, otherwise the file extension is null.
15542 @^system dependencies@>
15543
15544 We can scan such file names easily by using two global variables that keep track
15545 of the occurrences of area and extension delimiters.  Note that these variables
15546 cannot be of type |pool_pointer| because a string pool compaction could occur
15547 while scanning a file name.
15548
15549 @<Glob...@>=
15550 integer area_delimiter;
15551   /* most recent `\.>' or `\.:' relative to |str_start[str_ptr]| */
15552 integer ext_delimiter; /* the relevant `\..', if any */
15553
15554 @ Input files that can't be found in the user's area may appear in standard
15555 system areas called |MP_area| and |MF_area|.  (The latter is used when the file
15556 extension is |".mf"|.)  The standard system area for font metric files
15557 to be read is |MP_font_area|.
15558 This system area name will, of course, vary from place to place.
15559 @^system dependencies@>
15560
15561 @d MP_area "MPinputs:"
15562 @.MPinputs@>
15563 @d MF_area "MFinputs:"
15564 @.MFinputs@>
15565 @d MP_font_area ""
15566 @.TeXfonts@>
15567
15568 @ Here now is the first of the system-dependent routines for file name scanning.
15569 @^system dependencies@>
15570
15571 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15572 void mp_begin_name (MP mp) { 
15573   xfree(mp->cur_name); 
15574   xfree(mp->cur_area); 
15575   xfree(mp->cur_ext);
15576   mp->area_delimiter=-1; 
15577   mp->ext_delimiter=-1;
15578 }
15579
15580 @ And here's the second.
15581 @^system dependencies@>
15582
15583 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15584 boolean mp_more_name (MP mp, ASCII_code c) { 
15585   if (c==' ') {
15586     return false;
15587   } else { 
15588     if ( (c=='>')||(c==':') ) { 
15589       mp->area_delimiter=mp->pool_ptr; 
15590       mp->ext_delimiter=-1;
15591     } else if ( (c=='.')&&(mp->ext_delimiter<0) ) {
15592       mp->ext_delimiter=mp->pool_ptr;
15593     }
15594     str_room(1); append_char(c); /* contribute |c| to the current string */
15595     return true;
15596   }
15597 }
15598
15599 @ The third.
15600 @^system dependencies@>
15601
15602 @d copy_pool_segment(A,B,C) { 
15603       A = xmalloc(C+1,sizeof(char)); 
15604       strncpy(A,(char *)(mp->str_pool+B),C);  
15605       A[C] = 0;}
15606
15607 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15608 void mp_end_name (MP mp) {
15609   pool_pointer s; /* length of area, name, and extension */
15610   unsigned int len;
15611   /* "my/w.mp" */
15612   s = mp->str_start[mp->str_ptr];
15613   if ( mp->area_delimiter<0 ) {
15614     mp->cur_area=xstrdup("");
15615   } else {
15616     len = mp->area_delimiter-s; 
15617     copy_pool_segment(mp->cur_area,s,len);
15618     s += len+1;
15619   }
15620   if ( mp->ext_delimiter<0 ) {
15621     mp->cur_ext=xstrdup("");
15622     len = mp->pool_ptr-s; 
15623   } else {
15624     copy_pool_segment(mp->cur_ext,mp->ext_delimiter,(mp->pool_ptr-mp->ext_delimiter));
15625     len = mp->ext_delimiter-s;
15626   }
15627   copy_pool_segment(mp->cur_name,s,len);
15628   mp->pool_ptr=s; /* don't need this partial string */
15629 }
15630
15631 @ Conversely, here is a routine that takes three strings and prints a file
15632 name that might have produced them. (The routine is system dependent, because
15633 some operating systems put the file area last instead of first.)
15634 @^system dependencies@>
15635
15636 @<Basic printing...@>=
15637 void mp_print_file_name (MP mp, char * n, char * a, char * e) { 
15638   mp_print(mp, a); mp_print(mp, n); mp_print(mp, e);
15639 };
15640
15641 @ Another system-dependent routine is needed to convert three internal
15642 \MP\ strings
15643 to the |name_of_file| value that is used to open files. The present code
15644 allows both lowercase and uppercase letters in the file name.
15645 @^system dependencies@>
15646
15647 @d append_to_name(A) { c=(A); 
15648   if ( k<file_name_size ) {
15649     mp->name_of_file[k]=mp->xchr[c];
15650     incr(k);
15651   }
15652 }
15653
15654 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15655 void mp_pack_file_name (MP mp, char *n, char *a, char *e) {
15656   integer k; /* number of positions filled in |name_of_file| */
15657   ASCII_code c; /* character being packed */
15658   char *j; /* a character  index */
15659   k=0;
15660   assert(n);
15661   if (a!=NULL) {
15662     for (j=a;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15663   }
15664   for (j=n;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15665   if (e!=NULL) {
15666     for (j=e;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15667   }
15668   mp->name_of_file[k]=0;
15669   mp->name_length=k; 
15670 }
15671
15672 @ @<Exported...@>=
15673 void mp_pack_file_name (MP mp, char *n, char *a, char *e) ;
15674
15675 @ A messier routine is also needed, since mem file names must be scanned
15676 before \MP's string mechanism has been initialized. We shall use the
15677 global variable |MP_mem_default| to supply the text for default system areas
15678 and extensions related to mem files.
15679 @^system dependencies@>
15680
15681 @d mem_default_length 9 /* length of the |MP_mem_default| string */
15682 @d mem_ext_length 4 /* length of its `\.{.mem}' part */
15683 @d mem_extension ".mem" /* the extension, as a \.{WEB} constant */
15684
15685 @<Glob...@>=
15686 char *MP_mem_default;
15687 char *mem_name; /* for commandline */
15688
15689 @ @<Option variables@>=
15690 char *mem_name; /* for commandline */
15691
15692 @ @<Allocate or initialize ...@>=
15693 mp->MP_mem_default = xstrdup("plain.mem");
15694 mp->mem_name = mp_xstrdup(opt.mem_name);
15695 @.plain@>
15696 @^system dependencies@>
15697
15698 @ @<Dealloc variables@>=
15699 xfree(mp->MP_mem_default);
15700 xfree(mp->mem_name);
15701
15702 @ @<Check the ``constant'' values for consistency@>=
15703 if ( mem_default_length>file_name_size ) mp->bad=20;
15704
15705 @ Here is the messy routine that was just mentioned. It sets |name_of_file|
15706 from the first |n| characters of |MP_mem_default|, followed by
15707 |buffer[a..b]|, followed by the last |mem_ext_length| characters of
15708 |MP_mem_default|.
15709
15710 We dare not give error messages here, since \MP\ calls this routine before
15711 the |error| routine is ready to roll. Instead, we simply drop excess characters,
15712 since the error will be detected in another way when a strange file name
15713 isn't found.
15714 @^system dependencies@>
15715
15716 @c void mp_pack_buffered_name (MP mp,small_number n, integer a,
15717                                integer b) {
15718   integer k; /* number of positions filled in |name_of_file| */
15719   ASCII_code c; /* character being packed */
15720   integer j; /* index into |buffer| or |MP_mem_default| */
15721   if ( n+b-a+1+mem_ext_length>file_name_size )
15722     b=a+file_name_size-n-1-mem_ext_length;
15723   k=0;
15724   for (j=0;j<n;j++) {
15725     append_to_name(mp->xord[(int)mp->MP_mem_default[j]]);
15726   }
15727   for (j=a;j<=b;j++) {
15728     append_to_name(mp->buffer[j]);
15729   }
15730   for (j=mem_default_length-mem_ext_length;
15731       j<mem_default_length;j++) {
15732     append_to_name(mp->xord[(int)mp->MP_mem_default[j]]);
15733   } 
15734   mp->name_of_file[k]=0;
15735   mp->name_length=k; 
15736 }
15737
15738 @ Here is the only place we use |pack_buffered_name|. This part of the program
15739 becomes active when a ``virgin'' \MP\ is trying to get going, just after
15740 the preliminary initialization, or when the user is substituting another
15741 mem file by typing `\.\&' after the initial `\.{**}' prompt.  The buffer
15742 contains the first line of input in |buffer[loc..(last-1)]|, where
15743 |loc<last| and |buffer[loc]<>" "|.
15744
15745 @<Declarations@>=
15746 boolean mp_open_mem_file (MP mp) ;
15747
15748 @ @c
15749 boolean mp_open_mem_file (MP mp) {
15750   int j; /* the first space after the file name */
15751   if (mp->mem_name!=NULL) {
15752     mp->mem_file = mp_open_file(mp, mp->mem_name, "rb", mp_filetype_memfile);
15753     if ( mp->mem_file ) return true;
15754   }
15755   j=loc;
15756   if ( mp->buffer[loc]=='&' ) {
15757     incr(loc); j=loc; mp->buffer[mp->last]=' ';
15758     while ( mp->buffer[j]!=' ' ) incr(j);
15759     mp_pack_buffered_name(mp, 0,loc,j-1); /* try first without the system file area */
15760     if ( mp_w_open_in(mp, &mp->mem_file) ) goto FOUND;
15761     wake_up_terminal;
15762     wterm_ln("Sorry, I can\'t find that mem file; will try PLAIN.");
15763 @.Sorry, I can't find...@>
15764     update_terminal;
15765   }
15766   /* now pull out all the stops: try for the system \.{plain} file */
15767   mp_pack_buffered_name(mp, mem_default_length-mem_ext_length,0,0);
15768   if ( ! mp_w_open_in(mp, &mp->mem_file) ) {
15769     wake_up_terminal;
15770     wterm_ln("I can\'t find the PLAIN mem file!\n");
15771 @.I can't find PLAIN...@>
15772 @.plain@>
15773     return false;
15774   }
15775 FOUND:
15776   loc=j; return true;
15777 }
15778
15779 @ Operating systems often make it possible to determine the exact name (and
15780 possible version number) of a file that has been opened. The following routine,
15781 which simply makes a \MP\ string from the value of |name_of_file|, should
15782 ideally be changed to deduce the full name of file~|f|, which is the file
15783 most recently opened, if it is possible to do this in a \PASCAL\ program.
15784 @^system dependencies@>
15785
15786 @<Declarations@>=
15787 #define mp_a_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
15788 #define mp_b_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
15789 #define mp_w_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
15790
15791 @ @c 
15792 str_number mp_make_name_string (MP mp) {
15793   int k; /* index into |name_of_file| */
15794   str_room(mp->name_length);
15795   for (k=0;k<mp->name_length;k++) {
15796     append_char(mp->xord[(int)mp->name_of_file[k]]);
15797   }
15798   return mp_make_string(mp);
15799 }
15800
15801 @ Now let's consider the ``driver''
15802 routines by which \MP\ deals with file names
15803 in a system-independent manner.  First comes a procedure that looks for a
15804 file name in the input by taking the information from the input buffer.
15805 (We can't use |get_next|, because the conversion to tokens would
15806 destroy necessary information.)
15807
15808 This procedure doesn't allow semicolons or percent signs to be part of
15809 file names, because of other conventions of \MP.
15810 {\sl The {\logos METAFONT\/}book} doesn't
15811 use semicolons or percents immediately after file names, but some users
15812 no doubt will find it natural to do so; therefore system-dependent
15813 changes to allow such characters in file names should probably
15814 be made with reluctance, and only when an entire file name that
15815 includes special characters is ``quoted'' somehow.
15816 @^system dependencies@>
15817
15818 @c void mp_scan_file_name (MP mp) { 
15819   mp_begin_name(mp);
15820   while ( mp->buffer[loc]==' ' ) incr(loc);
15821   while (1) { 
15822     if ( (mp->buffer[loc]==';')||(mp->buffer[loc]=='%') ) break;
15823     if ( ! mp_more_name(mp, mp->buffer[loc]) ) break;
15824     incr(loc);
15825   }
15826   mp_end_name(mp);
15827 }
15828
15829 @ Here is another version that takes its input from a string.
15830
15831 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15832 void mp_str_scan_file (MP mp,  str_number s) {
15833   pool_pointer p,q; /* current position and stopping point */
15834   mp_begin_name(mp);
15835   p=mp->str_start[s]; q=str_stop(s);
15836   while ( p<q ){ 
15837     if ( ! mp_more_name(mp, mp->str_pool[p]) ) break;
15838     incr(p);
15839   }
15840   mp_end_name(mp);
15841 }
15842
15843 @ And one that reads from a |char*|.
15844
15845 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15846 void mp_ptr_scan_file (MP mp,  char *s) {
15847   char *p, *q; /* current position and stopping point */
15848   mp_begin_name(mp);
15849   p=s; q=p+strlen(s);
15850   while ( p<q ){ 
15851     if ( ! mp_more_name(mp, *p)) break;
15852     p++;
15853   }
15854   mp_end_name(mp);
15855 }
15856
15857
15858 @ The global variable |job_name| contains the file name that was first
15859 \&{input} by the user. This name is extended by `\.{.log}' and `\.{ps}' and
15860 `\.{.mem}' and `\.{.tfm}' in order to make the names of \MP's output files.
15861
15862 @<Glob...@>=
15863 char *job_name; /* principal file name */
15864 boolean log_opened; /* has the transcript file been opened? */
15865 char *log_name; /* full name of the log file */
15866
15867 @ @<Option variables@>=
15868 char *job_name; /* principal file name */
15869
15870 @ Initially |job_name=NULL|; it becomes nonzero as soon as the true name is known.
15871 We have |job_name=NULL| if and only if the `\.{log}' file has not been opened,
15872 except of course for a short time just after |job_name| has become nonzero.
15873
15874 @<Allocate or ...@>=
15875 mp->job_name=mp_xstrdup(opt.job_name); 
15876 mp->log_opened=false;
15877
15878 @ @<Dealloc variables@>=
15879 xfree(mp->job_name);
15880
15881 @ Here is a routine that manufactures the output file names, assuming that
15882 |job_name<>0|. It ignores and changes the current settings of |cur_area|
15883 and |cur_ext|.
15884
15885 @d pack_cur_name mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area,mp->cur_ext)
15886
15887 @<Declarations@>=
15888 void mp_pack_job_name (MP mp, char *s) ;
15889
15890 @ @c void mp_pack_job_name (MP mp, char  *s) { /* |s = ".log"|, |".mem"|, |".ps"|, or .\\{nnn} */
15891   xfree(mp->cur_name); mp->cur_name=xstrdup(mp->job_name);
15892   xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(""); 
15893   xfree(mp->cur_ext);  mp->cur_ext=xstrdup(s);
15894   pack_cur_name;
15895 }
15896
15897 @ If some trouble arises when \MP\ tries to open a file, the following
15898 routine calls upon the user to supply another file name. Parameter~|s|
15899 is used in the error message to identify the type of file; parameter~|e|
15900 is the default extension if none is given. Upon exit from the routine,
15901 variables |cur_name|, |cur_area|, |cur_ext|, and |name_of_file| are
15902 ready for another attempt at file opening.
15903
15904 @<Declarations@>=
15905 void mp_prompt_file_name (MP mp,char * s, char * e) ;
15906
15907 @ @c void mp_prompt_file_name (MP mp,char * s, char * e) {
15908   size_t k; /* index into |buffer| */
15909   char * saved_cur_name;
15910   if ( mp->interaction==mp_scroll_mode ) 
15911         wake_up_terminal;
15912   if (strcmp(s,"input file name")==0) {
15913         print_err("I can\'t find file `");
15914 @.I can't find file x@>
15915   } else {
15916         print_err("I can\'t write on file `");
15917   }
15918 @.I can't write on file x@>
15919   mp_print_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area,mp->cur_ext); 
15920   mp_print(mp, "'.");
15921   if (strcmp(e,"")==0) 
15922         mp_show_context(mp);
15923   mp_print_nl(mp, "Please type another "); mp_print(mp, s);
15924 @.Please type...@>
15925   if ( mp->interaction<mp_scroll_mode )
15926     mp_fatal_error(mp, "*** (job aborted, file error in nonstop mode)");
15927 @.job aborted, file error...@>
15928   saved_cur_name = xstrdup(mp->cur_name);
15929   clear_terminal; prompt_input(": "); @<Scan file name in the buffer@>;
15930   if (strcmp(mp->cur_ext,"")==0) 
15931         mp->cur_ext=e;
15932   if (strlen(mp->cur_name)==0) {
15933     mp->cur_name=saved_cur_name;
15934   } else {
15935     xfree(saved_cur_name);
15936   }
15937   pack_cur_name;
15938 }
15939
15940 @ @<Scan file name in the buffer@>=
15941
15942   mp_begin_name(mp); k=mp->first;
15943   while ( (mp->buffer[k]==' ')&&(k<mp->last) ) incr(k);
15944   while (1) { 
15945     if ( k==mp->last ) break;
15946     if ( ! mp_more_name(mp, mp->buffer[k]) ) break;
15947     incr(k);
15948   }
15949   mp_end_name(mp);
15950 }
15951
15952 @ The |open_log_file| routine is used to open the transcript file and to help
15953 it catch up to what has previously been printed on the terminal.
15954
15955 @c void mp_open_log_file (MP mp) {
15956   int old_setting; /* previous |selector| setting */
15957   int k; /* index into |months| and |buffer| */
15958   int l; /* end of first input line */
15959   integer m; /* the current month */
15960   char *months="JANFEBMARAPRMAYJUNJULAUGSEPOCTNOVDEC"; 
15961     /* abbreviations of month names */
15962   old_setting=mp->selector;
15963   if ( mp->job_name==NULL ) {
15964      mp->job_name=xstrdup("mpout");
15965   }
15966   mp_pack_job_name(mp,".log");
15967   while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->log_file, mp_filetype_log) ) {
15968     @<Try to get a different log file name@>;
15969   }
15970   mp->log_name=xstrdup(mp->name_of_file);
15971   mp->selector=log_only; mp->log_opened=true;
15972   @<Print the banner line, including the date and time@>;
15973   mp->input_stack[mp->input_ptr]=mp->cur_input; 
15974     /* make sure bottom level is in memory */
15975   mp_print_nl(mp, "**");
15976 @.**@>
15977   l=mp->input_stack[0].limit_field-1; /* last position of first line */
15978   for (k=0;k<=l;k++) mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
15979   mp_print_ln(mp); /* now the transcript file contains the first line of input */
15980   mp->selector=old_setting+2; /* |log_only| or |term_and_log| */
15981 }
15982
15983 @ @<Dealloc variables@>=
15984 xfree(mp->log_name);
15985
15986 @ Sometimes |open_log_file| is called at awkward moments when \MP\ is
15987 unable to print error messages or even to |show_context|.
15988 The |prompt_file_name| routine can result in a |fatal_error|, but the |error|
15989 routine will not be invoked because |log_opened| will be false.
15990
15991 The normal idea of |mp_batch_mode| is that nothing at all should be written
15992 on the terminal. However, in the unusual case that
15993 no log file could be opened, we make an exception and allow
15994 an explanatory message to be seen.
15995
15996 Incidentally, the program always refers to the log file as a `\.{transcript
15997 file}', because some systems cannot use the extension `\.{.log}' for
15998 this file.
15999
16000 @<Try to get a different log file name@>=
16001 {  
16002   mp->selector=term_only;
16003   mp_prompt_file_name(mp, "transcript file name",".log");
16004 }
16005
16006 @ @<Print the banner...@>=
16007
16008   wlog(banner);
16009   mp_print(mp, mp->mem_ident); mp_print(mp, "  ");
16010   mp_print_int(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[day])); 
16011   mp_print_char(mp, ' ');
16012   m=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[month]);
16013   for (k=3*m-3;k<3*m;k++) { wlog_chr(months[k]); }
16014   mp_print_char(mp, ' '); 
16015   mp_print_int(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[year])); 
16016   mp_print_char(mp, ' ');
16017   m=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]);
16018   mp_print_dd(mp, m / 60); mp_print_char(mp, ':'); mp_print_dd(mp, m % 60);
16019 }
16020
16021 @ The |try_extension| function tries to open an input file determined by
16022 |cur_name|, |cur_area|, and the argument |ext|.  It returns |false| if it
16023 can't find the file in |cur_area| or the appropriate system area.
16024
16025 @c boolean mp_try_extension (MP mp,char *ext) { 
16026   mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area, ext);
16027   in_name=xstrdup(mp->cur_name); 
16028   in_area=xstrdup(mp->cur_area);
16029   if ( mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program) ) {
16030     return true;
16031   } else { 
16032     if (strcmp(ext,".mf")==0 ) in_area=xstrdup(MF_area);
16033     else in_area=xstrdup(MP_area);
16034     mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,in_area,ext);
16035     return mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program);
16036   }
16037   return false;
16038 }
16039
16040 @ Let's turn now to the procedure that is used to initiate file reading
16041 when an `\.{input}' command is being processed.
16042
16043 @c void mp_start_input (MP mp) { /* \MP\ will \.{input} something */
16044   char *fname = NULL;
16045   @<Put the desired file name in |(cur_name,cur_ext,cur_area)|@>;
16046   while (1) { 
16047     mp_begin_file_reading(mp); /* set up |cur_file| and new level of input */
16048     if ( strlen(mp->cur_ext)==0 ) {
16049       if ( mp_try_extension(mp, ".mp") ) break;
16050       else if ( mp_try_extension(mp, "") ) break;
16051       else if ( mp_try_extension(mp, ".mf") ) break;
16052       /* |else do_nothing; | */
16053     } else if ( mp_try_extension(mp, mp->cur_ext) ) {
16054       break;
16055     }
16056     mp_end_file_reading(mp); /* remove the level that didn't work */
16057     mp_prompt_file_name(mp, "input file name","");
16058   }
16059   name=mp_a_make_name_string(mp, cur_file);
16060   fname = xstrdup(mp->name_of_file);
16061   if ( mp->job_name==NULL ) {
16062     mp->job_name=xstrdup(mp->cur_name); 
16063     mp_open_log_file(mp);
16064   } /* |open_log_file| doesn't |show_context|, so |limit|
16065         and |loc| needn't be set to meaningful values yet */
16066   if ( ((int)mp->term_offset+(int)strlen(fname)) > (mp->max_print_line-2)) mp_print_ln(mp);
16067   else if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_char(mp, ' ');
16068   mp_print_char(mp, '('); incr(mp->open_parens); mp_print(mp, fname); 
16069   xfree(fname);
16070   update_terminal;
16071   @<Flush |name| and replace it with |cur_name| if it won't be needed@>;
16072   @<Read the first line of the new file@>;
16073 }
16074
16075 @ This code should be omitted if |a_make_name_string| returns something other
16076 than just a copy of its argument and the full file name is needed for opening
16077 \.{MPX} files or implementing the switch-to-editor option.
16078 @^system dependencies@>
16079
16080 @<Flush |name| and replace it with |cur_name| if it won't be needed@>=
16081 mp_flush_string(mp, name); name=rts(mp->cur_name); mp->cur_name=NULL
16082
16083 @ Here we have to remember to tell the |input_ln| routine not to
16084 start with a |get|. If the file is empty, it is considered to
16085 contain a single blank line.
16086 @^system dependencies@>
16087
16088 @<Read the first line...@>=
16089
16090   line=1;
16091   (void)mp_input_ln(mp, cur_file,false); 
16092   mp_firm_up_the_line(mp);
16093   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start;
16094 }
16095
16096 @ @<Put the desired file name in |(cur_name,cur_ext,cur_area)|@>=
16097 while ( token_state &&(loc==null) ) mp_end_token_list(mp);
16098 if ( token_state ) { 
16099   print_err("File names can't appear within macros");
16100 @.File names can't...@>
16101   help3("Sorry...I've converted what follows to tokens,")
16102     ("possibly garbaging the name you gave.")
16103     ("Please delete the tokens and insert the name again.");
16104   mp_error(mp);
16105 }
16106 if ( file_state ) {
16107   mp_scan_file_name(mp);
16108 } else { 
16109    xfree(mp->cur_name); mp->cur_name=xstrdup(""); 
16110    xfree(mp->cur_ext);  mp->cur_ext =xstrdup(""); 
16111    xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(""); 
16112 }
16113
16114 @ Sometimes we need to deal with two file names at once.  This procedure
16115 copies the given string into a special array for an old file name.
16116
16117 @c void mp_copy_old_name (MP mp,str_number s) {
16118   integer k; /* number of positions filled in |old_file_name| */
16119   pool_pointer j; /* index into |str_pool| */
16120   k=0;
16121   for (j=mp->str_start[s];j<=str_stop(s)-1;j++) { 
16122     incr(k);
16123     if ( k<=file_name_size ) 
16124       mp->old_file_name[k]=mp->xchr[mp->str_pool[j]];
16125   }
16126   mp->old_file_name[++k] = 0;
16127 }
16128
16129 @ @<Glob...@>=
16130 char old_file_name[file_name_size+1];  /* analogous to |name_of_file| */
16131
16132 @ The following simple routine starts reading the \.{MPX} file associated
16133 with the current input file.
16134
16135 @c void mp_start_mpx_input (MP mp) {
16136   mp_pack_file_name(mp, in_name, in_area, ".mpx");
16137   @<Try to make sure |name_of_file| refers to a valid \.{MPX} file and
16138     |goto not_found| if there is a problem@>;
16139   mp_begin_file_reading(mp);
16140   if ( ! mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program) ) {
16141     mp_end_file_reading(mp);
16142     goto NOT_FOUND;
16143   }
16144   name=mp_a_make_name_string(mp, cur_file);
16145   mp->mpx_name[index]=name; add_str_ref(name);
16146   @<Read the first line of the new file@>;
16147   return;
16148 NOT_FOUND: 
16149     @<Explain that the \.{MPX} file can't be read and |succumb|@>;
16150 }
16151
16152 @ This should ideally be changed to do whatever is necessary to create the
16153 \.{MPX} file given by |name_of_file| if it does not exist or if it is out
16154 of date.  This requires invoking \.{MPtoTeX} on the |old_file_name| and passing
16155 the results through \TeX\ and \.{DVItoMP}.  (It is possible to use a
16156 completely different typesetting program if suitable postprocessor is
16157 available to perform the function of \.{DVItoMP}.)
16158 @^system dependencies@>
16159
16160 @ @<Types...@>=
16161 typedef boolean (*run_make_mpx_command)(MP mp, char *origname, char *mtxname);
16162
16163 @ @<Glob...@>=
16164 run_make_mpx_command run_make_mpx;
16165
16166 @ @<Option variables@>=
16167 run_make_mpx_command run_make_mpx;
16168
16169 @ @<Allocate or initialize ...@>=
16170 set_callback_option(run_make_mpx);
16171
16172 @ @<Exported function headers@>=
16173 boolean mp_run_make_mpx (MP mp, char *origname, char *mtxname);
16174
16175 @ The default does nothing.
16176 @c 
16177 boolean mp_run_make_mpx (MP mp, char *origname, char *mtxname) {
16178   if (mp && origname && mtxname) /* for -W */
16179     return false;
16180   return false;
16181 }
16182
16183
16184
16185 @ @<Try to make sure |name_of_file| refers to a valid \.{MPX} file and
16186   |goto not_found| if there is a problem@>=
16187 mp_copy_old_name(mp, name);
16188 if (!(mp->run_make_mpx)(mp, mp->old_file_name, mp->name_of_file))
16189    goto NOT_FOUND
16190
16191 @ @<Explain that the \.{MPX} file can't be read and |succumb|@>=
16192 if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
16193 mp_print_nl(mp, ">> ");
16194 mp_print(mp, mp->old_file_name);
16195 mp_print_nl(mp, ">> ");
16196 mp_print(mp, mp->name_of_file);
16197 mp_print_nl(mp, "! Unable to make mpx file");
16198 help4("The two files given above are one of your source files")
16199   ("and an auxiliary file I need to read to find out what your")
16200   ("btex..etex blocks mean. If you don't know why I had trouble,")
16201   ("try running it manually through MPtoTeX, TeX, and DVItoMP");
16202 succumb;
16203
16204 @ The last file-opening commands are for files accessed via the \&{readfrom}
16205 @:read_from_}{\&{readfrom} primitive@>
16206 operator and the \&{write} command.  Such files are stored in separate arrays.
16207 @:write_}{\&{write} primitive@>
16208
16209 @<Types in the outer block@>=
16210 typedef unsigned int readf_index; /* |0..max_read_files| */
16211 typedef unsigned int write_index;  /* |0..max_write_files| */
16212
16213 @ @<Glob...@>=
16214 readf_index max_read_files; /* maximum number of simultaneously open \&{readfrom} files */
16215 FILE ** rd_file; /* \&{readfrom} files */
16216 char ** rd_fname; /* corresponding file name or 0 if file not open */
16217 readf_index read_files; /* number of valid entries in the above arrays */
16218 write_index max_write_files; /* maximum number of simultaneously open \&{write} */
16219 FILE ** wr_file; /* \&{write} files */
16220 char ** wr_fname; /* corresponding file name or 0 if file not open */
16221 write_index write_files; /* number of valid entries in the above arrays */
16222
16223 @ @<Allocate or initialize ...@>=
16224 mp->max_read_files=8;
16225 mp->rd_file = xmalloc((mp->max_read_files+1),sizeof(FILE *));
16226 mp->rd_fname = xmalloc((mp->max_read_files+1),sizeof(char *));
16227 memset(mp->rd_fname, 0, sizeof(char *)*(mp->max_read_files+1));
16228 mp->read_files=0;
16229 mp->max_write_files=8;
16230 mp->wr_file = xmalloc((mp->max_write_files+1),sizeof(FILE *));
16231 mp->wr_fname = xmalloc((mp->max_write_files+1),sizeof(char *));
16232 memset(mp->wr_fname, 0, sizeof(char *)*(mp->max_write_files+1));
16233 mp->write_files=0;
16234
16235
16236 @ This routine starts reading the file named by string~|s| without setting
16237 |loc|, |limit|, or |name|.  It returns |false| if the file is empty or cannot
16238 be opened.  Otherwise it updates |rd_file[n]| and |rd_fname[n]|.
16239
16240 @c boolean mp_start_read_input (MP mp,char *s, readf_index  n) {
16241   mp_ptr_scan_file(mp, s);
16242   pack_cur_name;
16243   mp_begin_file_reading(mp);
16244   if ( ! mp_a_open_in(mp, &mp->rd_file[n], mp_filetype_text) ) 
16245         goto NOT_FOUND;
16246   if ( ! mp_input_ln(mp, mp->rd_file[n], false) ) {
16247     fclose(mp->rd_file[n]); 
16248         goto NOT_FOUND; 
16249   }
16250   mp->rd_fname[n]=xstrdup(mp->name_of_file);
16251   return true;
16252 NOT_FOUND: 
16253   mp_end_file_reading(mp);
16254   return false;
16255 }
16256
16257 @ Open |wr_file[n]| using file name~|s| and update |wr_fname[n]|.
16258
16259 @<Declarations@>=
16260 void mp_open_write_file (MP mp, char *s, readf_index  n) ;
16261
16262 @ @c void mp_open_write_file (MP mp,char *s, readf_index  n) {
16263   mp_ptr_scan_file(mp, s);
16264   pack_cur_name;
16265   while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->wr_file[n], mp_filetype_text) )
16266     mp_prompt_file_name(mp, "file name for write output","");
16267   mp->wr_fname[n]=xstrdup(mp->name_of_file);
16268 }
16269
16270
16271 @* \[36] Introduction to the parsing routines.
16272 We come now to the central nervous system that sparks many of \MP's activities.
16273 By evaluating expressions, from their primary constituents to ever larger
16274 subexpressions, \MP\ builds the structures that ultimately define complete
16275 pictures or fonts of type.
16276
16277 Four mutually recursive subroutines are involved in this process: We call them
16278 $$\hbox{|scan_primary|, |scan_secondary|, |scan_tertiary|,
16279 and |scan_expression|.}$$
16280 @^recursion@>
16281 Each of them is parameterless and begins with the first token to be scanned
16282 already represented in |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|. After execution,
16283 the value of the primary or secondary or tertiary or expression that was
16284 found will appear in the global variables |cur_type| and |cur_exp|. The
16285 token following the expression will be represented in |cur_cmd|, |cur_mod|,
16286 and |cur_sym|.
16287
16288 Technically speaking, the parsing algorithms are ``LL(1),'' more or less;
16289 backup mechanisms have been added in order to provide reasonable error
16290 recovery.
16291
16292 @<Glob...@>=
16293 small_number cur_type; /* the type of the expression just found */
16294 integer cur_exp; /* the value of the expression just found */
16295
16296 @ @<Set init...@>=
16297 mp->cur_exp=0;
16298
16299 @ Many different kinds of expressions are possible, so it is wise to have
16300 precise descriptions of what |cur_type| and |cur_exp| mean in all cases:
16301
16302 \smallskip\hang
16303 |cur_type=mp_vacuous| means that this expression didn't turn out to have a
16304 value at all, because it arose from a \&{begingroup}$\,\ldots\,$\&{endgroup}
16305 construction in which there was no expression before the \&{endgroup}.
16306 In this case |cur_exp| has some irrelevant value.
16307
16308 \smallskip\hang
16309 |cur_type=mp_boolean_type| means that |cur_exp| is either |true_code|
16310 or |false_code|.
16311
16312 \smallskip\hang
16313 |cur_type=mp_unknown_boolean| means that |cur_exp| points to a capsule
16314 node that is in the ring of variables equivalent
16315 to at least one undefined boolean variable.
16316
16317 \smallskip\hang
16318 |cur_type=mp_string_type| means that |cur_exp| is a string number (i.e., an
16319 integer in the range |0<=cur_exp<str_ptr|). That string's reference count
16320 includes this particular reference.
16321
16322 \smallskip\hang
16323 |cur_type=mp_unknown_string| means that |cur_exp| points to a capsule
16324 node that is in the ring of variables equivalent
16325 to at least one undefined string variable.
16326
16327 \smallskip\hang
16328 |cur_type=mp_pen_type| means that |cur_exp| points to a node in a pen.  Nobody
16329 else points to any of the nodes in this pen.  The pen may be polygonal or
16330 elliptical.
16331
16332 \smallskip\hang
16333 |cur_type=mp_unknown_pen| means that |cur_exp| points to a capsule
16334 node that is in the ring of variables equivalent
16335 to at least one undefined pen variable.
16336
16337 \smallskip\hang
16338 |cur_type=mp_path_type| means that |cur_exp| points to a the first node of
16339 a path; nobody else points to this particular path. The control points of
16340 the path will have been chosen.
16341
16342 \smallskip\hang
16343 |cur_type=mp_unknown_path| means that |cur_exp| points to a capsule
16344 node that is in the ring of variables equivalent
16345 to at least one undefined path variable.
16346
16347 \smallskip\hang
16348 |cur_type=mp_picture_type| means that |cur_exp| points to an edge header node.
16349 There may be other pointers to this particular set of edges.  The header node
16350 contains a reference count that includes this particular reference.
16351
16352 \smallskip\hang
16353 |cur_type=mp_unknown_picture| means that |cur_exp| points to a capsule
16354 node that is in the ring of variables equivalent
16355 to at least one undefined picture variable.
16356
16357 \smallskip\hang
16358 |cur_type=mp_transform_type| means that |cur_exp| points to a |mp_transform_type|
16359 capsule node. The |value| part of this capsule
16360 points to a transform node that contains six numeric values,
16361 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16362
16363 \smallskip\hang
16364 |cur_type=mp_color_type| means that |cur_exp| points to a |color_type|
16365 capsule node. The |value| part of this capsule
16366 points to a color node that contains three numeric values,
16367 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16368
16369 \smallskip\hang
16370 |cur_type=mp_cmykcolor_type| means that |cur_exp| points to a |mp_cmykcolor_type|
16371 capsule node. The |value| part of this capsule
16372 points to a color node that contains four numeric values,
16373 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16374
16375 \smallskip\hang
16376 |cur_type=mp_pair_type| means that |cur_exp| points to a capsule
16377 node whose type is |mp_pair_type|. The |value| part of this capsule
16378 points to a pair node that contains two numeric values,
16379 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16380
16381 \smallskip\hang
16382 |cur_type=mp_known| means that |cur_exp| is a |scaled| value.
16383
16384 \smallskip\hang
16385 |cur_type=mp_dependent| means that |cur_exp| points to a capsule node whose type
16386 is |dependent|. The |dep_list| field in this capsule points to the associated
16387 dependency list.
16388
16389 \smallskip\hang
16390 |cur_type=mp_proto_dependent| means that |cur_exp| points to a |mp_proto_dependent|
16391 capsule node. The |dep_list| field in this capsule
16392 points to the associated dependency list.
16393
16394 \smallskip\hang
16395 |cur_type=independent| means that |cur_exp| points to a capsule node
16396 whose type is |independent|. This somewhat unusual case can arise, for
16397 example, in the expression
16398 `$x+\&{begingroup}\penalty0\,\&{string}\,x; 0\,\&{endgroup}$'.
16399
16400 \smallskip\hang
16401 |cur_type=mp_token_list| means that |cur_exp| points to a linked list of
16402 tokens. This case arises only on the left-hand side of an assignment
16403 (`\.{:=}') operation, under very special circumstances.
16404
16405 \smallskip\noindent
16406 The possible settings of |cur_type| have been listed here in increasing
16407 numerical order. Notice that |cur_type| will never be |mp_numeric_type| or
16408 |suffixed_macro| or |mp_unsuffixed_macro|, although variables of those types
16409 are allowed.  Conversely, \MP\ has no variables of type |mp_vacuous| or
16410 |token_list|.
16411
16412 @ Capsules are two-word nodes that have a similar meaning
16413 to |cur_type| and |cur_exp|. Such nodes have |name_type=capsule|
16414 and |link<=diov|; and their |type| field is one of the possibilities for
16415 |cur_type| listed above.
16416
16417 The |value| field of a capsule is, in most cases, the value that
16418 corresponds to its |type|, as |cur_exp| corresponds to |cur_type|.
16419 However, when |cur_exp| would point to a capsule,
16420 no extra layer of indirection is present; the |value|
16421 field is what would have been called |value(cur_exp)| if it had not been
16422 encapsulated.  Furthermore, if the type is |dependent| or
16423 |mp_proto_dependent|, the |value| field of a capsule is replaced by
16424 |dep_list| and |prev_dep| fields, since dependency lists in capsules are
16425 always part of the general |dep_list| structure.
16426
16427 The |get_x_next| routine is careful not to change the values of |cur_type|
16428 and |cur_exp| when it gets an expanded token. However, |get_x_next| might
16429 call a macro, which might parse an expression, which might execute lots of
16430 commands in a group; hence it's possible that |cur_type| might change
16431 from, say, |mp_unknown_boolean| to |mp_boolean_type|, or from |dependent| to
16432 |known| or |independent|, during the time |get_x_next| is called. The
16433 programs below are careful to stash sensitive intermediate results in
16434 capsules, so that \MP's generality doesn't cause trouble.
16435
16436 Here's a procedure that illustrates these conventions. It takes
16437 the contents of $(|cur_type|\kern-.3pt,|cur_exp|\kern-.3pt)$
16438 and stashes them away in a
16439 capsule. It is not used when |cur_type=mp_token_list|.
16440 After the operation, |cur_type=mp_vacuous|; hence there is no need to
16441 copy path lists or to update reference counts, etc.
16442
16443 The special link |diov| is put on the capsule returned by
16444 |stash_cur_exp|, because this procedure is used to store macro parameters
16445 that must be easily distinguishable from token lists.
16446
16447 @<Declare the stashing/unstashing routines@>=
16448 pointer mp_stash_cur_exp (MP mp) {
16449   pointer p; /* the capsule that will be returned */
16450   switch (mp->cur_type) {
16451   case unknown_types:
16452   case mp_transform_type:
16453   case mp_color_type:
16454   case mp_pair_type:
16455   case mp_dependent:
16456   case mp_proto_dependent:
16457   case mp_independent: 
16458   case mp_cmykcolor_type:
16459     p=mp->cur_exp;
16460     break;
16461   default: 
16462     p=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(p)=mp_capsule;
16463     type(p)=mp->cur_type; value(p)=mp->cur_exp;
16464     break;
16465   }
16466   mp->cur_type=mp_vacuous; link(p)=diov; 
16467   return p;
16468 }
16469
16470 @ The inverse of |stash_cur_exp| is the following procedure, which
16471 deletes an unnecessary capsule and puts its contents into |cur_type|
16472 and |cur_exp|.
16473
16474 The program steps of \MP\ can be divided into two categories: those in
16475 which |cur_type| and |cur_exp| are ``alive'' and those in which they are
16476 ``dead,'' in the sense that |cur_type| and |cur_exp| contain relevant
16477 information or not. It's important not to ignore them when they're alive,
16478 and it's important not to pay attention to them when they're dead.
16479
16480 There's also an intermediate category: If |cur_type=mp_vacuous|, then
16481 |cur_exp| is irrelevant, hence we can proceed without caring if |cur_type|
16482 and |cur_exp| are alive or dead. In such cases we say that |cur_type|
16483 and |cur_exp| are {\sl dormant}. It is permissible to call |get_x_next|
16484 only when they are alive or dormant.
16485
16486 The \\{stash} procedure above assumes that |cur_type| and |cur_exp|
16487 are alive or dormant. The \\{unstash} procedure assumes that they are
16488 dead or dormant; it resuscitates them.
16489
16490 @<Declare the stashing/unstashing...@>=
16491 void mp_unstash_cur_exp (MP mp,pointer p) ;
16492
16493 @ @c
16494 void mp_unstash_cur_exp (MP mp,pointer p) { 
16495   mp->cur_type=type(p);
16496   switch (mp->cur_type) {
16497   case unknown_types:
16498   case mp_transform_type:
16499   case mp_color_type:
16500   case mp_pair_type:
16501   case mp_dependent: 
16502   case mp_proto_dependent:
16503   case mp_independent:
16504   case mp_cmykcolor_type: 
16505     mp->cur_exp=p;
16506     break;
16507   default:
16508     mp->cur_exp=value(p);
16509     mp_free_node(mp, p,value_node_size);
16510     break;
16511   }
16512 }
16513
16514 @ The following procedure prints the values of expressions in an
16515 abbreviated format. If its first parameter |p| is null, the value of
16516 |(cur_type,cur_exp)| is displayed; otherwise |p| should be a capsule
16517 containing the desired value. The second parameter controls the amount of
16518 output. If it is~0, dependency lists will be abbreviated to
16519 `\.{linearform}' unless they consist of a single term.  If it is greater
16520 than~1, complicated structures (pens, pictures, and paths) will be displayed
16521 in full.
16522
16523 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
16524 @<Declare the procedure called |print_dp|@>;
16525 @<Declare the stashing/unstashing routines@>;
16526 void mp_print_exp (MP mp,pointer p, small_number verbosity) {
16527   boolean restore_cur_exp; /* should |cur_exp| be restored? */
16528   small_number t; /* the type of the expression */
16529   pointer q; /* a big node being displayed */
16530   integer v=0; /* the value of the expression */
16531   if ( p!=null ) {
16532     restore_cur_exp=false;
16533   } else { 
16534     p=mp_stash_cur_exp(mp); restore_cur_exp=true;
16535   }
16536   t=type(p);
16537   if ( t<mp_dependent ) v=value(p); else if ( t<mp_independent ) v=dep_list(p);
16538   @<Print an abbreviated value of |v| with format depending on |t|@>;
16539   if ( restore_cur_exp ) mp_unstash_cur_exp(mp, p);
16540 }
16541
16542 @ @<Print an abbreviated value of |v| with format depending on |t|@>=
16543 switch (t) {
16544 case mp_vacuous:mp_print(mp, "mp_vacuous"); break;
16545 case mp_boolean_type:
16546   if ( v==true_code ) mp_print(mp, "true"); else mp_print(mp, "false");
16547   break;
16548 case unknown_types: case mp_numeric_type:
16549   @<Display a variable that's been declared but not defined@>;
16550   break;
16551 case mp_string_type:
16552   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp, v); mp_print_char(mp, '"');
16553   break;
16554 case mp_pen_type: case mp_path_type: case mp_picture_type:
16555   @<Display a complex type@>;
16556   break;
16557 case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_pair_type: case mp_cmykcolor_type:
16558   if ( v==null ) mp_print_type(mp, t);
16559   else @<Display a big node@>;
16560   break;
16561 case mp_known:mp_print_scaled(mp, v); break;
16562 case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
16563   mp_print_dp(mp, t,v,verbosity);
16564   break;
16565 case mp_independent:mp_print_variable_name(mp, p); break;
16566 default: mp_confusion(mp, "exp"); break;
16567 @:this can't happen exp}{\quad exp@>
16568 }
16569
16570 @ @<Display a big node@>=
16571
16572   mp_print_char(mp, '('); q=v+mp->big_node_size[t];
16573   do {  
16574     if ( type(v)==mp_known ) mp_print_scaled(mp, value(v));
16575     else if ( type(v)==mp_independent ) mp_print_variable_name(mp, v);
16576     else mp_print_dp(mp, type(v),dep_list(v),verbosity);
16577     v=v+2;
16578     if ( v!=q ) mp_print_char(mp, ',');
16579   } while (v!=q);
16580   mp_print_char(mp, ')');
16581 }
16582
16583 @ Values of type \&{picture}, \&{path}, and \&{pen} are displayed verbosely
16584 in the log file only, unless the user has given a positive value to
16585 \\{tracingonline}.
16586
16587 @<Display a complex type@>=
16588 if ( verbosity<=1 ) {
16589   mp_print_type(mp, t);
16590 } else { 
16591   if ( mp->selector==term_and_log )
16592    if ( mp->internal[tracing_online]<=0 ) {
16593     mp->selector=term_only;
16594     mp_print_type(mp, t); mp_print(mp, " (see the transcript file)");
16595     mp->selector=term_and_log;
16596   };
16597   switch (t) {
16598   case mp_pen_type:mp_print_pen(mp, v,"",false); break;
16599   case mp_path_type:mp_print_path(mp, v,"",false); break;
16600   case mp_picture_type:mp_print_edges(mp, v,"",false); break;
16601   } /* there are no other cases */
16602 }
16603
16604 @ @<Declare the procedure called |print_dp|@>=
16605 void mp_print_dp (MP mp,small_number t, pointer p, 
16606                   small_number verbosity)  {
16607   pointer q; /* the node following |p| */
16608   q=link(p);
16609   if ( (info(q)==null) || (verbosity>0) ) mp_print_dependency(mp, p,t);
16610   else mp_print(mp, "linearform");
16611 }
16612
16613 @ The displayed name of a variable in a ring will not be a capsule unless
16614 the ring consists entirely of capsules.
16615
16616 @<Display a variable that's been declared but not defined@>=
16617 { mp_print_type(mp, t);
16618 if ( v!=null )
16619   { mp_print_char(mp, ' ');
16620   while ( (name_type(v)==mp_capsule) && (v!=p) ) v=value(v);
16621   mp_print_variable_name(mp, v);
16622   };
16623 }
16624
16625 @ When errors are detected during parsing, it is often helpful to
16626 display an expression just above the error message, using |exp_err|
16627 or |disp_err| instead of |print_err|.
16628
16629 @d exp_err(A) mp_disp_err(mp, null,(A)) /* displays the current expression */
16630
16631 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
16632 void mp_disp_err (MP mp,pointer p, char *s) { 
16633   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
16634   mp_print_nl(mp, ">> ");
16635 @.>>@>
16636   mp_print_exp(mp, p,1); /* ``medium verbose'' printing of the expression */
16637   if (strlen(s)) { 
16638     mp_print_nl(mp, "! "); mp_print(mp, s);
16639 @.!\relax@>
16640   }
16641 }
16642
16643 @ If |cur_type| and |cur_exp| contain relevant information that should
16644 be recycled, we will use the following procedure, which changes |cur_type|
16645 to |known| and stores a given value in |cur_exp|. We can think of |cur_type|
16646 and |cur_exp| as either alive or dormant after this has been done,
16647 because |cur_exp| will not contain a pointer value.
16648
16649 @ @c void mp_flush_cur_exp (MP mp,scaled v) { 
16650   switch (mp->cur_type) {
16651   case unknown_types: case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_pair_type:
16652   case mp_dependent: case mp_proto_dependent: case mp_independent: case mp_cmykcolor_type:
16653     mp_recycle_value(mp, mp->cur_exp); 
16654     mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
16655     break;
16656   case mp_string_type:
16657     delete_str_ref(mp->cur_exp); break;
16658   case mp_pen_type: case mp_path_type: 
16659     mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp); break;
16660   case mp_picture_type:
16661     delete_edge_ref(mp->cur_exp); break;
16662   default: 
16663     break;
16664   }
16665   mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=v;
16666 }
16667
16668 @ There's a much more general procedure that is capable of releasing
16669 the storage associated with any two-word value packet.
16670
16671 @<Declare the recycling subroutines@>=
16672 void mp_recycle_value (MP mp,pointer p) ;
16673
16674 @ @c void mp_recycle_value (MP mp,pointer p) {
16675   small_number t; /* a type code */
16676   integer vv; /* another value */
16677   pointer q,r,s,pp; /* link manipulation registers */
16678   integer v=0; /* a value */
16679   t=type(p);
16680   if ( t<mp_dependent ) v=value(p);
16681   switch (t) {
16682   case undefined: case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
16683   case mp_numeric_type:
16684     break;
16685   case unknown_types:
16686     mp_ring_delete(mp, p); break;
16687   case mp_string_type:
16688     delete_str_ref(v); break;
16689   case mp_path_type: case mp_pen_type:
16690     mp_toss_knot_list(mp, v); break;
16691   case mp_picture_type:
16692     delete_edge_ref(v); break;
16693   case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type: case mp_color_type:
16694   case mp_transform_type:
16695     @<Recycle a big node@>; break; 
16696   case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
16697     @<Recycle a dependency list@>; break;
16698   case mp_independent:
16699     @<Recycle an independent variable@>; break;
16700   case mp_token_list: case mp_structured:
16701     mp_confusion(mp, "recycle"); break;
16702 @:this can't happen recycle}{\quad recycle@>
16703   case mp_unsuffixed_macro: case mp_suffixed_macro:
16704     mp_delete_mac_ref(mp, value(p)); break;
16705   } /* there are no other cases */
16706   type(p)=undefined;
16707 }
16708
16709 @ @<Recycle a big node@>=
16710 if ( v!=null ){ 
16711   q=v+mp->big_node_size[t];
16712   do {  
16713     q=q-2; mp_recycle_value(mp, q);
16714   } while (q!=v);
16715   mp_free_node(mp, v,mp->big_node_size[t]);
16716 }
16717
16718 @ @<Recycle a dependency list@>=
16719
16720   q=dep_list(p);
16721   while ( info(q)!=null ) q=link(q);
16722   link(prev_dep(p))=link(q);
16723   prev_dep(link(q))=prev_dep(p);
16724   link(q)=null; mp_flush_node_list(mp, dep_list(p));
16725 }
16726
16727 @ When an independent variable disappears, it simply fades away, unless
16728 something depends on it. In the latter case, a dependent variable whose
16729 coefficient of dependence is maximal will take its place.
16730 The relevant algorithm is due to Ignacio~A. Zabala, who implemented it
16731 as part of his Ph.D. thesis (Stanford University, December 1982).
16732 @^Zabala Salelles, Ignacio Andres@>
16733
16734 For example, suppose that variable $x$ is being recycled, and that the
16735 only variables depending on~$x$ are $y=2x+a$ and $z=x+b$. In this case
16736 we want to make $y$ independent and $z=.5y-.5a+b$; no other variables
16737 will depend on~$y$. If $\\{tracingequations}>0$ in this situation,
16738 we will print `\.{\#\#\# -2x=-y+a}'.
16739
16740 There's a slight complication, however: An independent variable $x$
16741 can occur both in dependency lists and in proto-dependency lists.
16742 This makes it necessary to be careful when deciding which coefficient
16743 is maximal.
16744
16745 Furthermore, this complication is not so slight when
16746 a proto-dependent variable is chosen to become independent. For example,
16747 suppose that $y=2x+100a$ is proto-dependent while $z=x+b$ is dependent;
16748 then we must change $z=.5y-50a+b$ to a proto-dependency, because of the
16749 large coefficient `50'.
16750
16751 In order to deal with these complications without wasting too much time,
16752 we shall link together the occurrences of~$x$ among all the linear
16753 dependencies, maintaining separate lists for the dependent and
16754 proto-dependent cases.
16755
16756 @<Recycle an independent variable@>=
16757
16758   mp->max_c[mp_dependent]=0; mp->max_c[mp_proto_dependent]=0;
16759   mp->max_link[mp_dependent]=null; mp->max_link[mp_proto_dependent]=null;
16760   q=link(dep_head);
16761   while ( q!=dep_head ) { 
16762     s=value_loc(q); /* now |link(s)=dep_list(q)| */
16763     while (1) { 
16764       r=link(s);
16765       if ( info(r)==null ) break;;
16766       if ( info(r)!=p ) { 
16767        s=r;
16768       } else  { 
16769         t=type(q); link(s)=link(r); info(r)=q;
16770         if ( abs(value(r))>mp->max_c[t] ) {
16771           @<Record a new maximum coefficient of type |t|@>;
16772         } else { 
16773           link(r)=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=r;
16774         }
16775       }
16776     }   
16777     q=link(r);
16778   }
16779   if ( (mp->max_c[mp_dependent]>0)||(mp->max_c[mp_proto_dependent]>0) ) {
16780     @<Choose a dependent variable to take the place of the disappearing
16781     independent variable, and change all remaining dependencies
16782     accordingly@>;
16783   }
16784 }
16785
16786 @ The code for independency removal makes use of three two-word arrays.
16787
16788 @<Glob...@>=
16789 integer max_c[mp_proto_dependent+1];  /* max coefficient magnitude */
16790 pointer max_ptr[mp_proto_dependent+1]; /* where |p| occurs with |max_c| */
16791 pointer max_link[mp_proto_dependent+1]; /* other occurrences of |p| */
16792
16793 @ @<Record a new maximum coefficient...@>=
16794
16795   if ( mp->max_c[t]>0 ) {
16796     link(mp->max_ptr[t])=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=mp->max_ptr[t];
16797   }
16798   mp->max_c[t]=abs(value(r)); mp->max_ptr[t]=r;
16799 }
16800
16801 @ @<Choose a dependent...@>=
16802
16803   if ( (mp->max_c[mp_dependent] / 010000 >= mp->max_c[mp_proto_dependent]) )
16804     t=mp_dependent;
16805   else 
16806     t=mp_proto_dependent;
16807   @<Determine the dependency list |s| to substitute for the independent
16808     variable~|p|@>;
16809   t=mp_dependent+mp_proto_dependent-t; /* complement |t| */
16810   if ( mp->max_c[t]>0 ) { /* we need to pick up an unchosen dependency */ 
16811     link(mp->max_ptr[t])=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=mp->max_ptr[t];
16812   }
16813   if ( t!=mp_dependent ) { @<Substitute new dependencies in place of |p|@>; }
16814   else { @<Substitute new proto-dependencies in place of |p|@>;}
16815   mp_flush_node_list(mp, s);
16816   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
16817   check_arith;
16818 }
16819
16820 @ Let |s=max_ptr[t]|. At this point we have $|value|(s)=\pm|max_c|[t]$,
16821 and |info(s)| points to the dependent variable~|pp| of type~|t| from
16822 whose dependency list we have removed node~|s|. We must reinsert
16823 node~|s| into the dependency list, with coefficient $-1.0$, and with
16824 |pp| as the new independent variable. Since |pp| will have a larger serial
16825 number than any other variable, we can put node |s| at the head of the
16826 list.
16827
16828 @<Determine the dep...@>=
16829 s=mp->max_ptr[t]; pp=info(s); v=value(s);
16830 if ( t==mp_dependent ) value(s)=-fraction_one; else value(s)=-unity;
16831 r=dep_list(pp); link(s)=r;
16832 while ( info(r)!=null ) r=link(r);
16833 q=link(r); link(r)=null;
16834 prev_dep(q)=prev_dep(pp); link(prev_dep(pp))=q;
16835 new_indep(pp);
16836 if ( mp->cur_exp==pp ) if ( mp->cur_type==t ) mp->cur_type=mp_independent;
16837 if ( mp->internal[tracing_equations]>0 ) { 
16838   @<Show the transformed dependency@>; 
16839 }
16840
16841 @ Now $(-v)$ times the formerly independent variable~|p| is being replaced
16842 by the dependency list~|s|.
16843
16844 @<Show the transformed...@>=
16845 if ( mp_interesting(mp, p) ) {
16846   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "### ");
16847 @:]]]\#\#\#_}{\.{\#\#\#}@>
16848   if ( v>0 ) mp_print_char(mp, '-');
16849   if ( t==mp_dependent ) vv=mp_round_fraction(mp, mp->max_c[mp_dependent]);
16850   else vv=mp->max_c[mp_proto_dependent];
16851   if ( vv!=unity ) mp_print_scaled(mp, vv);
16852   mp_print_variable_name(mp, p);
16853   while ( value(p) % s_scale>0 ) {
16854     mp_print(mp, "*4"); value(p)=value(p)-2;
16855   }
16856   if ( t==mp_dependent ) mp_print_char(mp, '='); else mp_print(mp, " = ");
16857   mp_print_dependency(mp, s,t);
16858   mp_end_diagnostic(mp, false);
16859 }
16860
16861 @ Finally, there are dependent and proto-dependent variables whose
16862 dependency lists must be brought up to date.
16863
16864 @<Substitute new dependencies...@>=
16865 for (t=mp_dependent;t<=mp_proto_dependent;t++){ 
16866   r=mp->max_link[t];
16867   while ( r!=null ) {
16868     q=info(r);
16869     dep_list(q)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(q),
16870      mp_make_fraction(mp, value(r),-v),s,t,mp_dependent);
16871     if ( dep_list(q)==mp->dep_final ) mp_make_known(mp, q,mp->dep_final);
16872     q=r; r=link(r); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
16873   }
16874 }
16875
16876 @ @<Substitute new proto...@>=
16877 for (t=mp_dependent;t<=mp_proto_dependent;t++) {
16878   r=mp->max_link[t];
16879   while ( r!=null ) {
16880     q=info(r);
16881     if ( t==mp_dependent ) { /* for safety's sake, we change |q| to |mp_proto_dependent| */
16882       if ( mp->cur_exp==q ) if ( mp->cur_type==mp_dependent )
16883         mp->cur_type=mp_proto_dependent;
16884       dep_list(q)=mp_p_over_v(mp, dep_list(q),unity,mp_dependent,mp_proto_dependent);
16885       type(q)=mp_proto_dependent; value(r)=mp_round_fraction(mp, value(r));
16886     }
16887     dep_list(q)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(q),
16888       mp_make_scaled(mp, value(r),-v),s,mp_proto_dependent,mp_proto_dependent);
16889     if ( dep_list(q)==mp->dep_final ) mp_make_known(mp, q,mp->dep_final);
16890     q=r; r=link(r); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
16891   }
16892 }
16893
16894 @ Here are some routines that provide handy combinations of actions
16895 that are often needed during error recovery. For example,
16896 `|flush_error|' flushes the current expression, replaces it by
16897 a given value, and calls |error|.
16898
16899 Errors often are detected after an extra token has already been scanned.
16900 The `\\{put\_get}' routines put that token back before calling |error|;
16901 then they get it back again. (Or perhaps they get another token, if
16902 the user has changed things.)
16903
16904 @<Declarations@>=
16905 void mp_flush_error (MP mp,scaled v);
16906 void mp_put_get_error (MP mp);
16907 void mp_put_get_flush_error (MP mp,scaled v) ;
16908
16909 @ @c
16910 void mp_flush_error (MP mp,scaled v) { 
16911   mp_error(mp); mp_flush_cur_exp(mp, v); 
16912 }
16913 void mp_put_get_error (MP mp) { 
16914   mp_back_error(mp); mp_get_x_next(mp); 
16915 }
16916 void mp_put_get_flush_error (MP mp,scaled v) { 
16917   mp_put_get_error(mp);
16918   mp_flush_cur_exp(mp, v); 
16919 }
16920
16921 @ A global variable |var_flag| is set to a special command code
16922 just before \MP\ calls |scan_expression|, if the expression should be
16923 treated as a variable when this command code immediately follows. For
16924 example, |var_flag| is set to |assignment| at the beginning of a
16925 statement, because we want to know the {\sl location\/} of a variable at
16926 the left of `\.{:=}', not the {\sl value\/} of that variable.
16927
16928 The |scan_expression| subroutine calls |scan_tertiary|,
16929 which calls |scan_secondary|, which calls |scan_primary|, which sets
16930 |var_flag:=0|. In this way each of the scanning routines ``knows''
16931 when it has been called with a special |var_flag|, but |var_flag| is
16932 usually zero.
16933
16934 A variable preceding a command that equals |var_flag| is converted to a
16935 token list rather than a value. Furthermore, an `\.{=}' sign following an
16936 expression with |var_flag=assignment| is not considered to be a relation
16937 that produces boolean expressions.
16938
16939
16940 @<Glob...@>=
16941 int var_flag; /* command that wants a variable */
16942
16943 @ @<Set init...@>=
16944 mp->var_flag=0;
16945
16946 @* \[37] Parsing primary expressions.
16947 The first parsing routine, |scan_primary|, is also the most complicated one,
16948 since it involves so many different cases. But each case---with one
16949 exception---is fairly simple by itself.
16950
16951 When |scan_primary| begins, the first token of the primary to be scanned
16952 should already appear in |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|. The values
16953 of |cur_type| and |cur_exp| should be either dead or dormant, as explained
16954 earlier. If |cur_cmd| is not between |min_primary_command| and
16955 |max_primary_command|, inclusive, a syntax error will be signaled.
16956
16957 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
16958 void mp_scan_primary (MP mp) {
16959   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
16960   quarterword c; /* a primitive operation code */
16961   int my_var_flag; /* initial value of |my_var_flag| */
16962   pointer l_delim,r_delim; /* hash addresses of a delimiter pair */
16963   @<Other local variables for |scan_primary|@>;
16964   my_var_flag=mp->var_flag; mp->var_flag=0;
16965 RESTART:
16966   check_arith;
16967   @<Supply diagnostic information, if requested@>;
16968   switch (mp->cur_cmd) {
16969   case left_delimiter:
16970     @<Scan a delimited primary@>; break;
16971   case begin_group:
16972     @<Scan a grouped primary@>; break;
16973   case string_token:
16974     @<Scan a string constant@>; break;
16975   case numeric_token:
16976     @<Scan a primary that starts with a numeric token@>; break;
16977   case nullary:
16978     @<Scan a nullary operation@>; break;
16979   case unary: case type_name: case cycle: case plus_or_minus:
16980     @<Scan a unary operation@>; break;
16981   case primary_binary:
16982     @<Scan a binary operation with `\&{of}' between its operands@>; break;
16983   case str_op:
16984     @<Convert a suffix to a string@>; break;
16985   case internal_quantity:
16986     @<Scan an internal numeric quantity@>; break;
16987   case capsule_token:
16988     mp_make_exp_copy(mp, mp->cur_mod); break;
16989   case tag_token:
16990     @<Scan a variable primary; |goto restart| if it turns out to be a macro@>; break;
16991   default: 
16992     mp_bad_exp(mp, "A primary"); goto RESTART; break;
16993 @.A primary expression...@>
16994   }
16995   mp_get_x_next(mp); /* the routines |goto done| if they don't want this */
16996 DONE: 
16997   if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
16998     if ( mp->cur_type>=mp_known ) {
16999       @<Scan a mediation construction@>;
17000     }
17001   }
17002 }
17003
17004
17005
17006 @ Errors at the beginning of expressions are flagged by |bad_exp|.
17007
17008 @c void mp_bad_exp (MP mp,char * s) {
17009   int save_flag;
17010   print_err(s); mp_print(mp, " expression can't begin with `");
17011   mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod); 
17012   mp_print_char(mp, '\'');
17013   help4("I'm afraid I need some sort of value in order to continue,")
17014     ("so I've tentatively inserted `0'. You may want to")
17015     ("delete this zero and insert something else;")
17016     ("see Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.");
17017 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
17018   mp_back_input(mp); mp->cur_sym=0; mp->cur_cmd=numeric_token; 
17019   mp->cur_mod=0; mp_ins_error(mp);
17020   save_flag=mp->var_flag; mp->var_flag=0; mp_get_x_next(mp);
17021   mp->var_flag=save_flag;
17022 }
17023
17024 @ @<Supply diagnostic information, if requested@>=
17025 #ifdef DEBUG
17026 if ( mp->panicking ) mp_check_mem(mp, false);
17027 #endif
17028 if ( mp->interrupt!=0 ) if ( mp->OK_to_interrupt ) {
17029   mp_back_input(mp); check_interrupt; mp_get_x_next(mp);
17030 }
17031
17032 @ @<Scan a delimited primary@>=
17033
17034   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; 
17035   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17036   if ( (mp->cur_cmd==comma) && (mp->cur_type>=mp_known) ) {
17037     @<Scan the rest of a delimited set of numerics@>;
17038   } else {
17039     mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
17040   }
17041 }
17042
17043 @ The |stash_in| subroutine puts the current (numeric) expression into a field
17044 within a ``big node.''
17045
17046 @c void mp_stash_in (MP mp,pointer p) {
17047   pointer q; /* temporary register */
17048   type(p)=mp->cur_type;
17049   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
17050     value(p)=mp->cur_exp;
17051   } else { 
17052     if ( mp->cur_type==mp_independent ) {
17053       @<Stash an independent |cur_exp| into a big node@>;
17054     } else { 
17055       mp->mem[value_loc(p)]=mp->mem[value_loc(mp->cur_exp)];
17056       /* |dep_list(p):=dep_list(cur_exp)| and |prev_dep(p):=prev_dep(cur_exp)| */
17057       link(prev_dep(p))=p;
17058     }
17059     mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
17060   }
17061   mp->cur_type=mp_vacuous;
17062 }
17063
17064 @ In rare cases the current expression can become |independent|. There
17065 may be many dependency lists pointing to such an independent capsule,
17066 so we can't simply move it into place within a big node. Instead,
17067 we copy it, then recycle it.
17068
17069 @ @<Stash an independent |cur_exp|...@>=
17070
17071   q=mp_single_dependency(mp, mp->cur_exp);
17072   if ( q==mp->dep_final ){ 
17073     type(p)=mp_known; value(p)=0; mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
17074   } else { 
17075     type(p)=mp_dependent; mp_new_dep(mp, p,q);
17076   }
17077   mp_recycle_value(mp, mp->cur_exp);
17078 }
17079
17080 @ This code uses the fact that |red_part_loc| and |green_part_loc|
17081 are synonymous with |x_part_loc| and |y_part_loc|.
17082
17083 @<Scan the rest of a delimited set of numerics@>=
17084
17085 p=mp_stash_cur_exp(mp);
17086 mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17087 @<Make sure the second part of a pair or color has a numeric type@>;
17088 q=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(q)=mp_capsule;
17089 if ( mp->cur_cmd==comma ) type(q)=mp_color_type;
17090 else type(q)=mp_pair_type;
17091 mp_init_big_node(mp, q); r=value(q);
17092 mp_stash_in(mp, y_part_loc(r));
17093 mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17094 mp_stash_in(mp, x_part_loc(r));
17095 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
17096   @<Scan the last of a triplet of numerics@>;
17097 }
17098 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
17099   type(q)=mp_cmykcolor_type;
17100   mp_init_big_node(mp, q); t=value(q);
17101   mp->mem[cyan_part_loc(t)]=mp->mem[red_part_loc(r)];
17102   value(cyan_part_loc(t))=value(red_part_loc(r));
17103   mp->mem[magenta_part_loc(t)]=mp->mem[green_part_loc(r)];
17104   value(magenta_part_loc(t))=value(green_part_loc(r));
17105   mp->mem[yellow_part_loc(t)]=mp->mem[blue_part_loc(r)];
17106   value(yellow_part_loc(t))=value(blue_part_loc(r));
17107   mp_recycle_value(mp, r);
17108   r=t;
17109   @<Scan the last of a quartet of numerics@>;
17110 }
17111 mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
17112 mp->cur_type=type(q);
17113 mp->cur_exp=q;
17114 }
17115
17116 @ @<Make sure the second part of a pair or color has a numeric type@>=
17117 if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17118   exp_err("Nonnumeric ypart has been replaced by 0");
17119 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17120   help4("I've started to scan a pair `(a,b)' or a color `(a,b,c)';")
17121     ("but after finding a nice `a' I found a `b' that isn't")
17122     ("of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17123     ("(The b that I didn't like appears above the error message.)");
17124   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17125 }
17126
17127 @ @<Scan the last of a triplet of numerics@>=
17128
17129   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17130   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17131     exp_err("Nonnumeric third part has been replaced by 0");
17132 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17133     help3("I've just scanned a color `(a,b,c)' or cmykcolor(a,b,c,d); but the `c'")
17134       ("isn't of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17135       ("(The c that I didn't like appears above the error message.)");
17136     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17137   }
17138   mp_stash_in(mp, blue_part_loc(r));
17139 }
17140
17141 @ @<Scan the last of a quartet of numerics@>=
17142
17143   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17144   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17145     exp_err("Nonnumeric blackpart has been replaced by 0");
17146 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17147     help3("I've just scanned a cmykcolor `(c,m,y,k)'; but the `k' isn't")
17148       ("of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17149       ("(The k that I didn't like appears above the error message.)");
17150     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17151   }
17152   mp_stash_in(mp, black_part_loc(r));
17153 }
17154
17155 @ The local variable |group_line| keeps track of the line
17156 where a \&{begingroup} command occurred; this will be useful
17157 in an error message if the group doesn't actually end.
17158
17159 @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17160 integer group_line; /* where a group began */
17161
17162 @ @<Scan a grouped primary@>=
17163
17164   group_line=mp_true_line(mp);
17165   if ( mp->internal[tracing_commands]>0 ) show_cur_cmd_mod;
17166   save_boundary_item(p);
17167   do {  
17168     mp_do_statement(mp); /* ends with |cur_cmd>=semicolon| */
17169   } while (! (mp->cur_cmd!=semicolon));
17170   if ( mp->cur_cmd!=end_group ) {
17171     print_err("A group begun on line ");
17172 @.A group...never ended@>
17173     mp_print_int(mp, group_line);
17174     mp_print(mp, " never ended");
17175     help2("I saw a `begingroup' back there that hasn't been matched")
17176          ("by `endgroup'. So I've inserted `endgroup' now.");
17177     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=end_group;
17178   }
17179   mp_unsave(mp); 
17180     /* this might change |cur_type|, if independent variables are recycled */
17181   if ( mp->internal[tracing_commands]>0 ) show_cur_cmd_mod;
17182 }
17183
17184 @ @<Scan a string constant@>=
17185
17186   mp->cur_type=mp_string_type; mp->cur_exp=mp->cur_mod;
17187 }
17188
17189 @ Later we'll come to procedures that perform actual operations like
17190 addition, square root, and so on; our purpose now is to do the parsing.
17191 But we might as well mention those future procedures now, so that the
17192 suspense won't be too bad:
17193
17194 \smallskip
17195 |do_nullary(c)| does primitive operations that have no operands (e.g.,
17196 `\&{true}' or `\&{pencircle}');
17197
17198 \smallskip
17199 |do_unary(c)| applies a primitive operation to the current expression;
17200
17201 \smallskip
17202 |do_binary(p,c)| applies a primitive operation to the capsule~|p|
17203 and the current expression.
17204
17205 @<Scan a nullary operation@>=mp_do_nullary(mp, mp->cur_mod)
17206
17207 @ @<Scan a unary operation@>=
17208
17209   c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp); 
17210   mp_do_unary(mp, c); goto DONE;
17211 }
17212
17213 @ A numeric token might be a primary by itself, or it might be the
17214 numerator of a fraction composed solely of numeric tokens, or it might
17215 multiply the primary that follows (provided that the primary doesn't begin
17216 with a plus sign or a minus sign). The code here uses the facts that
17217 |max_primary_command=plus_or_minus| and
17218 |max_primary_command-1=numeric_token|. If a fraction is found that is less
17219 than unity, we try to retain higher precision when we use it in scalar
17220 multiplication.
17221
17222 @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17223 scaled num,denom; /* for primaries that are fractions, like `1/2' */
17224
17225 @ @<Scan a primary that starts with a numeric token@>=
17226
17227   mp->cur_exp=mp->cur_mod; mp->cur_type=mp_known; mp_get_x_next(mp);
17228   if ( mp->cur_cmd!=slash ) { 
17229     num=0; denom=0;
17230   } else { 
17231     mp_get_x_next(mp);
17232     if ( mp->cur_cmd!=numeric_token ) { 
17233       mp_back_input(mp);
17234       mp->cur_cmd=slash; mp->cur_mod=over; mp->cur_sym=frozen_slash;
17235       goto DONE;
17236     }
17237     num=mp->cur_exp; denom=mp->cur_mod;
17238     if ( denom==0 ) { @<Protest division by zero@>; }
17239     else { mp->cur_exp=mp_make_scaled(mp, num,denom); }
17240     check_arith; mp_get_x_next(mp);
17241   }
17242   if ( mp->cur_cmd>=min_primary_command ) {
17243    if ( mp->cur_cmd<numeric_token ) { /* in particular, |cur_cmd<>plus_or_minus| */
17244      p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_scan_primary(mp);
17245      if ( (abs(num)>=abs(denom))||(mp->cur_type<mp_color_type) ) {
17246        mp_do_binary(mp, p,times);
17247      } else {
17248        mp_frac_mult(mp, num,denom);
17249        mp_free_node(mp, p,value_node_size);
17250      }
17251     }
17252   }
17253   goto DONE;
17254 }
17255
17256 @ @<Protest division...@>=
17257
17258   print_err("Division by zero");
17259 @.Division by zero@>
17260   help1("I'll pretend that you meant to divide by 1."); mp_error(mp);
17261 }
17262
17263 @ @<Scan a binary operation with `\&{of}' between its operands@>=
17264
17265   c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17266   if ( mp->cur_cmd!=of_token ) {
17267     mp_missing_err(mp, "of"); mp_print(mp, " for "); 
17268     mp_print_cmd_mod(mp, primary_binary,c);
17269 @.Missing `of'@>
17270     help1("I've got the first argument; will look now for the other.");
17271     mp_back_error(mp);
17272   }
17273   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp); 
17274   mp_do_binary(mp, p,c); goto DONE;
17275 }
17276
17277 @ @<Convert a suffix to a string@>=
17278
17279   mp_get_x_next(mp); mp_scan_suffix(mp); 
17280   mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=new_string;
17281   mp_show_token_list(mp, mp->cur_exp,null,100000,0); 
17282   mp_flush_token_list(mp, mp->cur_exp);
17283   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); mp->selector=mp->old_setting; 
17284   mp->cur_type=mp_string_type;
17285   goto DONE;
17286 }
17287
17288 @ If an internal quantity appears all by itself on the left of an
17289 assignment, we return a token list of length one, containing the address
17290 of the internal quantity plus |hash_end|. (This accords with the conventions
17291 of the save stack, as described earlier.)
17292
17293 @<Scan an internal...@>=
17294
17295   q=mp->cur_mod;
17296   if ( my_var_flag==assignment ) {
17297     mp_get_x_next(mp);
17298     if ( mp->cur_cmd==assignment ) {
17299       mp->cur_exp=mp_get_avail(mp);
17300       info(mp->cur_exp)=q+hash_end; mp->cur_type=mp_token_list; 
17301       goto DONE;
17302     }
17303     mp_back_input(mp);
17304   }
17305   mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=mp->internal[q];
17306 }
17307
17308 @ The most difficult part of |scan_primary| has been saved for last, since
17309 it was necessary to build up some confidence first. We can now face the task
17310 of scanning a variable.
17311
17312 As we scan a variable, we build a token list containing the relevant
17313 names and subscript values, simultaneously following along in the
17314 ``collective'' structure to see if we are actually dealing with a macro
17315 instead of a value.
17316
17317 The local variables |pre_head| and |post_head| will point to the beginning
17318 of the prefix and suffix lists; |tail| will point to the end of the list
17319 that is currently growing.
17320
17321 Another local variable, |tt|, contains partial information about the
17322 declared type of the variable-so-far. If |tt>=mp_unsuffixed_macro|, the
17323 relation |tt=type(q)| will always hold. If |tt=undefined|, the routine
17324 doesn't bother to update its information about type. And if
17325 |undefined<tt<mp_unsuffixed_macro|, the precise value of |tt| isn't critical.
17326
17327 @ @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17328 pointer pre_head,post_head,tail;
17329   /* prefix and suffix list variables */
17330 small_number tt; /* approximation to the type of the variable-so-far */
17331 pointer t; /* a token */
17332 pointer macro_ref = 0; /* reference count for a suffixed macro */
17333
17334 @ @<Scan a variable primary...@>=
17335
17336   fast_get_avail(pre_head); tail=pre_head; post_head=null; tt=mp_vacuous;
17337   while (1) { 
17338     t=mp_cur_tok(mp); link(tail)=t;
17339     if ( tt!=undefined ) {
17340        @<Find the approximate type |tt| and corresponding~|q|@>;
17341       if ( tt>=mp_unsuffixed_macro ) {
17342         @<Either begin an unsuffixed macro call or
17343           prepare for a suffixed one@>;
17344       }
17345     }
17346     mp_get_x_next(mp); tail=t;
17347     if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17348       @<Scan for a subscript; replace |cur_cmd| by |numeric_token| if found@>;
17349     }
17350     if ( mp->cur_cmd>max_suffix_token ) break;
17351     if ( mp->cur_cmd<min_suffix_token ) break;
17352   } /* now |cur_cmd| is |internal_quantity|, |tag_token|, or |numeric_token| */
17353   @<Handle unusual cases that masquerade as variables, and |goto restart|
17354     or |goto done| if appropriate;
17355     otherwise make a copy of the variable and |goto done|@>;
17356 }
17357
17358 @ @<Either begin an unsuffixed macro call or...@>=
17359
17360   link(tail)=null;
17361   if ( tt>mp_unsuffixed_macro ) { /* |tt=mp_suffixed_macro| */
17362     post_head=mp_get_avail(mp); tail=post_head; link(tail)=t;
17363     tt=undefined; macro_ref=value(q); add_mac_ref(macro_ref);
17364   } else {
17365     @<Set up unsuffixed macro call and |goto restart|@>;
17366   }
17367 }
17368
17369 @ @<Scan for a subscript; replace |cur_cmd| by |numeric_token| if found@>=
17370
17371   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17372   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17373     @<Put the left bracket and the expression back to be rescanned@>;
17374   } else { 
17375     if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_subscript(mp);
17376     mp->cur_cmd=numeric_token; mp->cur_mod=mp->cur_exp; mp->cur_sym=0;
17377   }
17378 }
17379
17380 @ The left bracket that we thought was introducing a subscript might have
17381 actually been the left bracket in a mediation construction like `\.{x[a,b]}'.
17382 So we don't issue an error message at this point; but we do want to back up
17383 so as to avoid any embarrassment about our incorrect assumption.
17384
17385 @<Put the left bracket and the expression back to be rescanned@>=
17386
17387   mp_back_input(mp); /* that was the token following the current expression */
17388   mp_back_expr(mp); mp->cur_cmd=left_bracket; 
17389   mp->cur_mod=0; mp->cur_sym=frozen_left_bracket;
17390 }
17391
17392 @ Here's a routine that puts the current expression back to be read again.
17393
17394 @c void mp_back_expr (MP mp) {
17395   pointer p; /* capsule token */
17396   p=mp_stash_cur_exp(mp); link(p)=null; back_list(p);
17397 }
17398
17399 @ Unknown subscripts lead to the following error message.
17400
17401 @c void mp_bad_subscript (MP mp) { 
17402   exp_err("Improper subscript has been replaced by zero");
17403 @.Improper subscript...@>
17404   help3("A bracketed subscript must have a known numeric value;")
17405     ("unfortunately, what I found was the value that appears just")
17406     ("above this error message. So I'll try a zero subscript.");
17407   mp_flush_error(mp, 0);
17408 }
17409
17410 @ Every time we call |get_x_next|, there's a chance that the variable we've
17411 been looking at will disappear. Thus, we cannot safely keep |q| pointing
17412 into the variable structure; we need to start searching from the root each time.
17413
17414 @<Find the approximate type |tt| and corresponding~|q|@>=
17415 @^inner loop@>
17416
17417   p=link(pre_head); q=info(p); tt=undefined;
17418   if ( eq_type(q) % outer_tag==tag_token ) {
17419     q=equiv(q);
17420     if ( q==null ) goto DONE2;
17421     while (1) { 
17422       p=link(p);
17423       if ( p==null ) {
17424         tt=type(q); goto DONE2;
17425       };
17426       if ( type(q)!=mp_structured ) goto DONE2;
17427       q=link(attr_head(q)); /* the |collective_subscript| attribute */
17428       if ( p>=mp->hi_mem_min ) { /* it's not a subscript */
17429         do {  q=link(q); } while (! (attr_loc(q)>=info(p)));
17430         if ( attr_loc(q)>info(p) ) goto DONE2;
17431       }
17432     }
17433   }
17434 DONE2:
17435   ;
17436 }
17437
17438 @ How do things stand now? Well, we have scanned an entire variable name,
17439 including possible subscripts and/or attributes; |cur_cmd|, |cur_mod|, and
17440 |cur_sym| represent the token that follows. If |post_head=null|, a
17441 token list for this variable name starts at |link(pre_head)|, with all
17442 subscripts evaluated. But if |post_head<>null|, the variable turned out
17443 to be a suffixed macro; |pre_head| is the head of the prefix list, while
17444 |post_head| is the head of a token list containing both `\.{\AT!}' and
17445 the suffix.
17446
17447 Our immediate problem is to see if this variable still exists. (Variable
17448 structures can change drastically whenever we call |get_x_next|; users
17449 aren't supposed to do this, but the fact that it is possible means that
17450 we must be cautious.)
17451
17452 The following procedure prints an error message when a variable
17453 unexpectedly disappears. Its help message isn't quite right for
17454 our present purposes, but we'll be able to fix that up.
17455
17456 @c 
17457 void mp_obliterated (MP mp,pointer q) { 
17458   print_err("Variable "); mp_show_token_list(mp, q,null,1000,0);
17459   mp_print(mp, " has been obliterated");
17460 @.Variable...obliterated@>
17461   help5("It seems you did a nasty thing---probably by accident,")
17462     ("but nevertheless you nearly hornswoggled me...")
17463     ("While I was evaluating the right-hand side of this")
17464     ("command, something happened, and the left-hand side")
17465     ("is no longer a variable! So I won't change anything.");
17466 }
17467
17468 @ If the variable does exist, we also need to check
17469 for a few other special cases before deciding that a plain old ordinary
17470 variable has, indeed, been scanned.
17471
17472 @<Handle unusual cases that masquerade as variables...@>=
17473 if ( post_head!=null ) {
17474   @<Set up suffixed macro call and |goto restart|@>;
17475 }
17476 q=link(pre_head); free_avail(pre_head);
17477 if ( mp->cur_cmd==my_var_flag ) { 
17478   mp->cur_type=mp_token_list; mp->cur_exp=q; goto DONE;
17479 }
17480 p=mp_find_variable(mp, q);
17481 if ( p!=null ) {
17482   mp_make_exp_copy(mp, p);
17483 } else { 
17484   mp_obliterated(mp, q);
17485   mp->help_line[2]="While I was evaluating the suffix of this variable,";
17486   mp->help_line[1]="something was redefined, and it's no longer a variable!";
17487   mp->help_line[0]="In order to get back on my feet, I've inserted `0' instead.";
17488   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17489 }
17490 mp_flush_node_list(mp, q); 
17491 goto DONE
17492
17493 @ The only complication associated with macro calling is that the prefix
17494 and ``at'' parameters must be packaged in an appropriate list of lists.
17495
17496 @<Set up unsuffixed macro call and |goto restart|@>=
17497
17498   p=mp_get_avail(mp); info(pre_head)=link(pre_head); link(pre_head)=p;
17499   info(p)=t; mp_macro_call(mp, value(q),pre_head,null);
17500   mp_get_x_next(mp); 
17501   goto RESTART;
17502 }
17503
17504 @ If the ``variable'' that turned out to be a suffixed macro no longer exists,
17505 we don't care, because we have reserved a pointer (|macro_ref|) to its
17506 token list.
17507
17508 @<Set up suffixed macro call and |goto restart|@>=
17509
17510   mp_back_input(mp); p=mp_get_avail(mp); q=link(post_head);
17511   info(pre_head)=link(pre_head); link(pre_head)=post_head;
17512   info(post_head)=q; link(post_head)=p; info(p)=link(q); link(q)=null;
17513   mp_macro_call(mp, macro_ref,pre_head,null); decr(ref_count(macro_ref));
17514   mp_get_x_next(mp); goto RESTART;
17515 }
17516
17517 @ Our remaining job is simply to make a copy of the value that has been
17518 found. Some cases are harder than others, but complexity arises solely
17519 because of the multiplicity of possible cases.
17520
17521 @<Declare the procedure called |make_exp_copy|@>=
17522 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>;
17523 void mp_make_exp_copy (MP mp,pointer p) {
17524   pointer q,r,t; /* registers for list manipulation */
17525 RESTART: 
17526   mp->cur_type=type(p);
17527   switch (mp->cur_type) {
17528   case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
17529     mp->cur_exp=value(p); break;
17530   case unknown_types:
17531     mp->cur_exp=mp_new_ring_entry(mp, p);
17532     break;
17533   case mp_string_type: 
17534     mp->cur_exp=value(p); add_str_ref(mp->cur_exp);
17535     break;
17536   case mp_picture_type:
17537     mp->cur_exp=value(p);add_edge_ref(mp->cur_exp);
17538     break;
17539   case mp_pen_type:
17540     mp->cur_exp=copy_pen(value(p));
17541     break; 
17542   case mp_path_type:
17543     mp->cur_exp=mp_copy_path(mp, value(p));
17544     break;
17545   case mp_transform_type: case mp_color_type: 
17546   case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type:
17547     @<Copy the big node |p|@>;
17548     break;
17549   case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
17550     mp_encapsulate(mp, mp_copy_dep_list(mp, dep_list(p)));
17551     break;
17552   case mp_numeric_type: 
17553     new_indep(p); goto RESTART;
17554     break;
17555   case mp_independent: 
17556     q=mp_single_dependency(mp, p);
17557     if ( q==mp->dep_final ){ 
17558       mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=0; mp_free_node(mp, q,value_node_size);
17559     } else { 
17560       mp->cur_type=mp_dependent; mp_encapsulate(mp, q);
17561     }
17562     break;
17563   default: 
17564     mp_confusion(mp, "copy");
17565 @:this can't happen copy}{\quad copy@>
17566     break;
17567   }
17568 }
17569
17570 @ The |encapsulate| subroutine assumes that |dep_final| is the
17571 tail of dependency list~|p|.
17572
17573 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>=
17574 void mp_encapsulate (MP mp,pointer p) { 
17575   mp->cur_exp=mp_get_node(mp, value_node_size); type(mp->cur_exp)=mp->cur_type;
17576   name_type(mp->cur_exp)=mp_capsule; mp_new_dep(mp, mp->cur_exp,p);
17577 }
17578
17579 @ The most tedious case arises when the user refers to a
17580 \&{pair}, \&{color}, or \&{transform} variable; we must copy several fields,
17581 each of which can be |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|,
17582 or |known|.
17583
17584 @<Copy the big node |p|@>=
17585
17586   if ( value(p)==null ) 
17587     mp_init_big_node(mp, p);
17588   t=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(t)=mp_capsule; type(t)=mp->cur_type;
17589   mp_init_big_node(mp, t);
17590   q=value(p)+mp->big_node_size[mp->cur_type]; 
17591   r=value(t)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
17592   do {  
17593     q=q-2; r=r-2; mp_install(mp, r,q);
17594   } while (q!=value(p));
17595   mp->cur_exp=t;
17596 }
17597
17598 @ The |install| procedure copies a numeric field~|q| into field~|r| of
17599 a big node that will be part of a capsule.
17600
17601 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>=
17602 void mp_install (MP mp,pointer r, pointer q) {
17603   pointer p; /* temporary register */
17604   if ( type(q)==mp_known ){ 
17605     value(r)=value(q); type(r)=mp_known;
17606   } else  if ( type(q)==mp_independent ) {
17607     p=mp_single_dependency(mp, q);
17608     if ( p==mp->dep_final ) {
17609       type(r)=mp_known; value(r)=0; mp_free_node(mp, p,value_node_size);
17610     } else  { 
17611       type(r)=mp_dependent; mp_new_dep(mp, r,p);
17612     }
17613   } else {
17614     type(r)=type(q); mp_new_dep(mp, r,mp_copy_dep_list(mp, dep_list(q)));
17615   }
17616 }
17617
17618 @ Expressions of the form `\.{a[b,c]}' are converted into
17619 `\.{b+a*(c-b)}', without checking the types of \.b~or~\.c,
17620 provided that \.a is numeric.
17621
17622 @<Scan a mediation...@>=
17623
17624   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17625   if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
17626     @<Put the left bracket and the expression back...@>;
17627     mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17628   } else { 
17629     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17630     if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17631       mp_missing_err(mp, "]");
17632 @.Missing `]'@>
17633       help3("I've scanned an expression of the form `a[b,c',")
17634       ("so a right bracket should have come next.")
17635       ("I shall pretend that one was there.");
17636       mp_back_error(mp);
17637     }
17638     r=mp_stash_cur_exp(mp); mp_make_exp_copy(mp, q);
17639     mp_do_binary(mp, r,minus); mp_do_binary(mp, p,times); 
17640     mp_do_binary(mp, q,plus); mp_get_x_next(mp);
17641   }
17642 }
17643
17644 @ Here is a comparatively simple routine that is used to scan the
17645 \&{suffix} parameters of a macro.
17646
17647 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17648 void mp_scan_suffix (MP mp) {
17649   pointer h,t; /* head and tail of the list being built */
17650   pointer p; /* temporary register */
17651   h=mp_get_avail(mp); t=h;
17652   while (1) { 
17653     if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17654       @<Scan a bracketed subscript and set |cur_cmd:=numeric_token|@>;
17655     }
17656     if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) {
17657       p=mp_new_num_tok(mp, mp->cur_mod);
17658     } else if ((mp->cur_cmd==tag_token)||(mp->cur_cmd==internal_quantity) ) {
17659        p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->cur_sym;
17660     } else {
17661       break;
17662     }
17663     link(t)=p; t=p; mp_get_x_next(mp);
17664   }
17665   mp->cur_exp=link(h); free_avail(h); mp->cur_type=mp_token_list;
17666 }
17667
17668 @ @<Scan a bracketed subscript and set |cur_cmd:=numeric_token|@>=
17669
17670   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17671   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_subscript(mp);
17672   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17673      mp_missing_err(mp, "]");
17674 @.Missing `]'@>
17675     help3("I've seen a `[' and a subscript value, in a suffix,")
17676       ("so a right bracket should have come next.")
17677       ("I shall pretend that one was there.");
17678     mp_back_error(mp);
17679   }
17680   mp->cur_cmd=numeric_token; mp->cur_mod=mp->cur_exp;
17681 }
17682
17683 @* \[38] Parsing secondary and higher expressions.
17684 After the intricacies of |scan_primary|\kern-1pt,
17685 the |scan_secondary| routine is
17686 refreshingly simple. It's not trivial, but the operations are relatively
17687 straightforward; the main difficulty is, again, that expressions and data
17688 structures might change drastically every time we call |get_x_next|, so a
17689 cautious approach is mandatory. For example, a macro defined by
17690 \&{primarydef} might have disappeared by the time its second argument has
17691 been scanned; we solve this by increasing the reference count of its token
17692 list, so that the macro can be called even after it has been clobbered.
17693
17694 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17695 void mp_scan_secondary (MP mp) {
17696   pointer p; /* for list manipulation */
17697   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17698   pointer mac_name; /* token defined with \&{primarydef} */
17699 RESTART:
17700   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17701       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17702     mp_bad_exp(mp, "A secondary");
17703 @.A secondary expression...@>
17704   mp_scan_primary(mp);
17705 CONTINUE: 
17706   if ( mp->cur_cmd<=max_secondary_command )
17707     if ( mp->cur_cmd>=min_secondary_command ) {
17708       p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17709       if ( d==secondary_primary_macro ) { 
17710         mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17711      }
17712      mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
17713      if ( d!=secondary_primary_macro ) {
17714        mp_do_binary(mp, p,c);
17715      } else  { 
17716        mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17717        decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17718        goto RESTART;
17719     }
17720     goto CONTINUE;
17721   }
17722 }
17723
17724 @ The following procedure calls a macro that has two parameters,
17725 |p| and |cur_exp|.
17726
17727 @c void mp_binary_mac (MP mp,pointer p, pointer c, pointer n) {
17728   pointer q,r; /* nodes in the parameter list */
17729   q=mp_get_avail(mp); r=mp_get_avail(mp); link(q)=r;
17730   info(q)=p; info(r)=mp_stash_cur_exp(mp);
17731   mp_macro_call(mp, c,q,n);
17732 }
17733
17734 @ The next procedure, |scan_tertiary|, is pretty much the same deal.
17735
17736 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17737 void mp_scan_tertiary (MP mp) {
17738   pointer p; /* for list manipulation */
17739   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17740   pointer mac_name; /* token defined with \&{secondarydef} */
17741 RESTART:
17742   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17743       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17744     mp_bad_exp(mp, "A tertiary");
17745 @.A tertiary expression...@>
17746   mp_scan_secondary(mp);
17747 CONTINUE: 
17748   if ( mp->cur_cmd<=max_tertiary_command ) {
17749     if ( mp->cur_cmd>=min_tertiary_command ) {
17750       p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17751       if ( d==tertiary_secondary_macro ) { 
17752         mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17753       };
17754       mp_get_x_next(mp); mp_scan_secondary(mp);
17755       if ( d!=tertiary_secondary_macro ) {
17756         mp_do_binary(mp, p,c);
17757       } else { 
17758         mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17759         decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17760         goto RESTART;
17761       }
17762       goto CONTINUE;
17763     }
17764   }
17765 }
17766
17767 @ Finally we reach the deepest level in our quartet of parsing routines.
17768 This one is much like the others; but it has an extra complication from
17769 paths, which materialize here.
17770
17771 @d continue_path 25 /* a label inside of |scan_expression| */
17772 @d finish_path 26 /* another */
17773
17774 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17775 void mp_scan_expression (MP mp) {
17776   pointer p,q,r,pp,qq; /* for list manipulation */
17777   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17778   int my_var_flag; /* initial value of |var_flag| */
17779   pointer mac_name; /* token defined with \&{tertiarydef} */
17780   boolean cycle_hit; /* did a path expression just end with `\&{cycle}'? */
17781   scaled x,y; /* explicit coordinates or tension at a path join */
17782   int t; /* knot type following a path join */
17783   t=0; y=0; x=0;
17784   my_var_flag=mp->var_flag; mac_name=null;
17785 RESTART:
17786   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17787       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17788     mp_bad_exp(mp, "An");
17789 @.An expression...@>
17790   mp_scan_tertiary(mp);
17791 CONTINUE: 
17792   if ( mp->cur_cmd<=max_expression_command )
17793     if ( mp->cur_cmd>=min_expression_command ) {
17794       if ( (mp->cur_cmd!=equals)||(my_var_flag!=assignment) ) {
17795         p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17796         if ( d==expression_tertiary_macro ) {
17797           mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17798         }
17799         if ( (d<ampersand)||((d==ampersand)&&
17800              ((type(p)==mp_pair_type)||(type(p)==mp_path_type))) ) {
17801           @<Scan a path construction operation;
17802             but |return| if |p| has the wrong type@>;
17803         } else { 
17804           mp_get_x_next(mp); mp_scan_tertiary(mp);
17805           if ( d!=expression_tertiary_macro ) {
17806             mp_do_binary(mp, p,c);
17807           } else  { 
17808             mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17809             decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17810             goto RESTART;
17811           }
17812         }
17813         goto CONTINUE;
17814      }
17815   }
17816 }
17817
17818 @ The reader should review the data structure conventions for paths before
17819 hoping to understand the next part of this code.
17820
17821 @<Scan a path construction operation...@>=
17822
17823   cycle_hit=false;
17824   @<Convert the left operand, |p|, into a partial path ending at~|q|;
17825     but |return| if |p| doesn't have a suitable type@>;
17826 CONTINUE_PATH: 
17827   @<Determine the path join parameters;
17828     but |goto finish_path| if there's only a direction specifier@>;
17829   if ( mp->cur_cmd==cycle ) {
17830     @<Get ready to close a cycle@>;
17831   } else { 
17832     mp_scan_tertiary(mp);
17833     @<Convert the right operand, |cur_exp|,
17834       into a partial path from |pp| to~|qq|@>;
17835   }
17836   @<Join the partial paths and reset |p| and |q| to the head and tail
17837     of the result@>;
17838   if ( mp->cur_cmd>=min_expression_command )
17839     if ( mp->cur_cmd<=ampersand ) if ( ! cycle_hit ) goto CONTINUE_PATH;
17840 FINISH_PATH:
17841   @<Choose control points for the path and put the result into |cur_exp|@>;
17842 }
17843
17844 @ @<Convert the left operand, |p|, into a partial path ending at~|q|...@>=
17845
17846   mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17847   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) p=mp_new_knot(mp);
17848   else if ( mp->cur_type==mp_path_type ) p=mp->cur_exp;
17849   else return;
17850   q=p;
17851   while ( link(q)!=p ) q=link(q);
17852   if ( left_type(p)!=endpoint ) { /* open up a cycle */
17853     r=mp_copy_knot(mp, p); link(q)=r; q=r;
17854   }
17855   left_type(p)=open; right_type(q)=open;
17856 }
17857
17858 @ A pair of numeric values is changed into a knot node for a one-point path
17859 when \MP\ discovers that the pair is part of a path.
17860
17861 @c@<Declare the procedure called |known_pair|@>;
17862 pointer mp_new_knot (MP mp) { /* convert a pair to a knot with two endpoints */
17863   pointer q; /* the new node */
17864   q=mp_get_node(mp, knot_node_size); left_type(q)=endpoint;
17865   right_type(q)=endpoint; originator(q)=metapost_user; link(q)=q;
17866   mp_known_pair(mp); x_coord(q)=mp->cur_x; y_coord(q)=mp->cur_y;
17867   return q;
17868 }
17869
17870 @ The |known_pair| subroutine sets |cur_x| and |cur_y| to the components
17871 of the current expression, assuming that the current expression is a
17872 pair of known numerics. Unknown components are zeroed, and the
17873 current expression is flushed.
17874
17875 @<Declare the procedure called |known_pair|@>=
17876 void mp_known_pair (MP mp) {
17877   pointer p; /* the pair node */
17878   if ( mp->cur_type!=mp_pair_type ) {
17879     exp_err("Undefined coordinates have been replaced by (0,0)");
17880 @.Undefined coordinates...@>
17881     help5("I need x and y numbers for this part of the path.")
17882       ("The value I found (see above) was no good;")
17883       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
17884       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
17885 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
17886       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
17887     mp_put_get_flush_error(mp, 0); mp->cur_x=0; mp->cur_y=0;
17888   } else { 
17889     p=value(mp->cur_exp);
17890      @<Make sure that both |x| and |y| parts of |p| are known;
17891        copy them into |cur_x| and |cur_y|@>;
17892     mp_flush_cur_exp(mp, 0);
17893   }
17894 }
17895
17896 @ @<Make sure that both |x| and |y| parts of |p| are known...@>=
17897 if ( type(x_part_loc(p))==mp_known ) {
17898   mp->cur_x=value(x_part_loc(p));
17899 } else { 
17900   mp_disp_err(mp, x_part_loc(p),
17901     "Undefined x coordinate has been replaced by 0");
17902 @.Undefined coordinates...@>
17903   help5("I need a `known' x value for this part of the path.")
17904     ("The value I found (see above) was no good;")
17905     ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
17906     ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
17907 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
17908     ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
17909   mp_put_get_error(mp); mp_recycle_value(mp, x_part_loc(p)); mp->cur_x=0;
17910 }
17911 if ( type(y_part_loc(p))==mp_known ) {
17912   mp->cur_y=value(y_part_loc(p));
17913 } else { 
17914   mp_disp_err(mp, y_part_loc(p),
17915     "Undefined y coordinate has been replaced by 0");
17916   help5("I need a `known' y value for this part of the path.")
17917     ("The value I found (see above) was no good;")
17918     ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
17919     ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
17920     ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
17921   mp_put_get_error(mp); mp_recycle_value(mp, y_part_loc(p)); mp->cur_y=0;
17922 }
17923
17924 @ At this point |cur_cmd| is either |ampersand|, |left_brace|, or |path_join|.
17925
17926 @<Determine the path join parameters...@>=
17927 if ( mp->cur_cmd==left_brace ) {
17928   @<Put the pre-join direction information into node |q|@>;
17929 }
17930 d=mp->cur_cmd;
17931 if ( d==path_join ) {
17932   @<Determine the tension and/or control points@>;
17933 } else if ( d!=ampersand ) {
17934   goto FINISH_PATH;
17935 }
17936 mp_get_x_next(mp);
17937 if ( mp->cur_cmd==left_brace ) {
17938   @<Put the post-join direction information into |x| and |t|@>;
17939 } else if ( right_type(q)!=explicit ) {
17940   t=open; x=0;
17941 }
17942
17943 @ The |scan_direction| subroutine looks at the directional information
17944 that is enclosed in braces, and also scans ahead to the following character.
17945 A type code is returned, either |open| (if the direction was $(0,0)$),
17946 or |curl| (if the direction was a curl of known value |cur_exp|), or
17947 |given| (if the direction is given by the |angle| value that now
17948 appears in |cur_exp|).
17949
17950 There's nothing difficult about this subroutine, but the program is rather
17951 lengthy because a variety of potential errors need to be nipped in the bud.
17952
17953 @c small_number mp_scan_direction (MP mp) {
17954   int t; /* the type of information found */
17955   scaled x; /* an |x| coordinate */
17956   mp_get_x_next(mp);
17957   if ( mp->cur_cmd==curl_command ) {
17958      @<Scan a curl specification@>;
17959   } else {
17960     @<Scan a given direction@>;
17961   }
17962   if ( mp->cur_cmd!=right_brace ) {
17963     mp_missing_err(mp, "}");
17964 @.Missing `\char`\}'@>
17965     help3("I've scanned a direction spec for part of a path,")
17966       ("so a right brace should have come next.")
17967       ("I shall pretend that one was there.");
17968     mp_back_error(mp);
17969   }
17970   mp_get_x_next(mp); 
17971   return t;
17972 }
17973
17974 @ @<Scan a curl specification@>=
17975 { mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17976 if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<0) ){ 
17977   exp_err("Improper curl has been replaced by 1");
17978 @.Improper curl@>
17979   help1("A curl must be a known, nonnegative number.");
17980   mp_put_get_flush_error(mp, unity);
17981 }
17982 t=curl;
17983 }
17984
17985 @ @<Scan a given direction@>=
17986 { mp_scan_expression(mp);
17987   if ( mp->cur_type>mp_pair_type ) {
17988     @<Get given directions separated by commas@>;
17989   } else {
17990     mp_known_pair(mp);
17991   }
17992   if ( (mp->cur_x==0)&&(mp->cur_y==0) )  t=open;
17993   else  { t=given; mp->cur_exp=mp_n_arg(mp, mp->cur_x,mp->cur_y);}
17994 }
17995
17996 @ @<Get given directions separated by commas@>=
17997
17998   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
17999     exp_err("Undefined x coordinate has been replaced by 0");
18000 @.Undefined coordinates...@>
18001     help5("I need a `known' x value for this part of the path.")
18002       ("The value I found (see above) was no good;")
18003       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18004       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18005 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
18006       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18007     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
18008   }
18009   x=mp->cur_exp;
18010   if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
18011     mp_missing_err(mp, ",");
18012 @.Missing `,'@>
18013     help2("I've got the x coordinate of a path direction;")
18014       ("will look for the y coordinate next.");
18015     mp_back_error(mp);
18016   }
18017   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18018   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18019      exp_err("Undefined y coordinate has been replaced by 0");
18020     help5("I need a `known' y value for this part of the path.")
18021       ("The value I found (see above) was no good;")
18022       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18023       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18024       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18025     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
18026   }
18027   mp->cur_y=mp->cur_exp; mp->cur_x=x;
18028 }
18029
18030 @ At this point |right_type(q)| is usually |open|, but it may have been
18031 set to some other value by a previous splicing operation. We must maintain
18032 the value of |right_type(q)| in unusual cases such as
18033 `\.{..z1\{z2\}\&\{z3\}z1\{0,0\}..}'.
18034
18035 @<Put the pre-join...@>=
18036
18037   t=mp_scan_direction(mp);
18038   if ( t!=open ) {
18039     right_type(q)=t; right_given(q)=mp->cur_exp;
18040     if ( left_type(q)==open ) {
18041       left_type(q)=t; left_given(q)=mp->cur_exp;
18042     } /* note that |left_given(q)=left_curl(q)| */
18043   }
18044 }
18045
18046 @ Since |left_tension| and |left_y| share the same position in knot nodes,
18047 and since |left_given| is similarly equivalent to |left_x|, we use
18048 |x| and |y| to hold the given direction and tension information when
18049 there are no explicit control points.
18050
18051 @<Put the post-join...@>=
18052
18053   t=mp_scan_direction(mp);
18054   if ( right_type(q)!=explicit ) x=mp->cur_exp;
18055   else t=explicit; /* the direction information is superfluous */
18056 }
18057
18058 @ @<Determine the tension and/or...@>=
18059
18060   mp_get_x_next(mp);
18061   if ( mp->cur_cmd==tension ) {
18062     @<Set explicit tensions@>;
18063   } else if ( mp->cur_cmd==controls ) {
18064     @<Set explicit control points@>;
18065   } else  { 
18066     right_tension(q)=unity; y=unity; mp_back_input(mp); /* default tension */
18067     goto DONE;
18068   };
18069   if ( mp->cur_cmd!=path_join ) {
18070      mp_missing_err(mp, "..");
18071 @.Missing `..'@>
18072     help1("A path join command should end with two dots.");
18073     mp_back_error(mp);
18074   }
18075 DONE:
18076   ;
18077 }
18078
18079 @ @<Set explicit tensions@>=
18080
18081   mp_get_x_next(mp); y=mp->cur_cmd;
18082   if ( mp->cur_cmd==at_least ) mp_get_x_next(mp);
18083   mp_scan_primary(mp);
18084   @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>;
18085   if ( y==at_least ) negate(mp->cur_exp);
18086   right_tension(q)=mp->cur_exp;
18087   if ( mp->cur_cmd==and_command ) {
18088     mp_get_x_next(mp); y=mp->cur_cmd;
18089     if ( mp->cur_cmd==at_least ) mp_get_x_next(mp);
18090     mp_scan_primary(mp);
18091     @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>;
18092     if ( y==at_least ) negate(mp->cur_exp);
18093   }
18094   y=mp->cur_exp;
18095 }
18096
18097 @ @d min_tension three_quarter_unit
18098
18099 @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>=
18100 if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<min_tension) ) {
18101   exp_err("Improper tension has been set to 1");
18102 @.Improper tension@>
18103   help1("The expression above should have been a number >=3/4.");
18104   mp_put_get_flush_error(mp, unity);
18105 }
18106
18107 @ @<Set explicit control points@>=
18108
18109   right_type(q)=explicit; t=explicit; mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
18110   mp_known_pair(mp); right_x(q)=mp->cur_x; right_y(q)=mp->cur_y;
18111   if ( mp->cur_cmd!=and_command ) {
18112     x=right_x(q); y=right_y(q);
18113   } else { 
18114     mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
18115     mp_known_pair(mp); x=mp->cur_x; y=mp->cur_y;
18116   }
18117 }
18118
18119 @ @<Convert the right operand, |cur_exp|, into a partial path...@>=
18120
18121   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) pp=mp_new_knot(mp);
18122   else pp=mp->cur_exp;
18123   qq=pp;
18124   while ( link(qq)!=pp ) qq=link(qq);
18125   if ( left_type(pp)!=endpoint ) { /* open up a cycle */
18126     r=mp_copy_knot(mp, pp); link(qq)=r; qq=r;
18127   }
18128   left_type(pp)=open; right_type(qq)=open;
18129 }
18130
18131 @ If a person tries to define an entire path by saying `\.{(x,y)\&cycle}',
18132 we silently change the specification to `\.{(x,y)..cycle}', since a cycle
18133 shouldn't have length zero.
18134
18135 @<Get ready to close a cycle@>=
18136
18137   cycle_hit=true; mp_get_x_next(mp); pp=p; qq=p;
18138   if ( d==ampersand ) if ( p==q ) {
18139     d=path_join; right_tension(q)=unity; y=unity;
18140   }
18141 }
18142
18143 @ @<Join the partial paths and reset |p| and |q|...@>=
18144
18145 if ( d==ampersand ) {
18146   if ( (x_coord(q)!=x_coord(pp))||(y_coord(q)!=y_coord(pp)) ) {
18147     print_err("Paths don't touch; `&' will be changed to `..'");
18148 @.Paths don't touch@>
18149     help3("When you join paths `p&q', the ending point of p")
18150       ("must be exactly equal to the starting point of q.")
18151       ("So I'm going to pretend that you said `p..q' instead.");
18152     mp_put_get_error(mp); d=path_join; right_tension(q)=unity; y=unity;
18153   }
18154 }
18155 @<Plug an opening in |right_type(pp)|, if possible@>;
18156 if ( d==ampersand ) {
18157   @<Splice independent paths together@>;
18158 } else  { 
18159   @<Plug an opening in |right_type(q)|, if possible@>;
18160   link(q)=pp; left_y(pp)=y;
18161   if ( t!=open ) { left_x(pp)=x; left_type(pp)=t;  };
18162 }
18163 q=qq;
18164 }
18165
18166 @ @<Plug an opening in |right_type(q)|...@>=
18167 if ( right_type(q)==open ) {
18168   if ( (left_type(q)==curl)||(left_type(q)==given) ) {
18169     right_type(q)=left_type(q); right_given(q)=left_given(q);
18170   }
18171 }
18172
18173 @ @<Plug an opening in |right_type(pp)|...@>=
18174 if ( right_type(pp)==open ) {
18175   if ( (t==curl)||(t==given) ) {
18176     right_type(pp)=t; right_given(pp)=x;
18177   }
18178 }
18179
18180 @ @<Splice independent paths together@>=
18181
18182   if ( left_type(q)==open ) if ( right_type(q)==open ) {
18183     left_type(q)=curl; left_curl(q)=unity;
18184   }
18185   if ( right_type(pp)==open ) if ( t==open ) {
18186     right_type(pp)=curl; right_curl(pp)=unity;
18187   }
18188   right_type(q)=right_type(pp); link(q)=link(pp);
18189   right_x(q)=right_x(pp); right_y(q)=right_y(pp);
18190   mp_free_node(mp, pp,knot_node_size);
18191   if ( qq==pp ) qq=q;
18192 }
18193
18194 @ @<Choose control points for the path...@>=
18195 if ( cycle_hit ) { 
18196   if ( d==ampersand ) p=q;
18197 } else  { 
18198   left_type(p)=endpoint;
18199   if ( right_type(p)==open ) { 
18200     right_type(p)=curl; right_curl(p)=unity;
18201   }
18202   right_type(q)=endpoint;
18203   if ( left_type(q)==open ) { 
18204     left_type(q)=curl; left_curl(q)=unity;
18205   }
18206   link(q)=p;
18207 }
18208 mp_make_choices(mp, p);
18209 mp->cur_type=mp_path_type; mp->cur_exp=p
18210
18211 @ Finally, we sometimes need to scan an expression whose value is
18212 supposed to be either |true_code| or |false_code|.
18213
18214 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
18215 void mp_get_boolean (MP mp) { 
18216   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18217   if ( mp->cur_type!=mp_boolean_type ) {
18218     exp_err("Undefined condition will be treated as `false'");
18219 @.Undefined condition...@>
18220     help2("The expression shown above should have had a definite")
18221       ("true-or-false value. I'm changing it to `false'.");
18222     mp_put_get_flush_error(mp, false_code); mp->cur_type=mp_boolean_type;
18223   }
18224 }
18225
18226 @* \[39] Doing the operations.
18227 The purpose of parsing is primarily to permit people to avoid piles of
18228 parentheses. But the real work is done after the structure of an expression
18229 has been recognized; that's when new expressions are generated. We
18230 turn now to the guts of \MP, which handles individual operators that
18231 have come through the parsing mechanism.
18232
18233 We'll start with the easy ones that take no operands, then work our way
18234 up to operators with one and ultimately two arguments. In other words,
18235 we will write the three procedures |do_nullary|, |do_unary|, and |do_binary|
18236 that are invoked periodically by the expression scanners.
18237
18238 First let's make sure that all of the primitive operators are in the
18239 hash table. Although |scan_primary| and its relatives made use of the
18240 \\{cmd} code for these operators, the \\{do} routines base everything
18241 on the \\{mod} code. For example, |do_binary| doesn't care whether the
18242 operation it performs is a |primary_binary| or |secondary_binary|, etc.
18243
18244 @<Put each...@>=
18245 mp_primitive(mp, "true",nullary,true_code);
18246 @:true_}{\&{true} primitive@>
18247 mp_primitive(mp, "false",nullary,false_code);
18248 @:false_}{\&{false} primitive@>
18249 mp_primitive(mp, "nullpicture",nullary,null_picture_code);
18250 @:null_picture_}{\&{nullpicture} primitive@>
18251 mp_primitive(mp, "nullpen",nullary,null_pen_code);
18252 @:null_pen_}{\&{nullpen} primitive@>
18253 mp_primitive(mp, "jobname",nullary,job_name_op);
18254 @:job_name_}{\&{jobname} primitive@>
18255 mp_primitive(mp, "readstring",nullary,read_string_op);
18256 @:read_string_}{\&{readstring} primitive@>
18257 mp_primitive(mp, "pencircle",nullary,pen_circle);
18258 @:pen_circle_}{\&{pencircle} primitive@>
18259 mp_primitive(mp, "normaldeviate",nullary,normal_deviate);
18260 @:normal_deviate_}{\&{normaldeviate} primitive@>
18261 mp_primitive(mp, "readfrom",unary,read_from_op);
18262 @:read_from_}{\&{readfrom} primitive@>
18263 mp_primitive(mp, "closefrom",unary,close_from_op);
18264 @:close_from_}{\&{closefrom} primitive@>
18265 mp_primitive(mp, "odd",unary,odd_op);
18266 @:odd_}{\&{odd} primitive@>
18267 mp_primitive(mp, "known",unary,known_op);
18268 @:known_}{\&{known} primitive@>
18269 mp_primitive(mp, "unknown",unary,unknown_op);
18270 @:unknown_}{\&{unknown} primitive@>
18271 mp_primitive(mp, "not",unary,not_op);
18272 @:not_}{\&{not} primitive@>
18273 mp_primitive(mp, "decimal",unary,decimal);
18274 @:decimal_}{\&{decimal} primitive@>
18275 mp_primitive(mp, "reverse",unary,reverse);
18276 @:reverse_}{\&{reverse} primitive@>
18277 mp_primitive(mp, "makepath",unary,make_path_op);
18278 @:make_path_}{\&{makepath} primitive@>
18279 mp_primitive(mp, "makepen",unary,make_pen_op);
18280 @:make_pen_}{\&{makepen} primitive@>
18281 mp_primitive(mp, "oct",unary,oct_op);
18282 @:oct_}{\&{oct} primitive@>
18283 mp_primitive(mp, "hex",unary,hex_op);
18284 @:hex_}{\&{hex} primitive@>
18285 mp_primitive(mp, "ASCII",unary,ASCII_op);
18286 @:ASCII_}{\&{ASCII} primitive@>
18287 mp_primitive(mp, "char",unary,char_op);
18288 @:char_}{\&{char} primitive@>
18289 mp_primitive(mp, "length",unary,length_op);
18290 @:length_}{\&{length} primitive@>
18291 mp_primitive(mp, "turningnumber",unary,turning_op);
18292 @:turning_number_}{\&{turningnumber} primitive@>
18293 mp_primitive(mp, "xpart",unary,x_part);
18294 @:x_part_}{\&{xpart} primitive@>
18295 mp_primitive(mp, "ypart",unary,y_part);
18296 @:y_part_}{\&{ypart} primitive@>
18297 mp_primitive(mp, "xxpart",unary,xx_part);
18298 @:xx_part_}{\&{xxpart} primitive@>
18299 mp_primitive(mp, "xypart",unary,xy_part);
18300 @:xy_part_}{\&{xypart} primitive@>
18301 mp_primitive(mp, "yxpart",unary,yx_part);
18302 @:yx_part_}{\&{yxpart} primitive@>
18303 mp_primitive(mp, "yypart",unary,yy_part);
18304 @:yy_part_}{\&{yypart} primitive@>
18305 mp_primitive(mp, "redpart",unary,red_part);
18306 @:red_part_}{\&{redpart} primitive@>
18307 mp_primitive(mp, "greenpart",unary,green_part);
18308 @:green_part_}{\&{greenpart} primitive@>
18309 mp_primitive(mp, "bluepart",unary,blue_part);
18310 @:blue_part_}{\&{bluepart} primitive@>
18311 mp_primitive(mp, "cyanpart",unary,cyan_part);
18312 @:cyan_part_}{\&{cyanpart} primitive@>
18313 mp_primitive(mp, "magentapart",unary,magenta_part);
18314 @:magenta_part_}{\&{magentapart} primitive@>
18315 mp_primitive(mp, "yellowpart",unary,yellow_part);
18316 @:yellow_part_}{\&{yellowpart} primitive@>
18317 mp_primitive(mp, "blackpart",unary,black_part);
18318 @:black_part_}{\&{blackpart} primitive@>
18319 mp_primitive(mp, "greypart",unary,grey_part);
18320 @:grey_part_}{\&{greypart} primitive@>
18321 mp_primitive(mp, "colormodel",unary,color_model_part);
18322 @:color_model_part_}{\&{colormodel} primitive@>
18323 mp_primitive(mp, "fontpart",unary,font_part);
18324 @:font_part_}{\&{fontpart} primitive@>
18325 mp_primitive(mp, "textpart",unary,text_part);
18326 @:text_part_}{\&{textpart} primitive@>
18327 mp_primitive(mp, "pathpart",unary,path_part);
18328 @:path_part_}{\&{pathpart} primitive@>
18329 mp_primitive(mp, "penpart",unary,pen_part);
18330 @:pen_part_}{\&{penpart} primitive@>
18331 mp_primitive(mp, "dashpart",unary,dash_part);
18332 @:dash_part_}{\&{dashpart} primitive@>
18333 mp_primitive(mp, "sqrt",unary,sqrt_op);
18334 @:sqrt_}{\&{sqrt} primitive@>
18335 mp_primitive(mp, "mexp",unary,m_exp_op);
18336 @:m_exp_}{\&{mexp} primitive@>
18337 mp_primitive(mp, "mlog",unary,m_log_op);
18338 @:m_log_}{\&{mlog} primitive@>
18339 mp_primitive(mp, "sind",unary,sin_d_op);
18340 @:sin_d_}{\&{sind} primitive@>
18341 mp_primitive(mp, "cosd",unary,cos_d_op);
18342 @:cos_d_}{\&{cosd} primitive@>
18343 mp_primitive(mp, "floor",unary,floor_op);
18344 @:floor_}{\&{floor} primitive@>
18345 mp_primitive(mp, "uniformdeviate",unary,uniform_deviate);
18346 @:uniform_deviate_}{\&{uniformdeviate} primitive@>
18347 mp_primitive(mp, "charexists",unary,char_exists_op);
18348 @:char_exists_}{\&{charexists} primitive@>
18349 mp_primitive(mp, "fontsize",unary,font_size);
18350 @:font_size_}{\&{fontsize} primitive@>
18351 mp_primitive(mp, "llcorner",unary,ll_corner_op);
18352 @:ll_corner_}{\&{llcorner} primitive@>
18353 mp_primitive(mp, "lrcorner",unary,lr_corner_op);
18354 @:lr_corner_}{\&{lrcorner} primitive@>
18355 mp_primitive(mp, "ulcorner",unary,ul_corner_op);
18356 @:ul_corner_}{\&{ulcorner} primitive@>
18357 mp_primitive(mp, "urcorner",unary,ur_corner_op);
18358 @:ur_corner_}{\&{urcorner} primitive@>
18359 mp_primitive(mp, "arclength",unary,arc_length);
18360 @:arc_length_}{\&{arclength} primitive@>
18361 mp_primitive(mp, "angle",unary,angle_op);
18362 @:angle_}{\&{angle} primitive@>
18363 mp_primitive(mp, "cycle",cycle,cycle_op);
18364 @:cycle_}{\&{cycle} primitive@>
18365 mp_primitive(mp, "stroked",unary,stroked_op);
18366 @:stroked_}{\&{stroked} primitive@>
18367 mp_primitive(mp, "filled",unary,filled_op);
18368 @:filled_}{\&{filled} primitive@>
18369 mp_primitive(mp, "textual",unary,textual_op);
18370 @:textual_}{\&{textual} primitive@>
18371 mp_primitive(mp, "clipped",unary,clipped_op);
18372 @:clipped_}{\&{clipped} primitive@>
18373 mp_primitive(mp, "bounded",unary,bounded_op);
18374 @:bounded_}{\&{bounded} primitive@>
18375 mp_primitive(mp, "+",plus_or_minus,plus);
18376 @:+ }{\.{+} primitive@>
18377 mp_primitive(mp, "-",plus_or_minus,minus);
18378 @:- }{\.{-} primitive@>
18379 mp_primitive(mp, "*",secondary_binary,times);
18380 @:* }{\.{*} primitive@>
18381 mp_primitive(mp, "/",slash,over); mp->eqtb[frozen_slash]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
18382 @:/ }{\.{/} primitive@>
18383 mp_primitive(mp, "++",tertiary_binary,pythag_add);
18384 @:++_}{\.{++} primitive@>
18385 mp_primitive(mp, "+-+",tertiary_binary,pythag_sub);
18386 @:+-+_}{\.{+-+} primitive@>
18387 mp_primitive(mp, "or",tertiary_binary,or_op);
18388 @:or_}{\&{or} primitive@>
18389 mp_primitive(mp, "and",and_command,and_op);
18390 @:and_}{\&{and} primitive@>
18391 mp_primitive(mp, "<",expression_binary,less_than);
18392 @:< }{\.{<} primitive@>
18393 mp_primitive(mp, "<=",expression_binary,less_or_equal);
18394 @:<=_}{\.{<=} primitive@>
18395 mp_primitive(mp, ">",expression_binary,greater_than);
18396 @:> }{\.{>} primitive@>
18397 mp_primitive(mp, ">=",expression_binary,greater_or_equal);
18398 @:>=_}{\.{>=} primitive@>
18399 mp_primitive(mp, "=",equals,equal_to);
18400 @:= }{\.{=} primitive@>
18401 mp_primitive(mp, "<>",expression_binary,unequal_to);
18402 @:<>_}{\.{<>} primitive@>
18403 mp_primitive(mp, "substring",primary_binary,substring_of);
18404 @:substring_}{\&{substring} primitive@>
18405 mp_primitive(mp, "subpath",primary_binary,subpath_of);
18406 @:subpath_}{\&{subpath} primitive@>
18407 mp_primitive(mp, "directiontime",primary_binary,direction_time_of);
18408 @:direction_time_}{\&{directiontime} primitive@>
18409 mp_primitive(mp, "point",primary_binary,point_of);
18410 @:point_}{\&{point} primitive@>
18411 mp_primitive(mp, "precontrol",primary_binary,precontrol_of);
18412 @:precontrol_}{\&{precontrol} primitive@>
18413 mp_primitive(mp, "postcontrol",primary_binary,postcontrol_of);
18414 @:postcontrol_}{\&{postcontrol} primitive@>
18415 mp_primitive(mp, "penoffset",primary_binary,pen_offset_of);
18416 @:pen_offset_}{\&{penoffset} primitive@>
18417 mp_primitive(mp, "arctime",primary_binary,arc_time_of);
18418 @:arc_time_of_}{\&{arctime} primitive@>
18419 mp_primitive(mp, "mpversion",nullary,mp_version);
18420 @:mp_verison_}{\&{mpversion} primitive@>
18421 mp_primitive(mp, "&",ampersand,concatenate);
18422 @:!!!}{\.{\&} primitive@>
18423 mp_primitive(mp, "rotated",secondary_binary,rotated_by);
18424 @:rotated_}{\&{rotated} primitive@>
18425 mp_primitive(mp, "slanted",secondary_binary,slanted_by);
18426 @:slanted_}{\&{slanted} primitive@>
18427 mp_primitive(mp, "scaled",secondary_binary,scaled_by);
18428 @:scaled_}{\&{scaled} primitive@>
18429 mp_primitive(mp, "shifted",secondary_binary,shifted_by);
18430 @:shifted_}{\&{shifted} primitive@>
18431 mp_primitive(mp, "transformed",secondary_binary,transformed_by);
18432 @:transformed_}{\&{transformed} primitive@>
18433 mp_primitive(mp, "xscaled",secondary_binary,x_scaled);
18434 @:x_scaled_}{\&{xscaled} primitive@>
18435 mp_primitive(mp, "yscaled",secondary_binary,y_scaled);
18436 @:y_scaled_}{\&{yscaled} primitive@>
18437 mp_primitive(mp, "zscaled",secondary_binary,z_scaled);
18438 @:z_scaled_}{\&{zscaled} primitive@>
18439 mp_primitive(mp, "infont",secondary_binary,in_font);
18440 @:in_font_}{\&{infont} primitive@>
18441 mp_primitive(mp, "intersectiontimes",tertiary_binary,intersect);
18442 @:intersection_times_}{\&{intersectiontimes} primitive@>
18443
18444 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
18445 case nullary:
18446 case unary:
18447 case primary_binary:
18448 case secondary_binary:
18449 case tertiary_binary:
18450 case expression_binary:
18451 case cycle:
18452 case plus_or_minus:
18453 case slash:
18454 case ampersand:
18455 case equals:
18456 case and_command:
18457   mp_print_op(mp, m);
18458   break;
18459
18460 @ OK, let's look at the simplest \\{do} procedure first.
18461
18462 @c @<Declare nullary action procedure@>;
18463 void mp_do_nullary (MP mp,quarterword c) { 
18464   check_arith;
18465   if ( mp->internal[tracing_commands]>two )
18466     mp_show_cmd_mod(mp, nullary,c);
18467   switch (c) {
18468   case true_code: case false_code: 
18469     mp->cur_type=mp_boolean_type; mp->cur_exp=c;
18470     break;
18471   case null_picture_code: 
18472     mp->cur_type=mp_picture_type;
18473     mp->cur_exp=mp_get_node(mp, edge_header_size); 
18474     mp_init_edges(mp, mp->cur_exp);
18475     break;
18476   case null_pen_code: 
18477     mp->cur_type=mp_pen_type; mp->cur_exp=mp_get_pen_circle(mp, 0);
18478     break;
18479   case normal_deviate: 
18480     mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=mp_norm_rand(mp);
18481     break;
18482   case pen_circle: 
18483     mp->cur_type=mp_pen_type; mp->cur_exp=mp_get_pen_circle(mp, unity);
18484     break;
18485   case job_name_op:  
18486     if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
18487     mp->cur_type=mp_string_type; mp->cur_exp=rts(mp->job_name);
18488     break;
18489   case mp_version: 
18490     mp->cur_type=mp_string_type; 
18491     mp->cur_exp=intern(metapost_version) ;
18492     break;
18493   case read_string_op:
18494     @<Read a string from the terminal@>;
18495     break;
18496   } /* there are no other cases */
18497   check_arith;
18498 }
18499
18500 @ @<Read a string...@>=
18501
18502   if ( mp->interaction<=mp_nonstop_mode )
18503     mp_fatal_error(mp, "*** (cannot readstring in nonstop modes)");
18504   mp_begin_file_reading(mp); name=is_read;
18505   limit=start; prompt_input("");
18506   mp_finish_read(mp);
18507 }
18508
18509 @ @<Declare nullary action procedure@>=
18510 void mp_finish_read (MP mp) { /* copy |buffer| line to |cur_exp| */
18511   size_t k;
18512   str_room((int)mp->last-start);
18513   for (k=start;k<=mp->last-1;k++) {
18514    append_char(mp->buffer[k]);
18515   }
18516   mp_end_file_reading(mp); mp->cur_type=mp_string_type; 
18517   mp->cur_exp=mp_make_string(mp);
18518 }
18519
18520 @ Things get a bit more interesting when there's an operand. The
18521 operand to |do_unary| appears in |cur_type| and |cur_exp|.
18522
18523 @c @<Declare unary action procedures@>;
18524 void mp_do_unary (MP mp,quarterword c) {
18525   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
18526   integer x; /* a temporary register */
18527   check_arith;
18528   if ( mp->internal[tracing_commands]>two )
18529     @<Trace the current unary operation@>;
18530   switch (c) {
18531   case plus:
18532     if ( mp->cur_type<mp_color_type ) mp_bad_unary(mp, plus);
18533     break;
18534   case minus:
18535     @<Negate the current expression@>;
18536     break;
18537   @<Additional cases of unary operators@>;
18538   } /* there are no other cases */
18539   check_arith;
18540 };
18541
18542 @ The |nice_pair| function returns |true| if both components of a pair
18543 are known.
18544
18545 @<Declare unary action procedures@>=
18546 boolean mp_nice_pair (MP mp,integer p, quarterword t) { 
18547   if ( t==mp_pair_type ) {
18548     p=value(p);
18549     if ( type(x_part_loc(p))==mp_known )
18550       if ( type(y_part_loc(p))==mp_known )
18551         return true;
18552   }
18553   return false;
18554 }
18555
18556 @ The |nice_color_or_pair| function is analogous except that it also accepts
18557 fully known colors.
18558
18559 @<Declare unary action procedures@>=
18560 boolean mp_nice_color_or_pair (MP mp,integer p, quarterword t) {
18561   pointer q,r; /* for scanning the big node */
18562   if ( (t!=mp_pair_type)&&(t!=mp_color_type)&&(t!=mp_cmykcolor_type) ) {
18563     return false;
18564   } else { 
18565     q=value(p);
18566     r=q+mp->big_node_size[type(p)];
18567     do {  
18568       r=r-2;
18569       if ( type(r)!=mp_known )
18570         return false;
18571     } while (r!=q);
18572     return true;
18573   }
18574 }
18575
18576 @ @<Declare unary action...@>=
18577 void mp_print_known_or_unknown_type (MP mp,small_number t, integer v) { 
18578   mp_print_char(mp, '(');
18579   if ( t>mp_known ) mp_print(mp, "unknown numeric");
18580   else { if ( (t==mp_pair_type)||(t==mp_color_type)||(t==mp_cmykcolor_type) )
18581     if ( ! mp_nice_color_or_pair(mp, v,t) ) mp_print(mp, "unknown ");
18582     mp_print_type(mp, t);
18583   }
18584   mp_print_char(mp, ')');
18585 }
18586
18587 @ @<Declare unary action...@>=
18588 void mp_bad_unary (MP mp,quarterword c) { 
18589   exp_err("Not implemented: "); mp_print_op(mp, c);
18590 @.Not implemented...@>
18591   mp_print_known_or_unknown_type(mp, mp->cur_type,mp->cur_exp);
18592   help3("I'm afraid I don't know how to apply that operation to that")
18593     ("particular type. Continue, and I'll simply return the")
18594     ("argument (shown above) as the result of the operation.");
18595   mp_put_get_error(mp);
18596 }
18597
18598 @ @<Trace the current unary operation@>=
18599
18600   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{"); 
18601   mp_print_op(mp, c); mp_print_char(mp, '(');
18602   mp_print_exp(mp, null,0); /* show the operand, but not verbosely */
18603   mp_print(mp, ")}"); mp_end_diagnostic(mp, false);
18604 }
18605
18606 @ Negation is easy except when the current expression
18607 is of type |independent|, or when it is a pair with one or more
18608 |independent| components.
18609
18610 It is tempting to argue that the negative of an independent variable
18611 is an independent variable, hence we don't have to do anything when
18612 negating it. The fallacy is that other dependent variables pointing
18613 to the current expression must change the sign of their
18614 coefficients if we make no change to the current expression.
18615
18616 Instead, we work around the problem by copying the current expression
18617 and recycling it afterwards (cf.~the |stash_in| routine).
18618
18619 @<Negate the current expression@>=
18620 switch (mp->cur_type) {
18621 case mp_color_type:
18622 case mp_cmykcolor_type:
18623 case mp_pair_type:
18624 case mp_independent: 
18625   q=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, q);
18626   if ( mp->cur_type==mp_dependent ) {
18627     mp_negate_dep_list(mp, dep_list(mp->cur_exp));
18628   } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { /* |mp_color_type| or |mp_pair_type| */
18629     p=value(mp->cur_exp);
18630     r=p+mp->big_node_size[mp->cur_type];
18631     do {  
18632       r=r-2;
18633       if ( type(r)==mp_known ) negate(value(r));
18634       else mp_negate_dep_list(mp, dep_list(r));
18635     } while (r!=p);
18636   } /* if |cur_type=mp_known| then |cur_exp=0| */
18637   mp_recycle_value(mp, q); mp_free_node(mp, q,value_node_size);
18638   break;
18639 case mp_dependent:
18640 case mp_proto_dependent:
18641   mp_negate_dep_list(mp, dep_list(mp->cur_exp));
18642   break;
18643 case mp_known:
18644   negate(mp->cur_exp);
18645   break;
18646 default:
18647   mp_bad_unary(mp, minus);
18648   break;
18649 }
18650
18651 @ @<Declare unary action...@>=
18652 void mp_negate_dep_list (MP mp,pointer p) { 
18653   while (1) { 
18654     negate(value(p));
18655     if ( info(p)==null ) return;
18656     p=link(p);
18657   }
18658 }
18659
18660 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18661 case not_op: 
18662   if ( mp->cur_type!=mp_boolean_type ) mp_bad_unary(mp, not_op);
18663   else mp->cur_exp=true_code+false_code-mp->cur_exp;
18664   break;
18665
18666 @ @d three_sixty_units 23592960 /* that's |360*unity| */
18667 @d boolean_reset(A) if ( (A) ) mp->cur_exp=true_code; else mp->cur_exp=false_code
18668
18669 @<Additional cases of unary operators@>=
18670 case sqrt_op:
18671 case m_exp_op:
18672 case m_log_op:
18673 case sin_d_op:
18674 case cos_d_op:
18675 case floor_op:
18676 case  uniform_deviate:
18677 case odd_op:
18678 case char_exists_op:
18679   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18680     mp_bad_unary(mp, c);
18681   } else {
18682     switch (c) {
18683     case sqrt_op:mp->cur_exp=mp_square_rt(mp, mp->cur_exp);break;
18684     case m_exp_op:mp->cur_exp=mp_m_exp(mp, mp->cur_exp);break;
18685     case m_log_op:mp->cur_exp=mp_m_log(mp, mp->cur_exp);break;
18686     case sin_d_op:
18687     case cos_d_op:
18688       mp_n_sin_cos(mp, (mp->cur_exp % three_sixty_units)*16);
18689       if ( c==sin_d_op ) mp->cur_exp=mp_round_fraction(mp, mp->n_sin);
18690       else mp->cur_exp=mp_round_fraction(mp, mp->n_cos);
18691       break;
18692     case floor_op:mp->cur_exp=mp_floor_scaled(mp, mp->cur_exp);break;
18693     case uniform_deviate:mp->cur_exp=mp_unif_rand(mp, mp->cur_exp);break;
18694     case odd_op: 
18695       boolean_reset(odd(mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp)));
18696       mp->cur_type=mp_boolean_type;
18697       break;
18698     case char_exists_op:
18699       @<Determine if a character has been shipped out@>;
18700       break;
18701     } /* there are no other cases */
18702   }
18703   break;
18704
18705 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18706 case angle_op:
18707   if ( mp_nice_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type) ) {
18708     p=value(mp->cur_exp);
18709     x=mp_n_arg(mp, value(x_part_loc(p)),value(y_part_loc(p)));
18710     if ( x>=0 ) mp_flush_cur_exp(mp, (x+8)/ 16);
18711     else mp_flush_cur_exp(mp, -((-x+8)/ 16));
18712   } else {
18713     mp_bad_unary(mp, angle_op);
18714   }
18715   break;
18716
18717 @ If the current expression is a pair, but the context wants it to
18718 be a path, we call |pair_to_path|.
18719
18720 @<Declare unary action...@>=
18721 void mp_pair_to_path (MP mp) { 
18722   mp->cur_exp=mp_new_knot(mp); 
18723   mp->cur_type=mp_path_type;
18724 };
18725
18726 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18727 case x_part:
18728 case y_part:
18729   if ( (mp->cur_type==mp_pair_type)||(mp->cur_type==mp_transform_type) )
18730     mp_take_part(mp, c);
18731   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18732   else mp_bad_unary(mp, c);
18733   break;
18734 case xx_part:
18735 case xy_part:
18736 case yx_part:
18737 case yy_part: 
18738   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) mp_take_part(mp, c);
18739   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18740   else mp_bad_unary(mp, c);
18741   break;
18742 case red_part:
18743 case green_part:
18744 case blue_part: 
18745   if ( mp->cur_type==mp_color_type ) mp_take_part(mp, c);
18746   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18747   else mp_bad_unary(mp, c);
18748   break;
18749 case cyan_part:
18750 case magenta_part:
18751 case yellow_part:
18752 case black_part: 
18753   if ( mp->cur_type==mp_cmykcolor_type) mp_take_part(mp, c); 
18754   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18755   else mp_bad_unary(mp, c);
18756   break;
18757 case grey_part: 
18758   if ( mp->cur_type==mp_known ) mp->cur_exp=value(c);
18759   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18760   else mp_bad_unary(mp, c);
18761   break;
18762 case color_model_part: 
18763   if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18764   else mp_bad_unary(mp, c);
18765   break;
18766
18767 @ In the following procedure, |cur_exp| points to a capsule, which points to
18768 a big node. We want to delete all but one part of the big node.
18769
18770 @<Declare unary action...@>=
18771 void mp_take_part (MP mp,quarterword c) {
18772   pointer p; /* the big node */
18773   p=value(mp->cur_exp); value(temp_val)=p; type(temp_val)=mp->cur_type;
18774   link(p)=temp_val; mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
18775   mp_make_exp_copy(mp, p+mp->sector_offset[c+mp_x_part_sector-x_part]);
18776   mp_recycle_value(mp, temp_val);
18777 }
18778
18779 @ @<Initialize table entries...@>=
18780 name_type(temp_val)=mp_capsule;
18781
18782 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18783 case font_part:
18784 case text_part:
18785 case path_part:
18786 case pen_part:
18787 case dash_part:
18788   if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18789   else mp_bad_unary(mp, c);
18790   break;
18791
18792 @ @<Declarations@>=
18793 void mp_scale_edges (MP mp);
18794
18795 @ @<Declare unary action...@>=
18796 void mp_take_pict_part (MP mp,quarterword c) {
18797   pointer p; /* first graphical object in |cur_exp| */
18798   p=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
18799   if ( p!=null ) {
18800     switch (c) {
18801     case x_part: case y_part: case xx_part:
18802     case xy_part: case yx_part: case yy_part:
18803       if ( type(p)==text_code ) mp_flush_cur_exp(mp, text_trans_part(p+c));
18804       else goto NOT_FOUND;
18805       break;
18806     case red_part: case green_part: case blue_part:
18807       if ( has_color(p) ) mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c));
18808       else goto NOT_FOUND;
18809       break;
18810     case cyan_part: case magenta_part: case yellow_part:
18811     case black_part:
18812       if ( has_color(p) ) {
18813         if ( color_model(p)==uninitialized_model )
18814           mp_flush_cur_exp(mp, unity);
18815         else
18816           mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c+(red_part-cyan_part)));
18817       } else goto NOT_FOUND;
18818       break;
18819     case grey_part:
18820       if ( has_color(p) )
18821           mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c+(red_part-grey_part)));
18822       else goto NOT_FOUND;
18823       break;
18824     case color_model_part:
18825       if ( has_color(p) ) {
18826         if ( color_model(p)==uninitialized_model )
18827           mp_flush_cur_exp(mp, mp->internal[default_color_model]);
18828         else
18829           mp_flush_cur_exp(mp, color_model(p)*unity);
18830       } else goto NOT_FOUND;
18831       break;
18832     @<Handle other cases in |take_pict_part| or |goto not_found|@>;
18833     } /* all cases have been enumerated */
18834     return;
18835   };
18836 NOT_FOUND:
18837   @<Convert the current expression to a null value appropriate
18838     for |c|@>;
18839 }
18840
18841 @ @<Handle other cases in |take_pict_part| or |goto not_found|@>=
18842 case text_part: 
18843   if ( type(p)!=text_code ) goto NOT_FOUND;
18844   else { 
18845     mp_flush_cur_exp(mp, text_p(p));
18846     add_str_ref(mp->cur_exp);
18847     mp->cur_type=mp_string_type;
18848     };
18849   break;
18850 case font_part: 
18851   if ( type(p)!=text_code ) goto NOT_FOUND;
18852   else { 
18853     mp_flush_cur_exp(mp, rts(mp->font_name[font_n(p)])); 
18854     add_str_ref(mp->cur_exp);
18855     mp->cur_type=mp_string_type;
18856   };
18857   break;
18858 case path_part:
18859   if ( type(p)==text_code ) goto NOT_FOUND;
18860   else if ( is_stop(p) ) mp_confusion(mp, "pict");
18861 @:this can't happen pict}{\quad pict@>
18862   else { 
18863     mp_flush_cur_exp(mp, mp_copy_path(mp, path_p(p)));
18864     mp->cur_type=mp_path_type;
18865   }
18866   break;
18867 case pen_part: 
18868   if ( ! has_pen(p) ) goto NOT_FOUND;
18869   else {
18870     if ( pen_p(p)==null ) goto NOT_FOUND;
18871     else { mp_flush_cur_exp(mp, copy_pen(pen_p(p)));
18872       mp->cur_type=mp_pen_type;
18873     };
18874   }
18875   break;
18876 case dash_part: 
18877   if ( type(p)!=stroked_code ) goto NOT_FOUND;
18878   else { if ( dash_p(p)==null ) goto NOT_FOUND;
18879     else { add_edge_ref(dash_p(p));
18880     mp->se_sf=dash_scale(p);
18881     mp->se_pic=dash_p(p);
18882     mp_scale_edges(mp);
18883     mp_flush_cur_exp(mp, mp->se_pic);
18884     mp->cur_type=mp_picture_type;
18885     };
18886   }
18887   break;
18888
18889 @ Since |scale_edges| had to be declared |forward|, it had to be declared as a
18890 parameterless procedure even though it really takes two arguments and updates
18891 one of them.  Hence the following globals are needed.
18892
18893 @<Global...@>=
18894 pointer se_pic;  /* edge header used and updated by |scale_edges| */
18895 scaled se_sf;  /* the scale factor argument to |scale_edges| */
18896
18897 @ @<Convert the current expression to a null value appropriate...@>=
18898 switch (c) {
18899 case text_part: case font_part: 
18900   mp_flush_cur_exp(mp, rts(""));
18901   mp->cur_type=mp_string_type;
18902   break;
18903 case path_part: 
18904   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_node(mp, knot_node_size));
18905   left_type(mp->cur_exp)=endpoint;
18906   right_type(mp->cur_exp)=endpoint;
18907   link(mp->cur_exp)=mp->cur_exp;
18908   x_coord(mp->cur_exp)=0;
18909   y_coord(mp->cur_exp)=0;
18910   originator(mp->cur_exp)=metapost_user;
18911   mp->cur_type=mp_path_type;
18912   break;
18913 case pen_part: 
18914   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_pen_circle(mp, 0));
18915   mp->cur_type=mp_pen_type;
18916   break;
18917 case dash_part: 
18918   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_node(mp, edge_header_size));
18919   mp_init_edges(mp, mp->cur_exp);
18920   mp->cur_type=mp_picture_type;
18921   break;
18922 default: 
18923    mp_flush_cur_exp(mp, 0);
18924   break;
18925 }
18926
18927 @ @<Additional cases of unary...@>=
18928 case char_op: 
18929   if ( mp->cur_type!=mp_known ) { 
18930     mp_bad_unary(mp, char_op);
18931   } else { 
18932     mp->cur_exp=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp) % 256; 
18933     mp->cur_type=mp_string_type;
18934     if ( mp->cur_exp<0 ) mp->cur_exp=mp->cur_exp+256;
18935   }
18936   break;
18937 case decimal: 
18938   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18939      mp_bad_unary(mp, decimal);
18940   } else { 
18941     mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=new_string;
18942     mp_print_scaled(mp, mp->cur_exp); mp->cur_exp=mp_make_string(mp);
18943     mp->selector=mp->old_setting; mp->cur_type=mp_string_type;
18944   }
18945   break;
18946 case oct_op:
18947 case hex_op:
18948 case ASCII_op: 
18949   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, c);
18950   else mp_str_to_num(mp, c);
18951   break;
18952 case font_size: 
18953   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, font_size);
18954   else @<Find the design size of the font whose name is |cur_exp|@>;
18955   break;
18956
18957 @ @<Declare unary action...@>=
18958 void mp_str_to_num (MP mp,quarterword c) { /* converts a string to a number */
18959   integer n; /* accumulator */
18960   ASCII_code m; /* current character */
18961   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
18962   int b; /* radix of conversion */
18963   boolean bad_char; /* did the string contain an invalid digit? */
18964   if ( c==ASCII_op ) {
18965     if ( length(mp->cur_exp)==0 ) n=-1;
18966     else n=mp->str_pool[mp->str_start[mp->cur_exp]];
18967   } else { 
18968     if ( c==oct_op ) b=8; else b=16;
18969     n=0; bad_char=false;
18970     for (k=mp->str_start[mp->cur_exp];k<=str_stop(mp->cur_exp)-1;k++) {
18971       m=mp->str_pool[k];
18972       if ( (m>='0')&&(m<='9') ) m=m-'0';
18973       else if ( (m>='A')&&(m<='F') ) m=m-'A'+10;
18974       else if ( (m>='a')&&(m<='f') ) m=m-'a'+10;
18975       else  { bad_char=true; m=0; };
18976       if ( m>=b ) { bad_char=true; m=0; };
18977       if ( n<32768 / b ) n=n*b+m; else n=32767;
18978     }
18979     @<Give error messages if |bad_char| or |n>=4096|@>;
18980   }
18981   mp_flush_cur_exp(mp, n*unity);
18982 }
18983
18984 @ @<Give error messages if |bad_char|...@>=
18985 if ( bad_char ) { 
18986   exp_err("String contains illegal digits");
18987 @.String contains illegal digits@>
18988   if ( c==oct_op ) {
18989     help1("I zeroed out characters that weren't in the range 0..7.");
18990   } else  {
18991     help1("I zeroed out characters that weren't hex digits.");
18992   }
18993   mp_put_get_error(mp);
18994 }
18995 if ( (n>4095) ) {
18996   if ( mp->internal[warning_check]>0 ) {
18997     print_err("Number too large ("); 
18998     mp_print_int(mp, n); mp_print_char(mp, ')');
18999 @.Number too large@>
19000     help2("I have trouble with numbers greater than 4095; watch out.")
19001       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
19002     mp_put_get_error(mp);
19003   }
19004 }
19005
19006 @ The length operation is somewhat unusual in that it applies to a variety
19007 of different types of operands.
19008
19009 @<Additional cases of unary...@>=
19010 case length_op: 
19011   switch (mp->cur_type) {
19012   case mp_string_type: mp_flush_cur_exp(mp, length(mp->cur_exp)*unity); break;
19013   case mp_path_type: mp_flush_cur_exp(mp, mp_path_length(mp)); break;
19014   case mp_known: mp->cur_exp=abs(mp->cur_exp); break;
19015   case mp_picture_type: mp_flush_cur_exp(mp, mp_pict_length(mp)); break;
19016   default: 
19017     if ( mp_nice_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type) )
19018       mp_flush_cur_exp(mp, mp_pyth_add(mp, 
19019         value(x_part_loc(value(mp->cur_exp))),
19020         value(y_part_loc(value(mp->cur_exp)))));
19021     else mp_bad_unary(mp, c);
19022     break;
19023   }
19024   break;
19025
19026 @ @<Declare unary action...@>=
19027 scaled mp_path_length (MP mp) { /* computes the length of the current path */
19028   scaled n; /* the path length so far */
19029   pointer p; /* traverser */
19030   p=mp->cur_exp;
19031   if ( left_type(p)==endpoint ) n=-unity; else n=0;
19032   do {  p=link(p); n=n+unity; } while (p!=mp->cur_exp);
19033   return n;
19034 }
19035
19036 @ @<Declare unary action...@>=
19037 scaled mp_pict_length (MP mp) { 
19038   /* counts interior components in picture |cur_exp| */
19039   scaled n; /* the count so far */
19040   pointer p; /* traverser */
19041   n=0;
19042   p=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
19043   if ( p!=null ) {
19044     if ( is_start_or_stop(p) )
19045       if ( mp_skip_1component(mp, p)==null ) p=link(p);
19046     while ( p!=null )  { 
19047       skip_component(p) return n; 
19048       n=n+unity;   
19049     }
19050   }
19051   return n;
19052 }
19053
19054 @ Implement |turningnumber|
19055
19056 @<Additional cases of unary...@>=
19057 case turning_op:
19058   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19059   else if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, turning_op);
19060   else if ( left_type(mp->cur_exp)==endpoint )
19061      mp_flush_cur_exp(mp, 0); /* not a cyclic path */
19062   else
19063     mp_flush_cur_exp(mp, mp_turn_cycles_wrapper(mp, mp->cur_exp));
19064   break;
19065
19066 @ The function |an_angle| returns the value of the |angle| primitive, or $0$ if the
19067 argument is |origin|.
19068
19069 @<Declare unary action...@>=
19070 angle mp_an_angle (MP mp,scaled xpar, scaled ypar) {
19071   if ( (! ((xpar==0) && (ypar==0))) )
19072     return mp_n_arg(mp, xpar,ypar);
19073   return 0;
19074 }
19075
19076
19077 @ The actual turning number is (for the moment) computed in a C function
19078 that receives eight integers corresponding to the four controlling points,
19079 and returns a single angle.  Besides those, we have to account for discrete
19080 moves at the actual points.
19081
19082 @d floor(a) (a>=0 ? a : -(int)(-a))
19083 @d bezier_error (720<<20)+1
19084 @d sign(v) ((v)>0 ? 1 : ((v)<0 ? -1 : 0 ))
19085 @d print_roots(a) { if (debuglevel>(65536*2))
19086    fprintf(stdout,"bezier_slope(): %s, i=%f, o=%f, angle=%f\n", (a),in,out,res); }
19087 @d out ((double)(xo>>20))
19088 @d mid ((double)(xm>>20))
19089 @d in  ((double)(xi>>20))
19090 @d divisor (256*256)
19091 @d double2angle(a) (int)floor(a*256.0*256.0*16.0)
19092
19093 @<Declare unary action...@>=
19094 angle mp_bezier_slope(MP mp, integer AX,integer AY,integer BX,integer BY,
19095             integer CX,integer CY,integer DX,integer DY, int debuglevel);
19096
19097 @ @c 
19098 angle mp_bezier_slope(MP mp, integer AX,integer AY,integer BX,integer BY,
19099             integer CX,integer CY,integer DX,integer DY, int debuglevel) {
19100   double a, b, c;
19101   integer deltax,deltay;
19102   double ax,ay,bx,by,cx,cy,dx,dy;
19103   angle xi = 0, xo = 0, xm = 0;
19104   double res = 0;
19105   ax=AX/divisor;  ay=AY/divisor;
19106   bx=BX/divisor;  by=BY/divisor;
19107   cx=CX/divisor;  cy=CY/divisor;
19108   dx=DX/divisor;  dy=DY/divisor;
19109
19110   deltax = (BX-AX); deltay = (BY-AY);
19111   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(CX-AX); deltay=(CY-AY); }
19112   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-AX); deltay=(DY-AY); }
19113   xi = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19114
19115   deltax = (CX-BX); deltay = (CY-BY);
19116   xm = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19117
19118   deltax = (DX-CX); deltay = (DY-CY);
19119   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-BX); deltay=(DY-BY); }
19120   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-AX); deltay=(DY-AY); }
19121   xo = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19122
19123   a = (bx-ax)*(cy-by) - (cx-bx)*(by-ay); /* a = (bp-ap)x(cp-bp); */
19124   b = (bx-ax)*(dy-cy) - (by-ay)*(dx-cx);; /* b = (bp-ap)x(dp-cp);*/
19125   c = (cx-bx)*(dy-cy) - (dx-cx)*(cy-by); /* c = (cp-bp)x(dp-cp);*/
19126
19127   if (debuglevel>(65536*2)) {
19128     fprintf(stdout,
19129       "bezier_slope(): (%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f)\n",
19130               ax,ay,bx,by,cx,cy,dx,dy);
19131     fprintf(stdout,
19132       "bezier_slope(): a,b,c,b^2,4ac: (%.2f,%.2f,%.2f,%.2f,%.2f)\n",a,b,c,b*b,4*a*c);
19133   }
19134
19135   if ((a==0)&&(c==0)) {
19136     res = (b==0 ?  0 :  (out-in)); 
19137     print_roots("no roots (a)");
19138   } else if ((a==0)||(c==0)) {
19139     if ((sign(b) == sign(a)) || (sign(b) == sign(c))) {
19140       res = out-in; /* ? */
19141       if (res<-180.0) 
19142         res += 360.0;
19143       else if (res>180.0)
19144         res -= 360.0;
19145       print_roots("no roots (b)");
19146     } else {
19147       res = out-in; /* ? */
19148       print_roots("one root (a)");
19149     }
19150   } else if ((sign(a)*sign(c))<0) {
19151     res = out-in; /* ? */
19152       if (res<-180.0) 
19153         res += 360.0;
19154       else if (res>180.0)
19155         res -= 360.0;
19156     print_roots("one root (b)");
19157   } else {
19158     if (sign(a) == sign(b)) {
19159       res = out-in; /* ? */
19160       if (res<-180.0) 
19161         res += 360.0;
19162       else if (res>180.0)
19163         res -= 360.0;
19164       print_roots("no roots (d)");
19165     } else {
19166       if ((b*b) == (4*a*c)) {
19167         res = bezier_error;
19168         print_roots("double root"); /* cusp */
19169       } else if ((b*b) < (4*a*c)) {
19170         res = out-in; /* ? */
19171         if (res<=0.0 &&res>-180.0) 
19172           res += 360.0;
19173         else if (res>=0.0 && res<180.0)
19174           res -= 360.0;
19175         print_roots("no roots (e)");
19176       } else {
19177         res = out-in;
19178         if (res<-180.0) 
19179           res += 360.0;
19180         else if (res>180.0)
19181           res -= 360.0;
19182         print_roots("two roots"); /* two inflections */
19183       }
19184     }
19185   }
19186   return double2angle(res);
19187 }
19188
19189 @
19190 @d p_nextnext link(link(p))
19191 @d p_next link(p)
19192 @d seven_twenty_deg 05500000000 /* $720\cdot2^{20}$, represents $720^\circ$ */
19193
19194 @<Declare unary action...@>=
19195 scaled mp_new_turn_cycles (MP mp,pointer c) {
19196   angle res,ang; /*  the angles of intermediate results  */
19197   scaled turns;  /*  the turn counter  */
19198   pointer p;     /*  for running around the path  */
19199   integer xp,yp;   /*  coordinates of next point  */
19200   integer x,y;   /*  helper coordinates  */
19201   angle in_angle,out_angle;     /*  helper angles */
19202   int old_setting; /* saved |selector| setting */
19203   res=0;
19204   turns= 0;
19205   p=c;
19206   old_setting = mp->selector; mp->selector=term_only;
19207   if ( mp->internal[tracing_commands]>unity ) {
19208     mp_begin_diagnostic(mp);
19209     mp_print_nl(mp, "");
19210     mp_end_diagnostic(mp, false);
19211   }
19212   do { 
19213     xp = x_coord(p_next); yp = y_coord(p_next);
19214     ang  = mp_bezier_slope(mp,x_coord(p), y_coord(p), right_x(p), right_y(p),
19215              left_x(p_next), left_y(p_next), xp, yp, 
19216              mp->internal[tracing_commands]);
19217     if ( ang>seven_twenty_deg ) {
19218       print_err("Strange path");
19219       mp_error(mp);
19220       mp->selector=old_setting;
19221       return 0;
19222     }
19223     res  = res + ang;
19224     if ( res > one_eighty_deg ) {
19225       res = res - three_sixty_deg;
19226       turns = turns + unity;
19227     }
19228     if ( res <= -one_eighty_deg ) {
19229       res = res + three_sixty_deg;
19230       turns = turns - unity;
19231     }
19232     /*  incoming angle at next point  */
19233     x = left_x(p_next);  y = left_y(p_next);
19234     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = right_x(p);  y = right_y(p);  };
19235     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = x_coord(p);  y = y_coord(p);  };
19236     in_angle = mp_an_angle(mp, xp - x, yp - y);
19237     /*  outgoing angle at next point  */
19238     x = right_x(p_next);  y = right_y(p_next);
19239     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = left_x(p_nextnext);  y = left_y(p_nextnext);  };
19240     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = x_coord(p_nextnext); y = y_coord(p_nextnext); };
19241     out_angle = mp_an_angle(mp, x - xp, y- yp);
19242     ang  = (out_angle - in_angle);
19243     reduce_angle(ang);
19244     if ( ang!=0 ) {
19245       res  = res + ang;
19246       if ( res >= one_eighty_deg ) {
19247         res = res - three_sixty_deg;
19248         turns = turns + unity;
19249       };
19250       if ( res <= -one_eighty_deg ) {
19251         res = res + three_sixty_deg;
19252         turns = turns - unity;
19253       };
19254     };
19255     p = link(p);
19256   } while (p!=c);
19257   mp->selector=old_setting;
19258   return turns;
19259 }
19260
19261
19262 @ This code is based on Bogus\l{}av Jackowski's
19263 |emergency_turningnumber| macro, with some minor changes by Taco
19264 Hoekwater. The macro code looked more like this:
19265 {\obeylines
19266 vardef turning\_number primary p =
19267 ~~save res, ang, turns;
19268 ~~res := 0;
19269 ~~if length p <= 2:
19270 ~~~~if Angle ((point 0 of p) - (postcontrol 0 of p)) >= 0:  1  else: -1 fi
19271 ~~else:
19272 ~~~~for t = 0 upto length p-1 :
19273 ~~~~~~angc := Angle ((point t+1 of p)  - (point t of p))
19274 ~~~~~~~~- Angle ((point t of p) - (point t-1 of p));
19275 ~~~~~~if angc > 180: angc := angc - 360; fi;
19276 ~~~~~~if angc < -180: angc := angc + 360; fi;
19277 ~~~~~~res  := res + angc;
19278 ~~~~endfor;
19279 ~~res/360
19280 ~~fi
19281 enddef;}
19282 The general idea is to calculate only the sum of the angles of
19283 straight lines between the points, of a path, not worrying about cusps
19284 or self-intersections in the segments at all. If the segment is not
19285 well-behaved, the result is not necesarily correct. But the old code
19286 was not always correct either, and worse, it sometimes failed for
19287 well-behaved paths as well. All known bugs that were triggered by the
19288 original code no longer occur with this code, and it runs roughly 3
19289 times as fast because the algorithm is much simpler.
19290
19291 @ It is possible to overflow the return value of the |turn_cycles|
19292 function when the path is sufficiently long and winding, but I am not
19293 going to bother testing for that. In any case, it would only return
19294 the looped result value, which is not a big problem.
19295
19296 The macro code for the repeat loop was a bit nicer to look
19297 at than the pascal code, because it could use |point -1 of p|. In
19298 pascal, the fastest way to loop around the path is not to look
19299 backward once, but forward twice. These defines help hide the trick.
19300
19301 @d p_to link(link(p))
19302 @d p_here link(p)
19303 @d p_from p
19304
19305 @<Declare unary action...@>=
19306 scaled mp_turn_cycles (MP mp,pointer c) {
19307   angle res,ang; /*  the angles of intermediate results  */
19308   scaled turns;  /*  the turn counter  */
19309   pointer p;     /*  for running around the path  */
19310   res=0;  turns= 0; p=c;
19311   do { 
19312     ang  = mp_an_angle (mp, x_coord(p_to) - x_coord(p_here), 
19313                             y_coord(p_to) - y_coord(p_here))
19314         - mp_an_angle (mp, x_coord(p_here) - x_coord(p_from), 
19315                            y_coord(p_here) - y_coord(p_from));
19316     reduce_angle(ang);
19317     res  = res + ang;
19318     if ( res >= three_sixty_deg )  {
19319       res = res - three_sixty_deg;
19320       turns = turns + unity;
19321     };
19322     if ( res <= -three_sixty_deg ) {
19323       res = res + three_sixty_deg;
19324       turns = turns - unity;
19325     };
19326     p = link(p);
19327   } while (p!=c);
19328   return turns;
19329 }
19330
19331 @ @<Declare unary action...@>=
19332 scaled mp_turn_cycles_wrapper (MP mp,pointer c) {
19333   scaled nval,oval;
19334   scaled saved_t_o; /* tracing\_online saved  */
19335   if ( (link(c)==c)||(link(link(c))==c) ) {
19336     if ( mp_an_angle (mp, x_coord(c) - right_x(c),  y_coord(c) - right_y(c)) > 0 )
19337       return unity;
19338     else
19339       return -unity;
19340   } else {
19341     nval = mp_new_turn_cycles(mp, c);
19342     oval = mp_turn_cycles(mp, c);
19343     if ( nval!=oval ) {
19344       saved_t_o=mp->internal[tracing_online];
19345       mp->internal[tracing_online]=unity;
19346       mp_begin_diagnostic(mp);
19347       mp_print_nl (mp, "Warning: the turningnumber algorithms do not agree."
19348                        " The current computed value is ");
19349       mp_print_scaled(mp, nval);
19350       mp_print(mp, ", but the 'connect-the-dots' algorithm returned ");
19351       mp_print_scaled(mp, oval);
19352       mp_end_diagnostic(mp, false);
19353       mp->internal[tracing_online]=saved_t_o;
19354     }
19355     return nval;
19356   }
19357 }
19358
19359 @ @<Declare unary action...@>=
19360 scaled mp_count_turns (MP mp,pointer c) {
19361   pointer p; /* a knot in envelope spec |c| */
19362   integer t; /* total pen offset changes counted */
19363   t=0; p=c;
19364   do {  
19365     t=t+info(p)-zero_off;
19366     p=link(p);
19367   } while (p!=c);
19368   return ((t / 3)*unity);
19369 }
19370
19371 @ @d type_range(A,B) { 
19372   if ( (mp->cur_type>=(A)) && (mp->cur_type<=(B)) ) 
19373     mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19374   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19375   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19376   }
19377 @d type_test(A) { 
19378   if ( mp->cur_type==(A) ) mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19379   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19380   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19381   }
19382
19383 @<Additional cases of unary operators@>=
19384 case mp_boolean_type: 
19385   type_range(mp_boolean_type,mp_unknown_boolean); break;
19386 case mp_string_type: 
19387   type_range(mp_string_type,mp_unknown_string); break;
19388 case mp_pen_type: 
19389   type_range(mp_pen_type,mp_unknown_pen); break;
19390 case mp_path_type: 
19391   type_range(mp_path_type,mp_unknown_path); break;
19392 case mp_picture_type: 
19393   type_range(mp_picture_type,mp_unknown_picture); break;
19394 case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type:
19395 case mp_pair_type: 
19396   type_test(c); break;
19397 case mp_numeric_type: 
19398   type_range(mp_known,mp_independent); break;
19399 case known_op: case unknown_op: 
19400   mp_test_known(mp, c); break;
19401
19402 @ @<Declare unary action procedures@>=
19403 void mp_test_known (MP mp,quarterword c) {
19404   int b; /* is the current expression known? */
19405   pointer p,q; /* locations in a big node */
19406   b=false_code;
19407   switch (mp->cur_type) {
19408   case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_string_type:
19409   case mp_pen_type: case mp_path_type: case mp_picture_type:
19410   case mp_known: 
19411     b=true_code;
19412     break;
19413   case mp_transform_type:
19414   case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type: 
19415     p=value(mp->cur_exp);
19416     q=p+mp->big_node_size[mp->cur_type];
19417     do {  
19418       q=q-2;
19419       if ( type(q)!=mp_known ) 
19420        goto DONE;
19421     } while (q!=p);
19422     b=true_code;
19423   DONE:  
19424     break;
19425   default: 
19426     break;
19427   }
19428   if ( c==known_op ) mp_flush_cur_exp(mp, b);
19429   else mp_flush_cur_exp(mp, true_code+false_code-b);
19430   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19431 }
19432
19433 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19434 case cycle_op: 
19435   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19436   else if ( left_type(mp->cur_exp)!=endpoint ) mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19437   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19438   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19439   break;
19440
19441 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19442 case arc_length: 
19443   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19444   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, arc_length);
19445   else mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_arc_length(mp, mp->cur_exp));
19446   break;
19447
19448 @ Here we use the fact that |c-filled_op+fill_code| is the desired graphical
19449 object |type|.
19450 @^data structure assumptions@>
19451
19452 @<Additional cases of unary operators@>=
19453 case filled_op:
19454 case stroked_op:
19455 case textual_op:
19456 case clipped_op:
19457 case bounded_op:
19458   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19459   else if ( link(dummy_loc(mp->cur_exp))==null ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19460   else if ( type(link(dummy_loc(mp->cur_exp)))==c+fill_code-filled_op )
19461     mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19462   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19463   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19464   break;
19465
19466 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19467 case make_pen_op: 
19468   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19469   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, make_pen_op);
19470   else { 
19471     mp->cur_type=mp_pen_type;
19472     mp->cur_exp=mp_make_pen(mp, mp->cur_exp,true);
19473   };
19474   break;
19475 case make_path_op: 
19476   if ( mp->cur_type!=mp_pen_type ) mp_bad_unary(mp, make_path_op);
19477   else  { 
19478     mp->cur_type=mp_path_type;
19479     mp_make_path(mp, mp->cur_exp);
19480   };
19481   break;
19482 case reverse: 
19483   if ( mp->cur_type==mp_path_type ) {
19484     p=mp_htap_ypoc(mp, mp->cur_exp);
19485     if ( right_type(p)==endpoint ) p=link(p);
19486     mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp); mp->cur_exp=p;
19487   } else if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19488   else mp_bad_unary(mp, reverse);
19489   break;
19490
19491 @ The |pair_value| routine changes the current expression to a
19492 given ordered pair of values.
19493
19494 @<Declare unary action procedures@>=
19495 void mp_pair_value (MP mp,scaled x, scaled y) {
19496   pointer p; /* a pair node */
19497   p=mp_get_node(mp, value_node_size); 
19498   mp_flush_cur_exp(mp, p); mp->cur_type=mp_pair_type;
19499   type(p)=mp_pair_type; name_type(p)=mp_capsule; mp_init_big_node(mp, p);
19500   p=value(p);
19501   type(x_part_loc(p))=mp_known; value(x_part_loc(p))=x;
19502   type(y_part_loc(p))=mp_known; value(y_part_loc(p))=y;
19503 }
19504
19505 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19506 case ll_corner_op: 
19507   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ll_corner_op);
19508   else mp_pair_value(mp, minx,miny);
19509   break;
19510 case lr_corner_op: 
19511   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, lr_corner_op);
19512   else mp_pair_value(mp, maxx,miny);
19513   break;
19514 case ul_corner_op: 
19515   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ul_corner_op);
19516   else mp_pair_value(mp, minx,maxy);
19517   break;
19518 case ur_corner_op: 
19519   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ur_corner_op);
19520   else mp_pair_value(mp, maxx,maxy);
19521   break;
19522
19523 @ Here is a function that sets |minx|, |maxx|, |miny|, |maxy| to the bounding
19524 box of the current expression.  The boolean result is |false| if the expression
19525 has the wrong type.
19526
19527 @<Declare unary action procedures@>=
19528 boolean mp_get_cur_bbox (MP mp) { 
19529   switch (mp->cur_type) {
19530   case mp_picture_type: 
19531     mp_set_bbox(mp, mp->cur_exp,true);
19532     if ( minx_val(mp->cur_exp)>maxx_val(mp->cur_exp) ) {
19533       minx=0; maxx=0; miny=0; maxy=0;
19534     } else { 
19535       minx=minx_val(mp->cur_exp);
19536       maxx=maxx_val(mp->cur_exp);
19537       miny=miny_val(mp->cur_exp);
19538       maxy=maxy_val(mp->cur_exp);
19539     }
19540     break;
19541   case mp_path_type: 
19542     mp_path_bbox(mp, mp->cur_exp);
19543     break;
19544   case mp_pen_type: 
19545     mp_pen_bbox(mp, mp->cur_exp);
19546     break;
19547   default: 
19548     return false;
19549   }
19550   return true;
19551 }
19552
19553 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19554 case read_from_op:
19555 case close_from_op: 
19556   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, c);
19557   else mp_do_read_or_close(mp,c);
19558   break;
19559
19560 @ Here is a routine that interprets |cur_exp| as a file name and tries to read
19561 a line from the file or to close the file.
19562
19563 @d close_file 46 /* go here when closing the file */
19564
19565 @<Declare unary action procedures@>=
19566 void mp_do_read_or_close (MP mp,quarterword c) {
19567   readf_index n,n0; /* indices for searching |rd_fname| */
19568   @<Find the |n| where |rd_fname[n]=cur_exp|; if |cur_exp| must be inserted,
19569     call |start_read_input| and |goto found| or |not_found|@>;
19570   mp_begin_file_reading(mp);
19571   name=is_read;
19572   if ( mp_input_ln(mp, mp->rd_file[n],true) ) 
19573     goto FOUND;
19574   mp_end_file_reading(mp);
19575 NOT_FOUND:
19576   @<Record the end of file and set |cur_exp| to a dummy value@>;
19577   return;
19578 CLOSE_FILE:
19579   mp_flush_cur_exp(mp, 0); mp->cur_type=mp_vacuous; 
19580   return;
19581 FOUND:
19582   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19583   mp_finish_read(mp);
19584 }
19585
19586 @ Free slots in the |rd_file| and |rd_fname| arrays are marked with NULL's in
19587 |rd_fname|.
19588
19589 @<Find the |n| where |rd_fname[n]=cur_exp|...@>=
19590 {   
19591   char *fn;
19592   n=mp->read_files;
19593   n0=mp->read_files;
19594   fn = str(mp->cur_exp);
19595   while (mp_xstrcmp(fn,mp->rd_fname[n])!=0) { 
19596     if ( n>0 ) {
19597       decr(n);
19598     } else if ( c==close_from_op ) {
19599       goto CLOSE_FILE;
19600     } else {
19601       if ( n0==mp->read_files ) {
19602         if ( mp->read_files<mp->max_read_files ) {
19603           incr(mp->read_files);
19604         } else {
19605           FILE **rd_file;
19606           char **rd_fname;
19607               readf_index l,k;
19608           l = mp->max_read_files + (mp->max_read_files>>2);
19609           rd_file = xmalloc((l+1), sizeof(FILE *));
19610           rd_fname = xmalloc((l+1), sizeof(char *));
19611               for (k=0;k<=l;k++) {
19612             if (k<=mp->max_read_files) {
19613                   rd_file[k]=mp->rd_file[k]; 
19614               rd_fname[k]=mp->rd_fname[k];
19615             } else {
19616                   rd_file[k]=0; 
19617               rd_fname[k]=NULL;
19618             }
19619           }
19620               xfree(mp->rd_file); xfree(mp->rd_fname);
19621           mp->max_read_files = l;
19622           mp->rd_file = rd_file;
19623           mp->rd_fname = rd_fname;
19624         }
19625       }
19626       n=n0;
19627       if ( mp_start_read_input(mp,fn,n) ) 
19628         goto FOUND;
19629       else 
19630         goto NOT_FOUND;
19631     }
19632     if ( mp->rd_fname[n]==NULL ) { n0=n; }
19633   } 
19634   if ( c==close_from_op ) { 
19635     fclose(mp->rd_file[n]); 
19636     goto NOT_FOUND; 
19637   }
19638 }
19639
19640 @ @<Record the end of file and set |cur_exp| to a dummy value@>=
19641 xfree(mp->rd_fname[n]);
19642 mp->rd_fname[n]=NULL;
19643 if ( n==mp->read_files-1 ) mp->read_files=n;
19644 if ( c==close_from_op ) 
19645   goto CLOSE_FILE;
19646 mp_flush_cur_exp(mp, mp->eof_line);
19647 mp->cur_type=mp_string_type
19648
19649 @ The string denoting end-of-file is a one-byte string at position zero, by definition
19650
19651 @<Glob...@>=
19652 str_number eof_line;
19653
19654 @ @<Set init...@>=
19655 mp->eof_line=0;
19656
19657 @ Finally, we have the operations that combine a capsule~|p|
19658 with the current expression.
19659
19660 @c @<Declare binary action procedures@>;
19661 void mp_do_binary (MP mp,pointer p, quarterword c) {
19662   pointer q,r,rr; /* for list manipulation */
19663   pointer old_p,old_exp; /* capsules to recycle */
19664   integer v; /* for numeric manipulation */
19665   check_arith;
19666   if ( mp->internal[tracing_commands]>two ) {
19667     @<Trace the current binary operation@>;
19668   }
19669   @<Sidestep |independent| cases in capsule |p|@>;
19670   @<Sidestep |independent| cases in the current expression@>;
19671   switch (c) {
19672   case plus: case minus:
19673     @<Add or subtract the current expression from |p|@>;
19674     break;
19675   @<Additional cases of binary operators@>;
19676   }; /* there are no other cases */
19677   mp_recycle_value(mp, p); 
19678   mp_free_node(mp, p,value_node_size); /* |return| to avoid this */
19679   check_arith; 
19680   @<Recycle any sidestepped |independent| capsules@>;
19681 }
19682
19683 @ @<Declare binary action...@>=
19684 void mp_bad_binary (MP mp,pointer p, quarterword c) { 
19685   mp_disp_err(mp, p,"");
19686   exp_err("Not implemented: ");
19687 @.Not implemented...@>
19688   if ( c>=min_of ) mp_print_op(mp, c);
19689   mp_print_known_or_unknown_type(mp, type(p),p);
19690   if ( c>=min_of ) mp_print(mp, "of"); else mp_print_op(mp, c);
19691   mp_print_known_or_unknown_type(mp, mp->cur_type,mp->cur_exp);
19692   help3("I'm afraid I don't know how to apply that operation to that")
19693        ("combination of types. Continue, and I'll return the second")
19694       ("argument (see above) as the result of the operation.");
19695   mp_put_get_error(mp);
19696 }
19697
19698 @ @<Trace the current binary operation@>=
19699
19700   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{(");
19701   mp_print_exp(mp,p,0); /* show the operand, but not verbosely */
19702   mp_print_char(mp,')'); mp_print_op(mp,c); mp_print_char(mp,'(');
19703   mp_print_exp(mp,null,0); mp_print(mp,")}"); 
19704   mp_end_diagnostic(mp, false);
19705 }
19706
19707 @ Several of the binary operations are potentially complicated by the
19708 fact that |independent| values can sneak into capsules. For example,
19709 we've seen an instance of this difficulty in the unary operation
19710 of negation. In order to reduce the number of cases that need to be
19711 handled, we first change the two operands (if necessary)
19712 to rid them of |independent| components. The original operands are
19713 put into capsules called |old_p| and |old_exp|, which will be
19714 recycled after the binary operation has been safely carried out.
19715
19716 @<Recycle any sidestepped |independent| capsules@>=
19717 if ( old_p!=null ) { 
19718   mp_recycle_value(mp, old_p); mp_free_node(mp, old_p,value_node_size);
19719 }
19720 if ( old_exp!=null ) {
19721   mp_recycle_value(mp, old_exp); mp_free_node(mp, old_exp,value_node_size);
19722 }
19723
19724 @ A big node is considered to be ``tarnished'' if it contains at least one
19725 independent component. We will define a simple function called `|tarnished|'
19726 that returns |null| if and only if its argument is not tarnished.
19727
19728 @<Sidestep |independent| cases in capsule |p|@>=
19729 switch (type(p)) {
19730 case mp_transform_type:
19731 case mp_color_type:
19732 case mp_cmykcolor_type:
19733 case mp_pair_type: 
19734   old_p=mp_tarnished(mp, p);
19735   break;
19736 case mp_independent: old_p=diov; break;
19737 default: old_p=null; break;
19738 };
19739 if ( old_p!=null ) {
19740   q=mp_stash_cur_exp(mp); old_p=p; mp_make_exp_copy(mp, old_p);
19741   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q);
19742 }
19743
19744 @ @<Sidestep |independent| cases in the current expression@>=
19745 switch (mp->cur_type) {
19746 case mp_transform_type:
19747 case mp_color_type:
19748 case mp_cmykcolor_type:
19749 case mp_pair_type: 
19750   old_exp=mp_tarnished(mp, mp->cur_exp);
19751   break;
19752 case mp_independent:old_exp=diov; break;
19753 default: old_exp=null; break;
19754 };
19755 if ( old_exp!=null ) {
19756   old_exp=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, old_exp);
19757 }
19758
19759 @ @<Declare binary action...@>=
19760 pointer mp_tarnished (MP mp,pointer p) {
19761   pointer q; /* beginning of the big node */
19762   pointer r; /* current position in the big node */
19763   q=value(p); r=q+mp->big_node_size[type(p)];
19764   do {  
19765    r=r-2;
19766    if ( type(r)==mp_independent ) return diov; 
19767   } while (r!=q);
19768   return null;
19769 }
19770
19771 @ @<Add or subtract the current expression from |p|@>=
19772 if ( (mp->cur_type<mp_color_type)||(type(p)<mp_color_type) ) {
19773   mp_bad_binary(mp, p,c);
19774 } else  {
19775   if ((mp->cur_type>mp_pair_type)&&(type(p)>mp_pair_type) ) {
19776     mp_add_or_subtract(mp, p,null,c);
19777   } else {
19778     if ( mp->cur_type!=type(p) )  {
19779       mp_bad_binary(mp, p,c);
19780     } else { 
19781       q=value(p); r=value(mp->cur_exp);
19782       rr=r+mp->big_node_size[mp->cur_type];
19783       while ( r<rr ) { 
19784         mp_add_or_subtract(mp, q,r,c);
19785         q=q+2; r=r+2;
19786       }
19787     }
19788   }
19789 }
19790
19791 @ The first argument to |add_or_subtract| is the location of a value node
19792 in a capsule or pair node that will soon be recycled. The second argument
19793 is either a location within a pair or transform node of |cur_exp|,
19794 or it is null (which means that |cur_exp| itself should be the second
19795 argument).  The third argument is either |plus| or |minus|.
19796
19797 The sum or difference of the numeric quantities will replace the second
19798 operand.  Arithmetic overflow may go undetected; users aren't supposed to
19799 be monkeying around with really big values.
19800
19801 @<Declare binary action...@>=
19802 @<Declare the procedure called |dep_finish|@>;
19803 void mp_add_or_subtract (MP mp,pointer p, pointer q, quarterword c) {
19804   small_number s,t; /* operand types */
19805   pointer r; /* list traverser */
19806   integer v; /* second operand value */
19807   if ( q==null ) { 
19808     t=mp->cur_type;
19809     if ( t<mp_dependent ) v=mp->cur_exp; else v=dep_list(mp->cur_exp);
19810   } else { 
19811     t=type(q);
19812     if ( t<mp_dependent ) v=value(q); else v=dep_list(q);
19813   }
19814   if ( t==mp_known ) {
19815     if ( c==minus ) negate(v);
19816     if ( type(p)==mp_known ) {
19817       v=mp_slow_add(mp, value(p),v);
19818       if ( q==null ) mp->cur_exp=v; else value(q)=v;
19819       return;
19820     }
19821     @<Add a known value to the constant term of |dep_list(p)|@>;
19822   } else  { 
19823     if ( c==minus ) mp_negate_dep_list(mp, v);
19824     @<Add operand |p| to the dependency list |v|@>;
19825   }
19826 }
19827
19828 @ @<Add a known value to the constant term of |dep_list(p)|@>=
19829 r=dep_list(p);
19830 while ( info(r)!=null ) r=link(r);
19831 value(r)=mp_slow_add(mp, value(r),v);
19832 if ( q==null ) {
19833   q=mp_get_node(mp, value_node_size); mp->cur_exp=q; mp->cur_type=type(p);
19834   name_type(q)=mp_capsule;
19835 }
19836 dep_list(q)=dep_list(p); type(q)=type(p);
19837 prev_dep(q)=prev_dep(p); link(prev_dep(p))=q;
19838 type(p)=mp_known; /* this will keep the recycler from collecting non-garbage */
19839
19840 @ We prefer |dependent| lists to |mp_proto_dependent| ones, because it is
19841 nice to retain the extra accuracy of |fraction| coefficients.
19842 But we have to handle both kinds, and mixtures too.
19843
19844 @<Add operand |p| to the dependency list |v|@>=
19845 if ( type(p)==mp_known ) {
19846   @<Add the known |value(p)| to the constant term of |v|@>;
19847 } else { 
19848   s=type(p); r=dep_list(p);
19849   if ( t==mp_dependent ) {
19850     if ( s==mp_dependent ) {
19851       if ( mp_max_coef(mp, r)+mp_max_coef(mp, v)<coef_bound )
19852         v=mp_p_plus_q(mp, v,r,mp_dependent); goto DONE;
19853       } /* |fix_needed| will necessarily be false */
19854       t=mp_proto_dependent; 
19855       v=mp_p_over_v(mp, v,unity,mp_dependent,mp_proto_dependent);
19856     }
19857     if ( s==mp_proto_dependent ) v=mp_p_plus_q(mp, v,r,mp_proto_dependent);
19858     else v=mp_p_plus_fq(mp, v,unity,r,mp_proto_dependent,mp_dependent);
19859  DONE:  
19860     @<Output the answer, |v| (which might have become |known|)@>;
19861   }
19862
19863 @ @<Add the known |value(p)| to the constant term of |v|@>=
19864
19865   while ( info(v)!=null ) v=link(v);
19866   value(v)=mp_slow_add(mp, value(p),value(v));
19867 }
19868
19869 @ @<Output the answer, |v| (which might have become |known|)@>=
19870 if ( q!=null ) mp_dep_finish(mp, v,q,t);
19871 else  { mp->cur_type=t; mp_dep_finish(mp, v,null,t); }
19872
19873 @ Here's the current situation: The dependency list |v| of type |t|
19874 should either be put into the current expression (if |q=null|) or
19875 into location |q| within a pair node (otherwise). The destination (|cur_exp|
19876 or |q|) formerly held a dependency list with the same
19877 final pointer as the list |v|.
19878
19879 @<Declare the procedure called |dep_finish|@>=
19880 void mp_dep_finish (MP mp, pointer v, pointer q, small_number t) {
19881   pointer p; /* the destination */
19882   scaled vv; /* the value, if it is |known| */
19883   if ( q==null ) p=mp->cur_exp; else p=q;
19884   dep_list(p)=v; type(p)=t;
19885   if ( info(v)==null ) { 
19886     vv=value(v);
19887     if ( q==null ) { 
19888       mp_flush_cur_exp(mp, vv);
19889     } else  { 
19890       mp_recycle_value(mp, p); type(q)=mp_known; value(q)=vv; 
19891     }
19892   } else if ( q==null ) {
19893     mp->cur_type=t;
19894   }
19895   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
19896 }
19897
19898 @ Let's turn now to the six basic relations of comparison.
19899
19900 @<Additional cases of binary operators@>=
19901 case less_than: case less_or_equal: case greater_than:
19902 case greater_or_equal: case equal_to: case unequal_to:
19903   check_arith; /* at this point |arith_error| should be |false|? */
19904   if ( (mp->cur_type>mp_pair_type)&&(type(p)>mp_pair_type) ) {
19905     mp_add_or_subtract(mp, p,null,minus); /* |cur_exp:=(p)-cur_exp| */
19906   } else if ( mp->cur_type!=type(p) ) {
19907     mp_bad_binary(mp, p,c); goto DONE; 
19908   } else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
19909     mp_flush_cur_exp(mp, mp_str_vs_str(mp, value(p),mp->cur_exp));
19910   } else if ((mp->cur_type==mp_unknown_string)||
19911            (mp->cur_type==mp_unknown_boolean) ) {
19912     @<Check if unknowns have been equated@>;
19913   } else if ( (mp->cur_type<=mp_pair_type)&&(mp->cur_type>=mp_transform_type)) {
19914     @<Reduce comparison of big nodes to comparison of scalars@>;
19915   } else if ( mp->cur_type==mp_boolean_type ) {
19916     mp_flush_cur_exp(mp, mp->cur_exp-value(p));
19917   } else { 
19918     mp_bad_binary(mp, p,c); goto DONE;
19919   }
19920   @<Compare the current expression with zero@>;
19921 DONE:  
19922   mp->arith_error=false; /* ignore overflow in comparisons */
19923   break;
19924
19925 @ @<Compare the current expression with zero@>=
19926 if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
19927   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
19928     mp_disp_err(mp, p,"");
19929     help1("The quantities shown above have not been equated.")
19930   } else  {
19931     help2("Oh dear. I can\'t decide if the expression above is positive,")
19932      ("negative, or zero. So this comparison test won't be `true'.");
19933   }
19934   exp_err("Unknown relation will be considered false");
19935 @.Unknown relation...@>
19936   mp_put_get_flush_error(mp, false_code);
19937 } else {
19938   switch (c) {
19939   case less_than: boolean_reset(mp->cur_exp<0); break;
19940   case less_or_equal: boolean_reset(mp->cur_exp<=0); break;
19941   case greater_than: boolean_reset(mp->cur_exp>0); break;
19942   case greater_or_equal: boolean_reset(mp->cur_exp>=0); break;
19943   case equal_to: boolean_reset(mp->cur_exp==0); break;
19944   case unequal_to: boolean_reset(mp->cur_exp!=0); break;
19945   }; /* there are no other cases */
19946 }
19947 mp->cur_type=mp_boolean_type
19948
19949 @ When two unknown strings are in the same ring, we know that they are
19950 equal. Otherwise, we don't know whether they are equal or not, so we
19951 make no change.
19952
19953 @<Check if unknowns have been equated@>=
19954
19955   q=value(mp->cur_exp);
19956   while ( (q!=mp->cur_exp)&&(q!=p) ) q=value(q);
19957   if ( q==p ) mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19958 }
19959
19960 @ @<Reduce comparison of big nodes to comparison of scalars@>=
19961
19962   q=value(p); r=value(mp->cur_exp);
19963   rr=r+mp->big_node_size[mp->cur_type]-2;
19964   while (1) { mp_add_or_subtract(mp, q,r,minus);
19965     if ( type(r)!=mp_known ) break;
19966     if ( value(r)!=0 ) break;
19967     if ( r==rr ) break;
19968     q=q+2; r=r+2;
19969   }
19970   mp_take_part(mp, name_type(r)+x_part-mp_x_part_sector);
19971 }
19972
19973 @ Here we use the sneaky fact that |and_op-false_code=or_op-true_code|.
19974
19975 @<Additional cases of binary operators@>=
19976 case and_op:
19977 case or_op: 
19978   if ( (type(p)!=mp_boolean_type)||(mp->cur_type!=mp_boolean_type) )
19979     mp_bad_binary(mp, p,c);
19980   else if ( value(p)==c+false_code-and_op ) mp->cur_exp=value(p);
19981   break;
19982
19983 @ @<Additional cases of binary operators@>=
19984 case times: 
19985   if ( (mp->cur_type<mp_color_type)||(type(p)<mp_color_type) ) {
19986    mp_bad_binary(mp, p,times);
19987   } else if ( (mp->cur_type==mp_known)||(type(p)==mp_known) ) {
19988     @<Multiply when at least one operand is known@>;
19989   } else if ( (mp_nice_color_or_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type>mp_pair_type))
19990       ||(mp_nice_color_or_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type)&&
19991           (type(p)>mp_pair_type)) ) {
19992     mp_hard_times(mp, p); return;
19993   } else {
19994     mp_bad_binary(mp, p,times);
19995   }
19996   break;
19997
19998 @ @<Multiply when at least one operand is known@>=
19999
20000   if ( type(p)==mp_known ) {
20001     v=value(p); mp_free_node(mp, p,value_node_size); 
20002   } else {
20003     v=mp->cur_exp; mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20004   }
20005   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20006     mp->cur_exp=mp_take_scaled(mp, mp->cur_exp,v);
20007   } else if ( (mp->cur_type==mp_pair_type)||(mp->cur_type==mp_color_type)||
20008               (mp->cur_type==mp_cmykcolor_type) ) {
20009     p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20010     do {  
20011        p=p-2; mp_dep_mult(mp, p,v,true);
20012     } while (p!=value(mp->cur_exp));
20013   } else {
20014     mp_dep_mult(mp, null,v,true);
20015   }
20016   return;
20017 }
20018
20019 @ @<Declare binary action...@>=
20020 void mp_dep_mult (MP mp,pointer p, integer v, boolean v_is_scaled) {
20021   pointer q; /* the dependency list being multiplied by |v| */
20022   small_number s,t; /* its type, before and after */
20023   if ( p==null ) {
20024     q=mp->cur_exp;
20025   } else if ( type(p)!=mp_known ) {
20026     q=p;
20027   } else { 
20028     if ( v_is_scaled ) value(p)=mp_take_scaled(mp, value(p),v);
20029     else value(p)=mp_take_fraction(mp, value(p),v);
20030     return;
20031   };
20032   t=type(q); q=dep_list(q); s=t;
20033   if ( t==mp_dependent ) if ( v_is_scaled )
20034     if (mp_ab_vs_cd(mp, mp_max_coef(mp,q),abs(v),coef_bound-1,unity)>=0 ) 
20035       t=mp_proto_dependent;
20036   q=mp_p_times_v(mp, q,v,s,t,v_is_scaled); 
20037   mp_dep_finish(mp, q,p,t);
20038 }
20039
20040 @ Here is a routine that is similar to |times|; but it is invoked only
20041 internally, when |v| is a |fraction| whose magnitude is at most~1,
20042 and when |cur_type>=mp_color_type|.
20043
20044 @c void mp_frac_mult (MP mp,scaled n, scaled d) {
20045   /* multiplies |cur_exp| by |n/d| */
20046   pointer p; /* a pair node */
20047   pointer old_exp; /* a capsule to recycle */
20048   fraction v; /* |n/d| */
20049   if ( mp->internal[tracing_commands]>two ) {
20050     @<Trace the fraction multiplication@>;
20051   }
20052   switch (mp->cur_type) {
20053   case mp_transform_type:
20054   case mp_color_type:
20055   case mp_cmykcolor_type:
20056   case mp_pair_type:
20057    old_exp=mp_tarnished(mp, mp->cur_exp);
20058    break;
20059   case mp_independent: old_exp=diov; break;
20060   default: old_exp=null; break;
20061   }
20062   if ( old_exp!=null ) { 
20063      old_exp=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, old_exp);
20064   }
20065   v=mp_make_fraction(mp, n,d);
20066   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20067     mp->cur_exp=mp_take_fraction(mp, mp->cur_exp,v);
20068   } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { 
20069     p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20070     do {  
20071       p=p-2;
20072       mp_dep_mult(mp, p,v,false);
20073     } while (p!=value(mp->cur_exp));
20074   } else {
20075     mp_dep_mult(mp, null,v,false);
20076   }
20077   if ( old_exp!=null ) {
20078     mp_recycle_value(mp, old_exp); 
20079     mp_free_node(mp, old_exp,value_node_size);
20080   }
20081 }
20082
20083 @ @<Trace the fraction multiplication@>=
20084
20085   mp_begin_diagnostic(mp); 
20086   mp_print_nl(mp, "{("); mp_print_scaled(mp,n); mp_print_char(mp,'/');
20087   mp_print_scaled(mp,d); mp_print(mp,")*("); mp_print_exp(mp,null,0); 
20088   mp_print(mp,")}");
20089   mp_end_diagnostic(mp, false);
20090 }
20091
20092 @ The |hard_times| routine multiplies a nice color or pair by a dependency list.
20093
20094 @<Declare binary action procedures@>=
20095 void mp_hard_times (MP mp,pointer p) {
20096   pointer q; /* a copy of the dependent variable |p| */
20097   pointer r; /* a component of the big node for the nice color or pair */
20098   scaled v; /* the known value for |r| */
20099   if ( type(p)<=mp_pair_type ) { 
20100      q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, p); p=q;
20101   }; /* now |cur_type=mp_pair_type| or |cur_type=mp_color_type| */
20102   r=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20103   while (1) { 
20104     r=r-2;
20105     v=value(r);
20106     type(r)=type(p);
20107     if ( r==value(mp->cur_exp) ) 
20108       break;
20109     mp_new_dep(mp, r,mp_copy_dep_list(mp, dep_list(p)));
20110     mp_dep_mult(mp, r,v,true);
20111   }
20112   mp->mem[value_loc(r)]=mp->mem[value_loc(p)];
20113   link(prev_dep(p))=r;
20114   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
20115   mp_dep_mult(mp, r,v,true);
20116 }
20117
20118 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20119 case over: 
20120   if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(type(p)<mp_color_type) ) {
20121     mp_bad_binary(mp, p,over);
20122   } else { 
20123     v=mp->cur_exp; mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20124     if ( v==0 ) {
20125       @<Squeal about division by zero@>;
20126     } else { 
20127       if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20128         mp->cur_exp=mp_make_scaled(mp, mp->cur_exp,v);
20129       } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { 
20130         p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20131         do {  
20132           p=p-2;  mp_dep_div(mp, p,v);
20133         } while (p!=value(mp->cur_exp));
20134       } else {
20135         mp_dep_div(mp, null,v);
20136       }
20137     }
20138     return;
20139   }
20140   break;
20141
20142 @ @<Declare binary action...@>=
20143 void mp_dep_div (MP mp,pointer p, scaled v) {
20144   pointer q; /* the dependency list being divided by |v| */
20145   small_number s,t; /* its type, before and after */
20146   if ( p==null ) q=mp->cur_exp;
20147   else if ( type(p)!=mp_known ) q=p;
20148   else { value(p)=mp_make_scaled(mp, value(p),v); return; };
20149   t=type(q); q=dep_list(q); s=t;
20150   if ( t==mp_dependent )
20151     if ( mp_ab_vs_cd(mp, mp_max_coef(mp,q),unity,coef_bound-1,abs(v))>=0 ) 
20152       t=mp_proto_dependent;
20153   q=mp_p_over_v(mp, q,v,s,t); 
20154   mp_dep_finish(mp, q,p,t);
20155 }
20156
20157 @ @<Squeal about division by zero@>=
20158
20159   exp_err("Division by zero");
20160 @.Division by zero@>
20161   help2("You're trying to divide the quantity shown above the error")
20162     ("message by zero. I'm going to divide it by one instead.");
20163   mp_put_get_error(mp);
20164 }
20165
20166 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20167 case pythag_add:
20168 case pythag_sub: 
20169    if ( (mp->cur_type==mp_known)&&(type(p)==mp_known) ) {
20170      if ( c==pythag_add ) mp->cur_exp=mp_pyth_add(mp, value(p),mp->cur_exp);
20171      else mp->cur_exp=mp_pyth_sub(mp, value(p),mp->cur_exp);
20172    } else mp_bad_binary(mp, p,c);
20173    break;
20174
20175 @ The next few sections of the program deal with affine transformations
20176 of coordinate data.
20177
20178 @<Additional cases of binary operators@>=
20179 case rotated_by: case slanted_by:
20180 case scaled_by: case shifted_by: case transformed_by:
20181 case x_scaled: case y_scaled: case z_scaled:
20182   if ( type(p)==mp_path_type ) { 
20183     path_trans(c,p); return;
20184   } else if ( type(p)==mp_pen_type ) { 
20185     pen_trans(c,p);
20186     mp->cur_exp=mp_convex_hull(mp, mp->cur_exp); 
20187       /* rounding error could destroy convexity */
20188     return;
20189   } else if ( (type(p)==mp_pair_type)||(type(p)==mp_transform_type) ) {
20190     mp_big_trans(mp, p,c);
20191   } else if ( type(p)==mp_picture_type ) {
20192     mp_do_edges_trans(mp, p,c); return;
20193   } else {
20194     mp_bad_binary(mp, p,c);
20195   }
20196   break;
20197
20198 @ Let |c| be one of the eight transform operators. The procedure call
20199 |set_up_trans(c)| first changes |cur_exp| to a transform that corresponds to
20200 |c| and the original value of |cur_exp|. (In particular, |cur_exp| doesn't
20201 change at all if |c=transformed_by|.)
20202
20203 Then, if all components of the resulting transform are |known|, they are
20204 moved to the global variables |txx|, |txy|, |tyx|, |tyy|, |tx|, |ty|;
20205 and |cur_exp| is changed to the known value zero.
20206
20207 @<Declare binary action...@>=
20208 void mp_set_up_trans (MP mp,quarterword c) {
20209   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
20210   if ( (c!=transformed_by)||(mp->cur_type!=mp_transform_type) ) {
20211     @<Put the current transform into |cur_exp|@>;
20212   }
20213   @<If the current transform is entirely known, stash it in global variables;
20214     otherwise |return|@>;
20215 }
20216
20217 @ @<Glob...@>=
20218 scaled txx;
20219 scaled txy;
20220 scaled tyx;
20221 scaled tyy;
20222 scaled tx;
20223 scaled ty; /* current transform coefficients */
20224
20225 @ @<Put the current transform...@>=
20226
20227   p=mp_stash_cur_exp(mp); 
20228   mp->cur_exp=mp_id_transform(mp); 
20229   mp->cur_type=mp_transform_type;
20230   q=value(mp->cur_exp);
20231   switch (c) {
20232   @<For each of the eight cases, change the relevant fields of |cur_exp|
20233     and |goto done|;
20234     but do nothing if capsule |p| doesn't have the appropriate type@>;
20235   }; /* there are no other cases */
20236   mp_disp_err(mp, p,"Improper transformation argument");
20237 @.Improper transformation argument@>
20238   help3("The expression shown above has the wrong type,")
20239        ("so I can\'t transform anything using it.")
20240        ("Proceed, and I'll omit the transformation.");
20241   mp_put_get_error(mp);
20242 DONE: 
20243   mp_recycle_value(mp, p); 
20244   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
20245 }
20246
20247 @ @<If the current transform is entirely known, ...@>=
20248 q=value(mp->cur_exp); r=q+transform_node_size;
20249 do {  
20250   r=r-2;
20251   if ( type(r)!=mp_known ) return;
20252 } while (r!=q);
20253 mp->txx=value(xx_part_loc(q));
20254 mp->txy=value(xy_part_loc(q));
20255 mp->tyx=value(yx_part_loc(q));
20256 mp->tyy=value(yy_part_loc(q));
20257 mp->tx=value(x_part_loc(q));
20258 mp->ty=value(y_part_loc(q));
20259 mp_flush_cur_exp(mp, 0)
20260
20261 @ @<For each of the eight cases...@>=
20262 case rotated_by:
20263   if ( type(p)==mp_known )
20264     @<Install sines and cosines, then |goto done|@>;
20265   break;
20266 case slanted_by:
20267   if ( type(p)>mp_pair_type ) { 
20268    mp_install(mp, xy_part_loc(q),p); goto DONE;
20269   };
20270   break;
20271 case scaled_by:
20272   if ( type(p)>mp_pair_type ) { 
20273     mp_install(mp, xx_part_loc(q),p); mp_install(mp, yy_part_loc(q),p); 
20274     goto DONE;
20275   };
20276   break;
20277 case shifted_by:
20278   if ( type(p)==mp_pair_type ) {
20279     r=value(p); mp_install(mp, x_part_loc(q),x_part_loc(r));
20280     mp_install(mp, y_part_loc(q),y_part_loc(r)); goto DONE;
20281   };
20282   break;
20283 case x_scaled:
20284   if ( type(p)>mp_pair_type ) {
20285     mp_install(mp, xx_part_loc(q),p); goto DONE;
20286   };
20287   break;
20288 case y_scaled:
20289   if ( type(p)>mp_pair_type ) {
20290     mp_install(mp, yy_part_loc(q),p); goto DONE;
20291   };
20292   break;
20293 case z_scaled:
20294   if ( type(p)==mp_pair_type )
20295     @<Install a complex multiplier, then |goto done|@>;
20296   break;
20297 case transformed_by:
20298   break;
20299   
20300
20301 @ @<Install sines and cosines, then |goto done|@>=
20302 { mp_n_sin_cos(mp, (value(p) % three_sixty_units)*16);
20303   value(xx_part_loc(q))=mp_round_fraction(mp, mp->n_cos);
20304   value(yx_part_loc(q))=mp_round_fraction(mp, mp->n_sin);
20305   value(xy_part_loc(q))=-value(yx_part_loc(q));
20306   value(yy_part_loc(q))=value(xx_part_loc(q));
20307   goto DONE;
20308 }
20309
20310 @ @<Install a complex multiplier, then |goto done|@>=
20311
20312   r=value(p);
20313   mp_install(mp, xx_part_loc(q),x_part_loc(r));
20314   mp_install(mp, yy_part_loc(q),x_part_loc(r));
20315   mp_install(mp, yx_part_loc(q),y_part_loc(r));
20316   if ( type(y_part_loc(r))==mp_known ) negate(value(y_part_loc(r)));
20317   else mp_negate_dep_list(mp, dep_list(y_part_loc(r)));
20318   mp_install(mp, xy_part_loc(q),y_part_loc(r));
20319   goto DONE;
20320 }
20321
20322 @ Procedure |set_up_known_trans| is like |set_up_trans|, but it
20323 insists that the transformation be entirely known.
20324
20325 @<Declare binary action...@>=
20326 void mp_set_up_known_trans (MP mp,quarterword c) { 
20327   mp_set_up_trans(mp, c);
20328   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
20329     exp_err("Transform components aren't all known");
20330 @.Transform components...@>
20331     help3("I'm unable to apply a partially specified transformation")
20332       ("except to a fully known pair or transform.")
20333       ("Proceed, and I'll omit the transformation.");
20334     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
20335     mp->txx=unity; mp->txy=0; mp->tyx=0; mp->tyy=unity; 
20336     mp->tx=0; mp->ty=0;
20337   }
20338 }
20339
20340 @ Here's a procedure that applies the transform |txx..ty| to a pair of
20341 coordinates in locations |p| and~|q|.
20342
20343 @<Declare binary action...@>= 
20344 void mp_trans (MP mp,pointer p, pointer q) {
20345   scaled v; /* the new |x| value */
20346   v=mp_take_scaled(mp, mp->mem[p].sc,mp->txx)+
20347   mp_take_scaled(mp, mp->mem[q].sc,mp->txy)+mp->tx;
20348   mp->mem[q].sc=mp_take_scaled(mp, mp->mem[p].sc,mp->tyx)+
20349   mp_take_scaled(mp, mp->mem[q].sc,mp->tyy)+mp->ty;
20350   mp->mem[p].sc=v;
20351 }
20352
20353 @ The simplest transformation procedure applies a transform to all
20354 coordinates of a path.  The |path_trans(c)(p)| macro applies
20355 a transformation defined by |cur_exp| and the transform operator |c|
20356 to the path~|p|.
20357
20358 @d path_trans(A,B) { mp_set_up_known_trans(mp, (A)); 
20359                      mp_unstash_cur_exp(mp, (B)); 
20360                      mp_do_path_trans(mp, mp->cur_exp); }
20361
20362 @<Declare binary action...@>=
20363 void mp_do_path_trans (MP mp,pointer p) {
20364   pointer q; /* list traverser */
20365   q=p;
20366   do { 
20367     if ( left_type(q)!=endpoint ) 
20368       mp_trans(mp, q+3,q+4); /* that's |left_x| and |left_y| */
20369     mp_trans(mp, q+1,q+2); /* that's |x_coord| and |y_coord| */
20370     if ( right_type(q)!=endpoint ) 
20371       mp_trans(mp, q+5,q+6); /* that's |right_x| and |right_y| */
20372 @^data structure assumptions@>
20373     q=link(q);
20374   } while (q!=p);
20375 }
20376
20377 @ Transforming a pen is very similar, except that there are no |left_type|
20378 and |right_type| fields.
20379
20380 @d pen_trans(A,B) { mp_set_up_known_trans(mp, (A)); 
20381                     mp_unstash_cur_exp(mp, (B)); 
20382                     mp_do_pen_trans(mp, mp->cur_exp); }
20383
20384 @<Declare binary action...@>=
20385 void mp_do_pen_trans (MP mp,pointer p) {
20386   pointer q; /* list traverser */
20387   if ( pen_is_elliptical(p) ) {
20388     mp_trans(mp, p+3,p+4); /* that's |left_x| and |left_y| */
20389     mp_trans(mp, p+5,p+6); /* that's |right_x| and |right_y| */
20390   };
20391   q=p;
20392   do { 
20393     mp_trans(mp, q+1,q+2); /* that's |x_coord| and |y_coord| */
20394 @^data structure assumptions@>
20395     q=link(q);
20396   } while (q!=p);
20397 }
20398
20399 @ The next transformation procedure applies to edge structures. It will do
20400 any transformation, but the results may be substandard if the picture contains
20401 text that uses downloaded bitmap fonts.  The binary action procedure is
20402 |do_edges_trans|, but we also need a function that just scales a picture.
20403 That routine is |scale_edges|.  Both it and the underlying routine |edges_trans|
20404 should be thought of as procedures that update an edge structure |h|, except
20405 that they have to return a (possibly new) structure because of the need to call
20406 |private_edges|.
20407
20408 @<Declare binary action...@>=
20409 pointer mp_edges_trans (MP mp, pointer h) {
20410   pointer q; /* the object being transformed */
20411   pointer r,s; /* for list manipulation */
20412   scaled sx,sy; /* saved transformation parameters */
20413   scaled sqdet; /* square root of determinant for |dash_scale| */
20414   integer sgndet; /* sign of the determinant */
20415   scaled v; /* a temporary value */
20416   h=mp_private_edges(mp, h);
20417   sqdet=mp_sqrt_det(mp, mp->txx,mp->txy,mp->tyx,mp->tyy);
20418   sgndet=mp_ab_vs_cd(mp, mp->txx,mp->tyy,mp->txy,mp->tyx);
20419   if ( dash_list(h)!=null_dash ) {
20420     @<Try to transform the dash list of |h|@>;
20421   }
20422   @<Make the bounding box of |h| unknown if it can't be updated properly
20423     without scanning the whole structure@>;  
20424   q=link(dummy_loc(h));
20425   while ( q!=null ) { 
20426     @<Transform graphical object |q|@>;
20427     q=link(q);
20428   }
20429   return h;
20430 }
20431 void mp_do_edges_trans (MP mp,pointer p, quarterword c) { 
20432   mp_set_up_known_trans(mp, c);
20433   value(p)=mp_edges_trans(mp, value(p));
20434   mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20435 }
20436 void mp_scale_edges (MP mp) { 
20437   mp->txx=mp->se_sf; mp->tyy=mp->se_sf;
20438   mp->txy=0; mp->tyx=0; mp->tx=0; mp->ty=0;
20439   mp->se_pic=mp_edges_trans(mp, mp->se_pic);
20440 }
20441
20442 @ @<Try to transform the dash list of |h|@>=
20443 if ( (mp->txy!=0)||(mp->tyx!=0)||
20444      (mp->ty!=0)||(abs(mp->txx)!=abs(mp->tyy))) {
20445   mp_flush_dash_list(mp, h);
20446 } else { 
20447   if ( mp->txx<0 ) { @<Reverse the dash list of |h|@>; } 
20448   @<Scale the dash list by |txx| and shift it by |tx|@>;
20449   dash_y(h)=mp_take_scaled(mp, dash_y(h),abs(mp->tyy));
20450 }
20451
20452 @ @<Reverse the dash list of |h|@>=
20453
20454   r=dash_list(h);
20455   dash_list(h)=null_dash;
20456   while ( r!=null_dash ) {
20457     s=r; r=link(r);
20458     v=start_x(s); start_x(s)=stop_x(s); stop_x(s)=v;
20459     link(s)=dash_list(h);
20460     dash_list(h)=s;
20461   }
20462 }
20463
20464 @ @<Scale the dash list by |txx| and shift it by |tx|@>=
20465 r=dash_list(h);
20466 while ( r!=null_dash ) {
20467   start_x(r)=mp_take_scaled(mp, start_x(r),mp->txx)+mp->tx;
20468   stop_x(r)=mp_take_scaled(mp, stop_x(r),mp->txx)+mp->tx;
20469   r=link(r);
20470 }
20471
20472 @ @<Make the bounding box of |h| unknown if it can't be updated properly...@>=
20473 if ( (mp->txx==0)&&(mp->tyy==0) ) {
20474   @<Swap the $x$ and $y$ parameters in the bounding box of |h|@>;
20475 } else if ( (mp->txy!=0)||(mp->tyx!=0) ) {
20476   mp_init_bbox(mp, h);
20477   goto DONE1;
20478 }
20479 if ( minx_val(h)<=maxx_val(h) ) {
20480   @<Scale the bounding box by |txx+txy| and |tyx+tyy|; then shift by
20481    |(tx,ty)|@>;
20482 }
20483 DONE1:
20484
20485
20486
20487 @ @<Swap the $x$ and $y$ parameters in the bounding box of |h|@>=
20488
20489   v=minx_val(h); minx_val(h)=miny_val(h); miny_val(h)=v;
20490   v=maxx_val(h); maxx_val(h)=maxy_val(h); maxy_val(h)=v;
20491 }
20492
20493 @ The sum ``|txx+txy|'' is whichever of |txx| or |txy| is nonzero.  The other
20494 sum is similar.
20495
20496 @<Scale the bounding box by |txx+txy| and |tyx+tyy|; then shift...@>=
20497
20498   minx_val(h)=mp_take_scaled(mp, minx_val(h),mp->txx+mp->txy)+mp->tx;
20499   maxx_val(h)=mp_take_scaled(mp, maxx_val(h),mp->txx+mp->txy)+mp->tx;
20500   miny_val(h)=mp_take_scaled(mp, miny_val(h),mp->tyx+mp->tyy)+mp->ty;
20501   maxy_val(h)=mp_take_scaled(mp, maxy_val(h),mp->tyx+mp->tyy)+mp->ty;
20502   if ( mp->txx+mp->txy<0 ) {
20503     v=minx_val(h); minx_val(h)=maxx_val(h); maxx_val(h)=v;
20504   }
20505   if ( mp->tyx+mp->tyy<0 ) {
20506     v=miny_val(h); miny_val(h)=maxy_val(h); maxy_val(h)=v;
20507   }
20508 }
20509
20510 @ Now we ready for the main task of transforming the graphical objects in edge
20511 structure~|h|.
20512
20513 @<Transform graphical object |q|@>=
20514 switch (type(q)) {
20515 case fill_code: case stroked_code: 
20516   mp_do_path_trans(mp, path_p(q));
20517   @<Transform |pen_p(q)|, making sure polygonal pens stay counter-clockwise@>;
20518   break;
20519 case mp_start_clip_code: case mp_start_bounds_code: 
20520   mp_do_path_trans(mp, path_p(q));
20521   break;
20522 case text_code: 
20523   r=text_tx_loc(q);
20524   @<Transform the compact transformation starting at |r|@>;
20525   break;
20526 case mp_stop_clip_code: case mp_stop_bounds_code: 
20527   break;
20528 } /* there are no other cases */
20529
20530 @ Note that the shift parameters |(tx,ty)| apply only to the path being stroked.
20531 The |dash_scale| has to be adjusted  to scale the dash lengths in |dash_p(q)|
20532 since the \ps\ output procedures will try to compensate for the transformation
20533 we are applying to |pen_p(q)|.  Since this compensation is based on the square
20534 root of the determinant, |sqdet| is the appropriate factor.
20535
20536 @<Transform |pen_p(q)|, making sure...@>=
20537 if ( pen_p(q)!=null ) {
20538   sx=mp->tx; sy=mp->ty;
20539   mp->tx=0; mp->ty=0;
20540   mp_do_pen_trans(mp, pen_p(q));
20541   if ( ((type(q)==stroked_code)&&(dash_p(q)!=null)) )
20542     dash_scale(q)=mp_take_scaled(mp, dash_scale(q),sqdet);
20543   if ( ! pen_is_elliptical(pen_p(q)) )
20544     if ( sgndet<0 )
20545       pen_p(q)=mp_make_pen(mp, mp_copy_path(mp, pen_p(q)),true); 
20546          /* this unreverses the pen */
20547   mp->tx=sx; mp->ty=sy;
20548 }
20549
20550 @ This uses the fact that transformations are stored in the order
20551 |(tx,ty,txx,txy,tyx,tyy)|.
20552 @^data structure assumptions@>
20553
20554 @<Transform the compact transformation starting at |r|@>=
20555 mp_trans(mp, r,r+1);
20556 sx=mp->tx; sy=mp->ty;
20557 mp->tx=0; mp->ty=0;
20558 mp_trans(mp, r+2,r+4);
20559 mp_trans(mp, r+3,r+5);
20560 mp->tx=sx; mp->ty=sy
20561
20562 @ The hard cases of transformation occur when big nodes are involved,
20563 and when some of their components are unknown.
20564
20565 @<Declare binary action...@>=
20566 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>;
20567 void mp_big_trans (MP mp,pointer p, quarterword c) {
20568   pointer q,r,pp,qq; /* list manipulation registers */
20569   small_number s; /* size of a big node */
20570   s=mp->big_node_size[type(p)]; q=value(p); r=q+s;
20571   do {  
20572     r=r-2;
20573     if ( type(r)!=mp_known ) {
20574       @<Transform an unknown big node and |return|@>;
20575     }
20576   } while (r!=q);
20577   @<Transform a known big node@>;
20578 }; /* node |p| will now be recycled by |do_binary| */
20579
20580 @ @<Transform an unknown big node and |return|@>=
20581
20582   mp_set_up_known_trans(mp, c); mp_make_exp_copy(mp, p); 
20583   r=value(mp->cur_exp);
20584   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20585     mp_bilin1(mp, yy_part_loc(r),mp->tyy,xy_part_loc(q),mp->tyx,0);
20586     mp_bilin1(mp, yx_part_loc(r),mp->tyy,xx_part_loc(q),mp->tyx,0);
20587     mp_bilin1(mp, xy_part_loc(r),mp->txx,yy_part_loc(q),mp->txy,0);
20588     mp_bilin1(mp, xx_part_loc(r),mp->txx,yx_part_loc(q),mp->txy,0);
20589   }
20590   mp_bilin1(mp, y_part_loc(r),mp->tyy,x_part_loc(q),mp->tyx,mp->ty);
20591   mp_bilin1(mp, x_part_loc(r),mp->txx,y_part_loc(q),mp->txy,mp->tx);
20592   return;
20593 }
20594
20595 @ Let |p| point to a two-word value field inside a big node of |cur_exp|,
20596 and let |q| point to a another value field. The |bilin1| procedure
20597 replaces |p| by $p\cdot t+q\cdot u+\delta$.
20598
20599 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20600 void mp_bilin1 (MP mp, pointer p, scaled t, pointer q, 
20601                 scaled u, scaled delta) {
20602   pointer r; /* list traverser */
20603   if ( t!=unity ) mp_dep_mult(mp, p,t,true);
20604   if ( u!=0 ) {
20605     if ( type(q)==mp_known ) {
20606       delta+=mp_take_scaled(mp, value(q),u);
20607     } else { 
20608       @<Ensure that |type(p)=mp_proto_dependent|@>;
20609       dep_list(p)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(p),u,dep_list(q),
20610                                mp_proto_dependent,type(q));
20611     }
20612   }
20613   if ( type(p)==mp_known ) {
20614     value(p)+=delta;
20615   } else {
20616     r=dep_list(p);
20617     while ( info(r)!=null ) r=link(r);
20618     delta+=value(r);
20619     if ( r!=dep_list(p) ) value(r)=delta;
20620     else { mp_recycle_value(mp, p); type(p)=mp_known; value(p)=delta; };
20621   }
20622   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
20623 }
20624
20625 @ @<Ensure that |type(p)=mp_proto_dependent|@>=
20626 if ( type(p)!=mp_proto_dependent ) {
20627   if ( type(p)==mp_known ) 
20628     mp_new_dep(mp, p,mp_const_dependency(mp, value(p)));
20629   else 
20630     dep_list(p)=mp_p_times_v(mp, dep_list(p),unity,mp_dependent,
20631                              mp_proto_dependent,true);
20632   type(p)=mp_proto_dependent;
20633 }
20634
20635 @ @<Transform a known big node@>=
20636 mp_set_up_trans(mp, c);
20637 if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20638   @<Transform known by known@>;
20639 } else { 
20640   pp=mp_stash_cur_exp(mp); qq=value(pp);
20641   mp_make_exp_copy(mp, p); r=value(mp->cur_exp);
20642   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20643     mp_bilin2(mp, yy_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20644       value(xy_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),null);
20645     mp_bilin2(mp, yx_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20646       value(xx_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),null);
20647     mp_bilin2(mp, xy_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20648       value(yy_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),null);
20649     mp_bilin2(mp, xx_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20650       value(yx_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),null);
20651   };
20652   mp_bilin2(mp, y_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20653     value(x_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),y_part_loc(qq));
20654   mp_bilin2(mp, x_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20655     value(y_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),x_part_loc(qq));
20656   mp_recycle_value(mp, pp); mp_free_node(mp, pp,value_node_size);
20657 }
20658
20659 @ Let |p| be a |mp_proto_dependent| value whose dependency list ends
20660 at |dep_final|. The following procedure adds |v| times another
20661 numeric quantity to~|p|.
20662
20663 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20664 void mp_add_mult_dep (MP mp,pointer p, scaled v, pointer r) { 
20665   if ( type(r)==mp_known ) {
20666     value(mp->dep_final)+=mp_take_scaled(mp, value(r),v);
20667   } else  { 
20668     dep_list(p)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(p),v,dep_list(r),
20669                                                          mp_proto_dependent,type(r));
20670     if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
20671   }
20672 }
20673
20674 @ The |bilin2| procedure is something like |bilin1|, but with known
20675 and unknown quantities reversed. Parameter |p| points to a value field
20676 within the big node for |cur_exp|; and |type(p)=mp_known|. Parameters
20677 |t| and~|u| point to value fields elsewhere; so does parameter~|q|,
20678 unless it is |null| (which stands for zero). Location~|p| will be
20679 replaced by $p\cdot t+v\cdot u+q$.
20680
20681 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20682 void mp_bilin2 (MP mp,pointer p, pointer t, scaled v, 
20683                 pointer u, pointer q) {
20684   scaled vv; /* temporary storage for |value(p)| */
20685   vv=value(p); type(p)=mp_proto_dependent;
20686   mp_new_dep(mp, p,mp_const_dependency(mp, 0)); /* this sets |dep_final| */
20687   if ( vv!=0 ) 
20688     mp_add_mult_dep(mp, p,vv,t); /* |dep_final| doesn't change */
20689   if ( v!=0 ) mp_add_mult_dep(mp, p,v,u);
20690   if ( q!=null ) mp_add_mult_dep(mp, p,unity,q);
20691   if ( dep_list(p)==mp->dep_final ) {
20692     vv=value(mp->dep_final); mp_recycle_value(mp, p);
20693     type(p)=mp_known; value(p)=vv;
20694   }
20695 }
20696
20697 @ @<Transform known by known@>=
20698
20699   mp_make_exp_copy(mp, p); r=value(mp->cur_exp);
20700   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20701     mp_bilin3(mp, yy_part_loc(r),mp->tyy,value(xy_part_loc(q)),mp->tyx,0);
20702     mp_bilin3(mp, yx_part_loc(r),mp->tyy,value(xx_part_loc(q)),mp->tyx,0);
20703     mp_bilin3(mp, xy_part_loc(r),mp->txx,value(yy_part_loc(q)),mp->txy,0);
20704     mp_bilin3(mp, xx_part_loc(r),mp->txx,value(yx_part_loc(q)),mp->txy,0);
20705   }
20706   mp_bilin3(mp, y_part_loc(r),mp->tyy,value(x_part_loc(q)),mp->tyx,mp->ty);
20707   mp_bilin3(mp, x_part_loc(r),mp->txx,value(y_part_loc(q)),mp->txy,mp->tx);
20708 }
20709
20710 @ Finally, in |bilin3| everything is |known|.
20711
20712 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20713 void mp_bilin3 (MP mp,pointer p, scaled t, 
20714                scaled v, scaled u, scaled delta) { 
20715   if ( t!=unity )
20716     delta+=mp_take_scaled(mp, value(p),t);
20717   else 
20718     delta+=value(p);
20719   if ( u!=0 ) value(p)=delta+mp_take_scaled(mp, v,u);
20720   else value(p)=delta;
20721 }
20722
20723 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20724 case concatenate: 
20725   if ( (mp->cur_type==mp_string_type)&&(type(p)==mp_string_type) ) mp_cat(mp, p);
20726   else mp_bad_binary(mp, p,concatenate);
20727   break;
20728 case substring_of: 
20729   if ( mp_nice_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type==mp_string_type) )
20730     mp_chop_string(mp, value(p));
20731   else mp_bad_binary(mp, p,substring_of);
20732   break;
20733 case subpath_of: 
20734   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
20735   if ( mp_nice_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type==mp_path_type) )
20736     mp_chop_path(mp, value(p));
20737   else mp_bad_binary(mp, p,subpath_of);
20738   break;
20739
20740 @ @<Declare binary action...@>=
20741 void mp_cat (MP mp,pointer p) {
20742   str_number a,b; /* the strings being concatenated */
20743   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
20744   a=value(p); b=mp->cur_exp; str_room(length(a)+length(b));
20745   for (k=mp->str_start[a];k<=str_stop(a)-1;k++) {
20746     append_char(mp->str_pool[k]);
20747   }
20748   for (k=mp->str_start[b];k<=str_stop(b)-1;k++) {
20749     append_char(mp->str_pool[k]);
20750   }
20751   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); delete_str_ref(b);
20752 }
20753
20754 @ @<Declare binary action...@>=
20755 void mp_chop_string (MP mp,pointer p) {
20756   integer a, b; /* start and stop points */
20757   integer l; /* length of the original string */
20758   integer k; /* runs from |a| to |b| */
20759   str_number s; /* the original string */
20760   boolean reversed; /* was |a>b|? */
20761   a=mp_round_unscaled(mp, value(x_part_loc(p)));
20762   b=mp_round_unscaled(mp, value(y_part_loc(p)));
20763   if ( a<=b ) reversed=false;
20764   else  { reversed=true; k=a; a=b; b=k; };
20765   s=mp->cur_exp; l=length(s);
20766   if ( a<0 ) { 
20767     a=0;
20768     if ( b<0 ) b=0;
20769   }
20770   if ( b>l ) { 
20771     b=l;
20772     if ( a>l ) a=l;
20773   }
20774   str_room(b-a);
20775   if ( reversed ) {
20776     for (k=mp->str_start[s]+b-1;k>=mp->str_start[s]+a;k--)  {
20777       append_char(mp->str_pool[k]);
20778     }
20779   } else  {
20780     for (k=mp->str_start[s]+a;k<=mp->str_start[s]+b-1;k++)  {
20781       append_char(mp->str_pool[k]);
20782     }
20783   }
20784   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); delete_str_ref(s);
20785 }
20786
20787 @ @<Declare binary action...@>=
20788 void mp_chop_path (MP mp,pointer p) {
20789   pointer q; /* a knot in the original path */
20790   pointer pp,qq,rr,ss; /* link variables for copies of path nodes */
20791   scaled a,b,k,l; /* indices for chopping */
20792   boolean reversed; /* was |a>b|? */
20793   l=mp_path_length(mp); a=value(x_part_loc(p)); b=value(y_part_loc(p));
20794   if ( a<=b ) reversed=false;
20795   else  { reversed=true; k=a; a=b; b=k; };
20796   @<Dispense with the cases |a<0| and/or |b>l|@>;
20797   q=mp->cur_exp;
20798   while ( a>=unity ) {
20799     q=link(q); a=a-unity; b=b-unity;
20800   }
20801   if ( b==a ) {
20802     @<Construct a path from |pp| to |qq| of length zero@>; 
20803   } else { 
20804     @<Construct a path from |pp| to |qq| of length $\lceil b\rceil$@>; 
20805   }
20806   left_type(pp)=endpoint; right_type(qq)=endpoint; link(qq)=pp;
20807   mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp);
20808   if ( reversed ) {
20809     mp->cur_exp=link(mp_htap_ypoc(mp, pp)); mp_toss_knot_list(mp, pp);
20810   } else {
20811     mp->cur_exp=pp;
20812   }
20813 }
20814
20815 @ @<Dispense with the cases |a<0| and/or |b>l|@>=
20816 if ( a<0 ) {
20817   if ( left_type(mp->cur_exp)==endpoint ) {
20818     a=0; if ( b<0 ) b=0;
20819   } else  {
20820     do {  a=a+l; b=b+l; } while (a<0); /* a cycle always has length |l>0| */
20821   }
20822 }
20823 if ( b>l ) {
20824   if ( left_type(mp->cur_exp)==endpoint ) {
20825     b=l; if ( a>l ) a=l;
20826   } else {
20827     while ( a>=l ) { 
20828       a=a-l; b=b-l;
20829     }
20830   }
20831 }
20832
20833 @ @<Construct a path from |pp| to |qq| of length $\lceil b\rceil$@>=
20834
20835   pp=mp_copy_knot(mp, q); qq=pp;
20836   do {  
20837     q=link(q); rr=qq; qq=mp_copy_knot(mp, q); link(rr)=qq; b=b-unity;
20838   } while (b>0);
20839   if ( a>0 ) {
20840     ss=pp; pp=link(pp);
20841     mp_split_cubic(mp, ss,a*010000); pp=link(ss);
20842     mp_free_node(mp, ss,knot_node_size);
20843     if ( rr==ss ) {
20844       b=mp_make_scaled(mp, b,unity-a); rr=pp;
20845     }
20846   }
20847   if ( b<0 ) {
20848     mp_split_cubic(mp, rr,(b+unity)*010000);
20849     mp_free_node(mp, qq,knot_node_size);
20850     qq=link(rr);
20851   }
20852 }
20853
20854 @ @<Construct a path from |pp| to |qq| of length zero@>=
20855
20856   if ( a>0 ) { mp_split_cubic(mp, q,a*010000); q=link(q); };
20857   pp=mp_copy_knot(mp, q); qq=pp;
20858 }
20859
20860 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20861 case point_of: case precontrol_of: case postcontrol_of: 
20862   if ( mp->cur_type==mp_pair_type )
20863      mp_pair_to_path(mp);
20864   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_known) )
20865     mp_find_point(mp, value(p),c);
20866   else 
20867     mp_bad_binary(mp, p,c);
20868   break;
20869 case pen_offset_of: 
20870   if ( (mp->cur_type==mp_pen_type)&& mp_nice_pair(mp, p,type(p)) )
20871     mp_set_up_offset(mp, value(p));
20872   else 
20873     mp_bad_binary(mp, p,pen_offset_of);
20874   break;
20875 case direction_time_of: 
20876   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
20877   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&& mp_nice_pair(mp, p,type(p)) )
20878     mp_set_up_direction_time(mp, value(p));
20879   else 
20880     mp_bad_binary(mp, p,direction_time_of);
20881   break;
20882
20883 @ @<Declare binary action...@>=
20884 void mp_set_up_offset (MP mp,pointer p) { 
20885   mp_find_offset(mp, value(x_part_loc(p)),value(y_part_loc(p)),mp->cur_exp);
20886   mp_pair_value(mp, mp->cur_x,mp->cur_y);
20887 }
20888 void mp_set_up_direction_time (MP mp,pointer p) { 
20889   mp_flush_cur_exp(mp, mp_find_direction_time(mp, value(x_part_loc(p)),
20890   value(y_part_loc(p)),mp->cur_exp));
20891 }
20892
20893 @ @<Declare binary action...@>=
20894 void mp_find_point (MP mp,scaled v, quarterword c) {
20895   pointer p; /* the path */
20896   scaled n; /* its length */
20897   p=mp->cur_exp;
20898   if ( left_type(p)==endpoint ) n=-unity; else n=0;
20899   do {  p=link(p); n=n+unity; } while (p!=mp->cur_exp);
20900   if ( n==0 ) { 
20901     v=0; 
20902   } else if ( v<0 ) {
20903     if ( left_type(p)==endpoint ) v=0;
20904     else v=n-1-((-v-1) % n);
20905   } else if ( v>n ) {
20906     if ( left_type(p)==endpoint ) v=n;
20907     else v=v % n;
20908   }
20909   p=mp->cur_exp;
20910   while ( v>=unity ) { p=link(p); v=v-unity;  };
20911   if ( v!=0 ) {
20912      @<Insert a fractional node by splitting the cubic@>;
20913   }
20914   @<Set the current expression to the desired path coordinates@>;
20915 }
20916
20917 @ @<Insert a fractional node...@>=
20918 { mp_split_cubic(mp, p,v*010000); p=link(p); }
20919
20920 @ @<Set the current expression to the desired path coordinates...@>=
20921 switch (c) {
20922 case point_of: 
20923   mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
20924   break;
20925 case precontrol_of: 
20926   if ( left_type(p)==endpoint ) mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
20927   else mp_pair_value(mp, left_x(p),left_y(p));
20928   break;
20929 case postcontrol_of: 
20930   if ( right_type(p)==endpoint ) mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
20931   else mp_pair_value(mp, right_x(p),right_y(p));
20932   break;
20933 } /* there are no other cases */
20934
20935 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20936 case arc_time_of: 
20937   if ( mp->cur_type==mp_pair_type )
20938      mp_pair_to_path(mp);
20939   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_known) )
20940     mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_arc_time(mp, mp->cur_exp,value(p)));
20941   else 
20942     mp_bad_binary(mp, p,c);
20943   break;
20944
20945 @ @<Additional cases of bin...@>=
20946 case intersect: 
20947   if ( type(p)==mp_pair_type ) {
20948     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20949     mp_pair_to_path(mp); p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q);
20950   };
20951   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
20952   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_path_type) ) {
20953     mp_path_intersection(mp, value(p),mp->cur_exp);
20954     mp_pair_value(mp, mp->cur_t,mp->cur_tt);
20955   } else {
20956     mp_bad_binary(mp, p,intersect);
20957   }
20958   break;
20959
20960 @ @<Additional cases of bin...@>=
20961 case in_font:
20962   if ( (mp->cur_type!=mp_string_type)||(type(p)!=mp_string_type)) 
20963     mp_bad_binary(mp, p,in_font);
20964   else { mp_do_infont(mp, p); return; }
20965   break;
20966
20967 @ Function |new_text_node| owns the reference count for its second argument
20968 (the text string) but not its first (the font name).
20969
20970 @<Declare binary action...@>=
20971 void mp_do_infont (MP mp,pointer p) {
20972   pointer q;
20973   q=mp_get_node(mp, edge_header_size);
20974   mp_init_edges(mp, q);
20975   link(obj_tail(q))=mp_new_text_node(mp, str(mp->cur_exp),value(p));
20976   obj_tail(q)=link(obj_tail(q));
20977   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
20978   mp_flush_cur_exp(mp, q);
20979   mp->cur_type=mp_picture_type;
20980 }
20981
20982 @* \[40] Statements and commands.
20983 The chief executive of \MP\ is the |do_statement| routine, which
20984 contains the master switch that causes all the various pieces of \MP\
20985 to do their things, in the right order.
20986
20987 In a sense, this is the grand climax of the program: It applies all the
20988 tools that we have worked so hard to construct. In another sense, this is
20989 the messiest part of the program: It necessarily refers to other pieces
20990 of code all over the place, so that a person can't fully understand what is
20991 going on without paging back and forth to be reminded of conventions that
20992 are defined elsewhere. We are now at the hub of the web.
20993
20994 The structure of |do_statement| itself is quite simple.  The first token
20995 of the statement is fetched using |get_x_next|.  If it can be the first
20996 token of an expression, we look for an equation, an assignment, or a
20997 title. Otherwise we use a \&{case} construction to branch at high speed to
20998 the appropriate routine for various and sundry other types of commands,
20999 each of which has an ``action procedure'' that does the necessary work.
21000
21001 The program uses the fact that
21002 $$\hbox{|min_primary_command=max_statement_command=type_name|}$$
21003 to interpret a statement that starts with, e.g., `\&{string}',
21004 as a type declaration rather than a boolean expression.
21005
21006 @c void mp_do_statement (MP mp) { /* governs \MP's activities */
21007   mp->cur_type=mp_vacuous; mp_get_x_next(mp);
21008   if ( mp->cur_cmd>max_primary_command ) {
21009     @<Worry about bad statement@>;
21010   } else if ( mp->cur_cmd>max_statement_command ) {
21011     @<Do an equation, assignment, title, or
21012      `$\langle\,$expression$\,\rangle\,$\&{endgroup}'@>;
21013   } else {
21014     @<Do a statement that doesn't begin with an expression@>;
21015   }
21016   if ( mp->cur_cmd<semicolon )
21017     @<Flush unparsable junk that was found after the statement@>;
21018   mp->error_count=0;
21019 }
21020
21021 @ @<Declarations@>=
21022 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>;
21023
21024 @ The only command codes |>max_primary_command| that can be present
21025 at the beginning of a statement are |semicolon| and higher; these
21026 occur when the statement is null.
21027
21028 @<Worry about bad statement@>=
21029
21030   if ( mp->cur_cmd<semicolon ) {
21031     print_err("A statement can't begin with `");
21032 @.A statement can't begin with x@>
21033     mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod); mp_print_char(mp, '\'');
21034     help5("I was looking for the beginning of a new statement.")
21035       ("If you just proceed without changing anything, I'll ignore")
21036       ("everything up to the next `;'. Please insert a semicolon")
21037       ("now in front of anything that you don't want me to delete.")
21038       ("(See Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.)");
21039 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
21040     mp_back_error(mp); mp_get_x_next(mp);
21041   }
21042 }
21043
21044 @ The help message printed here says that everything is flushed up to
21045 a semicolon, but actually the commands |end_group| and |stop| will
21046 also terminate a statement.
21047
21048 @<Flush unparsable junk that was found after the statement@>=
21049
21050   print_err("Extra tokens will be flushed");
21051 @.Extra tokens will be flushed@>
21052   help6("I've just read as much of that statement as I could fathom,")
21053        ("so a semicolon should have been next. It's very puzzling...")
21054        ("but I'll try to get myself back together, by ignoring")
21055        ("everything up to the next `;'. Please insert a semicolon")
21056        ("now in front of anything that you don't want me to delete.")
21057        ("(See Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.)");
21058 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
21059   mp_back_error(mp); mp->scanner_status=flushing;
21060   do {  
21061     get_t_next;
21062     @<Decrease the string reference count...@>;
21063   } while (! end_of_statement); /* |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop| */
21064   mp->scanner_status=normal;
21065 }
21066
21067 @ If |do_statement| ends with |cur_cmd=end_group|, we should have
21068 |cur_type=mp_vacuous| unless the statement was simply an expression;
21069 in the latter case, |cur_type| and |cur_exp| should represent that
21070 expression.
21071
21072 @<Do a statement that doesn't...@>=
21073
21074   if ( mp->internal[tracing_commands]>0 ) 
21075     show_cur_cmd_mod;
21076   switch (mp->cur_cmd ) {
21077   case type_name:mp_do_type_declaration(mp); break;
21078   case macro_def:
21079     if ( mp->cur_mod>var_def ) mp_make_op_def(mp);
21080     else if ( mp->cur_mod>end_def ) mp_scan_def(mp);
21081      break;
21082   @<Cases of |do_statement| that invoke particular commands@>;
21083   } /* there are no other cases */
21084   mp->cur_type=mp_vacuous;
21085 }
21086
21087 @ The most important statements begin with expressions.
21088
21089 @<Do an equation, assignment, title, or...@>=
21090
21091   mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21092   if ( mp->cur_cmd<end_group ) {
21093     if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21094     else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21095     else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {@<Do a title@> ; }
21096     else if ( mp->cur_type!=mp_vacuous ){ 
21097       exp_err("Isolated expression");
21098 @.Isolated expression@>
21099       help3("I couldn't find an `=' or `:=' after the")
21100         ("expression that is shown above this error message,")
21101         ("so I guess I'll just ignore it and carry on.");
21102       mp_put_get_error(mp);
21103     }
21104     mp_flush_cur_exp(mp, 0); mp->cur_type=mp_vacuous;
21105   }
21106 }
21107
21108 @ @<Do a title@>=
21109
21110   if ( mp->internal[tracing_titles]>0 ) {
21111     mp_print_nl(mp, "");  mp_print_str(mp, mp->cur_exp); update_terminal;
21112   }
21113 }
21114
21115 @ Equations and assignments are performed by the pair of mutually recursive
21116 @^recursion@>
21117 routines |do_equation| and |do_assignment|. These routines are called when
21118 |cur_cmd=equals| and when |cur_cmd=assignment|, respectively; the left-hand
21119 side is in |cur_type| and |cur_exp|, while the right-hand side is yet
21120 to be scanned. After the routines are finished, |cur_type| and |cur_exp|
21121 will be equal to the right-hand side (which will normally be equal
21122 to the left-hand side).
21123
21124 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21125 @<Declare the procedure called |try_eq|@>;
21126 @<Declare the procedure called |make_eq|@>;
21127 void mp_do_equation (MP mp) ;
21128
21129 @ @c
21130 void mp_do_equation (MP mp) {
21131   pointer lhs; /* capsule for the left-hand side */
21132   pointer p; /* temporary register */
21133   lhs=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); 
21134   mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21135   if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21136   else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21137   if ( mp->internal[tracing_commands]>two ) 
21138     @<Trace the current equation@>;
21139   if ( mp->cur_type==mp_unknown_path ) if ( type(lhs)==mp_pair_type ) {
21140     p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, lhs); lhs=p;
21141   }; /* in this case |make_eq| will change the pair to a path */
21142   mp_make_eq(mp, lhs); /* equate |lhs| to |(cur_type,cur_exp)| */
21143 }
21144
21145 @ And |do_assignment| is similar to |do_expression|:
21146
21147 @<Declarations@>=
21148 void mp_do_assignment (MP mp);
21149
21150 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21151 void mp_do_assignment (MP mp) ;
21152
21153 @ @c
21154 void mp_do_assignment (MP mp) {
21155   pointer lhs; /* token list for the left-hand side */
21156   pointer p; /* where the left-hand value is stored */
21157   pointer q; /* temporary capsule for the right-hand value */
21158   if ( mp->cur_type!=mp_token_list ) { 
21159     exp_err("Improper `:=' will be changed to `='");
21160 @.Improper `:='@>
21161     help2("I didn't find a variable name at the left of the `:=',")
21162       ("so I'm going to pretend that you said `=' instead.");
21163     mp_error(mp); mp_do_equation(mp);
21164   } else { 
21165     lhs=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
21166     mp_get_x_next(mp); mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21167     if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21168     else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21169     if ( mp->internal[tracing_commands]>two ) 
21170       @<Trace the current assignment@>;
21171     if ( info(lhs)>hash_end ) {
21172       @<Assign the current expression to an internal variable@>;
21173     } else  {
21174       @<Assign the current expression to the variable |lhs|@>;
21175     }
21176     mp_flush_node_list(mp, lhs);
21177   }
21178 }
21179
21180 @ @<Trace the current equation@>=
21181
21182   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{("); mp_print_exp(mp,lhs,0);
21183   mp_print(mp,")=("); mp_print_exp(mp,null,0); 
21184   mp_print(mp,")}"); mp_end_diagnostic(mp, false);
21185 }
21186
21187 @ @<Trace the current assignment@>=
21188
21189   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{");
21190   if ( info(lhs)>hash_end ) 
21191      mp_print(mp, mp->int_name[info(lhs)-(hash_end)]);
21192   else 
21193      mp_show_token_list(mp, lhs,null,1000,0);
21194   mp_print(mp, ":="); mp_print_exp(mp, null,0); 
21195   mp_print_char(mp, '}'); mp_end_diagnostic(mp, false);
21196 }
21197
21198 @ @<Assign the current expression to an internal variable@>=
21199 if ( mp->cur_type==mp_known )  {
21200   mp->internal[info(lhs)-(hash_end)]=mp->cur_exp;
21201 } else { 
21202   exp_err("Internal quantity `");
21203 @.Internal quantity...@>
21204   mp_print(mp, mp->int_name[info(lhs)-(hash_end)]);
21205   mp_print(mp, "' must receive a known value");
21206   help2("I can\'t set an internal quantity to anything but a known")
21207     ("numeric value, so I'll have to ignore this assignment.");
21208   mp_put_get_error(mp);
21209 }
21210
21211 @ @<Assign the current expression to the variable |lhs|@>=
21212
21213   p=mp_find_variable(mp, lhs);
21214   if ( p!=null ) {
21215     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp->cur_type=mp_und_type(mp, p); 
21216     mp_recycle_value(mp, p);
21217     type(p)=mp->cur_type; value(p)=null; mp_make_exp_copy(mp, p);
21218     p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q); mp_make_eq(mp, p);
21219   } else  { 
21220     mp_obliterated(mp, lhs); mp_put_get_error(mp);
21221   }
21222 }
21223
21224
21225 @ And now we get to the nitty-gritty. The |make_eq| procedure is given
21226 a pointer to a capsule that is to be equated to the current expression.
21227
21228 @<Declare the procedure called |make_eq|@>=
21229 void mp_make_eq (MP mp,pointer lhs) ;
21230
21231
21232
21233 @c void mp_make_eq (MP mp,pointer lhs) {
21234   small_number t; /* type of the left-hand side */
21235   pointer p,q; /* pointers inside of big nodes */
21236   integer v=0; /* value of the left-hand side */
21237 RESTART: 
21238   t=type(lhs);
21239   if ( t<=mp_pair_type ) v=value(lhs);
21240   switch (t) {
21241   @<For each type |t|, make an equation and |goto done| unless |cur_type|
21242     is incompatible with~|t|@>;
21243   } /* all cases have been listed */
21244   @<Announce that the equation cannot be performed@>;
21245 DONE:
21246   check_arith; mp_recycle_value(mp, lhs); 
21247   mp_free_node(mp, lhs,value_node_size);
21248 }
21249
21250 @ @<Announce that the equation cannot be performed@>=
21251 mp_disp_err(mp, lhs,""); 
21252 exp_err("Equation cannot be performed (");
21253 @.Equation cannot be performed@>
21254 if ( type(lhs)<=mp_pair_type ) mp_print_type(mp, type(lhs));
21255 else mp_print(mp, "numeric");
21256 mp_print_char(mp, '=');
21257 if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) mp_print_type(mp, mp->cur_type);
21258 else mp_print(mp, "numeric");
21259 mp_print_char(mp, ')');
21260 help2("I'm sorry, but I don't know how to make such things equal.")
21261      ("(See the two expressions just above the error message.)");
21262 mp_put_get_error(mp)
21263
21264 @ @<For each type |t|, make an equation and |goto done| unless...@>=
21265 case mp_boolean_type: case mp_string_type: case mp_pen_type:
21266 case mp_path_type: case mp_picture_type:
21267   if ( mp->cur_type==t+unknown_tag ) { 
21268     mp_nonlinear_eq(mp, v,mp->cur_exp,false); goto DONE;
21269   } else if ( mp->cur_type==t ) {
21270     @<Report redundant or inconsistent equation and |goto done|@>;
21271   }
21272   break;
21273 case unknown_types:
21274   if ( mp->cur_type==t-unknown_tag ) { 
21275     mp_nonlinear_eq(mp, mp->cur_exp,lhs,true); goto DONE;
21276   } else if ( mp->cur_type==t ) { 
21277     mp_ring_merge(mp, lhs,mp->cur_exp); goto DONE;
21278   } else if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) {
21279     if ( t==mp_unknown_path ) { 
21280      mp_pair_to_path(mp); goto RESTART;
21281     };
21282   }
21283   break;
21284 case mp_transform_type: case mp_color_type:
21285 case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type:
21286   if ( mp->cur_type==t ) {
21287     @<Do multiple equations and |goto done|@>;
21288   }
21289   break;
21290 case mp_known: case mp_dependent:
21291 case mp_proto_dependent: case mp_independent:
21292   if ( mp->cur_type>=mp_known ) { 
21293     mp_try_eq(mp, lhs,null); goto DONE;
21294   };
21295   break;
21296 case mp_vacuous:
21297   break;
21298
21299 @ @<Report redundant or inconsistent equation and |goto done|@>=
21300
21301   if ( mp->cur_type<=mp_string_type ) {
21302     if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
21303       if ( mp_str_vs_str(mp, v,mp->cur_exp)!=0 ) {
21304         goto NOT_FOUND;
21305       }
21306     } else if ( v!=mp->cur_exp ) {
21307       goto NOT_FOUND;
21308     }
21309     @<Exclaim about a redundant equation@>; goto DONE;
21310   }
21311   print_err("Redundant or inconsistent equation");
21312 @.Redundant or inconsistent equation@>
21313   help2("An equation between already-known quantities can't help.")
21314        ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21315   mp_put_get_error(mp); goto DONE;
21316 NOT_FOUND: 
21317   print_err("Inconsistent equation");
21318 @.Inconsistent equation@>
21319   help2("The equation I just read contradicts what was said before.")
21320        ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21321   mp_put_get_error(mp); goto DONE;
21322 }
21323
21324 @ @<Do multiple equations and |goto done|@>=
21325
21326   p=v+mp->big_node_size[t]; 
21327   q=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[t];
21328   do {  
21329     p=p-2; q=q-2; mp_try_eq(mp, p,q);
21330   } while (p!=v);
21331   goto DONE;
21332 }
21333
21334 @ The first argument to |try_eq| is the location of a value node
21335 in a capsule that will soon be recycled. The second argument is
21336 either a location within a pair or transform node pointed to by
21337 |cur_exp|, or it is |null| (which means that |cur_exp| itself
21338 serves as the second argument). The idea is to leave |cur_exp| unchanged,
21339 but to equate the two operands.
21340
21341 @<Declare the procedure called |try_eq|@>=
21342 void mp_try_eq (MP mp,pointer l, pointer r) ;
21343
21344
21345 @c void mp_try_eq (MP mp,pointer l, pointer r) {
21346   pointer p; /* dependency list for right operand minus left operand */
21347   int t; /* the type of list |p| */
21348   pointer q; /* the constant term of |p| is here */
21349   pointer pp; /* dependency list for right operand */
21350   int tt; /* the type of list |pp| */
21351   boolean copied; /* have we copied a list that ought to be recycled? */
21352   @<Remove the left operand from its container, negate it, and
21353     put it into dependency list~|p| with constant term~|q|@>;
21354   @<Add the right operand to list |p|@>;
21355   if ( info(p)==null ) {
21356     @<Deal with redundant or inconsistent equation@>;
21357   } else { 
21358     mp_linear_eq(mp, p,t);
21359     if ( r==null ) if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
21360       if ( type(mp->cur_exp)==mp_known ) {
21361         pp=mp->cur_exp; mp->cur_exp=value(mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_known;
21362         mp_free_node(mp, pp,value_node_size);
21363       }
21364     }
21365   }
21366 }
21367
21368 @ @<Remove the left operand from its container, negate it, and...@>=
21369 t=type(l);
21370 if ( t==mp_known ) { 
21371   t=mp_dependent; p=mp_const_dependency(mp, -value(l)); q=p;
21372 } else if ( t==mp_independent ) {
21373   t=mp_dependent; p=mp_single_dependency(mp, l); negate(value(p));
21374   q=mp->dep_final;
21375 } else { 
21376   p=dep_list(l); q=p;
21377   while (1) { 
21378     negate(value(q));
21379     if ( info(q)==null ) break;
21380     q=link(q);
21381   }
21382   link(prev_dep(l))=link(q); prev_dep(link(q))=prev_dep(l);
21383   type(l)=mp_known;
21384 }
21385
21386 @ @<Deal with redundant or inconsistent equation@>=
21387
21388   if ( abs(value(p))>64 ) { /* off by .001 or more */
21389     print_err("Inconsistent equation");
21390 @.Inconsistent equation@>
21391     mp_print(mp, " (off by "); mp_print_scaled(mp, value(p)); 
21392     mp_print_char(mp, ')');
21393     help2("The equation I just read contradicts what was said before.")
21394       ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21395     mp_put_get_error(mp);
21396   } else if ( r==null ) {
21397     @<Exclaim about a redundant equation@>;
21398   }
21399   mp_free_node(mp, p,dep_node_size);
21400 }
21401
21402 @ @<Add the right operand to list |p|@>=
21403 if ( r==null ) {
21404   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
21405     value(q)=value(q)+mp->cur_exp; goto DONE1;
21406   } else { 
21407     tt=mp->cur_type;
21408     if ( tt==mp_independent ) pp=mp_single_dependency(mp, mp->cur_exp);
21409     else pp=dep_list(mp->cur_exp);
21410   } 
21411 } else {
21412   if ( type(r)==mp_known ) {
21413     value(q)=value(q)+value(r); goto DONE1;
21414   } else { 
21415     tt=type(r);
21416     if ( tt==mp_independent ) pp=mp_single_dependency(mp, r);
21417     else pp=dep_list(r);
21418   }
21419 }
21420 if ( tt!=mp_independent ) copied=false;
21421 else  { copied=true; tt=mp_dependent; };
21422 @<Add dependency list |pp| of type |tt| to dependency list~|p| of type~|t|@>;
21423 if ( copied ) mp_flush_node_list(mp, pp);
21424 DONE1:
21425
21426 @ @<Add dependency list |pp| of type |tt| to dependency list~|p| of type~|t|@>=
21427 mp->watch_coefs=false;
21428 if ( t==tt ) {
21429   p=mp_p_plus_q(mp, p,pp,t);
21430 } else if ( t==mp_proto_dependent ) {
21431   p=mp_p_plus_fq(mp, p,unity,pp,mp_proto_dependent,mp_dependent);
21432 } else { 
21433   q=p;
21434   while ( info(q)!=null ) {
21435     value(q)=mp_round_fraction(mp, value(q)); q=link(q);
21436   }
21437   t=mp_proto_dependent; p=mp_p_plus_q(mp, p,pp,t);
21438 }
21439 mp->watch_coefs=true;
21440
21441 @ Our next goal is to process type declarations. For this purpose it's
21442 convenient to have a procedure that scans a $\langle\,$declared
21443 variable$\,\rangle$ and returns the corresponding token list. After the
21444 following procedure has acted, the token after the declared variable
21445 will have been scanned, so it will appear in |cur_cmd|, |cur_mod|,
21446 and~|cur_sym|.
21447
21448 @<Declare the function called |scan_declared_variable|@>=
21449 pointer mp_scan_declared_variable (MP mp) {
21450   pointer x; /* hash address of the variable's root */
21451   pointer h,t; /* head and tail of the token list to be returned */
21452   pointer l; /* hash address of left bracket */
21453   mp_get_symbol(mp); x=mp->cur_sym;
21454   if ( mp->cur_cmd!=tag_token ) mp_clear_symbol(mp, x,false);
21455   h=mp_get_avail(mp); info(h)=x; t=h;
21456   while (1) { 
21457     mp_get_x_next(mp);
21458     if ( mp->cur_sym==0 ) break;
21459     if ( mp->cur_cmd!=tag_token ) if ( mp->cur_cmd!=internal_quantity)  {
21460       if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
21461         @<Descend past a collective subscript@>;
21462       } else {
21463         break;
21464       }
21465     }
21466     link(t)=mp_get_avail(mp); t=link(t); info(t)=mp->cur_sym;
21467   }
21468   if ( eq_type(x)!=tag_token ) mp_clear_symbol(mp, x,false);
21469   if ( equiv(x)==null ) mp_new_root(mp, x);
21470   return h;
21471 }
21472
21473 @ If the subscript isn't collective, we don't accept it as part of the
21474 declared variable.
21475
21476 @<Descend past a collective subscript@>=
21477
21478   l=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
21479   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
21480     mp_back_input(mp); mp->cur_sym=l; mp->cur_cmd=left_bracket; break;
21481   } else {
21482     mp->cur_sym=collective_subscript;
21483   }
21484 }
21485
21486 @ Type declarations are introduced by the following primitive operations.
21487
21488 @<Put each...@>=
21489 mp_primitive(mp, "numeric",type_name,mp_numeric_type);
21490 @:numeric_}{\&{numeric} primitive@>
21491 mp_primitive(mp, "string",type_name,mp_string_type);
21492 @:string_}{\&{string} primitive@>
21493 mp_primitive(mp, "boolean",type_name,mp_boolean_type);
21494 @:boolean_}{\&{boolean} primitive@>
21495 mp_primitive(mp, "path",type_name,mp_path_type);
21496 @:path_}{\&{path} primitive@>
21497 mp_primitive(mp, "pen",type_name,mp_pen_type);
21498 @:pen_}{\&{pen} primitive@>
21499 mp_primitive(mp, "picture",type_name,mp_picture_type);
21500 @:picture_}{\&{picture} primitive@>
21501 mp_primitive(mp, "transform",type_name,mp_transform_type);
21502 @:transform_}{\&{transform} primitive@>
21503 mp_primitive(mp, "color",type_name,mp_color_type);
21504 @:color_}{\&{color} primitive@>
21505 mp_primitive(mp, "rgbcolor",type_name,mp_color_type);
21506 @:color_}{\&{rgbcolor} primitive@>
21507 mp_primitive(mp, "cmykcolor",type_name,mp_cmykcolor_type);
21508 @:color_}{\&{cmykcolor} primitive@>
21509 mp_primitive(mp, "pair",type_name,mp_pair_type);
21510 @:pair_}{\&{pair} primitive@>
21511
21512 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21513 case type_name: mp_print_type(mp, m); break;
21514
21515 @ Now we are ready to handle type declarations, assuming that a
21516 |type_name| has just been scanned.
21517
21518 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21519 void mp_do_type_declaration (MP mp) ;
21520
21521 @ @c
21522 void mp_do_type_declaration (MP mp) {
21523   small_number t; /* the type being declared */
21524   pointer p; /* token list for a declared variable */
21525   pointer q; /* value node for the variable */
21526   if ( mp->cur_mod>=mp_transform_type ) 
21527     t=mp->cur_mod;
21528   else 
21529     t=mp->cur_mod+unknown_tag;
21530   do {  
21531     p=mp_scan_declared_variable(mp);
21532     mp_flush_variable(mp, equiv(info(p)),link(p),false);
21533     q=mp_find_variable(mp, p);
21534     if ( q!=null ) { 
21535       type(q)=t; value(q)=null; 
21536     } else  { 
21537       print_err("Declared variable conflicts with previous vardef");
21538 @.Declared variable conflicts...@>
21539       help2("You can't use, e.g., `numeric foo[]' after `vardef foo'.")
21540            ("Proceed, and I'll ignore the illegal redeclaration.");
21541       mp_put_get_error(mp);
21542     }
21543     mp_flush_list(mp, p);
21544     if ( mp->cur_cmd<comma ) {
21545       @<Flush spurious symbols after the declared variable@>;
21546     }
21547   } while (! end_of_statement);
21548 }
21549
21550 @ @<Flush spurious symbols after the declared variable@>=
21551
21552   print_err("Illegal suffix of declared variable will be flushed");
21553 @.Illegal suffix...flushed@>
21554   help5("Variables in declarations must consist entirely of")
21555     ("names and collective subscripts, e.g., `x[]a'.")
21556     ("Are you trying to use a reserved word in a variable name?")
21557     ("I'm going to discard the junk I found here,")
21558     ("up to the next comma or the end of the declaration.");
21559   if ( mp->cur_cmd==numeric_token )
21560     mp->help_line[2]="Explicit subscripts like `x15a' aren't permitted.";
21561   mp_put_get_error(mp); mp->scanner_status=flushing;
21562   do {  
21563     get_t_next;
21564     @<Decrease the string reference count...@>;
21565   } while (mp->cur_cmd<comma); /* either |end_of_statement| or |cur_cmd=comma| */
21566   mp->scanner_status=normal;
21567 }
21568
21569 @ \MP's |main_control| procedure just calls |do_statement| repeatedly
21570 until coming to the end of the user's program.
21571 Each execution of |do_statement| concludes with
21572 |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop|.
21573
21574 @c void mp_main_control (MP mp) { 
21575   do {  
21576     mp_do_statement(mp);
21577     if ( mp->cur_cmd==end_group ) {
21578       print_err("Extra `endgroup'");
21579 @.Extra `endgroup'@>
21580       help2("I'm not currently working on a `begingroup',")
21581         ("so I had better not try to end anything.");
21582       mp_flush_error(mp, 0);
21583     }
21584   } while (mp->cur_cmd!=stop);
21585 }
21586 void mp_run (MP mp) {
21587   mp_main_control(mp); /* come to life */
21588   mp_final_cleanup(mp); /* prepare for death */
21589   mp_close_files_and_terminate(mp);
21590 }
21591 char * mp_mplib_version (MP mp) {
21592   assert(mp);
21593   return mplib_version;
21594 }
21595 char * mp_metapost_version (MP mp) {
21596   assert(mp);
21597   return metapost_version;
21598 }
21599
21600 @ @<Exported function headers@>=
21601 void mp_run (MP mp);
21602 char * mp_mplib_version (MP mp);
21603 char * mp_metapost_version (MP mp);
21604
21605 @ @<Put each...@>=
21606 mp_primitive(mp, "end",stop,0);
21607 @:end_}{\&{end} primitive@>
21608 mp_primitive(mp, "dump",stop,1);
21609 @:dump_}{\&{dump} primitive@>
21610
21611 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21612 case stop:
21613   if ( m==0 ) mp_print(mp, "end");
21614   else mp_print(mp, "dump");
21615   break;
21616
21617 @* \[41] Commands.
21618 Let's turn now to statements that are classified as ``commands'' because
21619 of their imperative nature. We'll begin with simple ones, so that it
21620 will be clear how to hook command processing into the |do_statement| routine;
21621 then we'll tackle the tougher commands.
21622
21623 Here's one of the simplest:
21624
21625 @<Cases of |do_statement|...@>=
21626 case random_seed: mp_do_random_seed(mp);  break;
21627
21628 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21629 void mp_do_random_seed (MP mp) ;
21630
21631 @ @c void mp_do_random_seed (MP mp) { 
21632   mp_get_x_next(mp);
21633   if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
21634     mp_missing_err(mp, ":=");
21635 @.Missing `:='@>
21636     help1("Always say `randomseed:=<numeric expression>'.");
21637     mp_back_error(mp);
21638   };
21639   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
21640   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
21641     exp_err("Unknown value will be ignored");
21642 @.Unknown value...ignored@>
21643     help2("Your expression was too random for me to handle,")
21644       ("so I won't change the random seed just now.");
21645     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
21646   } else {
21647    @<Initialize the random seed to |cur_exp|@>;
21648   }
21649 }
21650
21651 @ @<Initialize the random seed to |cur_exp|@>=
21652
21653   mp_init_randoms(mp, mp->cur_exp);
21654   if ( mp->selector>=log_only && mp->selector<write_file) {
21655     mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=log_only;
21656     mp_print_nl(mp, "{randomseed:="); 
21657     mp_print_scaled(mp, mp->cur_exp); 
21658     mp_print_char(mp, '}');
21659     mp_print_nl(mp, ""); mp->selector=mp->old_setting;
21660   }
21661 }
21662
21663 @ And here's another simple one (somewhat different in flavor):
21664
21665 @<Cases of |do_statement|...@>=
21666 case mode_command: 
21667   mp_print_ln(mp); mp->interaction=mp->cur_mod;
21668   @<Initialize the print |selector| based on |interaction|@>;
21669   if ( mp->log_opened ) mp->selector=mp->selector+2;
21670   mp_get_x_next(mp);
21671   break;
21672
21673 @ @<Put each...@>=
21674 mp_primitive(mp, "batchmode",mode_command,mp_batch_mode);
21675 @:mp_batch_mode_}{\&{batchmode} primitive@>
21676 mp_primitive(mp, "nonstopmode",mode_command,mp_nonstop_mode);
21677 @:mp_nonstop_mode_}{\&{nonstopmode} primitive@>
21678 mp_primitive(mp, "scrollmode",mode_command,mp_scroll_mode);
21679 @:mp_scroll_mode_}{\&{scrollmode} primitive@>
21680 mp_primitive(mp, "errorstopmode",mode_command,mp_error_stop_mode);
21681 @:mp_error_stop_mode_}{\&{errorstopmode} primitive@>
21682
21683 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
21684 case mode_command: 
21685   switch (m) {
21686   case mp_batch_mode: mp_print(mp, "batchmode"); break;
21687   case mp_nonstop_mode: mp_print(mp, "nonstopmode"); break;
21688   case mp_scroll_mode: mp_print(mp, "scrollmode"); break;
21689   default: mp_print(mp, "errorstopmode"); break;
21690   }
21691   break;
21692
21693 @ The `\&{inner}' and `\&{outer}' commands are only slightly harder.
21694
21695 @<Cases of |do_statement|...@>=
21696 case protection_command: mp_do_protection(mp); break;
21697
21698 @ @<Put each...@>=
21699 mp_primitive(mp, "inner",protection_command,0);
21700 @:inner_}{\&{inner} primitive@>
21701 mp_primitive(mp, "outer",protection_command,1);
21702 @:outer_}{\&{outer} primitive@>
21703
21704 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21705 case protection_command: 
21706   if ( m==0 ) mp_print(mp, "inner");
21707   else mp_print(mp, "outer");
21708   break;
21709
21710 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21711 void mp_do_protection (MP mp) ;
21712
21713 @ @c void mp_do_protection (MP mp) {
21714   int m; /* 0 to unprotect, 1 to protect */
21715   halfword t; /* the |eq_type| before we change it */
21716   m=mp->cur_mod;
21717   do {  
21718     mp_get_symbol(mp); t=eq_type(mp->cur_sym);
21719     if ( m==0 ) { 
21720       if ( t>=outer_tag ) 
21721         eq_type(mp->cur_sym)=t-outer_tag;
21722     } else if ( t<outer_tag ) {
21723       eq_type(mp->cur_sym)=t+outer_tag;
21724     }
21725     mp_get_x_next(mp);
21726   } while (mp->cur_cmd==comma);
21727 }
21728
21729 @ \MP\ never defines the tokens `\.(' and `\.)' to be primitives, but
21730 plain \MP\ begins with the declaration `\&{delimiters} \.{()}'. Such a
21731 declaration assigns the command code |left_delimiter| to `\.{(}' and
21732 |right_delimiter| to `\.{)}'; the |equiv| of each delimiter is the
21733 hash address of its mate.
21734
21735 @<Cases of |do_statement|...@>=
21736 case delimiters: mp_def_delims(mp); break;
21737
21738 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21739 void mp_def_delims (MP mp) ;
21740
21741 @ @c void mp_def_delims (MP mp) {
21742   pointer l_delim,r_delim; /* the new delimiter pair */
21743   mp_get_clear_symbol(mp); l_delim=mp->cur_sym;
21744   mp_get_clear_symbol(mp); r_delim=mp->cur_sym;
21745   eq_type(l_delim)=left_delimiter; equiv(l_delim)=r_delim;
21746   eq_type(r_delim)=right_delimiter; equiv(r_delim)=l_delim;
21747   mp_get_x_next(mp);
21748 }
21749
21750 @ Here is a procedure that is called when \MP\ has reached a point
21751 where some right delimiter is mandatory.
21752
21753 @<Declare the procedure called |check_delimiter|@>=
21754 void mp_check_delimiter (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) {
21755   if ( mp->cur_cmd==right_delimiter ) 
21756     if ( mp->cur_mod==l_delim ) 
21757       return;
21758   if ( mp->cur_sym!=r_delim ) {
21759      mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
21760 @.Missing `)'@>
21761     help2("I found no right delimiter to match a left one. So I've")
21762       ("put one in, behind the scenes; this may fix the problem.");
21763     mp_back_error(mp);
21764   } else { 
21765     print_err("The token `"); mp_print_text(r_delim);
21766 @.The token...delimiter@>
21767     mp_print(mp, "' is no longer a right delimiter");
21768     help3("Strange: This token has lost its former meaning!")
21769       ("I'll read it as a right delimiter this time;")
21770       ("but watch out, I'll probably miss it later.");
21771     mp_error(mp);
21772   }
21773 }
21774
21775 @ The next four commands save or change the values associated with tokens.
21776
21777 @<Cases of |do_statement|...@>=
21778 case save_command: 
21779   do {  
21780     mp_get_symbol(mp); mp_save_variable(mp, mp->cur_sym); mp_get_x_next(mp);
21781   } while (mp->cur_cmd==comma);
21782   break;
21783 case interim_command: mp_do_interim(mp); break;
21784 case let_command: mp_do_let(mp); break;
21785 case new_internal: mp_do_new_internal(mp); break;
21786
21787 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21788 void mp_do_statement (MP mp);
21789 void mp_do_interim (MP mp);
21790
21791 @ @c void mp_do_interim (MP mp) { 
21792   mp_get_x_next(mp);
21793   if ( mp->cur_cmd!=internal_quantity ) {
21794      print_err("The token `");
21795 @.The token...quantity@>
21796     if ( mp->cur_sym==0 ) mp_print(mp, "(%CAPSULE)");
21797     else mp_print_text(mp->cur_sym);
21798     mp_print(mp, "' isn't an internal quantity");
21799     help1("Something like `tracingonline' should follow `interim'.");
21800     mp_back_error(mp);
21801   } else { 
21802     mp_save_internal(mp, mp->cur_mod); mp_back_input(mp);
21803   }
21804   mp_do_statement(mp);
21805 }
21806
21807 @ The following procedure is careful not to undefine the left-hand symbol
21808 too soon, lest commands like `{\tt let x=x}' have a surprising effect.
21809
21810 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21811 void mp_do_let (MP mp) ;
21812
21813 @ @c void mp_do_let (MP mp) {
21814   pointer l; /* hash location of the left-hand symbol */
21815   mp_get_symbol(mp); l=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
21816   if ( mp->cur_cmd!=equals ) if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
21817      mp_missing_err(mp, "=");
21818 @.Missing `='@>
21819     help3("You should have said `let symbol = something'.")
21820       ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
21821       ("was present. The next token I read will be `something'.");
21822     mp_back_error(mp);
21823   }
21824   mp_get_symbol(mp);
21825   switch (mp->cur_cmd) {
21826   case defined_macro: case secondary_primary_macro:
21827   case tertiary_secondary_macro: case expression_tertiary_macro: 
21828     add_mac_ref(mp->cur_mod);
21829     break;
21830   default: 
21831     break;
21832   }
21833   mp_clear_symbol(mp, l,false); eq_type(l)=mp->cur_cmd;
21834   if ( mp->cur_cmd==tag_token ) equiv(l)=null;
21835   else equiv(l)=mp->cur_mod;
21836   mp_get_x_next(mp);
21837 }
21838
21839 @ @<Declarations@>=
21840 void mp_grow_internals (MP mp, int l);
21841 void mp_do_new_internal (MP mp) ;
21842
21843 @ @c
21844 void mp_grow_internals (MP mp, int l) {
21845   scaled *internal;
21846   char * *int_name; 
21847   int k;
21848   if ( hash_end+l>max_halfword ) {
21849     mp_confusion(mp, "out of memory space"); /* can't be reached */
21850   }
21851   int_name = xmalloc ((l+1),sizeof(char *));
21852   internal = xmalloc ((l+1),sizeof(scaled));
21853   for (k=0;k<=l; k++ ) { 
21854     if (k<=mp->max_internal) {
21855       internal[k]=mp->internal[k]; 
21856       int_name[k]=mp->int_name[k]; 
21857     } else {
21858       internal[k]=0; 
21859       int_name[k]=NULL; 
21860     }
21861   }
21862   xfree(mp->internal); xfree(mp->int_name);
21863   mp->int_name = int_name;
21864   mp->internal = internal;
21865   mp->max_internal = l;
21866 }
21867
21868
21869 void mp_do_new_internal (MP mp) { 
21870   do {  
21871     if ( mp->int_ptr==mp->max_internal ) {
21872       mp_grow_internals(mp, (mp->max_internal + (mp->max_internal>>2)));
21873     }
21874     mp_get_clear_symbol(mp); incr(mp->int_ptr);
21875     eq_type(mp->cur_sym)=internal_quantity; 
21876     equiv(mp->cur_sym)=mp->int_ptr;
21877     if(mp->int_name[mp->int_ptr]!=NULL)
21878       xfree(mp->int_name[mp->int_ptr]);
21879     mp->int_name[mp->int_ptr]=str(text(mp->cur_sym)); 
21880     mp->internal[mp->int_ptr]=0;
21881     mp_get_x_next(mp);
21882   } while (mp->cur_cmd==comma);
21883 }
21884
21885 @ @<Dealloc variables@>=
21886 for (k=0;k<=mp->max_internal;k++) {
21887    xfree(mp->int_name[k]);
21888 }
21889 xfree(mp->internal); 
21890 xfree(mp->int_name); 
21891
21892
21893 @ The various `\&{show}' commands are distinguished by modifier fields
21894 in the usual way.
21895
21896 @d show_token_code 0 /* show the meaning of a single token */
21897 @d show_stats_code 1 /* show current memory and string usage */
21898 @d show_code 2 /* show a list of expressions */
21899 @d show_var_code 3 /* show a variable and its descendents */
21900 @d show_dependencies_code 4 /* show dependent variables in terms of independents */
21901
21902 @<Put each...@>=
21903 mp_primitive(mp, "showtoken",show_command,show_token_code);
21904 @:show_token_}{\&{showtoken} primitive@>
21905 mp_primitive(mp, "showstats",show_command,show_stats_code);
21906 @:show_stats_}{\&{showstats} primitive@>
21907 mp_primitive(mp, "show",show_command,show_code);
21908 @:show_}{\&{show} primitive@>
21909 mp_primitive(mp, "showvariable",show_command,show_var_code);
21910 @:show_var_}{\&{showvariable} primitive@>
21911 mp_primitive(mp, "showdependencies",show_command,show_dependencies_code);
21912 @:show_dependencies_}{\&{showdependencies} primitive@>
21913
21914 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21915 case show_command: 
21916   switch (m) {
21917   case show_token_code:mp_print(mp, "showtoken"); break;
21918   case show_stats_code:mp_print(mp, "showstats"); break;
21919   case show_code:mp_print(mp, "show"); break;
21920   case show_var_code:mp_print(mp, "showvariable"); break;
21921   default: mp_print(mp, "showdependencies"); break;
21922   }
21923   break;
21924
21925 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
21926 case show_command:mp_do_show_whatever(mp); break;
21927
21928 @ The value of |cur_mod| controls the |verbosity| in the |print_exp| routine:
21929 if it's |show_code|, complicated structures are abbreviated, otherwise
21930 they aren't.
21931
21932 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21933 void mp_do_show (MP mp) ;
21934
21935 @ @c void mp_do_show (MP mp) { 
21936   do {  
21937     mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
21938     mp_print_nl(mp, ">> ");
21939 @.>>@>
21940     mp_print_exp(mp, null,2); mp_flush_cur_exp(mp, 0);
21941   } while (mp->cur_cmd==comma);
21942 }
21943
21944 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21945 void mp_disp_token (MP mp) ;
21946
21947 @ @c void mp_disp_token (MP mp) { 
21948   mp_print_nl(mp, "> ");
21949 @.>\relax@>
21950   if ( mp->cur_sym==0 ) {
21951     @<Show a numeric or string or capsule token@>;
21952   } else { 
21953     mp_print_text(mp->cur_sym); mp_print_char(mp, '=');
21954     if ( eq_type(mp->cur_sym)>=outer_tag ) mp_print(mp, "(outer) ");
21955     mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod);
21956     if ( mp->cur_cmd==defined_macro ) {
21957       mp_print_ln(mp); mp_show_macro(mp, mp->cur_mod,null,100000);
21958     } /* this avoids recursion between |show_macro| and |print_cmd_mod| */
21959 @^recursion@>
21960   }
21961 }
21962
21963 @ @<Show a numeric or string or capsule token@>=
21964
21965   if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) {
21966     mp_print_scaled(mp, mp->cur_mod);
21967   } else if ( mp->cur_cmd==capsule_token ) {
21968     mp->g_pointer=mp->cur_mod; mp_print_capsule(mp);
21969   } else  { 
21970     mp_print_char(mp, '"'); 
21971     mp_print_str(mp, mp->cur_mod); mp_print_char(mp, '"');
21972     delete_str_ref(mp->cur_mod);
21973   }
21974 }
21975
21976 @ The following cases of |print_cmd_mod| might arise in connection
21977 with |disp_token|, although they don't correspond to any
21978 primitive tokens.
21979
21980 @<Cases of |print_cmd_...@>=
21981 case left_delimiter:
21982 case right_delimiter: 
21983   if ( c==left_delimiter ) mp_print(mp, "left");
21984   else mp_print(mp, "right");
21985   mp_print(mp, " delimiter that matches "); 
21986   mp_print_text(m);
21987   break;
21988 case tag_token:
21989   if ( m==null ) mp_print(mp, "tag");
21990    else mp_print(mp, "variable");
21991    break;
21992 case defined_macro: 
21993    mp_print(mp, "macro:");
21994    break;
21995 case secondary_primary_macro:
21996 case tertiary_secondary_macro:
21997 case expression_tertiary_macro:
21998   mp_print_cmd_mod(mp, macro_def,c); 
21999   mp_print(mp, "'d macro:");
22000   mp_print_ln(mp); mp_show_token_list(mp, link(link(m)),null,1000,0);
22001   break;
22002 case repeat_loop:
22003   mp_print(mp, "[repeat the loop]");
22004   break;
22005 case internal_quantity:
22006   mp_print(mp, mp->int_name[m]);
22007   break;
22008
22009 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22010 void mp_do_show_token (MP mp) ;
22011
22012 @ @c void mp_do_show_token (MP mp) { 
22013   do {  
22014     get_t_next; mp_disp_token(mp);
22015     mp_get_x_next(mp);
22016   } while (mp->cur_cmd==comma);
22017 }
22018
22019 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22020 void mp_do_show_stats (MP mp) ;
22021
22022 @ @c void mp_do_show_stats (MP mp) { 
22023   mp_print_nl(mp, "Memory usage ");
22024 @.Memory usage...@>
22025   mp_print_int(mp, mp->var_used); mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->dyn_used);
22026   if ( false )
22027     mp_print(mp, "unknown");
22028   mp_print(mp, " ("); mp_print_int(mp, mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max-1);
22029   mp_print(mp, " still untouched)"); mp_print_ln(mp);
22030   mp_print_nl(mp, "String usage ");
22031   mp_print_int(mp, mp->strs_in_use-mp->init_str_use);
22032   mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->pool_in_use-mp->init_pool_ptr);
22033   if ( false )
22034     mp_print(mp, "unknown");
22035   mp_print(mp, " (");
22036   mp_print_int(mp, mp->max_strings-1-mp->strs_used_up); mp_print_char(mp, '&');
22037   mp_print_int(mp, mp->pool_size-mp->pool_ptr); 
22038   mp_print(mp, " now untouched)"); mp_print_ln(mp);
22039   mp_get_x_next(mp);
22040 }
22041
22042 @ Here's a recursive procedure that gives an abbreviated account
22043 of a variable, for use by |do_show_var|.
22044
22045 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22046 void mp_disp_var (MP mp,pointer p) ;
22047
22048 @ @c void mp_disp_var (MP mp,pointer p) {
22049   pointer q; /* traverses attributes and subscripts */
22050   int n; /* amount of macro text to show */
22051   if ( type(p)==mp_structured )  {
22052     @<Descend the structure@>;
22053   } else if ( type(p)>=mp_unsuffixed_macro ) {
22054     @<Display a variable macro@>;
22055   } else if ( type(p)!=undefined ){ 
22056     mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p); 
22057     mp_print_char(mp, '=');
22058     mp_print_exp(mp, p,0);
22059   }
22060 }
22061
22062 @ @<Descend the structure@>=
22063
22064   q=attr_head(p);
22065   do {  mp_disp_var(mp, q); q=link(q); } while (q!=end_attr);
22066   q=subscr_head(p);
22067   while ( name_type(q)==mp_subscr ) { 
22068     mp_disp_var(mp, q); q=link(q);
22069   }
22070 }
22071
22072 @ @<Display a variable macro@>=
22073
22074   mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p);
22075   if ( type(p)>mp_unsuffixed_macro ) 
22076     mp_print(mp, "@@#"); /* |suffixed_macro| */
22077   mp_print(mp, "=macro:");
22078   if ( (int)mp->file_offset>=mp->max_print_line-20 ) n=5;
22079   else n=mp->max_print_line-mp->file_offset-15;
22080   mp_show_macro(mp, value(p),null,n);
22081 }
22082
22083 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22084 void mp_do_show_var (MP mp) ;
22085
22086 @ @c void mp_do_show_var (MP mp) { 
22087   do {  
22088     get_t_next;
22089     if ( mp->cur_sym>0 ) if ( mp->cur_sym<=hash_end )
22090       if ( mp->cur_cmd==tag_token ) if ( mp->cur_mod!=null ) {
22091       mp_disp_var(mp, mp->cur_mod); goto DONE;
22092     }
22093    mp_disp_token(mp);
22094   DONE:
22095    mp_get_x_next(mp);
22096   } while (mp->cur_cmd==comma);
22097 }
22098
22099 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22100 void mp_do_show_dependencies (MP mp) ;
22101
22102 @ @c void mp_do_show_dependencies (MP mp) {
22103   pointer p; /* link that runs through all dependencies */
22104   p=link(dep_head);
22105   while ( p!=dep_head ) {
22106     if ( mp_interesting(mp, p) ) {
22107       mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p);
22108       if ( type(p)==mp_dependent ) mp_print_char(mp, '=');
22109       else mp_print(mp, " = "); /* extra spaces imply proto-dependency */
22110       mp_print_dependency(mp, dep_list(p),type(p));
22111     }
22112     p=dep_list(p);
22113     while ( info(p)!=null ) p=link(p);
22114     p=link(p);
22115   }
22116   mp_get_x_next(mp);
22117 }
22118
22119 @ Finally we are ready for the procedure that governs all of the
22120 show commands.
22121
22122 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22123 void mp_do_show_whatever (MP mp) ;
22124
22125 @ @c void mp_do_show_whatever (MP mp) { 
22126   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
22127   switch (mp->cur_mod) {
22128   case show_token_code:mp_do_show_token(mp); break;
22129   case show_stats_code:mp_do_show_stats(mp); break;
22130   case show_code:mp_do_show(mp); break;
22131   case show_var_code:mp_do_show_var(mp); break;
22132   case show_dependencies_code:mp_do_show_dependencies(mp); break;
22133   } /* there are no other cases */
22134   if ( mp->internal[showstopping]>0 ){ 
22135     print_err("OK");
22136 @.OK@>
22137     if ( mp->interaction<mp_error_stop_mode ) { 
22138       help0; decr(mp->error_count);
22139     } else {
22140       help1("This isn't an error message; I'm just showing something.");
22141     }
22142     if ( mp->cur_cmd==semicolon ) mp_error(mp);
22143      else mp_put_get_error(mp);
22144   }
22145 }
22146
22147 @ The `\&{addto}' command needs the following additional primitives:
22148
22149 @d double_path_code 0 /* command modifier for `\&{doublepath}' */
22150 @d contour_code 1 /* command modifier for `\&{contour}' */
22151 @d also_code 2 /* command modifier for `\&{also}' */
22152
22153 @ Pre and postscripts need two new identifiers:
22154
22155 @d with_pre_script 11
22156 @d with_post_script 13
22157
22158 @<Put each...@>=
22159 mp_primitive(mp, "doublepath",thing_to_add,double_path_code);
22160 @:double_path_}{\&{doublepath} primitive@>
22161 mp_primitive(mp, "contour",thing_to_add,contour_code);
22162 @:contour_}{\&{contour} primitive@>
22163 mp_primitive(mp, "also",thing_to_add,also_code);
22164 @:also_}{\&{also} primitive@>
22165 mp_primitive(mp, "withpen",with_option,mp_pen_type);
22166 @:with_pen_}{\&{withpen} primitive@>
22167 mp_primitive(mp, "dashed",with_option,mp_picture_type);
22168 @:dashed_}{\&{dashed} primitive@>
22169 mp_primitive(mp, "withprescript",with_option,with_pre_script);
22170 @:with_pre_script_}{\&{withprescript} primitive@>
22171 mp_primitive(mp, "withpostscript",with_option,with_post_script);
22172 @:with_post_script_}{\&{withpostscript} primitive@>
22173 mp_primitive(mp, "withoutcolor",with_option,no_model);
22174 @:with_color_}{\&{withoutcolor} primitive@>
22175 mp_primitive(mp, "withgreyscale",with_option,grey_model);
22176 @:with_color_}{\&{withgreyscale} primitive@>
22177 mp_primitive(mp, "withcolor",with_option,uninitialized_model);
22178 @:with_color_}{\&{withcolor} primitive@>
22179 /*  \&{withrgbcolor} is an alias for \&{withcolor} */
22180 mp_primitive(mp, "withrgbcolor",with_option,rgb_model);
22181 @:with_color_}{\&{withrgbcolor} primitive@>
22182 mp_primitive(mp, "withcmykcolor",with_option,cmyk_model);
22183 @:with_color_}{\&{withcmykcolor} primitive@>
22184
22185 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22186 case thing_to_add:
22187   if ( m==contour_code ) mp_print(mp, "contour");
22188   else if ( m==double_path_code ) mp_print(mp, "doublepath");
22189   else mp_print(mp, "also");
22190   break;
22191 case with_option:
22192   if ( m==mp_pen_type ) mp_print(mp, "withpen");
22193   else if ( m==with_pre_script ) mp_print(mp, "withprescript");
22194   else if ( m==with_post_script ) mp_print(mp, "withpostscript");
22195   else if ( m==no_model ) mp_print(mp, "withoutcolor");
22196   else if ( m==rgb_model ) mp_print(mp, "withrgbcolor");
22197   else if ( m==uninitialized_model ) mp_print(mp, "withcolor");
22198   else if ( m==cmyk_model ) mp_print(mp, "withcmykcolor");
22199   else if ( m==grey_model ) mp_print(mp, "withgreyscale");
22200   else mp_print(mp, "dashed");
22201   break;
22202
22203 @ The |scan_with_list| procedure parses a $\langle$with list$\rangle$ and
22204 updates the list of graphical objects starting at |p|.  Each $\langle$with
22205 clause$\rangle$ updates all graphical objects whose |type| is compatible.
22206 Other objects are ignored.
22207
22208 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22209 void mp_scan_with_list (MP mp,pointer p) ;
22210
22211 @ @c void mp_scan_with_list (MP mp,pointer p) {
22212   small_number t; /* |cur_mod| of the |with_option| (should match |cur_type|) */
22213   pointer q; /* for list manipulation */
22214   int old_setting; /* saved |selector| setting */
22215   pointer k; /* for finding the near-last item in a list  */
22216   str_number s; /* for string cleanup after combining  */
22217   pointer cp,pp,dp,ap,bp;
22218     /* objects being updated; |void| initially; |null| to suppress update */
22219   cp=diov; pp=diov; dp=diov; ap=diov; bp=diov;
22220   k=0;
22221   while ( mp->cur_cmd==with_option ){ 
22222     t=mp->cur_mod;
22223     mp_get_x_next(mp);
22224     if ( t!=no_model ) mp_scan_expression(mp);
22225     if (((t==with_pre_script)&&(mp->cur_type!=mp_string_type))||
22226      ((t==with_post_script)&&(mp->cur_type!=mp_string_type))||
22227      ((t==uninitialized_model)&&
22228         ((mp->cur_type!=mp_cmykcolor_type)&&(mp->cur_type!=mp_color_type)
22229           &&(mp->cur_type!=mp_known)&&(mp->cur_type!=mp_boolean_type)))||
22230      ((t==cmyk_model)&&(mp->cur_type!=mp_cmykcolor_type))||
22231      ((t==rgb_model)&&(mp->cur_type!=mp_color_type))||
22232      ((t==grey_model)&&(mp->cur_type!=mp_known))||
22233      ((t==mp_pen_type)&&(mp->cur_type!=t))||
22234      ((t==mp_picture_type)&&(mp->cur_type!=t)) ) {
22235       @<Complain about improper type@>;
22236     } else if ( t==uninitialized_model ) {
22237       if ( cp==diov ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22238       if ( cp!=null )
22239         @<Transfer a color from the current expression to object~|cp|@>;
22240       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22241     } else if ( t==rgb_model ) {
22242       if ( cp==diov ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22243       if ( cp!=null )
22244         @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>;
22245       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22246     } else if ( t==cmyk_model ) {
22247       if ( cp==diov ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22248       if ( cp!=null )
22249         @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>;
22250       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22251     } else if ( t==grey_model ) {
22252       if ( cp==diov ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22253       if ( cp!=null )
22254         @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>;
22255       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22256     } else if ( t==no_model ) {
22257       if ( cp==diov ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22258       if ( cp!=null )
22259         @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>;
22260     } else if ( t==mp_pen_type ) {
22261       if ( pp==diov ) @<Make |pp| an object in list~|p| that needs a pen@>;
22262       if ( pp!=null ) {
22263         if ( pen_p(pp)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(pp));
22264         pen_p(pp)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
22265       }
22266     } else if ( t==with_pre_script ) {
22267       if ( ap==diov )
22268         ap=p;
22269       while ( (ap!=null)&&(! has_color(ap)) )
22270          ap=link(ap);
22271       if ( ap!=null ) {
22272         if ( pre_script(ap)!=null ) { /*  build a new,combined string  */
22273           s=pre_script(ap);
22274           old_setting=mp->selector;
22275               mp->selector=new_string;
22276           str_room(length(pre_script(ap))+length(mp->cur_exp)+2);
22277               mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22278           append_char(13);  /* a forced \ps\ newline  */
22279           mp_print_str(mp, pre_script(ap));
22280           pre_script(ap)=mp_make_string(mp);
22281           delete_str_ref(s);
22282           mp->selector=old_setting;
22283         } else {
22284           pre_script(ap)=mp->cur_exp;
22285         }
22286         mp->cur_type=mp_vacuous;
22287       }
22288     } else if ( t==with_post_script ) {
22289       if ( bp==diov )
22290         k=p; 
22291       bp=k;
22292       while ( link(k)!=null ) {
22293         k=link(k);
22294         if ( has_color(k) ) bp=k;
22295       }
22296       if ( bp!=null ) {
22297          if ( post_script(bp)!=null ) {
22298            s=post_script(bp);
22299            old_setting=mp->selector;
22300                mp->selector=new_string;
22301            str_room(length(post_script(bp))+length(mp->cur_exp)+2);
22302            mp_print_str(mp, post_script(bp));
22303            append_char(13); /* a forced \ps\ newline  */
22304            mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22305            post_script(bp)=mp_make_string(mp);
22306            delete_str_ref(s);
22307            mp->selector=old_setting;
22308          } else {
22309            post_script(bp)=mp->cur_exp;
22310          }
22311          mp->cur_type=mp_vacuous;
22312        }
22313     } else { 
22314       if ( dp==diov ) 
22315         @<Make |dp| a stroked node in list~|p|@>;
22316       if ( dp!=null ) {
22317         if ( dash_p(dp)!=null ) delete_edge_ref(dash_p(dp));
22318         dash_p(dp)=mp_make_dashes(mp, mp->cur_exp);
22319         dash_scale(dp)=unity;
22320         mp->cur_type=mp_vacuous;
22321       }
22322     }
22323   }
22324   @<Copy the information from objects |cp|, |pp|, and |dp| into the rest
22325     of the list@>;
22326 };
22327
22328 @ @<Complain about improper type@>=
22329 { exp_err("Improper type");
22330 @.Improper type@>
22331 help2("Next time say `withpen <known pen expression>';")
22332   ("I'll ignore the bad `with' clause and look for another.");
22333 if ( t==with_pre_script )
22334   mp->help_line[1]="Next time say `withprescript <known string expression>';";
22335 else if ( t==with_post_script )
22336   mp->help_line[1]="Next time say `withpostscript <known string expression>';";
22337 else if ( t==mp_picture_type )
22338   mp->help_line[1]="Next time say `dashed <known picture expression>';";
22339 else if ( t==uninitialized_model )
22340   mp->help_line[1]="Next time say `withcolor <known color expression>';";
22341 else if ( t==rgb_model )
22342   mp->help_line[1]="Next time say `withrgbcolor <known color expression>';";
22343 else if ( t==cmyk_model )
22344   mp->help_line[1]="Next time say `withcmykcolor <known cmykcolor expression>';";
22345 else if ( t==grey_model )
22346   mp->help_line[1]="Next time say `withgreyscale <known numeric expression>';";;
22347 mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22348 }
22349
22350 @ Forcing the color to be between |0| and |unity| here guarantees that no
22351 picture will ever contain a color outside the legal range for \ps\ graphics.
22352
22353 @<Transfer a color from the current expression to object~|cp|@>=
22354 { if ( mp->cur_type==mp_color_type )
22355    @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>
22356 else if ( mp->cur_type==mp_cmykcolor_type )
22357    @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>
22358 else if ( mp->cur_type==mp_known )
22359    @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>
22360 else if ( mp->cur_exp==false_code )
22361    @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>;
22362 }
22363
22364 @ @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>=
22365 { q=value(mp->cur_exp);
22366 cyan_val(cp)=0;
22367 magenta_val(cp)=0;
22368 yellow_val(cp)=0;
22369 black_val(cp)=0;
22370 red_val(cp)=value(red_part_loc(q));
22371 green_val(cp)=value(green_part_loc(q));
22372 blue_val(cp)=value(blue_part_loc(q));
22373 color_model(cp)=rgb_model;
22374 if ( red_val(cp)<0 ) red_val(cp)=0;
22375 if ( green_val(cp)<0 ) green_val(cp)=0;
22376 if ( blue_val(cp)<0 ) blue_val(cp)=0;
22377 if ( red_val(cp)>unity ) red_val(cp)=unity;
22378 if ( green_val(cp)>unity ) green_val(cp)=unity;
22379 if ( blue_val(cp)>unity ) blue_val(cp)=unity;
22380 }
22381
22382 @ @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>=
22383 { q=value(mp->cur_exp);
22384 cyan_val(cp)=value(cyan_part_loc(q));
22385 magenta_val(cp)=value(magenta_part_loc(q));
22386 yellow_val(cp)=value(yellow_part_loc(q));
22387 black_val(cp)=value(black_part_loc(q));
22388 color_model(cp)=cmyk_model;
22389 if ( cyan_val(cp)<0 ) cyan_val(cp)=0;
22390 if ( magenta_val(cp)<0 ) magenta_val(cp)=0;
22391 if ( yellow_val(cp)<0 ) yellow_val(cp)=0;
22392 if ( black_val(cp)<0 ) black_val(cp)=0;
22393 if ( cyan_val(cp)>unity ) cyan_val(cp)=unity;
22394 if ( magenta_val(cp)>unity ) magenta_val(cp)=unity;
22395 if ( yellow_val(cp)>unity ) yellow_val(cp)=unity;
22396 if ( black_val(cp)>unity ) black_val(cp)=unity;
22397 }
22398
22399 @ @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>=
22400 { q=mp->cur_exp;
22401 cyan_val(cp)=0;
22402 magenta_val(cp)=0;
22403 yellow_val(cp)=0;
22404 black_val(cp)=0;
22405 grey_val(cp)=q;
22406 color_model(cp)=grey_model;
22407 if ( grey_val(cp)<0 ) grey_val(cp)=0;
22408 if ( grey_val(cp)>unity ) grey_val(cp)=unity;
22409 }
22410
22411 @ @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>=
22412 {
22413 cyan_val(cp)=0;
22414 magenta_val(cp)=0;
22415 yellow_val(cp)=0;
22416 black_val(cp)=0;
22417 grey_val(cp)=0;
22418 color_model(cp)=no_model;
22419 }
22420
22421 @ @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>=
22422 { cp=p;
22423   while ( cp!=null ){ 
22424     if ( has_color(cp) ) break;
22425     cp=link(cp);
22426   }
22427 }
22428
22429 @ @<Make |pp| an object in list~|p| that needs a pen@>=
22430 { pp=p;
22431   while ( pp!=null ) {
22432     if ( has_pen(pp) ) break;
22433     pp=link(pp);
22434   }
22435 }
22436
22437 @ @<Make |dp| a stroked node in list~|p|@>=
22438 { dp=p;
22439   while ( dp!=null ) {
22440     if ( type(dp)==stroked_code ) break;
22441     dp=link(dp);
22442   }
22443 }
22444
22445 @ @<Copy the information from objects |cp|, |pp|, and |dp| into...@>=
22446 @<Copy |cp|'s color into the colored objects linked to~|cp|@>;
22447 if ( pp>diov )
22448   @<Copy |pen_p(pp)| into stroked and filled nodes linked to |pp|@>;
22449 if ( dp>diov ) @<Make stroked nodes linked to |dp| refer to |dash_p(dp)|@>
22450
22451 @ @<Copy |cp|'s color into the colored objects linked to~|cp|@>=
22452 { q=link(cp);
22453   while ( q!=null ) { 
22454     if ( has_color(q) ) {
22455       red_val(q)=red_val(cp);
22456       green_val(q)=green_val(cp);
22457       blue_val(q)=blue_val(cp);
22458       black_val(q)=black_val(cp);
22459       color_model(q)=color_model(cp);
22460     }
22461     q=link(q);
22462   }
22463 }
22464
22465 @ @<Copy |pen_p(pp)| into stroked and filled nodes linked to |pp|@>=
22466 { q=link(pp);
22467   while ( q!=null ) {
22468     if ( has_pen(q) ) {
22469       if ( pen_p(q)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(q));
22470       pen_p(q)=copy_pen(pen_p(pp));
22471     }
22472     q=link(q);
22473   }
22474 }
22475
22476 @ @<Make stroked nodes linked to |dp| refer to |dash_p(dp)|@>=
22477 { q=link(dp);
22478   while ( q!=null ) {
22479     if ( type(q)==stroked_code ) {
22480       if ( dash_p(q)!=null ) delete_edge_ref(dash_p(q));
22481       dash_p(q)=dash_p(dp);
22482       dash_scale(q)=unity;
22483       if ( dash_p(q)!=null ) add_edge_ref(dash_p(q));
22484     }
22485     q=link(q);
22486   }
22487 }
22488
22489 @ One of the things we need to do when we've parsed an \&{addto} or
22490 similar command is find the header of a supposed \&{picture} variable, given
22491 a token list for that variable.  Since the edge structure is about to be
22492 updated, we use |private_edges| to make sure that this is possible.
22493
22494 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22495 pointer mp_find_edges_var (MP mp, pointer t) ;
22496
22497 @ @c pointer mp_find_edges_var (MP mp, pointer t) {
22498   pointer p;
22499   pointer cur_edges; /* the return value */
22500   p=mp_find_variable(mp, t); cur_edges=null;
22501   if ( p==null ) { 
22502     mp_obliterated(mp, t); mp_put_get_error(mp);
22503   } else if ( type(p)!=mp_picture_type )  { 
22504     print_err("Variable "); mp_show_token_list(mp, t,null,1000,0);
22505 @.Variable x is the wrong type@>
22506     mp_print(mp, " is the wrong type ("); 
22507     mp_print_type(mp, type(p)); mp_print_char(mp, ')');
22508     help2("I was looking for a \"known\" picture variable.")
22509          ("So I'll not change anything just now."); 
22510     mp_put_get_error(mp);
22511   } else { 
22512     value(p)=mp_private_edges(mp, value(p));
22513     cur_edges=value(p);
22514   }
22515   mp_flush_node_list(mp, t);
22516   return cur_edges;
22517 };
22518
22519 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22520 case add_to_command: mp_do_add_to(mp); break;
22521 case bounds_command:mp_do_bounds(mp); break;
22522
22523 @ @<Put each...@>=
22524 mp_primitive(mp, "clip",bounds_command,mp_start_clip_code);
22525 @:clip_}{\&{clip} primitive@>
22526 mp_primitive(mp, "setbounds",bounds_command,mp_start_bounds_code);
22527 @:set_bounds_}{\&{setbounds} primitive@>
22528
22529 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22530 case bounds_command: 
22531   if ( m==mp_start_clip_code ) mp_print(mp, "clip");
22532   else mp_print(mp, "setbounds");
22533   break;
22534
22535 @ The following function parses the beginning of an \&{addto} or \&{clip}
22536 command: it expects a variable name followed by a token with |cur_cmd=sep|
22537 and then an expression.  The function returns the token list for the variable
22538 and stores the command modifier for the separator token in the global variable
22539 |last_add_type|.  We must be careful because this variable might get overwritten
22540 any time we call |get_x_next|.
22541
22542 @<Glob...@>=
22543 quarterword last_add_type;
22544   /* command modifier that identifies the last \&{addto} command */
22545
22546 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22547 pointer mp_start_draw_cmd (MP mp,quarterword sep) ;
22548
22549 @ @c pointer mp_start_draw_cmd (MP mp,quarterword sep) {
22550   pointer lhv; /* variable to add to left */
22551   quarterword add_type=0; /* value to be returned in |last_add_type| */
22552   lhv=null;
22553   mp_get_x_next(mp); mp->var_flag=sep; mp_scan_primary(mp);
22554   if ( mp->cur_type!=mp_token_list ) {
22555     @<Abandon edges command because there's no variable@>;
22556   } else  { 
22557     lhv=mp->cur_exp; add_type=mp->cur_mod;
22558     mp->cur_type=mp_vacuous; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22559   }
22560   mp->last_add_type=add_type;
22561   return lhv;
22562 }
22563
22564 @ @<Abandon edges command because there's no variable@>=
22565 { exp_err("Not a suitable variable");
22566 @.Not a suitable variable@>
22567   help4("At this point I needed to see the name of a picture variable.")
22568     ("(Or perhaps you have indeed presented me with one; I might")
22569     ("have missed it, if it wasn't followed by the proper token.)")
22570     ("So I'll not change anything just now.");
22571   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22572 }
22573
22574 @ Here is an example of how to use |start_draw_cmd|.
22575
22576 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22577 void mp_do_bounds (MP mp) ;
22578
22579 @ @c void mp_do_bounds (MP mp) {
22580   pointer lhv,lhe; /* variable on left, the corresponding edge structure */
22581   pointer p; /* for list manipulation */
22582   integer m; /* initial value of |cur_mod| */
22583   m=mp->cur_mod;
22584   lhv=mp_start_draw_cmd(mp, to_token);
22585   if ( lhv!=null ) {
22586     lhe=mp_find_edges_var(mp, lhv);
22587     if ( lhe==null ) {
22588       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22589     } else if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) {
22590       exp_err("Improper `clip'");
22591 @.Improper `addto'@>
22592       help2("This expression should have specified a known path.")
22593         ("So I'll not change anything just now."); 
22594       mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22595     } else if ( left_type(mp->cur_exp)==endpoint ) {
22596       @<Complain about a non-cycle@>;
22597     } else {
22598       @<Make |cur_exp| into a \&{setbounds} or clipping path and add it to |lhe|@>;
22599     }
22600   }
22601 }
22602
22603 @ @<Complain about a non-cycle@>=
22604 { print_err("Not a cycle");
22605 @.Not a cycle@>
22606   help2("That contour should have ended with `..cycle' or `&cycle'.")
22607     ("So I'll not change anything just now."); mp_put_get_error(mp);
22608 }
22609
22610 @ @<Make |cur_exp| into a \&{setbounds} or clipping path and add...@>=
22611 { p=mp_new_bounds_node(mp, mp->cur_exp,m);
22612   link(p)=link(dummy_loc(lhe));
22613   link(dummy_loc(lhe))=p;
22614   if ( obj_tail(lhe)==dummy_loc(lhe) ) obj_tail(lhe)=p;
22615   p=mp_get_node(mp, mp->gr_object_size[stop_type(m)]);
22616   type(p)=stop_type(m);
22617   link(obj_tail(lhe))=p;
22618   obj_tail(lhe)=p;
22619   mp_init_bbox(mp, lhe);
22620 }
22621
22622 @ The |do_add_to| procedure is a little like |do_clip| but there are a lot more
22623 cases to deal with.
22624
22625 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22626 void mp_do_add_to (MP mp) ;
22627
22628 @ @c void mp_do_add_to (MP mp) {
22629   pointer lhv,lhe; /* variable on left, the corresponding edge structure */
22630   pointer p; /* the graphical object or list for |scan_with_list| to update */
22631   pointer e; /* an edge structure to be merged */
22632   quarterword add_type; /* |also_code|, |contour_code|, or |double_path_code| */
22633   lhv=mp_start_draw_cmd(mp, thing_to_add); add_type=mp->last_add_type;
22634   if ( lhv!=null ) {
22635     if ( add_type==also_code ) {
22636       @<Make sure the current expression is a suitable picture and set |e| and |p|
22637        appropriately@>;
22638     } else {
22639       @<Create a graphical object |p| based on |add_type| and the current
22640         expression@>;
22641     }
22642     mp_scan_with_list(mp, p);
22643     @<Use |p|, |e|, and |add_type| to augment |lhv| as requested@>;
22644   }
22645 }
22646
22647 @ Setting |p:=null| causes the $\langle$with list$\rangle$ to be ignored;
22648 setting |e:=null| prevents anything from being added to |lhe|.
22649
22650 @ @<Make sure the current expression is a suitable picture and set |e|...@>=
22651
22652   p=null; e=null;
22653   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
22654     exp_err("Improper `addto'");
22655 @.Improper `addto'@>
22656     help2("This expression should have specified a known picture.")
22657       ("So I'll not change anything just now."); mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22658   } else { 
22659     e=mp_private_edges(mp, mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_vacuous;
22660     p=link(dummy_loc(e));
22661   }
22662 }
22663
22664 @ In this case |add_type<>also_code| so setting |p:=null| suppresses future
22665 attempts to add to the edge structure.
22666
22667 @<Create a graphical object |p| based on |add_type| and the current...@>=
22668 { e=null; p=null;
22669   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
22670   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) {
22671     exp_err("Improper `addto'");
22672 @.Improper `addto'@>
22673     help2("This expression should have specified a known path.")
22674       ("So I'll not change anything just now."); 
22675     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22676   } else if ( add_type==contour_code ) {
22677     if ( left_type(mp->cur_exp)==endpoint ) {
22678       @<Complain about a non-cycle@>;
22679     } else { 
22680       p=mp_new_fill_node(mp, mp->cur_exp);
22681       mp->cur_type=mp_vacuous;
22682     }
22683   } else { 
22684     p=mp_new_stroked_node(mp, mp->cur_exp);
22685     mp->cur_type=mp_vacuous;
22686   }
22687 }
22688
22689 @ @<Use |p|, |e|, and |add_type| to augment |lhv| as requested@>=
22690 lhe=mp_find_edges_var(mp, lhv);
22691 if ( lhe==null ) {
22692   if ( (e==null)&&(p!=null) ) e=mp_toss_gr_object(mp, p);
22693   if ( e!=null ) delete_edge_ref(e);
22694 } else if ( add_type==also_code ) {
22695   if ( e!=null ) {
22696     @<Merge |e| into |lhe| and delete |e|@>;
22697   } else { 
22698     do_nothing;
22699   }
22700 } else if ( p!=null ) {
22701   link(obj_tail(lhe))=p;
22702   obj_tail(lhe)=p;
22703   if ( add_type==double_path_code )
22704     if ( pen_p(p)==null ) 
22705       pen_p(p)=mp_get_pen_circle(mp, 0);
22706 }
22707
22708 @ @<Merge |e| into |lhe| and delete |e|@>=
22709 { if ( link(dummy_loc(e))!=null ) {
22710     link(obj_tail(lhe))=link(dummy_loc(e));
22711     obj_tail(lhe)=obj_tail(e);
22712     obj_tail(e)=dummy_loc(e);
22713     link(dummy_loc(e))=null;
22714     mp_flush_dash_list(mp, lhe);
22715   }
22716   mp_toss_edges(mp, e);
22717 }
22718
22719 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22720 case ship_out_command: mp_do_ship_out(mp); break;
22721
22722 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22723 @<Declare the function called |tfm_check|@>;
22724 @<Declare the \ps\ output procedures@>;
22725 void mp_do_ship_out (MP mp) ;
22726
22727 @ @c void mp_do_ship_out (MP mp) {
22728   integer c; /* the character code */
22729   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22730   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
22731     @<Complain that it's not a known picture@>;
22732   } else { 
22733     c=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[char_code]) % 256;
22734     if ( c<0 ) c=c+256;
22735     @<Store the width information for character code~|c|@>;
22736     mp_ship_out(mp, mp->cur_exp);
22737     mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22738   }
22739 }
22740
22741 @ @<Complain that it's not a known picture@>=
22742
22743   exp_err("Not a known picture");
22744   help1("I can only output known pictures.");
22745   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22746 }
22747
22748 @ The \&{everyjob} command simply assigns a nonzero value to the global variable
22749 |start_sym|.
22750
22751 @<Cases of |do_statement|...@>=
22752 case every_job_command: 
22753   mp_get_symbol(mp); mp->start_sym=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
22754   break;
22755
22756 @ @<Glob...@>=
22757 halfword start_sym; /* a symbolic token to insert at beginning of job */
22758
22759 @ @<Set init...@>=
22760 mp->start_sym=0;
22761
22762 @ Finally, we have only the ``message'' commands remaining.
22763
22764 @d message_code 0
22765 @d err_message_code 1
22766 @d err_help_code 2
22767 @d filename_template_code 3
22768 @d print_with_leading_zeroes(A)  g = mp->pool_ptr;
22769               mp_print_int(mp, (A)); g = mp->pool_ptr-g;
22770               if ( f>g ) {
22771                 mp->pool_ptr = mp->pool_ptr - g;
22772                 while ( f>g ) {
22773                   mp_print_char(mp, '0');
22774                   decr(f);
22775                   };
22776                 mp_print_int(mp, (A));
22777               };
22778               f = 0
22779
22780 @<Put each...@>=
22781 mp_primitive(mp, "message",message_command,message_code);
22782 @:message_}{\&{message} primitive@>
22783 mp_primitive(mp, "errmessage",message_command,err_message_code);
22784 @:err_message_}{\&{errmessage} primitive@>
22785 mp_primitive(mp, "errhelp",message_command,err_help_code);
22786 @:err_help_}{\&{errhelp} primitive@>
22787 mp_primitive(mp, "filenametemplate",message_command,filename_template_code);
22788 @:filename_template_}{\&{filenametemplate} primitive@>
22789
22790 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22791 case message_command: 
22792   if ( m<err_message_code ) mp_print(mp, "message");
22793   else if ( m==err_message_code ) mp_print(mp, "errmessage");
22794   else if ( m==filename_template_code ) mp_print(mp, "filenametemplate");
22795   else mp_print(mp, "errhelp");
22796   break;
22797
22798 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22799 case message_command: mp_do_message(mp); break;
22800
22801 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22802 @<Declare a procedure called |no_string_err|@>;
22803 void mp_do_message (MP mp) ;
22804
22805
22806 @c void mp_do_message (MP mp) {
22807   int m; /* the type of message */
22808   m=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22809   if ( mp->cur_type!=mp_string_type )
22810     mp_no_string_err(mp, "A message should be a known string expression.");
22811   else {
22812     switch (m) {
22813     case message_code: 
22814       mp_print_nl(mp, ""); mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22815       break;
22816     case err_message_code:
22817       @<Print string |cur_exp| as an error message@>;
22818       break;
22819     case err_help_code:
22820       @<Save string |cur_exp| as the |err_help|@>;
22821       break;
22822     case filename_template_code:
22823       @<Save the filename template@>;
22824       break;
22825     } /* there are no other cases */
22826   }
22827   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22828 }
22829
22830 @ @<Declare a procedure called |no_string_err|@>=
22831 void mp_no_string_err (MP mp,char *s) { 
22832    exp_err("Not a string");
22833 @.Not a string@>
22834   help1(s);
22835   mp_put_get_error(mp);
22836 }
22837
22838 @ The global variable |err_help| is zero when the user has most recently
22839 given an empty help string, or if none has ever been given.
22840
22841 @<Save string |cur_exp| as the |err_help|@>=
22842
22843   if ( mp->err_help!=0 ) delete_str_ref(mp->err_help);
22844   if ( length(mp->cur_exp)==0 ) mp->err_help=0;
22845   else  { mp->err_help=mp->cur_exp; add_str_ref(mp->err_help); }
22846 }
22847
22848 @ If \&{errmessage} occurs often in |mp_scroll_mode|, without user-defined
22849 \&{errhelp}, we don't want to give a long help message each time. So we
22850 give a verbose explanation only once.
22851
22852 @<Glob...@>=
22853 boolean long_help_seen; /* has the long \.{\\errmessage} help been used? */
22854
22855 @ @<Set init...@>=mp->long_help_seen=false;
22856
22857 @ @<Print string |cur_exp| as an error message@>=
22858
22859   print_err(""); mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22860   if ( mp->err_help!=0 ) {
22861     mp->use_err_help=true;
22862   } else if ( mp->long_help_seen ) { 
22863     help1("(That was another `errmessage'.)") ; 
22864   } else  { 
22865    if ( mp->interaction<mp_error_stop_mode ) mp->long_help_seen=true;
22866     help4("This error message was generated by an `errmessage'")
22867      ("command, so I can\'t give any explicit help.")
22868      ("Pretend that you're Miss Marple: Examine all clues,")
22869 @^Marple, Jane@>
22870      ("and deduce the truth by inspired guesses.");
22871   }
22872   mp_put_get_error(mp); mp->use_err_help=false;
22873 }
22874
22875 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22876 case write_command: mp_do_write(mp); break;
22877
22878 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22879 void mp_do_write (MP mp) ;
22880
22881 @ @c void mp_do_write (MP mp) {
22882   str_number t; /* the line of text to be written */
22883   write_index n,n0; /* for searching |wr_fname| and |wr_file| arrays */
22884   int old_setting; /* for saving |selector| during output */
22885   mp_get_x_next(mp);
22886   mp_scan_expression(mp);
22887   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
22888     mp_no_string_err(mp, "The text to be written should be a known string expression");
22889   } else if ( mp->cur_cmd!=to_token ) { 
22890     print_err("Missing `to' clause");
22891     help1("A write command should end with `to <filename>'");
22892     mp_put_get_error(mp);
22893   } else { 
22894     t=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
22895     mp_get_x_next(mp);
22896     mp_scan_expression(mp);
22897     if ( mp->cur_type!=mp_string_type )
22898       mp_no_string_err(mp, "I can\'t write to that file name.  It isn't a known string");
22899     else {
22900       @<Write |t| to the file named by |cur_exp|@>;
22901     }
22902     delete_str_ref(t);
22903   }
22904   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22905 }
22906
22907 @ @<Write |t| to the file named by |cur_exp|@>=
22908
22909   @<Find |n| where |wr_fname[n]=cur_exp| and call |open_write_file| if
22910     |cur_exp| must be inserted@>;
22911   if ( mp_str_vs_str(mp, t,mp->eof_line)==0 ) {
22912     @<Record the end of file on |wr_file[n]|@>;
22913   } else { 
22914     old_setting=mp->selector;
22915     mp->selector=n+write_file;
22916     mp_print_str(mp, t); mp_print_ln(mp);
22917     mp->selector = old_setting;
22918   }
22919 }
22920
22921 @ @<Find |n| where |wr_fname[n]=cur_exp| and call |open_write_file| if...@>=
22922 {
22923   char *fn = str(mp->cur_exp);
22924   n=mp->write_files;
22925   n0=mp->write_files;
22926   while (mp_xstrcmp(fn,mp->wr_fname[n])!=0) { 
22927     if ( n==0 ) { /* bottom reached */
22928           if ( n0==mp->write_files ) {
22929         if ( mp->write_files<mp->max_write_files ) {
22930           incr(mp->write_files);
22931         } else {
22932           FILE **wr_file;
22933           char **wr_fname;
22934               write_index l,k;
22935           l = mp->max_write_files + (mp->max_write_files>>2);
22936           wr_file = xmalloc((l+1),sizeof(FILE *));
22937           wr_fname = xmalloc((l+1),sizeof(char *));
22938               for (k=0;k<=l;k++) {
22939             if (k<=mp->max_write_files) {
22940                   wr_file[k]=mp->wr_file[k]; 
22941               wr_fname[k]=mp->wr_fname[k];
22942             } else {
22943                   wr_file[k]=0; 
22944               wr_fname[k]=NULL;
22945             }
22946           }
22947               xfree(mp->wr_file); xfree(mp->wr_fname);
22948           mp->max_write_files = l;
22949           mp->wr_file = wr_file;
22950           mp->wr_fname = wr_fname;
22951         }
22952       }
22953       n=n0;
22954       mp_open_write_file(mp, fn ,n);
22955     } else { 
22956       decr(n);
22957           if ( mp->wr_fname[n]==NULL )  n0=n; 
22958     }
22959   }
22960 }
22961
22962 @ @<Record the end of file on |wr_file[n]|@>=
22963 { fclose(mp->wr_file[n]);
22964   xfree(mp->wr_fname[n]);
22965   mp->wr_fname[n]=NULL;
22966   if ( n==mp->write_files-1 ) mp->write_files=n;
22967 }
22968
22969
22970 @* \[42] Writing font metric data.
22971 \TeX\ gets its knowledge about fonts from font metric files, also called
22972 \.{TFM} files; the `\.T' in `\.{TFM}' stands for \TeX,
22973 but other programs know about them too. One of \MP's duties is to
22974 write \.{TFM} files so that the user's fonts can readily be
22975 applied to typesetting.
22976 @:TFM files}{\.{TFM} files@>
22977 @^font metric files@>
22978
22979 The information in a \.{TFM} file appears in a sequence of 8-bit bytes.
22980 Since the number of bytes is always a multiple of~4, we could
22981 also regard the file as a sequence of 32-bit words, but \MP\ uses the
22982 byte interpretation. The format of \.{TFM} files was designed by
22983 Lyle Ramshaw in 1980. The intent is to convey a lot of different kinds
22984 @^Ramshaw, Lyle Harold@>
22985 of information in a compact but useful form.
22986
22987 @<Glob...@>=
22988 FILE * tfm_file; /* the font metric output goes here */
22989 char * metric_file_name; /* full name of the font metric file */
22990
22991 @ The first 24 bytes (6 words) of a \.{TFM} file contain twelve 16-bit
22992 integers that give the lengths of the various subsequent portions
22993 of the file. These twelve integers are, in order:
22994 $$\vbox{\halign{\hfil#&$\null=\null$#\hfil\cr
22995 |lf|&length of the entire file, in words;\cr
22996 |lh|&length of the header data, in words;\cr
22997 |bc|&smallest character code in the font;\cr
22998 |ec|&largest character code in the font;\cr
22999 |nw|&number of words in the width table;\cr
23000 |nh|&number of words in the height table;\cr
23001 |nd|&number of words in the depth table;\cr
23002 |ni|&number of words in the italic correction table;\cr
23003 |nl|&number of words in the lig/kern table;\cr
23004 |nk|&number of words in the kern table;\cr
23005 |ne|&number of words in the extensible character table;\cr
23006 |np|&number of font parameter words.\cr}}$$
23007 They are all nonnegative and less than $2^{15}$. We must have |bc-1<=ec<=255|,
23008 |ne<=256|, and
23009 $$\hbox{|lf=6+lh+(ec-bc+1)+nw+nh+nd+ni+nl+nk+ne+np|.}$$
23010 Note that a font may contain as many as 256 characters (if |bc=0| and |ec=255|),
23011 and as few as 0 characters (if |bc=ec+1|).
23012
23013 Incidentally, when two or more 8-bit bytes are combined to form an integer of
23014 16 or more bits, the most significant bytes appear first in the file.
23015 This is called BigEndian order.
23016 @^BigEndian order@>
23017
23018 @ The rest of the \.{TFM} file may be regarded as a sequence of ten data
23019 arrays.
23020
23021 The most important data type used here is a |fix_word|, which is
23022 a 32-bit representation of a binary fraction. A |fix_word| is a signed
23023 quantity, with the two's complement of the entire word used to represent
23024 negation. Of the 32 bits in a |fix_word|, exactly 12 are to the left of the
23025 binary point; thus, the largest |fix_word| value is $2048-2^{-20}$, and
23026 the smallest is $-2048$. We will see below, however, that all but two of
23027 the |fix_word| values must lie between $-16$ and $+16$.
23028
23029 @ The first data array is a block of header information, which contains
23030 general facts about the font. The header must contain at least two words,
23031 |header[0]| and |header[1]|, whose meaning is explained below.  Additional
23032 header information of use to other software routines might also be
23033 included, and \MP\ will generate it if the \.{headerbyte} command occurs.
23034 For example, 16 more words of header information are in use at the Xerox
23035 Palo Alto Research Center; the first ten specify the character coding
23036 scheme used (e.g., `\.{XEROX TEXT}' or `\.{TEX MATHSY}'), the next five
23037 give the font family name (e.g., `\.{HELVETICA}' or `\.{CMSY}'), and the
23038 last gives the ``face byte.''
23039
23040 \yskip\hang|header[0]| is a 32-bit check sum that \MP\ will copy into
23041 the \.{GF} output file. This helps ensure consistency between files,
23042 since \TeX\ records the check sums from the \.{TFM}'s it reads, and these
23043 should match the check sums on actual fonts that are used.  The actual
23044 relation between this check sum and the rest of the \.{TFM} file is not
23045 important; the check sum is simply an identification number with the
23046 property that incompatible fonts almost always have distinct check sums.
23047 @^check sum@>
23048
23049 \yskip\hang|header[1]| is a |fix_word| containing the design size of the
23050 font, in units of \TeX\ points. This number must be at least 1.0; it is
23051 fairly arbitrary, but usually the design size is 10.0 for a ``10 point''
23052 font, i.e., a font that was designed to look best at a 10-point size,
23053 whatever that really means. When a \TeX\ user asks for a font `\.{at}
23054 $\delta$ \.{pt}', the effect is to override the design size and replace it
23055 by $\delta$, and to multiply the $x$ and~$y$ coordinates of the points in
23056 the font image by a factor of $\delta$ divided by the design size.  {\sl
23057 All other dimensions in the\/ \.{TFM} file are |fix_word|\kern-1pt\
23058 numbers in design-size units.} Thus, for example, the value of |param[6]|,
23059 which defines the \.{em} unit, is often the |fix_word| value $2^{20}=1.0$,
23060 since many fonts have a design size equal to one em.  The other dimensions
23061 must be less than 16 design-size units in absolute value; thus,
23062 |header[1]| and |param[1]| are the only |fix_word| entries in the whole
23063 \.{TFM} file whose first byte might be something besides 0 or 255.
23064
23065 @ Next comes the |char_info| array, which contains one |char_info_word|
23066 per character. Each word in this part of the file contains six fields
23067 packed into four bytes as follows.
23068
23069 \yskip\hang first byte: |width_index| (8 bits)\par
23070 \hang second byte: |height_index| (4 bits) times 16, plus |depth_index|
23071   (4~bits)\par
23072 \hang third byte: |italic_index| (6 bits) times 4, plus |tag|
23073   (2~bits)\par
23074 \hang fourth byte: |remainder| (8 bits)\par
23075 \yskip\noindent
23076 The actual width of a character is \\{width}|[width_index]|, in design-size
23077 units; this is a device for compressing information, since many characters
23078 have the same width. Since it is quite common for many characters
23079 to have the same height, depth, or italic correction, the \.{TFM} format
23080 imposes a limit of 16 different heights, 16 different depths, and
23081 64 different italic corrections.
23082
23083 Incidentally, the relation $\\{width}[0]=\\{height}[0]=\\{depth}[0]=
23084 \\{italic}[0]=0$ should always hold, so that an index of zero implies a
23085 value of zero.  The |width_index| should never be zero unless the
23086 character does not exist in the font, since a character is valid if and
23087 only if it lies between |bc| and |ec| and has a nonzero |width_index|.
23088
23089 @ The |tag| field in a |char_info_word| has four values that explain how to
23090 interpret the |remainder| field.
23091
23092 \yskip\hang|tag=0| (|no_tag|) means that |remainder| is unused.\par
23093 \hang|tag=1| (|lig_tag|) means that this character has a ligature/kerning
23094 program starting at location |remainder| in the |lig_kern| array.\par
23095 \hang|tag=2| (|list_tag|) means that this character is part of a chain of
23096 characters of ascending sizes, and not the largest in the chain.  The
23097 |remainder| field gives the character code of the next larger character.\par
23098 \hang|tag=3| (|ext_tag|) means that this character code represents an
23099 extensible character, i.e., a character that is built up of smaller pieces
23100 so that it can be made arbitrarily large. The pieces are specified in
23101 |exten[remainder]|.\par
23102 \yskip\noindent
23103 Characters with |tag=2| and |tag=3| are treated as characters with |tag=0|
23104 unless they are used in special circumstances in math formulas. For example,
23105 \TeX's \.{\\sum} operation looks for a |list_tag|, and the \.{\\left}
23106 operation looks for both |list_tag| and |ext_tag|.
23107
23108 @d no_tag 0 /* vanilla character */
23109 @d lig_tag 1 /* character has a ligature/kerning program */
23110 @d list_tag 2 /* character has a successor in a charlist */
23111 @d ext_tag 3 /* character is extensible */
23112
23113 @ The |lig_kern| array contains instructions in a simple programming language
23114 that explains what to do for special letter pairs. Each word in this array is a
23115 |lig_kern_command| of four bytes.
23116
23117 \yskip\hang first byte: |skip_byte|, indicates that this is the final program
23118   step if the byte is 128 or more, otherwise the next step is obtained by
23119   skipping this number of intervening steps.\par
23120 \hang second byte: |next_char|, ``if |next_char| follows the current character,
23121   then perform the operation and stop, otherwise continue.''\par
23122 \hang third byte: |op_byte|, indicates a ligature step if less than~128,
23123   a kern step otherwise.\par
23124 \hang fourth byte: |remainder|.\par
23125 \yskip\noindent
23126 In a kern step, an
23127 additional space equal to |kern[256*(op_byte-128)+remainder]| is inserted
23128 between the current character and |next_char|. This amount is
23129 often negative, so that the characters are brought closer together
23130 by kerning; but it might be positive.
23131
23132 There are eight kinds of ligature steps, having |op_byte| codes $4a+2b+c$ where
23133 $0\le a\le b+c$ and $0\le b,c\le1$. The character whose code is
23134 |remainder| is inserted between the current character and |next_char|;
23135 then the current character is deleted if $b=0$, and |next_char| is
23136 deleted if $c=0$; then we pass over $a$~characters to reach the next
23137 current character (which may have a ligature/kerning program of its own).
23138
23139 If the very first instruction of the |lig_kern| array has |skip_byte=255|,
23140 the |next_char| byte is the so-called right boundary character of this font;
23141 the value of |next_char| need not lie between |bc| and~|ec|.
23142 If the very last instruction of the |lig_kern| array has |skip_byte=255|,
23143 there is a special ligature/kerning program for a left boundary character,
23144 beginning at location |256*op_byte+remainder|.
23145 The interpretation is that \TeX\ puts implicit boundary characters
23146 before and after each consecutive string of characters from the same font.
23147 These implicit characters do not appear in the output, but they can affect
23148 ligatures and kerning.
23149
23150 If the very first instruction of a character's |lig_kern| program has
23151 |skip_byte>128|, the program actually begins in location
23152 |256*op_byte+remainder|. This feature allows access to large |lig_kern|
23153 arrays, because the first instruction must otherwise
23154 appear in a location |<=255|.
23155
23156 Any instruction with |skip_byte>128| in the |lig_kern| array must satisfy
23157 the condition
23158 $$\hbox{|256*op_byte+remainder<nl|.}$$
23159 If such an instruction is encountered during
23160 normal program execution, it denotes an unconditional halt; no ligature
23161 command is performed.
23162
23163 @d stop_flag (128)
23164   /* value indicating `\.{STOP}' in a lig/kern program */
23165 @d kern_flag (128) /* op code for a kern step */
23166 @d skip_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b0
23167 @d next_char(A) mp->lig_kern[(A)].b1
23168 @d op_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b2
23169 @d rem_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b3
23170
23171 @ Extensible characters are specified by an |extensible_recipe|, which
23172 consists of four bytes called |top|, |mid|, |bot|, and |rep| (in this
23173 order). These bytes are the character codes of individual pieces used to
23174 build up a large symbol.  If |top|, |mid|, or |bot| are zero, they are not
23175 present in the built-up result. For example, an extensible vertical line is
23176 like an extensible bracket, except that the top and bottom pieces are missing.
23177
23178 Let $T$, $M$, $B$, and $R$ denote the respective pieces, or an empty box
23179 if the piece isn't present. Then the extensible characters have the form
23180 $TR^kMR^kB$ from top to bottom, for some |k>=0|, unless $M$ is absent;
23181 in the latter case we can have $TR^kB$ for both even and odd values of~|k|.
23182 The width of the extensible character is the width of $R$; and the
23183 height-plus-depth is the sum of the individual height-plus-depths of the
23184 components used, since the pieces are butted together in a vertical list.
23185
23186 @d ext_top(A) mp->exten[(A)].b0 /* |top| piece in a recipe */
23187 @d ext_mid(A) mp->exten[(A)].b1 /* |mid| piece in a recipe */
23188 @d ext_bot(A) mp->exten[(A)].b2 /* |bot| piece in a recipe */
23189 @d ext_rep(A) mp->exten[(A)].b3 /* |rep| piece in a recipe */
23190
23191 @ The final portion of a \.{TFM} file is the |param| array, which is another
23192 sequence of |fix_word| values.
23193
23194 \yskip\hang|param[1]=slant| is the amount of italic slant, which is used
23195 to help position accents. For example, |slant=.25| means that when you go
23196 up one unit, you also go .25 units to the right. The |slant| is a pure
23197 number; it is the only |fix_word| other than the design size itself that is
23198 not scaled by the design size.
23199
23200 \hang|param[2]=space| is the normal spacing between words in text.
23201 Note that character 040 in the font need not have anything to do with
23202 blank spaces.
23203
23204 \hang|param[3]=space_stretch| is the amount of glue stretching between words.
23205
23206 \hang|param[4]=space_shrink| is the amount of glue shrinking between words.
23207
23208 \hang|param[5]=x_height| is the size of one ex in the font; it is also
23209 the height of letters for which accents don't have to be raised or lowered.
23210
23211 \hang|param[6]=quad| is the size of one em in the font.
23212
23213 \hang|param[7]=extra_space| is the amount added to |param[2]| at the
23214 ends of sentences.
23215
23216 \yskip\noindent
23217 If fewer than seven parameters are present, \TeX\ sets the missing parameters
23218 to zero.
23219
23220 @d slant_code 1
23221 @d space_code 2
23222 @d space_stretch_code 3
23223 @d space_shrink_code 4
23224 @d x_height_code 5
23225 @d quad_code 6
23226 @d extra_space_code 7
23227
23228 @ So that is what \.{TFM} files hold. One of \MP's duties is to output such
23229 information, and it does this all at once at the end of a job.
23230 In order to prepare for such frenetic activity, it squirrels away the
23231 necessary facts in various arrays as information becomes available.
23232
23233 Character dimensions (\&{charwd}, \&{charht}, \&{chardp}, and \&{charic})
23234 are stored respectively in |tfm_width|, |tfm_height|, |tfm_depth|, and
23235 |tfm_ital_corr|. Other information about a character (e.g., about
23236 its ligatures or successors) is accessible via the |char_tag| and
23237 |char_remainder| arrays. Other information about the font as a whole
23238 is kept in additional arrays called |header_byte|, |lig_kern|,
23239 |kern|, |exten|, and |param|.
23240
23241 @d max_tfm_int 32510
23242 @d undefined_label max_tfm_int /* an undefined local label */
23243
23244 @<Glob...@>=
23245 #define TFM_ITEMS 257
23246 eight_bits bc;
23247 eight_bits ec; /* smallest and largest character codes shipped out */
23248 scaled tfm_width[TFM_ITEMS]; /* \&{charwd} values */
23249 scaled tfm_height[TFM_ITEMS]; /* \&{charht} values */
23250 scaled tfm_depth[TFM_ITEMS]; /* \&{chardp} values */
23251 scaled tfm_ital_corr[TFM_ITEMS]; /* \&{charic} values */
23252 boolean char_exists[TFM_ITEMS]; /* has this code been shipped out? */
23253 int char_tag[TFM_ITEMS]; /* |remainder| category */
23254 int char_remainder[TFM_ITEMS]; /* the |remainder| byte */
23255 char *header_byte; /* bytes of the \.{TFM} header */
23256 int header_last; /* last initialized \.{TFM} header byte */
23257 int header_size; /* size of the \.{TFM} header */
23258 four_quarters *lig_kern; /* the ligature/kern table */
23259 short nl; /* the number of ligature/kern steps so far */
23260 scaled *kern; /* distinct kerning amounts */
23261 short nk; /* the number of distinct kerns so far */
23262 four_quarters exten[TFM_ITEMS]; /* extensible character recipes */
23263 short ne; /* the number of extensible characters so far */
23264 scaled *param; /* \&{fontinfo} parameters */
23265 short np; /* the largest \&{fontinfo} parameter specified so far */
23266 short nw;short nh;short nd;short ni; /* sizes of \.{TFM} subtables */
23267 short skip_table[TFM_ITEMS]; /* local label status */
23268 boolean lk_started; /* has there been a lig/kern step in this command yet? */
23269 integer bchar; /* right boundary character */
23270 short bch_label; /* left boundary starting location */
23271 short ll;short lll; /* registers used for lig/kern processing */
23272 short label_loc[257]; /* lig/kern starting addresses */
23273 eight_bits label_char[257]; /* characters for |label_loc| */
23274 short label_ptr; /* highest position occupied in |label_loc| */
23275
23276 @ @<Allocate or initialize ...@>=
23277 mp->header_last = 0; mp->header_size = 128; /* just for init */
23278 mp->header_byte = xmalloc(mp->header_size, sizeof(char));
23279 mp->lig_kern = NULL; /* allocated when needed */
23280 mp->kern = NULL; /* allocated when needed */ 
23281 mp->param = NULL; /* allocated when needed */
23282
23283 @ @<Dealloc variables@>=
23284 xfree(mp->header_byte);
23285 xfree(mp->lig_kern);
23286 xfree(mp->kern);
23287 xfree(mp->param);
23288
23289 @ @<Set init...@>=
23290 for (k=0;k<= 255;k++ ) {
23291   mp->tfm_width[k]=0; mp->tfm_height[k]=0; mp->tfm_depth[k]=0; mp->tfm_ital_corr[k]=0;
23292   mp->char_exists[k]=false; mp->char_tag[k]=no_tag; mp->char_remainder[k]=0;
23293   mp->skip_table[k]=undefined_label;
23294 };
23295 memset(mp->header_byte,0,mp->header_size);
23296 mp->bc=255; mp->ec=0; mp->nl=0; mp->nk=0; mp->ne=0; mp->np=0;
23297 mp->internal[boundary_char]=-unity;
23298 mp->bch_label=undefined_label;
23299 mp->label_loc[0]=-1; mp->label_ptr=0;
23300
23301 @ @<Declarations@>=
23302 scaled mp_tfm_check (MP mp,small_number m) ;
23303
23304 @ @<Declare the function called |tfm_check|@>=
23305 scaled mp_tfm_check (MP mp,small_number m) {
23306   if ( abs(mp->internal[m])>=fraction_half ) {
23307     print_err("Enormous "); mp_print(mp, mp->int_name[m]);
23308 @.Enormous charwd...@>
23309 @.Enormous chardp...@>
23310 @.Enormous charht...@>
23311 @.Enormous charic...@>
23312 @.Enormous designsize...@>
23313     mp_print(mp, " has been reduced");
23314     help1("Font metric dimensions must be less than 2048pt.");
23315     mp_put_get_error(mp);
23316     if ( mp->internal[m]>0 ) return (fraction_half-1);
23317     else return (1-fraction_half);
23318   } else {
23319     return mp->internal[m];
23320   }
23321 }
23322
23323 @ @<Store the width information for character code~|c|@>=
23324 if ( c<mp->bc ) mp->bc=c;
23325 if ( c>mp->ec ) mp->ec=c;
23326 mp->char_exists[c]=true;
23327 mp->tfm_width[c]=mp_tfm_check(mp, char_wd);
23328 mp->tfm_height[c]=mp_tfm_check(mp, char_ht);
23329 mp->tfm_depth[c]=mp_tfm_check(mp, char_dp);
23330 mp->tfm_ital_corr[c]=mp_tfm_check(mp, char_ic)
23331
23332 @ Now let's consider \MP's special \.{TFM}-oriented commands.
23333
23334 @<Cases of |do_statement|...@>=
23335 case tfm_command: mp_do_tfm_command(mp); break;
23336
23337 @ @d char_list_code 0
23338 @d lig_table_code 1
23339 @d extensible_code 2
23340 @d header_byte_code 3
23341 @d font_dimen_code 4
23342
23343 @<Put each...@>=
23344 mp_primitive(mp, "charlist",tfm_command,char_list_code);
23345 @:char_list_}{\&{charlist} primitive@>
23346 mp_primitive(mp, "ligtable",tfm_command,lig_table_code);
23347 @:lig_table_}{\&{ligtable} primitive@>
23348 mp_primitive(mp, "extensible",tfm_command,extensible_code);
23349 @:extensible_}{\&{extensible} primitive@>
23350 mp_primitive(mp, "headerbyte",tfm_command,header_byte_code);
23351 @:header_byte_}{\&{headerbyte} primitive@>
23352 mp_primitive(mp, "fontdimen",tfm_command,font_dimen_code);
23353 @:font_dimen_}{\&{fontdimen} primitive@>
23354
23355 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
23356 case tfm_command: 
23357   switch (m) {
23358   case char_list_code:mp_print(mp, "charlist"); break;
23359   case lig_table_code:mp_print(mp, "ligtable"); break;
23360   case extensible_code:mp_print(mp, "extensible"); break;
23361   case header_byte_code:mp_print(mp, "headerbyte"); break;
23362   default: mp_print(mp, "fontdimen"); break;
23363   }
23364   break;
23365
23366 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23367 eight_bits mp_get_code (MP mp) ;
23368
23369 @ @c eight_bits mp_get_code (MP mp) { /* scans a character code value */
23370   integer c; /* the code value found */
23371   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23372   if ( mp->cur_type==mp_known ) { 
23373     c=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp);
23374     if ( c>=0 ) if ( c<256 ) return c;
23375   } else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
23376     if ( length(mp->cur_exp)==1 )  { 
23377       c=mp->str_pool[mp->str_start[mp->cur_exp]];
23378       return c;
23379     }
23380   }
23381   exp_err("Invalid code has been replaced by 0");
23382 @.Invalid code...@>
23383   help2("I was looking for a number between 0 and 255, or for a")
23384        ("string of length 1. Didn't find it; will use 0 instead.");
23385   mp_put_get_flush_error(mp, 0); c=0;
23386   return c;
23387 };
23388
23389 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23390 void mp_set_tag (MP mp,halfword c, small_number t, halfword r) ;
23391
23392 @ @c void mp_set_tag (MP mp,halfword c, small_number t, halfword r) { 
23393   if ( mp->char_tag[c]==no_tag ) {
23394     mp->char_tag[c]=t; mp->char_remainder[c]=r;
23395     if ( t==lig_tag ){ 
23396       incr(mp->label_ptr); mp->label_loc[mp->label_ptr]=r; 
23397       mp->label_char[mp->label_ptr]=c;
23398     }
23399   } else {
23400     @<Complain about a character tag conflict@>;
23401   }
23402 }
23403
23404 @ @<Complain about a character tag conflict@>=
23405
23406   print_err("Character ");
23407   if ( (c>' ')&&(c<127) ) mp_print_char(mp,c);
23408   else if ( c==256 ) mp_print(mp, "||");
23409   else  { mp_print(mp, "code "); mp_print_int(mp, c); };
23410   mp_print(mp, " is already ");
23411 @.Character c is already...@>
23412   switch (mp->char_tag[c]) {
23413   case lig_tag: mp_print(mp, "in a ligtable"); break;
23414   case list_tag: mp_print(mp, "in a charlist"); break;
23415   case ext_tag: mp_print(mp, "extensible"); break;
23416   } /* there are no other cases */
23417   help2("It's not legal to label a character more than once.")
23418     ("So I'll not change anything just now.");
23419   mp_put_get_error(mp); 
23420 }
23421
23422 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23423 void mp_do_tfm_command (MP mp) ;
23424
23425 @ @c void mp_do_tfm_command (MP mp) {
23426   int c,cc; /* character codes */
23427   int k; /* index into the |kern| array */
23428   int j; /* index into |header_byte| or |param| */
23429   switch (mp->cur_mod) {
23430   case char_list_code: 
23431     c=mp_get_code(mp);
23432      /* we will store a list of character successors */
23433     while ( mp->cur_cmd==colon )   { 
23434       cc=mp_get_code(mp); mp_set_tag(mp, c,list_tag,cc); c=cc;
23435     };
23436     break;
23437   case lig_table_code: 
23438     if (mp->lig_kern==NULL) 
23439        mp->lig_kern = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(four_quarters));
23440     if (mp->kern==NULL) 
23441        mp->kern = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(scaled));
23442     @<Store a list of ligature/kern steps@>;
23443     break;
23444   case extensible_code: 
23445     @<Define an extensible recipe@>;
23446     break;
23447   case header_byte_code: 
23448   case font_dimen_code: 
23449     c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp);
23450     mp_scan_expression(mp);
23451     if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<half_unit) ) {
23452       exp_err("Improper location");
23453 @.Improper location@>
23454       help2("I was looking for a known, positive number.")
23455        ("For safety's sake I'll ignore the present command.");
23456       mp_put_get_error(mp);
23457     } else  { 
23458       j=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp);
23459       if ( mp->cur_cmd!=colon ) {
23460         mp_missing_err(mp, ":");
23461 @.Missing `:'@>
23462         help1("A colon should follow a headerbyte or fontinfo location.");
23463         mp_back_error(mp);
23464       }
23465       if ( c==header_byte_code ) { 
23466         @<Store a list of header bytes@>;
23467       } else {     
23468         if (mp->param==NULL) 
23469           mp->param = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(scaled));
23470         @<Store a list of font dimensions@>;
23471       }
23472     }
23473     break;
23474   } /* there are no other cases */
23475 };
23476
23477 @ @<Store a list of ligature/kern steps@>=
23478
23479   mp->lk_started=false;
23480 CONTINUE: 
23481   mp_get_x_next(mp);
23482   if ((mp->cur_cmd==skip_to)&& mp->lk_started )
23483     @<Process a |skip_to| command and |goto done|@>;
23484   if ( mp->cur_cmd==bchar_label ) { c=256; mp->cur_cmd=colon; }
23485   else { mp_back_input(mp); c=mp_get_code(mp); };
23486   if ((mp->cur_cmd==colon)||(mp->cur_cmd==double_colon)) {
23487     @<Record a label in a lig/kern subprogram and |goto continue|@>;
23488   }
23489   if ( mp->cur_cmd==lig_kern_token ) { 
23490     @<Compile a ligature/kern command@>; 
23491   } else  { 
23492     print_err("Illegal ligtable step");
23493 @.Illegal ligtable step@>
23494     help1("I was looking for `=:' or `kern' here.");
23495     mp_back_error(mp); next_char(mp->nl)=qi(0); 
23496     op_byte(mp->nl)=qi(0); rem_byte(mp->nl)=qi(0);
23497     skip_byte(mp->nl)=stop_flag+1; /* this specifies an unconditional stop */
23498   }
23499   if ( mp->nl==max_tfm_int) mp_fatal_error(mp, "ligtable too large");
23500   incr(mp->nl);
23501   if ( mp->cur_cmd==comma ) goto CONTINUE;
23502   if ( skip_byte(mp->nl-1)<stop_flag ) skip_byte(mp->nl-1)=stop_flag;
23503 }
23504 DONE:
23505
23506 @ @<Put each...@>=
23507 mp_primitive(mp, "=:",lig_kern_token,0);
23508 @:=:_}{\.{=:} primitive@>
23509 mp_primitive(mp, "=:|",lig_kern_token,1);
23510 @:=:/_}{\.{=:\char'174} primitive@>
23511 mp_primitive(mp, "=:|>",lig_kern_token,5);
23512 @:=:/>_}{\.{=:\char'174>} primitive@>
23513 mp_primitive(mp, "|=:",lig_kern_token,2);
23514 @:=:/_}{\.{\char'174=:} primitive@>
23515 mp_primitive(mp, "|=:>",lig_kern_token,6);
23516 @:=:/>_}{\.{\char'174=:>} primitive@>
23517 mp_primitive(mp, "|=:|",lig_kern_token,3);
23518 @:=:/_}{\.{\char'174=:\char'174} primitive@>
23519 mp_primitive(mp, "|=:|>",lig_kern_token,7);
23520 @:=:/>_}{\.{\char'174=:\char'174>} primitive@>
23521 mp_primitive(mp, "|=:|>>",lig_kern_token,11);
23522 @:=:/>_}{\.{\char'174=:\char'174>>} primitive@>
23523 mp_primitive(mp, "kern",lig_kern_token,128);
23524 @:kern_}{\&{kern} primitive@>
23525
23526 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
23527 case lig_kern_token: 
23528   switch (m) {
23529   case 0:mp_print(mp, "=:"); break;
23530   case 1:mp_print(mp, "=:|"); break;
23531   case 2:mp_print(mp, "|=:"); break;
23532   case 3:mp_print(mp, "|=:|"); break;
23533   case 5:mp_print(mp, "=:|>"); break;
23534   case 6:mp_print(mp, "|=:>"); break;
23535   case 7:mp_print(mp, "|=:|>"); break;
23536   case 11:mp_print(mp, "|=:|>>"); break;
23537   default: mp_print(mp, "kern"); break;
23538   }
23539   break;
23540
23541 @ Local labels are implemented by maintaining the |skip_table| array,
23542 where |skip_table[c]| is either |undefined_label| or the address of the
23543 most recent lig/kern instruction that skips to local label~|c|. In the
23544 latter case, the |skip_byte| in that instruction will (temporarily)
23545 be zero if there were no prior skips to this label, or it will be the
23546 distance to the prior skip.
23547
23548 We may need to cancel skips that span more than 127 lig/kern steps.
23549
23550 @d cancel_skips(A) mp->ll=(A);
23551   do {  
23552     mp->lll=qo(skip_byte(mp->ll)); 
23553     skip_byte(mp->ll)=stop_flag; mp->ll=mp->ll-mp->lll;
23554   } while (mp->lll!=0)
23555 @d skip_error(A) { print_err("Too far to skip");
23556 @.Too far to skip@>
23557   help1("At most 127 lig/kern steps can separate skipto1 from 1::.");
23558   mp_error(mp); cancel_skips((A));
23559   }
23560
23561 @<Process a |skip_to| command and |goto done|@>=
23562
23563   c=mp_get_code(mp);
23564   if ( mp->nl-mp->skip_table[c]>128 ) { /* |skip_table[c]<<nl<=undefined_label| */
23565     skip_error(mp->skip_table[c]); mp->skip_table[c]=undefined_label;
23566   }
23567   if ( mp->skip_table[c]==undefined_label ) skip_byte(mp->nl-1)=qi(0);
23568   else skip_byte(mp->nl-1)=qi(mp->nl-mp->skip_table[c]-1);
23569   mp->skip_table[c]=mp->nl-1; goto DONE;
23570 }
23571
23572 @ @<Record a label in a lig/kern subprogram and |goto continue|@>=
23573
23574   if ( mp->cur_cmd==colon ) {
23575     if ( c==256 ) mp->bch_label=mp->nl;
23576     else mp_set_tag(mp, c,lig_tag,mp->nl);
23577   } else if ( mp->skip_table[c]<undefined_label ) {
23578     mp->ll=mp->skip_table[c]; mp->skip_table[c]=undefined_label;
23579     do {  
23580       mp->lll=qo(skip_byte(mp->ll));
23581       if ( mp->nl-mp->ll>128 ) {
23582         skip_error(mp->ll); goto CONTINUE;
23583       }
23584       skip_byte(mp->ll)=qi(mp->nl-mp->ll-1); mp->ll=mp->ll-mp->lll;
23585     } while (mp->lll!=0);
23586   }
23587   goto CONTINUE;
23588 }
23589
23590 @ @<Compile a ligature/kern...@>=
23591
23592   next_char(mp->nl)=qi(c); skip_byte(mp->nl)=qi(0);
23593   if ( mp->cur_mod<128 ) { /* ligature op */
23594     op_byte(mp->nl)=qi(mp->cur_mod); rem_byte(mp->nl)=qi(mp_get_code(mp));
23595   } else { 
23596     mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23597     if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
23598       exp_err("Improper kern");
23599 @.Improper kern@>
23600       help2("The amount of kern should be a known numeric value.")
23601         ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
23602       mp_put_get_flush_error(mp, 0);
23603     }
23604     mp->kern[mp->nk]=mp->cur_exp;
23605     k=0; 
23606     while ( mp->kern[k]!=mp->cur_exp ) incr(k);
23607     if ( k==mp->nk ) {
23608       if ( mp->nk==max_tfm_int ) mp_fatal_error(mp, "too many TFM kerns");
23609       incr(mp->nk);
23610     }
23611     op_byte(mp->nl)=kern_flag+(k / 256);
23612     rem_byte(mp->nl)=qi((k % 256));
23613   }
23614   mp->lk_started=true;
23615 }
23616
23617 @ @d missing_extensible_punctuation(A) 
23618   { mp_missing_err(mp, (A));
23619 @.Missing `\char`\#'@>
23620   help1("I'm processing `extensible c: t,m,b,r'."); mp_back_error(mp);
23621   }
23622
23623 @<Define an extensible recipe@>=
23624
23625   if ( mp->ne==256 ) mp_fatal_error(mp, "too many extensible recipies");
23626   c=mp_get_code(mp); mp_set_tag(mp, c,ext_tag,mp->ne);
23627   if ( mp->cur_cmd!=colon ) missing_extensible_punctuation(":");
23628   ext_top(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23629   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23630   ext_mid(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23631   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23632   ext_bot(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23633   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23634   ext_rep(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23635   incr(mp->ne);
23636 }
23637
23638 @ The header could contain ASCII zeroes, so can't use |strdup|.
23639
23640 @<Store a list of header bytes@>=
23641 do {  
23642   if ( j>=mp->header_size ) {
23643     int l = mp->header_size + (mp->header_size >> 2);
23644     char *t = xmalloc(l,sizeof(char));
23645     memset(t,0,l); 
23646     memcpy(t,mp->header_byte,mp->header_size);
23647     xfree (mp->header_byte);
23648     mp->header_byte = t;
23649     mp->header_size = l;
23650   }
23651   mp->header_byte[j]=mp_get_code(mp); 
23652   incr(j); incr(mp->header_last);
23653 } while (mp->cur_cmd==comma)
23654
23655 @ @<Store a list of font dimensions@>=
23656 do {  
23657   if ( j>max_tfm_int ) mp_fatal_error(mp, "too many fontdimens");
23658   while ( j>mp->np ) { incr(mp->np); mp->param[mp->np]=0; };
23659   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23660   if ( mp->cur_type!=mp_known ){ 
23661     exp_err("Improper font parameter");
23662 @.Improper font parameter@>
23663     help1("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
23664     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
23665   }
23666   mp->param[j]=mp->cur_exp; incr(j);
23667 } while (mp->cur_cmd==comma)
23668
23669 @ OK: We've stored all the data that is needed for the \.{TFM} file.
23670 All that remains is to output it in the correct format.
23671
23672 An interesting problem needs to be solved in this connection, because
23673 the \.{TFM} format allows at most 256~widths, 16~heights, 16~depths,
23674 and 64~italic corrections. If the data has more distinct values than
23675 this, we want to meet the necessary restrictions by perturbing the
23676 given values as little as possible.
23677
23678 \MP\ solves this problem in two steps. First the values of a given
23679 kind (widths, heights, depths, or italic corrections) are sorted;
23680 then the list of sorted values is perturbed, if necessary.
23681
23682 The sorting operation is facilitated by having a special node of
23683 essentially infinite |value| at the end of the current list.
23684
23685 @<Initialize table entries...@>=
23686 value(inf_val)=fraction_four;
23687
23688 @ Straight linear insertion is good enough for sorting, since the lists
23689 are usually not terribly long. As we work on the data, the current list
23690 will start at |link(temp_head)| and end at |inf_val|; the nodes in this
23691 list will be in increasing order of their |value| fields.
23692
23693 Given such a list, the |sort_in| function takes a value and returns a pointer
23694 to where that value can be found in the list. The value is inserted in
23695 the proper place, if necessary.
23696
23697 At the time we need to do these operations, most of \MP's work has been
23698 completed, so we will have plenty of memory to play with. The value nodes
23699 that are allocated for sorting will never be returned to free storage.
23700
23701 @d clear_the_list link(temp_head)=inf_val
23702
23703 @c pointer mp_sort_in (MP mp,scaled v) {
23704   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
23705   p=temp_head;
23706   while (1) { 
23707     q=link(p);
23708     if ( v<=value(q) ) break;
23709     p=q;
23710   }
23711   if ( v<value(q) ) {
23712     r=mp_get_node(mp, value_node_size); value(r)=v; link(r)=q; link(p)=r;
23713   }
23714   return link(p);
23715 }
23716
23717 @ Now we come to the interesting part, where we reduce the list if necessary
23718 until it has the required size. The |min_cover| routine is basic to this
23719 process; it computes the minimum number~|m| such that the values of the
23720 current sorted list can be covered by |m|~intervals of width~|d|. It
23721 also sets the global value |perturbation| to the smallest value $d'>d$
23722 such that the covering found by this algorithm would be different.
23723
23724 In particular, |min_cover(0)| returns the number of distinct values in the
23725 current list and sets |perturbation| to the minimum distance between
23726 adjacent values.
23727
23728 @c integer mp_min_cover (MP mp,scaled d) {
23729   pointer p; /* runs through the current list */
23730   scaled l; /* the least element covered by the current interval */
23731   integer m; /* lower bound on the size of the minimum cover */
23732   m=0; p=link(temp_head); mp->perturbation=el_gordo;
23733   while ( p!=inf_val ){ 
23734     incr(m); l=value(p);
23735     do {  p=link(p); } while (value(p)<=l+d);
23736     if ( value(p)-l<mp->perturbation ) 
23737       mp->perturbation=value(p)-l;
23738   }
23739   return m;
23740 }
23741
23742 @ @<Glob...@>=
23743 scaled perturbation; /* quantity related to \.{TFM} rounding */
23744 integer excess; /* the list is this much too long */
23745
23746 @ The smallest |d| such that a given list can be covered with |m| intervals
23747 is determined by the |threshold| routine, which is sort of an inverse
23748 to |min_cover|. The idea is to increase the interval size rapidly until
23749 finding the range, then to go sequentially until the exact borderline has
23750 been discovered.
23751
23752 @c scaled mp_threshold (MP mp,integer m) {
23753   scaled d; /* lower bound on the smallest interval size */
23754   mp->excess=mp_min_cover(mp, 0)-m;
23755   if ( mp->excess<=0 ) {
23756     return 0;
23757   } else  { 
23758     do {  
23759       d=mp->perturbation;
23760     } while (mp_min_cover(mp, d+d)>m);
23761     while ( mp_min_cover(mp, d)>m ) 
23762       d=mp->perturbation;
23763     return d;
23764   }
23765 }
23766
23767 @ The |skimp| procedure reduces the current list to at most |m| entries,
23768 by changing values if necessary. It also sets |info(p):=k| if |value(p)|
23769 is the |k|th distinct value on the resulting list, and it sets
23770 |perturbation| to the maximum amount by which a |value| field has
23771 been changed. The size of the resulting list is returned as the
23772 value of |skimp|.
23773
23774 @c integer mp_skimp (MP mp,integer m) {
23775   scaled d; /* the size of intervals being coalesced */
23776   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
23777   scaled l; /* the least value in the current interval */
23778   scaled v; /* a compromise value */
23779   d=mp_threshold(mp, m); mp->perturbation=0;
23780   q=temp_head; m=0; p=link(temp_head);
23781   while ( p!=inf_val ) {
23782     incr(m); l=value(p); info(p)=m;
23783     if ( value(link(p))<=l+d ) {
23784       @<Replace an interval of values by its midpoint@>;
23785     }
23786     q=p; p=link(p);
23787   }
23788   return m;
23789 }
23790
23791 @ @<Replace an interval...@>=
23792
23793   do {  
23794     p=link(p); info(p)=m;
23795     decr(mp->excess); if ( mp->excess==0 ) d=0;
23796   } while (value(link(p))<=l+d);
23797   v=l+halfp(value(p)-l);
23798   if ( value(p)-v>mp->perturbation ) 
23799     mp->perturbation=value(p)-v;
23800   r=q;
23801   do {  
23802     r=link(r); value(r)=v;
23803   } while (r!=p);
23804   link(q)=p; /* remove duplicate values from the current list */
23805 }
23806
23807 @ A warning message is issued whenever something is perturbed by
23808 more than 1/16\thinspace pt.
23809
23810 @c void mp_tfm_warning (MP mp,small_number m) { 
23811   mp_print_nl(mp, "(some "); 
23812   mp_print(mp, mp->int_name[m]);
23813 @.some charwds...@>
23814 @.some chardps...@>
23815 @.some charhts...@>
23816 @.some charics...@>
23817   mp_print(mp, " values had to be adjusted by as much as ");
23818   mp_print_scaled(mp, mp->perturbation); mp_print(mp, "pt)");
23819 }
23820
23821 @ Here's an example of how we use these routines.
23822 The width data needs to be perturbed only if there are 256 distinct
23823 widths, but \MP\ must check for this case even though it is
23824 highly unusual.
23825
23826 An integer variable |k| will be defined when we use this code.
23827 The |dimen_head| array will contain pointers to the sorted
23828 lists of dimensions.
23829
23830 @<Massage the \.{TFM} widths@>=
23831 clear_the_list;
23832 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++)  {
23833   if ( mp->char_exists[k] )
23834     mp->tfm_width[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_width[k]);
23835 }
23836 mp->nw=mp_skimp(mp, 255)+1; mp->dimen_head[1]=link(temp_head);
23837 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, char_wd)
23838
23839 @ @<Glob...@>=
23840 pointer dimen_head[5]; /* lists of \.{TFM} dimensions */
23841
23842 @ Heights, depths, and italic corrections are different from widths
23843 not only because their list length is more severely restricted, but
23844 also because zero values do not need to be put into the lists.
23845
23846 @<Massage the \.{TFM} heights, depths, and italic corrections@>=
23847 clear_the_list;
23848 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
23849   if ( mp->char_exists[k] ) {
23850     if ( mp->tfm_height[k]==0 ) mp->tfm_height[k]=zero_val;
23851     else mp->tfm_height[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_height[k]);
23852   }
23853 }
23854 mp->nh=mp_skimp(mp, 15)+1; mp->dimen_head[2]=link(temp_head);
23855 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, char_ht);
23856 clear_the_list;
23857 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
23858   if ( mp->char_exists[k] ) {
23859     if ( mp->tfm_depth[k]==0 ) mp->tfm_depth[k]=zero_val;
23860     else mp->tfm_depth[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_depth[k]);
23861   }
23862 }
23863 mp->nd=mp_skimp(mp, 15)+1; mp->dimen_head[3]=link(temp_head);
23864 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, char_dp);
23865 clear_the_list;
23866 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
23867   if ( mp->char_exists[k] ) {
23868     if ( mp->tfm_ital_corr[k]==0 ) mp->tfm_ital_corr[k]=zero_val;
23869     else mp->tfm_ital_corr[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_ital_corr[k]);
23870   }
23871 }
23872 mp->ni=mp_skimp(mp, 63)+1; mp->dimen_head[4]=link(temp_head);
23873 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, char_ic)
23874
23875 @ @<Initialize table entries...@>=
23876 value(zero_val)=0; info(zero_val)=0;
23877
23878 @ Bytes 5--8 of the header are set to the design size, unless the user has
23879 some crazy reason for specifying them differently.
23880
23881 Error messages are not allowed at the time this procedure is called,
23882 so a warning is printed instead.
23883
23884 The value of |max_tfm_dimen| is calculated so that
23885 $$\hbox{|make_scaled(16*max_tfm_dimen,internal[design_size])|}
23886  < \\{three\_bytes}.$$
23887
23888 @d three_bytes 0100000000 /* $2^{24}$ */
23889
23890 @c 
23891 void mp_fix_design_size (MP mp) {
23892   scaled d; /* the design size */
23893   d=mp->internal[design_size];
23894   if ( (d<unity)||(d>=fraction_half) ) {
23895     if ( d!=0 )
23896       mp_print_nl(mp, "(illegal design size has been changed to 128pt)");
23897 @.illegal design size...@>
23898     d=040000000; mp->internal[design_size]=d;
23899   }
23900   if ( mp->header_byte[4]<0 ) if ( mp->header_byte[5]<0 )
23901     if ( mp->header_byte[6]<0 ) if ( mp->header_byte[7]<0 ) {
23902      mp->header_byte[4]=d / 04000000;
23903      mp->header_byte[5]=(d / 4096) % 256;
23904      mp->header_byte[6]=(d / 16) % 256;
23905      mp->header_byte[7]=(d % 16)*16;
23906   };
23907   mp->max_tfm_dimen=16*mp->internal[design_size]-mp->internal[design_size] / 010000000;
23908   if ( mp->max_tfm_dimen>=fraction_half ) mp->max_tfm_dimen=fraction_half-1;
23909 }
23910
23911 @ The |dimen_out| procedure computes a |fix_word| relative to the
23912 design size. If the data was out of range, it is corrected and the
23913 global variable |tfm_changed| is increased by~one.
23914
23915 @c integer mp_dimen_out (MP mp,scaled x) { 
23916   if ( abs(x)>mp->max_tfm_dimen ) {
23917     incr(mp->tfm_changed);
23918     if ( x>0 ) x=three_bytes-1; else x=1-three_bytes;
23919   } else {
23920     x=mp_make_scaled(mp, x*16,mp->internal[design_size]);
23921   }
23922   return x;
23923 }
23924
23925 @ @<Glob...@>=
23926 scaled max_tfm_dimen; /* bound on widths, heights, kerns, etc. */
23927 integer tfm_changed; /* the number of data entries that were out of bounds */
23928
23929 @ If the user has not specified any of the first four header bytes,
23930 the |fix_check_sum| procedure replaces them by a ``check sum'' computed
23931 from the |tfm_width| data relative to the design size.
23932 @^check sum@>
23933
23934 @c void mp_fix_check_sum (MP mp) {
23935   eight_bits k; /* runs through character codes */
23936   eight_bits B1,B2,B3,B4; /* bytes of the check sum */
23937   integer x;  /* hash value used in check sum computation */
23938   if ( mp->header_byte[0]==0 && mp->header_byte[1]==0 &&
23939        mp->header_byte[2]==0 && mp->header_byte[3]==0 ) {
23940     @<Compute a check sum in |(b1,b2,b3,b4)|@>;
23941     mp->header_byte[0]=B1; mp->header_byte[1]=B2;
23942     mp->header_byte[2]=B3; mp->header_byte[3]=B4; 
23943     return;
23944   }
23945 }
23946
23947 @ @<Compute a check sum in |(b1,b2,b3,b4)|@>=
23948 B1=mp->bc; B2=mp->ec; B3=mp->bc; B4=mp->ec; mp->tfm_changed=0;
23949 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) { 
23950   if ( mp->char_exists[k] ) {
23951     x=mp_dimen_out(mp, value(mp->tfm_width[k]))+(k+4)*020000000; /* this is positive */
23952     B1=(B1+B1+x) % 255;
23953     B2=(B2+B2+x) % 253;
23954     B3=(B3+B3+x) % 251;
23955     B4=(B4+B4+x) % 247;
23956   }
23957 }
23958
23959 @ Finally we're ready to actually write the \.{TFM} information.
23960 Here are some utility routines for this purpose.
23961
23962 @d tfm_out(A) fputc((A),mp->tfm_file) /* output one byte to |tfm_file| */
23963
23964 @c void mp_tfm_two (MP mp,integer x) { /* output two bytes to |tfm_file| */
23965   tfm_out(x / 256); tfm_out(x % 256);
23966 }
23967 void mp_tfm_four (MP mp,integer x) { /* output four bytes to |tfm_file| */
23968   if ( x>=0 ) tfm_out(x / three_bytes);
23969   else { 
23970     x=x+010000000000; /* use two's complement for negative values */
23971     x=x+010000000000;
23972     tfm_out((x / three_bytes) + 128);
23973   };
23974   x=x % three_bytes; tfm_out(x / unity);
23975   x=x % unity; tfm_out(x / 0400);
23976   tfm_out(x % 0400);
23977 }
23978 void mp_tfm_qqqq (MP mp,four_quarters x) { /* output four quarterwords to |tfm_file| */
23979   tfm_out(qo(x.b0)); tfm_out(qo(x.b1)); 
23980   tfm_out(qo(x.b2)); tfm_out(qo(x.b3));
23981 }
23982
23983 @ @<Finish the \.{TFM} file@>=
23984 if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
23985 mp_pack_job_name(mp, ".tfm");
23986 while ( ! mp_b_open_out(mp, &mp->tfm_file, mp_filetype_metrics) )
23987   mp_prompt_file_name(mp, "file name for font metrics",".tfm");
23988 mp->metric_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
23989 @<Output the subfile sizes and header bytes@>;
23990 @<Output the character information bytes, then
23991   output the dimensions themselves@>;
23992 @<Output the ligature/kern program@>;
23993 @<Output the extensible character recipes and the font metric parameters@>;
23994   if ( mp->internal[tracing_stats]>0 )
23995   @<Log the subfile sizes of the \.{TFM} file@>;
23996 mp_print_nl(mp, "Font metrics written on "); 
23997 mp_print(mp, mp->metric_file_name); mp_print_char(mp, '.');
23998 @.Font metrics written...@>
23999 fclose(mp->tfm_file)
24000
24001 @ Integer variables |lh|, |k|, and |lk_offset| will be defined when we use
24002 this code.
24003
24004 @<Output the subfile sizes and header bytes@>=
24005 k=mp->header_last;
24006 LH=(k+3) / 4; /* this is the number of header words */
24007 if ( mp->bc>mp->ec ) mp->bc=1; /* if there are no characters, |ec=0| and |bc=1| */
24008 @<Compute the ligature/kern program offset and implant the
24009   left boundary label@>;
24010 mp_tfm_two(mp,6+LH+(mp->ec-mp->bc+1)+mp->nw+mp->nh+mp->nd+mp->ni+mp->nl
24011      +lk_offset+mp->nk+mp->ne+mp->np);
24012   /* this is the total number of file words that will be output */
24013 mp_tfm_two(mp, LH); mp_tfm_two(mp, mp->bc); mp_tfm_two(mp, mp->ec); 
24014 mp_tfm_two(mp, mp->nw); mp_tfm_two(mp, mp->nh);
24015 mp_tfm_two(mp, mp->nd); mp_tfm_two(mp, mp->ni); mp_tfm_two(mp, mp->nl+lk_offset); 
24016 mp_tfm_two(mp, mp->nk); mp_tfm_two(mp, mp->ne);
24017 mp_tfm_two(mp, mp->np);
24018 for (k=0;k< 4*LH;k++)   { 
24019   tfm_out(mp->header_byte[k]);
24020 }
24021
24022 @ @<Output the character information bytes...@>=
24023 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
24024   if ( ! mp->char_exists[k] ) {
24025     mp_tfm_four(mp, 0);
24026   } else { 
24027     tfm_out(info(mp->tfm_width[k])); /* the width index */
24028     tfm_out((info(mp->tfm_height[k]))*16+info(mp->tfm_depth[k]));
24029     tfm_out((info(mp->tfm_ital_corr[k]))*4+mp->char_tag[k]);
24030     tfm_out(mp->char_remainder[k]);
24031   };
24032 }
24033 mp->tfm_changed=0;
24034 for (k=1;k<=4;k++) { 
24035   mp_tfm_four(mp, 0); p=mp->dimen_head[k];
24036   while ( p!=inf_val ) {
24037     mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, value(p))); p=link(p);
24038   }
24039 }
24040
24041
24042 @ We need to output special instructions at the beginning of the
24043 |lig_kern| array in order to specify the right boundary character
24044 and/or to handle starting addresses that exceed 255. The |label_loc|
24045 and |label_char| arrays have been set up to record all the
24046 starting addresses; we have $-1=|label_loc|[0]<|label_loc|[1]\le\cdots
24047 \le|label_loc|[|label_ptr]|$.
24048
24049 @<Compute the ligature/kern program offset...@>=
24050 mp->bchar=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[boundary_char]);
24051 if ((mp->bchar<0)||(mp->bchar>255))
24052   { mp->bchar=-1; mp->lk_started=false; lk_offset=0; }
24053 else { mp->lk_started=true; lk_offset=1; };
24054 @<Find the minimum |lk_offset| and adjust all remainders@>;
24055 if ( mp->bch_label<undefined_label )
24056   { skip_byte(mp->nl)=qi(255); next_char(mp->nl)=qi(0);
24057   op_byte(mp->nl)=qi(((mp->bch_label+lk_offset)/ 256));
24058   rem_byte(mp->nl)=qi(((mp->bch_label+lk_offset)% 256));
24059   incr(mp->nl); /* possibly |nl=lig_table_size+1| */
24060   }
24061
24062 @ @<Find the minimum |lk_offset|...@>=
24063 k=mp->label_ptr; /* pointer to the largest unallocated label */
24064 if ( mp->label_loc[k]+lk_offset>255 ) {
24065   lk_offset=0; mp->lk_started=false; /* location 0 can do double duty */
24066   do {  
24067     mp->char_remainder[mp->label_char[k]]=lk_offset;
24068     while ( mp->label_loc[k-1]==mp->label_loc[k] ) {
24069        decr(k); mp->char_remainder[mp->label_char[k]]=lk_offset;
24070     }
24071     incr(lk_offset); decr(k);
24072   } while (! (lk_offset+mp->label_loc[k]<256));
24073     /* N.B.: |lk_offset=256| satisfies this when |k=0| */
24074 };
24075 if ( lk_offset>0 ) {
24076   while ( k>0 ) {
24077     mp->char_remainder[mp->label_char[k]]
24078      =mp->char_remainder[mp->label_char[k]]+lk_offset;
24079     decr(k);
24080   }
24081 }
24082
24083 @ @<Output the ligature/kern program@>=
24084 for (k=0;k<= 255;k++ ) {
24085   if ( mp->skip_table[k]<undefined_label ) {
24086      mp_print_nl(mp, "(local label "); mp_print_int(mp, k); mp_print(mp, ":: was missing)");
24087 @.local label l:: was missing@>
24088     cancel_skips(mp->skip_table[k]);
24089   }
24090 }
24091 if ( mp->lk_started ) { /* |lk_offset=1| for the special |bchar| */
24092   tfm_out(255); tfm_out(mp->bchar); mp_tfm_two(mp, 0);
24093 } else {
24094   for (k=1;k<=lk_offset;k++) {/* output the redirection specs */
24095     mp->ll=mp->label_loc[mp->label_ptr];
24096     if ( mp->bchar<0 ) { tfm_out(254); tfm_out(0);   }
24097     else { tfm_out(255); tfm_out(mp->bchar);   };
24098     mp_tfm_two(mp, mp->ll+lk_offset);
24099     do {  
24100       decr(mp->label_ptr);
24101     } while (! (mp->label_loc[mp->label_ptr]<mp->ll));
24102   }
24103 }
24104 for (k=0;k<=mp->nl-1;k++) mp_tfm_qqqq(mp, mp->lig_kern[k]);
24105 for (k=0;k<=mp->nk-1;k++) mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, mp->kern[k]))
24106
24107 @ @<Output the extensible character recipes...@>=
24108 for (k=0;k<=mp->ne-1;k++) 
24109   mp_tfm_qqqq(mp, mp->exten[k]);
24110 for (k=1;k<=mp->np;k++) {
24111   if ( k==1 ) {
24112     if ( abs(mp->param[1])<fraction_half ) {
24113       mp_tfm_four(mp, mp->param[1]*16);
24114     } else  { 
24115       incr(mp->tfm_changed);
24116       if ( mp->param[1]>0 ) mp_tfm_four(mp, el_gordo);
24117       else mp_tfm_four(mp, -el_gordo);
24118     }
24119   } else {
24120     mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, mp->param[k]));
24121   }
24122 }
24123 if ( mp->tfm_changed>0 )  { 
24124   if ( mp->tfm_changed==1 ) mp_print_nl(mp, "(a font metric dimension");
24125 @.a font metric dimension...@>
24126   else  { 
24127     mp_print_nl(mp, "("); mp_print_int(mp, mp->tfm_changed);
24128 @.font metric dimensions...@>
24129     mp_print(mp, " font metric dimensions");
24130   }
24131   mp_print(mp, " had to be decreased)");
24132 }
24133
24134 @ @<Log the subfile sizes of the \.{TFM} file@>=
24135
24136   char s[200];
24137   wlog_ln(" ");
24138   if ( mp->bch_label<undefined_label ) decr(mp->nl);
24139   snprintf(s,128,"(You used %iw,%ih,%id,%ii,%il,%ik,%ie,%ip metric file positions)",
24140                  mp->nw, mp->nh, mp->nd, mp->ni, mp->nl, mp->nk, mp->ne,mp->np);
24141   wlog_ln(s);
24142 }
24143
24144 @* \[43] Reading font metric data.
24145
24146 \MP\ isn't a typesetting program but it does need to find the bounding box
24147 of a sequence of typeset characters.  Thus it needs to read \.{TFM} files as
24148 well as write them.
24149
24150 @<Glob...@>=
24151 FILE * tfm_infile;
24152
24153 @ All the width, height, and depth information is stored in an array called
24154 |font_info|.  This array is allocated sequentially and each font is stored
24155 as a series of |char_info| words followed by the width, height, and depth
24156 tables.  Since |font_name| entries are permanent, their |str_ref| values are
24157 set to |max_str_ref|.
24158
24159 @<Types...@>=
24160 typedef unsigned int font_number; /* |0..font_max| */
24161
24162 @ The |font_info| array is indexed via a group directory arrays.
24163 For example, the |char_info| data for character~|c| in font~|f| will be
24164 in |font_info[char_base[f]+c].qqqq|.
24165
24166 @<Glob...@>=
24167 font_number font_max; /* maximum font number for included text fonts */
24168 size_t      font_mem_size; /* number of words for \.{TFM} information for text fonts */
24169 memory_word *font_info; /* height, width, and depth data */
24170 char        **font_enc_name; /* encoding names, if any */
24171 boolean     *font_ps_name_fixed; /* are the postscript names fixed already?  */
24172 int         next_fmem; /* next unused entry in |font_info| */
24173 font_number last_fnum; /* last font number used so far */
24174 scaled      *font_dsize;  /* 16 times the ``design'' size in \ps\ points */
24175 char        **font_name;  /* name as specified in the \&{infont} command */
24176 char        **font_ps_name;  /* PostScript name for use when |internal[prologues]>0| */
24177 font_number last_ps_fnum; /* last valid |font_ps_name| index */
24178 eight_bits  *font_bc;
24179 eight_bits  *font_ec;  /* first and last character code */
24180 int         *char_base;  /* base address for |char_info| */
24181 int         *width_base; /* index for zeroth character width */
24182 int         *height_base; /* index for zeroth character height */
24183 int         *depth_base; /* index for zeroth character depth */
24184 pointer     *font_sizes;
24185
24186 @ @<Allocate or initialize ...@>=
24187 mp->font_mem_size = 10000; 
24188 mp->font_info = xmalloc ((mp->font_mem_size+1),sizeof(memory_word));
24189 memset (mp->font_info,0,sizeof(memory_word)*(mp->font_mem_size+1));
24190 mp->font_enc_name = NULL;
24191 mp->font_ps_name_fixed = NULL;
24192 mp->font_dsize = NULL;
24193 mp->font_name = NULL;
24194 mp->font_ps_name = NULL;
24195 mp->font_bc = NULL;
24196 mp->font_ec = NULL;
24197 mp->last_fnum = null_font;
24198 mp->char_base = NULL;
24199 mp->width_base = NULL;
24200 mp->height_base = NULL;
24201 mp->depth_base = NULL;
24202 mp->font_sizes = null;
24203
24204 @ @<Dealloc variables@>=
24205 xfree(mp->font_info);
24206 xfree(mp->font_enc_name);
24207 xfree(mp->font_ps_name_fixed);
24208 xfree(mp->font_dsize);
24209 xfree(mp->font_name);
24210 xfree(mp->font_ps_name);
24211 xfree(mp->font_bc);
24212 xfree(mp->font_ec);
24213 xfree(mp->char_base);
24214 xfree(mp->width_base);
24215 xfree(mp->height_base);
24216 xfree(mp->depth_base);
24217 xfree(mp->font_sizes);
24218
24219
24220 @c 
24221 void mp_reallocate_fonts (MP mp, font_number l) {
24222   font_number f;
24223   XREALLOC(mp->font_enc_name,      (l+1), char *);
24224   XREALLOC(mp->font_ps_name_fixed, (l+1), boolean);
24225   XREALLOC(mp->font_dsize,         (l+1), scaled);
24226   XREALLOC(mp->font_name,          (l+1), char *);
24227   XREALLOC(mp->font_ps_name,       (l+1), char *);
24228   XREALLOC(mp->font_bc,            (l+1), eight_bits);
24229   XREALLOC(mp->font_ec,            (l+1), eight_bits);
24230   XREALLOC(mp->char_base,          (l+1), int);
24231   XREALLOC(mp->width_base,         (l+1), int);
24232   XREALLOC(mp->height_base,        (l+1), int);
24233   XREALLOC(mp->depth_base,         (l+1), int);
24234   XREALLOC(mp->font_sizes,         (l+1), pointer);
24235   for (f=(mp->last_fnum+1);f<=l;f++) {
24236     mp->font_enc_name[f]=NULL;
24237     mp->font_ps_name_fixed[f] = false;
24238     mp->font_name[f]=NULL;
24239     mp->font_ps_name[f]=NULL;
24240     mp->font_sizes[f]=null;
24241   }
24242   mp->font_max = l;
24243 }
24244
24245 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
24246 void mp_reallocate_fonts (MP mp, font_number l);
24247
24248
24249 @ A |null_font| containing no characters is useful for error recovery.  Its
24250 |font_name| entry starts out empty but is reset each time an erroneous font is
24251 found.  This helps to cut down on the number of duplicate error messages without
24252 wasting a lot of space.
24253
24254 @d null_font 0 /* the |font_number| for an empty font */
24255
24256 @<Set initial...@>=
24257 mp->font_dsize[null_font]=0;
24258 mp->font_bc[null_font]=1;
24259 mp->font_ec[null_font]=0;
24260 mp->char_base[null_font]=0;
24261 mp->width_base[null_font]=0;
24262 mp->height_base[null_font]=0;
24263 mp->depth_base[null_font]=0;
24264 mp->next_fmem=0;
24265 mp->last_fnum=null_font;
24266 mp->last_ps_fnum=null_font;
24267 mp->font_name[null_font]="nullfont";
24268 mp->font_ps_name[null_font]="";
24269
24270 @ Each |char_info| word is of type |four_quarters|.  The |b0| field contains
24271 the |width index|; the |b1| field contains the height
24272 index; the |b2| fields contains the depth index, and the |b3| field used only
24273 for temporary storage. (It is used to keep track of which characters occur in
24274 an edge structure that is being shipped out.)
24275 The corresponding words in the width, height, and depth tables are stored as
24276 |scaled| values in units of \ps\ points.
24277
24278 With the macros below, the |char_info| word for character~|c| in font~|f| is
24279 |char_info(f)(c)| and the width is
24280 $$\hbox{|char_width(f)(char_info(f)(c)).sc|.}$$
24281
24282 @d char_info_end(A) (A)].qqqq
24283 @d char_info(A) mp->font_info[mp->char_base[(A)]+char_info_end
24284 @d char_width_end(A) (A).b0].sc
24285 @d char_width(A) mp->font_info[mp->width_base[(A)]+char_width_end
24286 @d char_height_end(A) (A).b1].sc
24287 @d char_height(A) mp->font_info[mp->height_base[(A)]+char_height_end
24288 @d char_depth_end(A) (A).b2].sc
24289 @d char_depth(A) mp->font_info[mp->depth_base[(A)]+char_depth_end
24290 @d ichar_exists(A) ((A).b0>0)
24291
24292 @ The |font_ps_name| for a built-in font should be what PostScript expects.
24293 A preliminary name is obtained here from the \.{TFM} name as given in the
24294 |fname| argument.  This gets updated later from an external table if necessary.
24295
24296 @<Declare text measuring subroutines@>=
24297 @<Declare subroutines for parsing file names@>;
24298 font_number mp_read_font_info (MP mp, char*fname) {
24299   boolean file_opened; /* has |tfm_infile| been opened? */
24300   font_number n; /* the number to return */
24301   halfword lf,tfm_lh,bc,ec,nw,nh,nd; /* subfile size parameters */
24302   size_t whd_size; /* words needed for heights, widths, and depths */
24303   int i,ii; /* |font_info| indices */
24304   int jj; /* counts bytes to be ignored */
24305   scaled z; /* used to compute the design size */
24306   fraction d;
24307   /* height, width, or depth as a fraction of design size times $2^{-8}$ */
24308   eight_bits h_and_d; /* height and depth indices being unpacked */
24309   int tfbyte; /* a byte read from the file */
24310   n=null_font;
24311   @<Open |tfm_infile| for input@>;
24312   @<Read data from |tfm_infile|; if there is no room, say so and |goto done|;
24313     otherwise |goto bad_tfm| or |goto done| as appropriate@>;
24314 BAD_TFM:
24315   @<Complain that the \.{TFM} file is bad@>;
24316 DONE:
24317   if ( file_opened ) fclose(mp->tfm_infile);
24318   if ( n!=null_font ) { 
24319     mp->font_ps_name[n]=fname;
24320     mp->font_name[n]=fname;
24321   }
24322   return n;
24323 }
24324
24325 @ \MP\ doesn't bother to check the entire \.{TFM} file for errors or explain
24326 precisely what is wrong if it does find a problem.  Programs called \.{TFtoPL}
24327 @.TFtoPL@> @.PLtoTF@>
24328 and \.{PLtoTF} can be used to debug \.{TFM} files.
24329
24330 @<Complain that the \.{TFM} file is bad@>=
24331 print_err("Font ");
24332 mp_print(mp, fname);
24333 if ( file_opened ) mp_print(mp, " not usable: TFM file is bad");
24334 else mp_print(mp, " not usable: TFM file not found");
24335 help3("I wasn't able to read the size data for this font so this")
24336   ("`infont' operation won't produce anything. If the font name")
24337   ("is right, you might ask an expert to make a TFM file");
24338 if ( file_opened )
24339   mp->help_line[0]="is right, try asking an expert to fix the TFM file";
24340 mp_error(mp)
24341
24342 @ @<Read data from |tfm_infile|; if there is no room, say so...@>=
24343 @<Read the \.{TFM} size fields@>;
24344 @<Use the size fields to allocate space in |font_info|@>;
24345 @<Read the \.{TFM} header@>;
24346 @<Read the character data and the width, height, and depth tables and
24347   |goto done|@>
24348
24349 @ A bad \.{TFM} file can be shorter than it claims to be.  The code given here
24350 might try to read past the end of the file if this happens.  Changes will be
24351 needed if it causes a system error to refer to |tfm_infile^| or call
24352 |get_tfm_infile| when |eof(tfm_infile)| is true.  For example, the definition
24353 @^system dependencies@>
24354 of |tfget| could be changed to
24355 ``|begin get(tfm_infile); if eof(tfm_infile) then goto bad_tfm; end|.''
24356
24357 @d tfget {tfbyte = fgetc(mp->tfm_infile); }
24358 @d read_two(A) { (A)=tfbyte;
24359   if ( (A)>127 ) goto BAD_TFM;
24360   tfget; (A)=(A)*0400+tfbyte;
24361   }
24362 @d tf_ignore(A) { for (jj=(A);jj>=1;jj--) tfget; }
24363
24364 @<Read the \.{TFM} size fields@>=
24365 tfget; read_two(lf);
24366 tfget; read_two(tfm_lh);
24367 tfget; read_two(bc);
24368 tfget; read_two(ec);
24369 if ( (bc>1+ec)||(ec>255) ) goto BAD_TFM;
24370 tfget; read_two(nw);
24371 tfget; read_two(nh);
24372 tfget; read_two(nd);
24373 whd_size=(ec+1-bc)+nw+nh+nd;
24374 if ( lf<(int)(6+tfm_lh+whd_size) ) goto BAD_TFM;
24375 tf_ignore(10)
24376
24377 @ Offsets are added to |char_base[n]| and |width_base[n]| so that is not
24378 necessary to apply the |so|  and |qo| macros when looking up the width of a
24379 character in the string pool.  In order to ensure nonnegative |char_base|
24380 values when |bc>0|, it may be necessary to reserve a few unused |font_info|
24381 elements.
24382
24383 @<Use the size fields to allocate space in |font_info|@>=
24384 if ( mp->next_fmem<bc) mp->next_fmem=bc;  /* ensure nonnegative |char_base| */
24385 if (mp->last_fnum==mp->font_max)
24386   mp_reallocate_fonts(mp,(mp->font_max+(mp->font_max>>2)));
24387 while (mp->next_fmem+whd_size>=mp->font_mem_size) {
24388   size_t l = mp->font_mem_size+(mp->font_mem_size>>2);
24389   memory_word *font_info;
24390   font_info = xmalloc ((l+1),sizeof(memory_word));
24391   memset (font_info,0,sizeof(memory_word)*(l+1));
24392   memcpy (font_info,mp->font_info,sizeof(memory_word)*(mp->font_mem_size+1));
24393   xfree(mp->font_info);
24394   mp->font_info = font_info;
24395   mp->font_mem_size = l;
24396 }
24397 incr(mp->last_fnum);
24398 n=mp->last_fnum;
24399 mp->font_bc[n]=bc;
24400 mp->font_ec[n]=ec;
24401 mp->char_base[n]=mp->next_fmem-bc;
24402 mp->width_base[n]=mp->next_fmem+ec-bc+1;
24403 mp->height_base[n]=mp->width_base[n]+nw;
24404 mp->depth_base[n]=mp->height_base[n]+nh;
24405 mp->next_fmem=mp->next_fmem+whd_size;
24406
24407
24408 @ @<Read the \.{TFM} header@>=
24409 if ( tfm_lh<2 ) goto BAD_TFM;
24410 tf_ignore(4);
24411 tfget; read_two(z);
24412 tfget; z=z*0400+tfbyte;
24413 tfget; z=z*0400+tfbyte; /* now |z| is 16 times the design size */
24414 mp->font_dsize[n]=mp_take_fraction(mp, z,267432584);
24415   /* times ${72\over72.27}2^{28}$ to convert from \TeX\ points */
24416 tf_ignore(4*(tfm_lh-2))
24417
24418 @ @<Read the character data and the width, height, and depth tables...@>=
24419 ii=mp->width_base[n];
24420 i=mp->char_base[n]+bc;
24421 while ( i<ii ) { 
24422   tfget; mp->font_info[i].qqqq.b0=qi(tfbyte);
24423   tfget; h_and_d=tfbyte;
24424   mp->font_info[i].qqqq.b1=h_and_d / 16;
24425   mp->font_info[i].qqqq.b2=h_and_d % 16;
24426   tfget; tfget;
24427   incr(i);
24428 }
24429 while ( i<mp->next_fmem ) {
24430   @<Read a four byte dimension, scale it by the design size, store it in
24431     |font_info[i]|, and increment |i|@>;
24432 }
24433 if (feof(mp->tfm_infile) ) goto BAD_TFM;
24434 goto DONE
24435
24436 @ The raw dimension read into |d| should have magnitude at most $2^{24}$ when
24437 interpreted as an integer, and this includes a scale factor of $2^{20}$.  Thus
24438 we can multiply it by sixteen and think of it as a |fraction| that has been
24439 divided by sixteen.  This cancels the extra scale factor contained in
24440 |font_dsize[n|.
24441
24442 @<Read a four byte dimension, scale it by the design size, store it in...@>=
24443
24444 tfget; d=tfbyte;
24445 if ( d>=0200 ) d=d-0400;
24446 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24447 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24448 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24449 mp->font_info[i].sc=mp_take_fraction(mp, d*16,mp->font_dsize[n]);
24450 incr(i);
24451 }
24452
24453 @ This function does no longer use the file name parser, because |fname| is
24454 a C string already.
24455 @<Open |tfm_infile| for input@>=
24456 file_opened=false;
24457 mp_ptr_scan_file(mp, fname);
24458 if ( strlen(mp->cur_area)==0 ) mp->cur_area=xstrdup(MP_font_area);
24459 if ( strlen(mp->cur_ext)==0 ) mp->cur_ext=xstrdup(".tfm");
24460 mp->tfm_infile = mp_open_file(mp, fname, "rb",mp_filetype_metrics);
24461 if ( !mp->tfm_infile  ) goto BAD_TFM;
24462 file_opened=true
24463
24464 @ When we have a font name and we don't know whether it has been loaded yet,
24465 we scan the |font_name| array before calling |read_font_info|.
24466
24467 @<Declare text measuring subroutines@>=
24468 font_number mp_find_font (MP mp, char *f) {
24469   font_number n;
24470   for (n=0;n<=mp->last_fnum;n++) {
24471     if (mp_xstrcmp(f,mp->font_name[n])==0 )
24472       return n;
24473   }
24474   return mp_read_font_info(mp, f);
24475 }
24476
24477 @ One simple application of |find_font| is the implementation of the |font_size|
24478 operator that gets the design size for a given font name.
24479
24480 @<Find the design size of the font whose name is |cur_exp|@>=
24481 mp_flush_cur_exp(mp, (mp->font_dsize[mp_find_font(mp, str(mp->cur_exp))]+8) / 16)
24482
24483 @ If we discover that the font doesn't have a requested character, we omit it
24484 from the bounding box computation and expect the \ps\ interpreter to drop it.
24485 This routine issues a warning message if the user has asked for it.
24486
24487 @<Declare text measuring subroutines@>=
24488 void mp_lost_warning (MP mp,font_number f, pool_pointer k) { 
24489   if ( mp->internal[tracing_lost_chars]>0 ) { 
24490     mp_begin_diagnostic(mp);
24491     if ( mp->selector==log_only ) incr(mp->selector);
24492     mp_print_nl(mp, "Missing character: There is no ");
24493 @.Missing character@>
24494     mp_print_str(mp, mp->str_pool[k]); 
24495     mp_print(mp, " in font ");
24496     mp_print(mp, mp->font_name[f]); mp_print_char(mp, '!'); 
24497     mp_end_diagnostic(mp, false);
24498   }
24499 }
24500
24501 @ The whole purpose of saving the height, width, and depth information is to be
24502 able to find the bounding box of an item of text in an edge structure.  The
24503 |set_text_box| procedure takes a text node and adds this information.
24504
24505 @<Declare text measuring subroutines@>=
24506 void mp_set_text_box (MP mp,pointer p) {
24507   font_number f; /* |font_n(p)| */
24508   ASCII_code bc,ec; /* range of valid characters for font |f| */
24509   pool_pointer k,kk; /* current character and character to stop at */
24510   four_quarters cc; /* the |char_info| for the current character */
24511   scaled h,d; /* dimensions of the current character */
24512   width_val(p)=0;
24513   height_val(p)=-el_gordo;
24514   depth_val(p)=-el_gordo;
24515   f=font_n(p);
24516   bc=mp->font_bc[f];
24517   ec=mp->font_ec[f];
24518   kk=str_stop(text_p(p));
24519   k=mp->str_start[text_p(p)];
24520   while ( k<kk ) {
24521     @<Adjust |p|'s bounding box to contain |str_pool[k]|; advance |k|@>;
24522   }
24523   @<Set the height and depth to zero if the bounding box is empty@>;
24524 }
24525
24526 @ @<Adjust |p|'s bounding box to contain |str_pool[k]|; advance |k|@>=
24527
24528   if ( (mp->str_pool[k]<bc)||(mp->str_pool[k]>ec) ) {
24529     mp_lost_warning(mp, f,k);
24530   } else { 
24531     cc=char_info(f)(mp->str_pool[k]);
24532     if ( ! ichar_exists(cc) ) {
24533       mp_lost_warning(mp, f,k);
24534     } else { 
24535       width_val(p)=width_val(p)+char_width(f)(cc);
24536       h=char_height(f)(cc);
24537       d=char_depth(f)(cc);
24538       if ( h>height_val(p) ) height_val(p)=h;
24539       if ( d>depth_val(p) ) depth_val(p)=d;
24540     }
24541   }
24542   incr(k);
24543 }
24544
24545 @ Let's hope modern compilers do comparisons correctly when the difference would
24546 overflow.
24547
24548 @<Set the height and depth to zero if the bounding box is empty@>=
24549 if ( height_val(p)<-depth_val(p) ) { 
24550   height_val(p)=0;
24551   depth_val(p)=0;
24552 }
24553
24554 @ The new primitives fontmapfile and fontmapline.
24555
24556 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
24557 void mp_do_mapfile (MP mp) ;
24558 void mp_do_mapline (MP mp) ;
24559
24560 @ @c void mp_do_mapfile (MP mp) { 
24561   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
24562   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
24563     @<Complain about improper map operation@>;
24564   } else {
24565     mp_map_file(mp,mp->cur_exp);
24566   }
24567 }
24568 void mp_do_mapline (MP mp) { 
24569   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
24570   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
24571      @<Complain about improper map operation@>;
24572   } else { 
24573      mp_map_line(mp,mp->cur_exp);
24574   }
24575 }
24576
24577 @ @<Complain about improper map operation@>=
24578
24579   exp_err("Unsuitable expression");
24580   help1("Only known strings can be map files or map lines.");
24581   mp_put_get_error(mp);
24582 }
24583
24584 @
24585 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24586 void mp_ps_print_cmd (MP mp, char *l, char *s) {
24587   if ( mp->internal[mpprocset]>0 ) { ps_room(strlen(s)); mp_print(mp,s); }
24588   else { ps_room(strlen(l)); mp_print(mp, l); };
24589 }
24590 void mp_print_cmd (MP mp,char *l, char *s) {
24591   if ( mp->internal[mpprocset]>0 ) mp_print(mp, s); 
24592   else mp_print(mp, l);
24593 }
24594
24595 @ To print |scaled| value to PDF output we need some subroutines to ensure
24596 accurary.
24597
24598 @d max_integer   0x7FFFFFFF /* $2^{31}-1$ */
24599
24600 @<Glob...@>=
24601 scaled one_bp; /* scaled value corresponds to 1bp */
24602 scaled one_hundred_bp; /* scaled value corresponds to 100bp */
24603 scaled one_hundred_inch; /* scaled value corresponds to 100in */
24604 integer ten_pow[10]; /* $10^0..10^9$ */
24605 integer scaled_out; /* amount of |scaled| that was taken out in |divide_scaled| */
24606
24607 @ @<Set init...@>=
24608 mp->one_bp = 65782; /* 65781.76 */
24609 mp->one_hundred_bp = 6578176;
24610 mp->one_hundred_inch = 473628672;
24611 mp->ten_pow[0] = 1;
24612 for (i = 1;i<= 9; i++ ) {
24613   mp->ten_pow[i] = 10*mp->ten_pow[i - 1];
24614 }
24615
24616 @ The following function divides |s| by |m|. |dd| is number of decimal digits.
24617
24618 @c scaled mp_divide_scaled (MP mp,scaled s, scaled m, integer  dd) {
24619   scaled q,r;
24620   integer sign,i;
24621   sign = 1;
24622   if ( s < 0 ) { sign = -sign; s = -s; }
24623   if ( m < 0 ) { sign = -sign; m = -m; }
24624   if ( m == 0 )
24625     mp_confusion(mp, "arithmetic: divided by zero");
24626   else if ( m >= (max_integer / 10) )
24627     mp_confusion(mp, "arithmetic: number too big");
24628   q = s / m;
24629   r = s % m;
24630   for (i = 1;i<=dd;i++) {
24631     q = 10*q + (10*r) / m;
24632     r = (10*r) % m;
24633   }
24634   if ( 2*r >= m ) { incr(q); r = r - m; }
24635   mp->scaled_out = sign*(s - (r / mp->ten_pow[dd]));
24636   return (sign*q);
24637 }
24638
24639 @* \[44] Shipping pictures out.
24640 The |ship_out| procedure, to be described below, is given a pointer to
24641 an edge structure. Its mission is to output a file containing the \ps\
24642 description of an edge structure.
24643
24644 @ Each time an edge structure is shipped out we write a new \ps\ output
24645 file named according to the current \&{charcode}.
24646 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24647
24648 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24649 void mp_open_output_file (MP mp) ;
24650
24651 @ @c void mp_open_output_file (MP mp) {
24652   integer c; /* \&{charcode} rounded to the nearest integer */
24653   int old_setting; /* previous |selector| setting */
24654   pool_pointer i; /*  indexes into |filename_template|  */
24655   integer cc; /* a temporary integer for template building  */
24656   integer f,g=0; /* field widths */
24657   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
24658   c=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[char_code]);
24659   if ( mp->filename_template==0 ) {
24660     char *s; /* a file extension derived from |c| */
24661     if ( c<0 ) 
24662       s=xstrdup(".ps");
24663     else 
24664       @<Use |c| to compute the file extension |s|@>;
24665     mp_pack_job_name(mp, s);
24666     xfree(s);
24667     while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->ps_file, mp_filetype_postscript) )
24668       mp_prompt_file_name(mp, "file name for output",s);
24669   } else { /* initializations */
24670     str_number s, n; /* a file extension derived from |c| */
24671     old_setting=mp->selector; 
24672     mp->selector=new_string;
24673     f = 0;
24674     i = mp->str_start[mp->filename_template];
24675     n = rts(""); /* initialize */
24676     while ( i<str_stop(mp->filename_template) ) {
24677        if ( mp->str_pool[i]=='%' ) {
24678       CONTINUE:
24679         incr(i);
24680         if ( i<str_stop(mp->filename_template) ) {
24681           if ( mp->str_pool[i]=='j' ) {
24682             mp_print(mp, mp->job_name);
24683           } else if ( mp->str_pool[i]=='d' ) {
24684              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[day]);
24685              print_with_leading_zeroes(cc);
24686           } else if ( mp->str_pool[i]=='m' ) {
24687              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[month]);
24688              print_with_leading_zeroes(cc);
24689           } else if ( mp->str_pool[i]=='y' ) {
24690              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[year]);
24691              print_with_leading_zeroes(cc);
24692           } else if ( mp->str_pool[i]=='H' ) {
24693              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]) / 60;
24694              print_with_leading_zeroes(cc);
24695           }  else if ( mp->str_pool[i]=='M' ) {
24696              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]) % 60;
24697              print_with_leading_zeroes(cc);
24698           } else if ( mp->str_pool[i]=='c' ) {
24699             if ( c<0 ) mp_print(mp, "ps");
24700             else print_with_leading_zeroes(c);
24701           } else if ( (mp->str_pool[i]>='0') && 
24702                       (mp->str_pool[i]<='9') ) {
24703             if ( (f<10)  )
24704               f = (f*10) + mp->str_pool[i]-'0';
24705             goto CONTINUE;
24706           } else {
24707             mp_print_str(mp, mp->str_pool[i]);
24708           }
24709         }
24710       } else {
24711         if ( mp->str_pool[i]=='.' )
24712           if (length(n)==0)
24713             n = mp_make_string(mp);
24714         mp_print_str(mp, mp->str_pool[i]);
24715       };
24716       incr(i);
24717     };
24718     s = mp_make_string(mp);
24719     mp->selector= old_setting;
24720     if (length(n)==0) {
24721        n=s;
24722        s=rts("");
24723     };
24724     mp_pack_file_name(mp, str(n),"",str(s));
24725     while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->ps_file, mp_filetype_postscript) )
24726       mp_prompt_file_name(mp, "file name for output",str(s));
24727     delete_str_ref(n);
24728     delete_str_ref(s);
24729   }
24730   @<Store the true output file name if appropriate@>;
24731   @<Begin the progress report for the output of picture~|c|@>;
24732 }
24733
24734 @ The file extension created here could be up to five characters long in
24735 extreme cases so it may have to be shortened on some systems.
24736 @^system dependencies@>
24737
24738 @<Use |c| to compute the file extension |s|@>=
24739
24740   s = xmalloc(7,1);
24741   snprintf(s,7,".%i",(int)c);
24742 }
24743
24744 @ The user won't want to see all the output file names so we only save the
24745 first and last ones and a count of how many there were.  For this purpose
24746 files are ordered primarily by \&{charcode} and secondarily by order of
24747 creation.
24748 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24749
24750 @<Store the true output file name if appropriate@>=
24751 if ((c<mp->first_output_code)&&(mp->first_output_code>=0)) {
24752   mp->first_output_code=c;
24753   xfree(mp->first_file_name);
24754   mp->first_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
24755 }
24756 if ( c>=mp->last_output_code ) {
24757   mp->last_output_code=c;
24758   xfree(mp->last_file_name);
24759   mp->last_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
24760 }
24761
24762 @ @<Glob...@>=
24763 char * first_file_name;
24764 char * last_file_name; /* full file names */
24765 integer first_output_code;integer last_output_code; /* rounded \&{charcode} values */
24766 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24767 integer total_shipped; /* total number of |ship_out| operations completed */
24768
24769 @ @<Set init...@>=
24770 mp->first_file_name=xstrdup("");
24771 mp->last_file_name=xstrdup("");
24772 mp->first_output_code=32768;
24773 mp->last_output_code=-32768;
24774 mp->total_shipped=0;
24775
24776 @ @<Dealloc variables@>=
24777 xfree(mp->first_file_name);
24778 xfree(mp->last_file_name);
24779
24780 @ @<Begin the progress report for the output of picture~|c|@>=
24781 if ( (int)mp->term_offset>mp->max_print_line-6 ) mp_print_ln(mp);
24782 else if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_char(mp, ' ');
24783 mp_print_char(mp, '[');
24784 if ( c>=0 ) mp_print_int(mp, c)
24785
24786 @ @<End progress report@>=
24787 mp_print_char(mp, ']');
24788 update_terminal;
24789 incr(mp->total_shipped)
24790
24791 @ @<Explain what output files were written@>=
24792 if ( mp->total_shipped>0 ) { 
24793   mp_print_nl(mp, "");
24794   mp_print_int(mp, mp->total_shipped);
24795   mp_print(mp, " output file");
24796   if ( mp->total_shipped>1 ) mp_print_char(mp, 's');
24797   mp_print(mp, " written: ");
24798   mp_print(mp, mp->first_file_name);
24799   if ( mp->total_shipped>1 ) {
24800     if ( 31+strlen(mp->first_file_name)+
24801          strlen(mp->last_file_name)> (unsigned)mp->max_print_line) 
24802       mp_print_ln(mp);
24803     mp_print(mp, " .. ");
24804     mp_print(mp, mp->last_file_name);
24805   }
24806 }
24807
24808 @ We often need to print a pair of coordinates.
24809
24810 @d ps_room(A) if ( (mp->ps_offset+(int)(A))>mp->max_print_line ) 
24811   mp_print_ln(mp) /* optional line break */
24812
24813 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24814 void mp_ps_pair_out (MP mp,scaled x, scaled y) { 
24815   ps_room(26);
24816   mp_print_scaled(mp, x); mp_print_char(mp, ' ');
24817   mp_print_scaled(mp, y); mp_print_char(mp, ' ');
24818 }
24819
24820 @ @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24821 void mp_ps_print (MP mp,char *s) { 
24822    ps_room(strlen(s));
24823    mp_print(mp, s);
24824 };
24825
24826 @ @<Exported...@>=
24827 void mp_ps_print (MP mp,char *s) ;
24828
24829
24830 @ The most important output procedure is the one that gives the \ps\ version of
24831 a \MP\ path.
24832
24833 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24834 void mp_ps_path_out (MP mp,pointer h) {
24835   pointer p,q; /* for scanning the path */
24836   scaled d; /* a temporary value */
24837   boolean curved; /* |true| unless the cubic is almost straight */
24838   ps_room(40);
24839   if ( mp->need_newpath ) 
24840     mp_print_cmd(mp, "newpath ","n ");
24841   mp->need_newpath=true;
24842   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(h),y_coord(h));
24843   mp_print_cmd(mp, "moveto","m");
24844   p=h;
24845   do {  
24846     if ( right_type(p)==endpoint ) { 
24847       if ( p==h ) mp_ps_print_cmd(mp, " 0 0 rlineto"," 0 0 r");
24848       return;
24849     }
24850     q=link(p);
24851     @<Start a new line and print the \ps\ commands for the curve from
24852       |p| to~|q|@>;
24853     p=q;
24854   } while (p!=h);
24855   mp_ps_print_cmd(mp, " closepath"," p");
24856 }
24857
24858 @ @<Glob...@>=
24859 boolean need_newpath;
24860   /* will |ps_path_out| need to issue a \&{newpath} command next time */
24861 @:newpath_}{\&{newpath} command@>
24862
24863 @ @<Start a new line and print the \ps\ commands for the curve from...@>=
24864 curved=true;
24865 @<Set |curved:=false| if the cubic from |p| to |q| is almost straight@>;
24866 mp_print_ln(mp);
24867 if ( curved ){ 
24868   mp_ps_pair_out(mp, right_x(p),right_y(p));
24869   mp_ps_pair_out(mp, left_x(q),left_y(q));
24870   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(q),y_coord(q));
24871   mp_ps_print_cmd(mp, "curveto","c");
24872 } else if ( q!=h ){ 
24873   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(q),y_coord(q));
24874   mp_ps_print_cmd(mp, "lineto","l");
24875 }
24876
24877 @ Two types of straight lines come up often in \MP\ paths:
24878 cubics with zero initial and final velocity as created by |make_path| or
24879 |make_envelope|, and cubics with control points uniformly spaced on a line
24880 as created by |make_choices|.
24881
24882 @d bend_tolerance 131 /* allow rounding error of $2\cdot10^{-3}$ */
24883
24884 @<Set |curved:=false| if the cubic from |p| to |q| is almost straight@>=
24885 if ( right_x(p)==x_coord(p) )
24886   if ( right_y(p)==y_coord(p) )
24887     if ( left_x(q)==x_coord(q) )
24888       if ( left_y(q)==y_coord(q) ) curved=false;
24889 d=left_x(q)-right_x(p);
24890 if ( abs(right_x(p)-x_coord(p)-d)<=bend_tolerance )
24891   if ( abs(x_coord(q)-left_x(q)-d)<=bend_tolerance )
24892     { d=left_y(q)-right_y(p);
24893     if ( abs(right_y(p)-y_coord(p)-d)<=bend_tolerance )
24894       if ( abs(y_coord(q)-left_y(q)-d)<=bend_tolerance ) curved=false;
24895     }
24896
24897 @ We need to keep track of several parameters from the \ps\ graphics state.
24898 @^graphics state@>
24899 This allows us to be sure that \ps\ has the correct values when they are
24900 needed without wasting time and space setting them unnecessarily.
24901
24902 @d gs_node_size 10
24903 @d gs_red        mp->mem[mp->gs_state+1].sc
24904 @d gs_green      mp->mem[mp->gs_state+2].sc
24905 @d gs_blue       mp->mem[mp->gs_state+3].sc
24906 @d gs_black      mp->mem[mp->gs_state+4].sc
24907    /* color from the last \&{setcmykcolor} or \&{setrgbcolor} or \&{setgray} command */
24908 @d gs_colormodel mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b0
24909    /* the current colormodel */
24910 @d gs_ljoin      mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b1
24911 @d gs_lcap       mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b2
24912    /* values from the last \&{setlinejoin} and \&{setlinecap} commands */
24913 @d gs_adj_wx     mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b3
24914    /* what resolution-dependent adjustment applies to the width */
24915 @d gs_miterlim   mp->mem[mp->gs_state+6].sc
24916    /* the value from the last \&{setmiterlimit} command */
24917 @d gs_dash_p     mp->mem[mp->gs_state+7].hh.lh
24918    /* edge structure for last \&{setdash} command */
24919 @d gs_previous   mp->mem[mp->gs_state+7].hh.rh
24920    /* backlink to the previous |gs_state| structure */
24921 @d gs_dash_sc    mp->mem[mp->gs_state+8].sc
24922    /* scale factor used with |gs_dash_p| */
24923 @d gs_width      mp->mem[mp->gs_state+9].sc
24924    /* width setting or $-1$ if no \&{setlinewidth} command so far */
24925
24926 @<Glob...@>=
24927 pointer gs_state;
24928
24929 @ @<Set init...@>=
24930 mp->gs_state=null;
24931
24932 @ To avoid making undue assumptions about the initial graphics state, these
24933 parameters are given special values that are guaranteed not to match anything
24934 in the edge structure being shipped out.  On the other hand, the initial color
24935 should be black so that the translation of an all-black picture will have no
24936 \&{setcolor} commands.  (These would be undesirable in a font application.)
24937 Hence we use |c=0| when initializing the graphics state and we use |c<0|
24938 to recover from a situation where we have lost track of the graphics state.
24939
24940 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24941 void mp_unknown_graphics_state (MP mp,scaled c) ;
24942
24943 @ @c void mp_unknown_graphics_state (MP mp,scaled c) {
24944   pointer p; /* to shift graphic states around */
24945   quarterword k; /* a loop index for copying the |gs_state| */
24946   if ( (c==0)||(c==-1) ) {
24947     if ( mp->gs_state==null ) {
24948       mp->gs_state = mp_get_node(mp, gs_node_size);
24949       gs_previous=null;
24950     } else {
24951       while ( gs_previous!=null ) {
24952         p = gs_previous;
24953         mp_free_node(mp, mp->gs_state,gs_node_size);
24954         mp->gs_state=p;
24955       }
24956     }
24957     gs_red=c; gs_green=c; gs_blue=c; gs_black=c;
24958     gs_colormodel=uninitialized_model;
24959     gs_ljoin=3;
24960     gs_lcap=3;
24961     gs_miterlim=0;
24962     gs_dash_p=diov;
24963     gs_dash_sc=0;
24964     gs_width=-1;
24965   } else if ( c==1 ) {
24966     p= mp->gs_state;
24967     mp->gs_state = mp_get_node(mp, gs_node_size);
24968     for (k=1;k<=gs_node_size-1;k++)
24969       mp->mem[mp->gs_state+k]=mp->mem[p+k];
24970     gs_previous = p;
24971   } else if ( c==2 ) {
24972     p = gs_previous;
24973     mp_free_node(mp, mp->gs_state,gs_node_size);
24974     mp->gs_state=p;
24975   }
24976 }
24977
24978 @ When it is time to output a graphical object, |fix_graphics_state| ensures
24979 that \ps's idea of the graphics state agrees with what is stored in the object.
24980
24981 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24982 @<Declare subroutines needed by |fix_graphics_state|@>;
24983 void mp_fix_graphics_state (MP mp, pointer p) ;
24984
24985 @ @c 
24986 void mp_fix_graphics_state (MP mp, pointer p) {
24987   /* get ready to output graphical object |p| */
24988   pointer hh,pp; /* for list manipulation */
24989   scaled wx,wy,ww; /* dimensions of pen bounding box */
24990   boolean adj_wx; /* whether pixel rounding should be based on |wx| or |wy| */
24991   integer tx,ty; /* temporaries for computing |adj_wx| */
24992   scaled scf; /* a scale factor for the dash pattern */
24993   if ( has_color(p) )
24994     @<Make sure \ps\ will use the right color for object~|p|@>;
24995   if ( (type(p)==fill_code)||(type(p)==stroked_code) )
24996     if ( pen_p(p)!=null )
24997       if ( pen_is_elliptical(pen_p(p)) ) {
24998         @<Generate \ps\ code that sets the stroke width to the
24999           appropriate rounded value@>;
25000         @<Make sure \ps\ will use the right dash pattern for |dash_p(p)|@>;
25001         @<Decide whether the line cap parameter matters and set it if necessary@>;
25002         @<Set the other numeric parameters as needed for object~|p|@>;
25003       }
25004   if ( mp->ps_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
25005 }
25006
25007 @ @<Decide whether the line cap parameter matters and set it if necessary@>=
25008 if ( type(p)==stroked_code )
25009   if ( (left_type(path_p(p))==endpoint)||(dash_p(p)!=null) )
25010     if ( gs_lcap!=lcap_val(p) ) {
25011       ps_room(13);
25012       mp_print_char(mp, ' ');
25013       mp_print_char(mp, '0'+lcap_val(p)); 
25014       mp_print_cmd(mp, " setlinecap"," lc");
25015       gs_lcap=lcap_val(p);
25016     }
25017
25018 @ @<Set the other numeric parameters as needed for object~|p|@>=
25019 if ( gs_ljoin!=ljoin_val(p) ) {
25020   ps_room(14);
25021   mp_print_char(mp, ' ');
25022   mp_print_char(mp, '0'+ljoin_val(p)); mp_print_cmd(mp, " setlinejoin"," lj");
25023   gs_ljoin=ljoin_val(p);
25024 }
25025 if ( gs_miterlim!=miterlim_val(p) ) {
25026   ps_room(27);
25027   mp_print_char(mp, ' ');
25028   mp_print_scaled(mp, miterlim_val(p)); mp_print_cmd(mp, " setmiterlimit"," ml");
25029   gs_miterlim=miterlim_val(p);
25030 }
25031
25032 @ @<Make sure \ps\ will use the right color for object~|p|@>=
25033 {
25034   if ( (color_model(p)==rgb_model)||
25035      ((color_model(p)==uninitialized_model)&&
25036      ((mp->internal[default_color_model] / unity)==rgb_model)) ) {
25037   if ( (gs_colormodel!=rgb_model)||(gs_red!=red_val(p))||
25038       (gs_green!=green_val(p))||(gs_blue!=blue_val(p)) ) {
25039       gs_red=red_val(p);
25040       gs_green=green_val(p);
25041       gs_blue=blue_val(p);
25042       gs_black= -1;
25043       gs_colormodel=rgb_model;
25044       { ps_room(36);
25045         mp_print_char(mp, ' ');
25046         mp_print_scaled(mp, gs_red); mp_print_char(mp, ' ');
25047         mp_print_scaled(mp, gs_green); mp_print_char(mp, ' ');
25048         mp_print_scaled(mp, gs_blue);
25049         mp_print_cmd(mp, " setrgbcolor", " R");
25050       }
25051     }
25052   } else if ( (color_model(p)==cmyk_model)||
25053      ((color_model(p)==uninitialized_model)&&
25054      ((mp->internal[default_color_model] / unity)==cmyk_model)) ) {
25055    if ( (gs_red!=cyan_val(p))||(gs_green!=magenta_val(p))||
25056       (gs_blue!=yellow_val(p))||(gs_black!=black_val(p))||
25057       (gs_colormodel!=cmyk_model) ) {
25058       if ( color_model(p)==uninitialized_model ) {
25059         gs_red=0;
25060         gs_green=0;
25061         gs_blue=0;
25062         gs_black=unity;
25063       } else {
25064         gs_red=cyan_val(p);
25065         gs_green=magenta_val(p);
25066         gs_blue=yellow_val(p);
25067         gs_black=black_val(p);
25068       }
25069       gs_colormodel=cmyk_model;
25070       { ps_room(45);
25071         mp_print_char(mp, ' ');
25072         mp_print_scaled(mp, gs_red); mp_print_char(mp, ' ');
25073         mp_print_scaled(mp, gs_green); mp_print_char(mp, ' ');
25074         mp_print_scaled(mp, gs_blue); mp_print_char(mp, ' ');
25075         mp_print_scaled(mp, gs_black);
25076         mp_print_cmd(mp, " setcmykcolor"," C");
25077       }
25078     }
25079   } else if ( (color_model(p)==grey_model)||
25080     ((color_model(p)==uninitialized_model)&&
25081      ((mp->internal[default_color_model] / unity)==grey_model)) ) {
25082    if ( (gs_red!=grey_val(p))||(gs_colormodel!=grey_model) ) {
25083       gs_red = grey_val(p);
25084       gs_green= -1;
25085       gs_blue= -1;
25086       gs_black= -1;
25087       gs_colormodel=grey_model;
25088       { ps_room(16);
25089         mp_print_char(mp, ' ');
25090         mp_print_scaled(mp, gs_red);
25091         mp_print_cmd(mp, " setgray"," G");
25092       }
25093     }
25094   }
25095   if ( color_model(p)==no_model )
25096     gs_colormodel=no_model;
25097 }
25098
25099 @ In order to get consistent widths for horizontal and vertical pen strokes, we
25100 want \ps\ to use an integer number of pixels for the \&{setwidth} parameter.
25101 @:setwidth}{\&{setwidth}command@>
25102 We set |gs_width| to the ideal horizontal or vertical stroke width and then
25103 generate \ps\ code that computes the rounded value.  For non-circular pens, the
25104 pen shape will be rescaled so that horizontal or vertical parts of the stroke
25105 have the computed width.
25106
25107 Rounding the width to whole pixels is not likely to improve the appearance of
25108 diagonal or curved strokes, but we do it anyway for consistency.  The
25109 \&{truncate} command generated here tends to make all the strokes a little
25110 @:truncate}{\&{truncate} command@>
25111 thinner, but this is appropriate for \ps's scan-conversion rules.  Even with
25112 truncation, an ideal with of $w$~pixels gets mapped into $\lfloor w\rfloor+1$.
25113 It would be better to have $\lceil w\rceil$ but that is ridiculously expensive
25114 to compute in \ps.
25115
25116 @<Generate \ps\ code that sets the stroke width...@>=
25117 @<Set |wx| and |wy| to the width and height of the bounding box for
25118   |pen_p(p)|@>;
25119 @<Use |pen_p(p)| and |path_p(p)| to decide whether |wx| or |wy| is more
25120   important and set |adj_wx| and |ww| accordingly@>;
25121 if ( (ww!=gs_width) || (adj_wx!=gs_adj_wx) ) {
25122   if ( adj_wx ) {
25123     ps_room(13);
25124     mp_print_char(mp, ' '); mp_print_scaled(mp, ww);
25125     mp_ps_print_cmd(mp, 
25126       " 0 dtransform exch truncate exch idtransform pop setlinewidth"," hlw");
25127   } else {
25128     if ( mp->internal[mpprocset]>0 ) {
25129       ps_room(13);
25130       mp_print_char(mp, ' ');
25131       mp_print_scaled(mp, ww);
25132       mp_ps_print(mp, " vlw");
25133     } else { 
25134       ps_room(15);
25135       mp_print(mp, " 0 "); mp_print_scaled(mp, ww);
25136       mp_ps_print(mp, " dtransform truncate idtransform setlinewidth pop");
25137     }
25138   }
25139   gs_width = ww;
25140   gs_adj_wx = adj_wx;
25141 }
25142
25143 @ @<Set |wx| and |wy| to the width and height of the bounding box for...@>=
25144 pp=pen_p(p);
25145 if ( (right_x(pp)==x_coord(pp)) && (left_y(pp)==y_coord(pp)) ) {
25146   wx = abs(left_x(pp) - x_coord(pp));
25147   wy = abs(right_y(pp) - y_coord(pp));
25148 } else {
25149   wx = mp_pyth_add(mp, left_x(pp)-x_coord(pp), right_x(pp)-x_coord(pp));
25150   wy = mp_pyth_add(mp, left_y(pp)-y_coord(pp), right_y(pp)-y_coord(pp));
25151 }
25152
25153 @ The path is considered ``essentially horizontal'' if its range of
25154 $y$~coordinates is less than the $y$~range |wy| for the pen.  ``Essentially
25155 vertical'' paths are detected similarly.  This code ensures that no component
25156 of the pen transformation is more that |aspect_bound*(ww+1)|.
25157
25158 @d aspect_bound 10 /* ``less important'' of |wx|, |wy| cannot exceed the other by
25159     more than this factor */
25160
25161 @<Use |pen_p(p)| and |path_p(p)| to decide whether |wx| or |wy| is more...@>=
25162 tx=1; ty=1;
25163 if ( mp_coord_rangeOK(mp, path_p(p), y_loc(0), wy) ) tx=aspect_bound;
25164 else if ( mp_coord_rangeOK(mp, path_p(p), x_loc(0), wx) ) ty=aspect_bound;
25165 if ( wy / ty>=wx / tx ) { ww=wy; adj_wx=false; }
25166 else { ww=wx; adj_wx=true;  }
25167
25168 @ This routine quickly tests if path |h| is ``essentially horizontal'' or
25169 ``essentially vertical,'' where |zoff| is |x_loc(0)| or |y_loc(0)| and |dz| is
25170 allowable range for $x$ or~$y$.  We do not need and cannot afford a full
25171 bounding-box computation.
25172
25173 @<Declare subroutines needed by |fix_graphics_state|@>=
25174 boolean mp_coord_rangeOK (MP mp,pointer h, 
25175                           small_number  zoff, scaled dz) {
25176   pointer p; /* for scanning the path form |h| */
25177   scaled zlo,zhi; /* coordinate range so far */
25178   scaled z; /* coordinate currently being tested */
25179   zlo=knot_coord(h+zoff);
25180   zhi=zlo;
25181   p=h;
25182   while ( right_type(p)!=endpoint ) {
25183     z=right_coord(p+zoff);
25184     @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>;
25185     p=link(p);
25186     z=left_coord(p+zoff);
25187     @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>;
25188     z=knot_coord(p+zoff);
25189     @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>;
25190     if ( p==h ) break;
25191   }
25192   return true;
25193 }
25194
25195 @ @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>=
25196 if ( z<zlo ) zlo=z;
25197 else if ( z>zhi ) zhi=z;
25198 if ( zhi-zlo>dz ) return false
25199
25200 @ Filling with an elliptical pen is implemented via a combination of \&{stroke}
25201 and \&{fill} commands and a nontrivial dash pattern would interfere with this.
25202 @:stroke}{\&{stroke} command@>
25203 @:fill}{\&{fill} command@>
25204 Note that we don't use |delete_edge_ref| because |gs_dash_p| is not counted as
25205 a reference.
25206
25207 @<Make sure \ps\ will use the right dash pattern for |dash_p(p)|@>=
25208 if ( type(p)==fill_code ) {
25209   hh=null;
25210 } else { 
25211   hh=dash_p(p);
25212   scf=mp_get_pen_scale(mp, pen_p(p));
25213   if ( scf==0 ) {
25214     if ( gs_width==0 ) scf=dash_scale(p);  else hh=null;
25215   } else { 
25216     scf=mp_make_scaled(mp, gs_width,scf);
25217     scf=mp_take_scaled(mp, scf,dash_scale(p));
25218   }
25219 }
25220 if ( hh==null ) {
25221   if ( gs_dash_p!=null ) {
25222     mp_ps_print_cmd(mp, " [] 0 setdash"," rd");
25223     gs_dash_p=null;
25224   }
25225 } else if ( (gs_dash_sc!=scf) || ! mp_same_dashes(mp, gs_dash_p,hh) ) {
25226   @<Set the dash pattern from |dash_list(hh)| scaled by |scf|@>;
25227 }
25228
25229 @ Translating a dash list into \ps\ is very similar to printing it symbolically
25230 in |print_edges|.  A dash pattern with |dash_y(hh)=0| has length zero and is
25231 ignored.  The same fate applies in the bizarre case of a dash pattern that
25232 cannot be printed without overflow.
25233
25234 @<Set the dash pattern from |dash_list(hh)| scaled by |scf|@>=
25235 { gs_dash_p=hh;
25236   gs_dash_sc=scf;
25237   if ( (dash_y(hh)==0) || (abs(dash_y(hh)) / unity >= el_gordo / scf)){
25238     mp_ps_print_cmd(mp, " [] 0 setdash"," rd");
25239   } else { 
25240     pp=dash_list(hh);
25241     start_x(null_dash)=start_x(pp)+dash_y(hh);
25242     ps_room(28);
25243     mp_print(mp, " [");
25244     while ( pp!=null_dash ) {
25245       mp_ps_pair_out(mp, mp_take_scaled(mp, stop_x(pp)-start_x(pp),scf),
25246                          mp_take_scaled(mp, start_x(link(pp))-stop_x(pp),scf));
25247       pp=link(pp);
25248     }
25249     ps_room(22);
25250     mp_print(mp, "] ");
25251     mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, mp_dash_offset(mp, hh),scf));
25252     mp_print_cmd(mp, " setdash"," sd");
25253   }
25254 }
25255
25256 @ @<Declare subroutines needed by |fix_graphics_state|@>=
25257 boolean mp_same_dashes (MP mp,pointer h, pointer hh) ;
25258
25259 @ @c
25260 boolean mp_same_dashes (MP mp,pointer h, pointer hh) {
25261   /* do |h| and |hh| represent the same dash pattern? */
25262   pointer p,pp; /* dash nodes being compared */
25263   if ( h==hh ) return true;
25264   else if ( (h<=diov)||(hh<=diov) ) return false;
25265   else if ( dash_y(h)!=dash_y(hh) ) return false;
25266   else { @<Compare |dash_list(h)| and |dash_list(hh)|@>; }
25267   return false; /* can't happen */
25268 }
25269
25270 @ @<Compare |dash_list(h)| and |dash_list(hh)|@>=
25271 { p=dash_list(h);
25272   pp=dash_list(hh);
25273   while ( (p!=null_dash)&&(pp!=null_dash) ) {
25274     if ( (start_x(p)!=start_x(pp))||(stop_x(p)!=stop_x(pp)) ) {
25275       break;
25276     } else { 
25277       p=link(p);
25278       pp=link(pp);
25279     }
25280   }
25281   return (p==pp);
25282 }
25283
25284 @ When stroking a path with an elliptical pen, it is necessary to transform
25285 the coordinate system so that a unit circular pen will have the desired shape.
25286 To keep this transformation local, we enclose it in a
25287 $$\&{gsave}\ldots\&{grestore}$$
25288 block. Any translation component must be applied to the path being stroked
25289 while the rest of the transformation must apply only to the pen.
25290 If |fill_also=true|, the path is to be filled as well as stroked so we must
25291 insert commands to do this after giving the path.
25292
25293 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25294 void mp_stroke_ellipse (MP mp,pointer h, boolean fill_also) ;
25295
25296
25297 @c void mp_stroke_ellipse (MP mp,pointer h, boolean fill_also) {
25298   /* generate an elliptical pen stroke from object |h| */
25299   scaled txx,txy,tyx,tyy; /* transformation parameters */
25300   pointer p; /* the pen to stroke with */
25301   scaled d1,det; /* for tweaking transformation parameters */
25302   integer s; /* also for tweaking transformation paramters */
25303   boolean transformed; /* keeps track of whether gsave/grestore are needed */
25304   transformed=false;
25305   @<Use |pen_p(h)| to set the transformation parameters and give the initial
25306     translation@>;
25307   @<Tweak the transformation parameters so the transformation is nonsingular@>;
25308   mp_ps_path_out(mp, path_p(h));
25309   if ( mp->internal[mpprocset]==0 ) {
25310     if ( fill_also ) mp_print_nl(mp, "gsave fill grestore");
25311     @<Issue \ps\ commands to transform the coordinate system@>;
25312     mp_ps_print(mp, " stroke");
25313     if ( transformed ) mp_ps_print(mp, " grestore");
25314   } else {
25315     if ( fill_also ) mp_print_nl(mp, "B"); else mp_print_ln(mp);
25316     if ( (txy!=0)||(tyx!=0) ) {
25317       mp_print(mp, " [");
25318       mp_ps_pair_out(mp, txx,tyx);
25319       mp_ps_pair_out(mp, txy,tyy);
25320       mp_ps_print(mp, "0 0] t");
25321     } else if ((txx!=unity)||(tyy!=unity) )  {
25322       mp_ps_pair_out(mp,txx,tyy);
25323       mp_print(mp, " s");
25324     };
25325     mp_ps_print(mp, " S");
25326     if ( transformed ) mp_ps_print(mp, " Q");
25327   }
25328   mp_print_ln(mp);
25329 }
25330
25331 @ @<Use |pen_p(h)| to set the transformation parameters and give the...@>=
25332 p=pen_p(h);
25333 txx=left_x(p);
25334 tyx=left_y(p);
25335 txy=right_x(p);
25336 tyy=right_y(p);
25337 if ( (x_coord(p)!=0)||(y_coord(p)!=0) ) {
25338   mp_print_nl(mp, ""); mp_print_cmd(mp, "gsave ","q ");
25339   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(p),y_coord(p));
25340   mp_ps_print(mp, "translate ");
25341   txx-=x_coord(p);
25342   tyx-=y_coord(p);
25343   txy-=x_coord(p);
25344   tyy-=y_coord(p);
25345   transformed=true;
25346 } else {
25347   mp_print_nl(mp, "");
25348 }
25349 @<Adjust the transformation to account for |gs_width| and output the
25350   initial \&{gsave} if |transformed| should be |true|@>
25351
25352 @ @<Adjust the transformation to account for |gs_width| and output the...@>=
25353 if ( gs_width!=unity ) {
25354   if ( gs_width==0 ) { 
25355     txx=unity; tyy=unity;
25356   } else { 
25357     txx=mp_make_scaled(mp, txx,gs_width);
25358     txy=mp_make_scaled(mp, txy,gs_width);
25359     tyx=mp_make_scaled(mp, tyx,gs_width);
25360     tyy=mp_make_scaled(mp, tyy,gs_width);
25361   };
25362 }
25363 if ( (txy!=0)||(tyx!=0)||(txx!=unity)||(tyy!=unity) ) {
25364   if ( (! transformed) ){ 
25365     mp_ps_print_cmd(mp, "gsave ","q ");
25366     transformed=true;
25367   }
25368 }
25369
25370 @ @<Issue \ps\ commands to transform the coordinate system@>=
25371 if ( (txy!=0)||(tyx!=0) ){ 
25372   mp_print_ln(mp);
25373   mp_print_char(mp, '[');
25374   mp_ps_pair_out(mp, txx,tyx);
25375   mp_ps_pair_out(mp, txy,tyy);
25376   mp_ps_print(mp, "0 0] concat");
25377 } else if ( (txx!=unity)||(tyy!=unity) ){ 
25378   mp_print_ln(mp);
25379   mp_ps_pair_out(mp, txx,tyy);
25380   mp_print(mp, "scale");
25381 }
25382
25383 @ The \ps\ interpreter will probably abort if it encounters a singular
25384 transformation matrix.  The determinant must be large enough to ensure that
25385 the printed representation will be nonsingular.  Since the printed
25386 representation is always within $2^{-17}$ of the internal |scaled| value, the
25387 total error is at most $4T_{\rm max}2^{-17}$, where $T_{\rm max}$ is a bound on
25388 the magnitudes of |txx/65536|, |txy/65536|, etc.
25389
25390 The |aspect_bound*(gs_width+1)| bound on the components of the pen
25391 transformation allows $T_{\rm max}$ to be at most |2*aspect_bound|.
25392
25393 @<Tweak the transformation parameters so the transformation is nonsingular@>=
25394 det=mp_take_scaled(mp, txx,tyy) - mp_take_scaled(mp, txy,tyx);
25395 d1=4*aspect_bound+1;
25396 if ( abs(det)<d1 ) { 
25397   if ( det>=0 ) { d1=d1-det; s=1;  }
25398   else { d1=-d1-det; s=-1;  };
25399   d1=d1*unity;
25400   if ( abs(txx)+abs(tyy)>=abs(txy)+abs(tyy) ) {
25401     if ( abs(txx)>abs(tyy) ) tyy=tyy+(d1+s*abs(txx)) / txx;
25402     else txx=txx+(d1+s*abs(tyy)) / tyy;
25403   } else {
25404     if ( abs(txy)>abs(tyx) ) tyx=tyx+(d1+s*abs(txy)) / txy;
25405     else txy=txy+(d1+s*abs(tyx)) / tyx;
25406   }
25407 }
25408
25409 @ Here is a simple routine that just fills a cycle.
25410
25411 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25412 void mp_ps_fill_out (MP mp,pointer p) ;
25413
25414 @ @c
25415 void mp_ps_fill_out (MP mp,pointer p) { /* fill cyclic path~|p| */
25416   mp_ps_path_out(mp, p);
25417   mp_ps_print_cmd(mp, " fill"," F");
25418   mp_print_ln(mp);
25419 }
25420
25421 @ Given a cyclic path~|p| and a graphical object~|h|, the |do_outer_envelope|
25422 procedure fills the cycle generated by |make_envelope|.  It need not do
25423 anything unless some region has positive winding number with respect to~|p|,
25424 but it does not seem worthwhile to for test this.
25425
25426 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25427 void mp_do_outer_envelope (MP mp,pointer p, pointer h) ;
25428
25429 @ @c
25430 void mp_do_outer_envelope (MP mp,pointer p, pointer h) {
25431   p=mp_make_envelope(mp, p, pen_p(h), ljoin_val(h), 0, miterlim_val(h));
25432   mp_ps_fill_out(mp, p);
25433   mp_toss_knot_list(mp, p);
25434 }
25435
25436 @ A text node may specify an arbitrary transformation but the usual case
25437 involves only shifting, scaling, and occasionally rotation.  The purpose
25438 of |choose_scale| is to select a scale factor so that the remaining
25439 transformation is as ``nice'' as possible.  The definition of ``nice''
25440 is somewhat arbitrary but shifting and $90^\circ$ rotation are especially
25441 nice because they work out well for bitmap fonts.  The code here selects
25442 a scale factor equal to $1/\sqrt2$ times the Frobenius norm of the
25443 non-shifting part of the transformation matrix.  It is careful to avoid
25444 additions that might cause undetected overflow.
25445
25446 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25447 scaled mp_choose_scale (MP mp,pointer p) ;
25448
25449 @ @c scaled mp_choose_scale (MP mp,pointer p) {
25450   /* |p| should point to a text node */
25451   scaled a,b,c,d,ad,bc; /* temporary values */
25452   a=txx_val(p);
25453   b=txy_val(p);
25454   c=tyx_val(p);
25455   d=tyy_val(p);
25456   if ( (a<0) ) negate(a);
25457   if ( (b<0) ) negate(b);
25458   if ( (c<0) ) negate(c);
25459   if ( (d<0) ) negate(d);
25460   ad=half(a-d);
25461   bc=half(b-c);
25462   return mp_pyth_add(mp, mp_pyth_add(mp, d+ad,ad), mp_pyth_add(mp, c+bc,bc));
25463 }
25464
25465 @ @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25466 void mp_ps_string_out (MP mp, char *s) {
25467   char *i; /* current character code position */
25468   ASCII_code k; /* bits to be converted to octal */
25469   mp_print(mp, "(");
25470   i=s;
25471   while (*i) {
25472     if ( mp->ps_offset+5>mp->max_print_line ) {
25473       mp_print_char(mp, '\\');
25474       mp_print_ln(mp);
25475     }
25476     k=*i;
25477     if ( (@<Character |k| is not allowed in PostScript output@>) ) {
25478       mp_print_char(mp, '\\');
25479       mp_print_char(mp, '0'+(k / 64));
25480       mp_print_char(mp, '0'+((k / 8) % 8));
25481       mp_print_char(mp, '0'+(k % 8));
25482     } else { 
25483       if ( (k=='(')||(k==')')||(k=='\\') ) mp_print_char(mp, '\\');
25484       mp_print_char(mp, k);
25485     }
25486     incr(i);
25487   }
25488   mp_print_char(mp, ')');
25489 }
25490
25491
25492 @d mp_is_ps_name(M,A) mp_do_is_ps_name(A)
25493
25494 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25495 boolean mp_do_is_ps_name (char *s) {
25496   char *i; /* current character code position */
25497   ASCII_code k; /* the character being checked */
25498   i=s;
25499   while (*i) {
25500     k=*i;
25501     if ( (k<=' ')||(k>'~') ) return false;
25502     if ( (k=='(')||(k==')')||(k=='<')||(k=='>')||
25503        (k=='{')||(k=='}')||(k=='/')||(k=='%') ) return false;
25504     incr(i);
25505   }
25506   return true;
25507 }
25508
25509 @ @<Exported...@>=
25510 void mp_ps_name_out (MP mp, char *s, boolean lit) ;
25511
25512 @ @c
25513 void mp_ps_name_out (MP mp, char *s, boolean lit) {
25514   ps_room(strlen(s)+2);
25515   mp_print_char(mp, ' ');
25516   if ( mp_is_ps_name(mp, s) ) {
25517     if ( lit ) mp_print_char(mp, '/');
25518       mp_print(mp, s);
25519   } else { 
25520     mp_ps_string_out(mp, s);
25521     if ( ! lit ) mp_ps_print(mp, "cvx ");
25522       mp_ps_print(mp, "cvn");
25523   }
25524 }
25525
25526 @ @<Declare the \ps\ output procedures@>= 
25527 void mp_mark_string_chars (MP mp,font_number f, str_number s) ;
25528
25529 @ @c
25530 void mp_mark_string_chars (MP mp,font_number f, str_number s) {
25531   integer b; /* |char_base[f]| */
25532   ASCII_code bc,ec; /* only characters between these bounds are marked */
25533   pool_pointer k; /* an index into string |s| */
25534   b=mp->char_base[f];
25535   bc=mp->font_bc[f];
25536   ec=mp->font_ec[f];
25537   k=str_stop(s);
25538   while ( k>mp->str_start[s] ){ 
25539     decr(k);
25540     if ( (mp->str_pool[k]>=bc)&&(mp->str_pool[k]<=ec) )
25541       mp->font_info[b+mp->str_pool[k]].qqqq.b3=used;
25542   }
25543 }
25544
25545 @ There may be many sizes of one font and we need to keep track of the
25546 characters used for each size.  This is done by keeping a linked list of
25547 sizes for each font with a counter in each text node giving the appropriate
25548 position in the size list for its font.
25549
25550 @d sc_factor(A) mp->mem[(A)+1].sc /* the scale factor stored in a font size node */
25551 @d font_size_size 2 /* size of a font size node */
25552
25553 @ @<Exported...@>=
25554 boolean mp_has_font_size(MP mp, font_number f );
25555
25556 @ @c 
25557 boolean mp_has_font_size(MP mp, font_number f ) {
25558   return (mp->font_sizes[f]!=null);
25559 }
25560
25561
25562 @ The overflow here is caused by the fact the returned value
25563 has to fit in a |name_type|, which is a quarterword. 
25564
25565 @d fscale_tolerance 65 /* that's $.001\times2^{16}$ */
25566
25567 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25568 quarterword mp_size_index (MP mp, font_number f, scaled s) {
25569   pointer p,q; /* the previous and current font size nodes */
25570   quarterword i; /* the size index for |q| */
25571   q=mp->font_sizes[f];
25572   i=0;
25573   while ( q!=null ) {
25574     if ( abs(s-sc_factor(q))<=fscale_tolerance ) 
25575       return i;
25576     else 
25577       { p=q; q=link(q); incr(i); };
25578     if ( i==max_quarterword )
25579       mp_overflow(mp, "sizes per font",max_quarterword);
25580 @:MetaPost capacity exceeded sizes per font}{\quad sizes per font@>
25581   }
25582   q=mp_get_node(mp, font_size_size);
25583   sc_factor(q)=s;
25584   if ( i==0 ) mp->font_sizes[f]=q;  else link(p)=q;
25585   return i;
25586 }
25587
25588 @ @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25589 scaled mp_indexed_size (MP mp,font_number f, quarterword j) {
25590   pointer p; /* a font size node */
25591   quarterword i; /* the size index for |p| */
25592   p=mp->font_sizes[f];
25593   i=0;
25594   if ( p==null ) mp_confusion(mp, "size");
25595   while ( (i!=j) ) { 
25596     incr(i); p=link(p);
25597     if ( p==null ) mp_confusion(mp, "size");
25598   }
25599   return sc_factor(p);
25600 }
25601
25602 @ @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25603 void mp_clear_sizes (MP mp) ;
25604
25605 @ @c void mp_clear_sizes (MP mp) {
25606   font_number f;  /* the font whose size list is being cleared */
25607   pointer p;  /* current font size nodes */
25608   for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25609     while ( mp->font_sizes[f]!=null ) {
25610       p=mp->font_sizes[f];
25611       mp->font_sizes[f]=link(p);
25612       mp_free_node(mp, p,font_size_size);
25613     }
25614   }
25615 }
25616
25617 @ The \&{special} command saves up lines of text to be printed during the next
25618 |ship_out| operation.  The saved items are stored as a list of capsule tokens.
25619
25620 @<Glob...@>=
25621 pointer last_pending; /* the last token in a list of pending specials */
25622
25623 @ @<Set init...@>=
25624 mp->last_pending=spec_head;
25625
25626 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
25627 case special_command: 
25628   if ( mp->cur_mod==0 ) mp_do_special(mp); else 
25629   if ( mp->cur_mod==1 ) mp_do_mapfile(mp); else 
25630   mp_do_mapline(mp);
25631   break;
25632
25633 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
25634 void mp_do_special (MP mp) ;
25635
25636 @ @c void mp_do_special (MP mp) { 
25637   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
25638   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
25639     @<Complain about improper special operation@>;
25640   } else { 
25641     link(mp->last_pending)=mp_stash_cur_exp(mp);
25642     mp->last_pending=link(mp->last_pending);
25643     link(mp->last_pending)=null;
25644   }
25645 }
25646
25647 @ @<Complain about improper special operation@>=
25648
25649   exp_err("Unsuitable expression");
25650   help1("Only known strings are allowed for output as specials.");
25651   mp_put_get_error(mp);
25652 }
25653
25654 @ @<Print any pending specials@>=
25655 t=link(spec_head);
25656 while ( t!=null ) {
25657   mp_print_str(mp, value(t));
25658   mp_print_ln(mp);
25659   t=link(t);
25660 }
25661 mp_flush_token_list(mp, link(spec_head));
25662 link(spec_head)=null;
25663 mp->last_pending=spec_head
25664
25665 @ We are now ready for the main output procedure.  Note that the |selector|
25666 setting is saved in a global variable so that |begin_diagnostic| can access it.
25667
25668 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25669 void mp_ship_out (MP mp, pointer h) ;
25670
25671 @ @c
25672 void mp_ship_out (MP mp, pointer h) { /* output edge structure |h| */
25673   pointer p; /* the current graphical object */
25674   pointer q; /* something that |p| points to */
25675   integer t; /* a temporary value */
25676   font_number f; /* fonts used in a text node or as loop counters */
25677   font_number ldf;
25678   scaled ds,scf; /* design size and scale factor for a text node */
25679   boolean transformed; /* is the coordinate system being transformed? */
25680   mp_open_output_file(mp);
25681   mp->non_ps_setting=mp->selector; mp->selector=ps_file_only;
25682   if ( (mp->internal[prologues]==two)||(mp->internal[prologues]==three) ) {
25683     @<Print improved initial comment and bounding box for edge structure~|h|@>;
25684     @<Scan all the text nodes and mark the used characters@>;
25685     mp_load_encodings(mp,mp->last_fnum);
25686     @<Update encoding names@>;
25687     @<Print the improved prologue and setup@>;
25688     @<Print any pending specials@>;
25689     mp_unknown_graphics_state(mp, 0);
25690     mp->need_newpath=true;
25691     p=link(dummy_loc(h));
25692     while ( p!=null ) { 
25693       if ( has_color(p) ) {
25694         if ( (pre_script(p))!=null ) {
25695           mp_print_nl (mp, str(pre_script(p))); mp_print_ln(mp);
25696         }
25697       }
25698       mp_fix_graphics_state(mp, p);
25699       switch (type(p)) {
25700       @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>;
25701       case mp_start_bounds_code:
25702       case mp_stop_bounds_code:
25703             break;
25704       } /* all cases are enumerated */
25705       p=link(p);
25706     }
25707     mp_print_cmd(mp, "showpage","P"); mp_print_ln(mp);
25708     mp_print(mp, "%%EOF"); mp_print_ln(mp);
25709     fclose(mp->ps_file);
25710     mp->selector=mp->non_ps_setting;
25711     if ( mp->internal[prologues]<=0 ) mp_clear_sizes(mp);
25712     @<End progress report@>;
25713   } else {
25714     @<Print the initial comment and give the bounding box for edge structure~|h|@>;
25715     if ( (mp->internal[prologues]>0) && (mp->last_ps_fnum<mp->last_fnum) )
25716       mp_read_psname_table(mp);
25717     mp_print_prologue(mp, (mp->internal[prologues]>>16), (mp->internal[mpprocset]>>16), ldf);
25718     mp_print_nl(mp, "%%Page: 1 1"); mp_print_ln(mp);
25719     @<Print any pending specials@>;
25720     mp_unknown_graphics_state(mp, 0);
25721     mp->need_newpath=true;
25722     p=link(dummy_loc(h));
25723     while ( p!=null ) { 
25724       if ( has_color(p) ) {
25725         if ( (pre_script(p))!=null ) {
25726           mp_print_nl (mp, str(pre_script(p))); mp_print_ln(mp);
25727         }
25728       }
25729       mp_fix_graphics_state(mp, p);
25730       switch (type(p)) {
25731       @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>;
25732       case mp_start_bounds_code:
25733       case mp_stop_bounds_code: 
25734         break;
25735       } /* all cases are enumerated */
25736       p=link(p);
25737     }
25738     mp_print_cmd(mp, "showpage","P"); mp_print_ln(mp);
25739     mp_print(mp, "%%EOF"); mp_print_ln(mp);
25740     fclose(mp->ps_file);
25741     mp->selector=mp->non_ps_setting;
25742     if ( mp->internal[prologues]<=0 ) mp_clear_sizes(mp);
25743     @<End progress report@>;
25744   }
25745   if ( mp->internal[tracing_output]>0 ) 
25746    mp_print_edges(mp, h," (just shipped out)",true);
25747 }
25748
25749 @ @<Exported...@>=
25750 void mp_apply_mark_string_chars(MP mp, pointer h, int next_size);
25751
25752 @ @c
25753 void mp_apply_mark_string_chars(MP mp, pointer h, int next_size) {
25754   pointer p;
25755   p=link(dummy_loc(h));
25756   while ( p!=null ) {
25757     if ( type(p)==text_code )
25758       if ( font_n(p)!=null_font )
25759         if ( name_type(p)==next_size )
25760           mp_mark_string_chars(mp, font_n(p),text_p(p));
25761     p=link(p);
25762   }
25763 }
25764
25765 @
25766 @<Print the improved prologue and setup@>=
25767 {
25768   mp_print_improved_prologue(mp, (mp->internal[prologues]>>16),(mp->internal[mpprocset]>>16),
25769                             (mp->internal[gtroffmode]>>16), null, h);
25770 }
25771
25772 @
25773 @<Print improved initial comment and bounding box for edge...@>=
25774 mp_print(mp, "%!PS-Adobe-3.0 EPSF-3.0");
25775 mp_print_nl(mp, "%%BoundingBox: ");
25776 mp_set_bbox(mp, h,true);
25777 if ( minx_val(h)>maxx_val(h) ) {
25778   mp_print(mp, "0 0 0 0");
25779 } else { 
25780   mp_ps_pair_out(mp, mp_floor_scaled(mp, minx_val(h)),mp_floor_scaled(mp, miny_val(h)));
25781   mp_ps_pair_out(mp, -mp_floor_scaled(mp, -maxx_val(h)),-mp_floor_scaled(mp, -maxy_val(h)));
25782 };
25783 mp_print_nl(mp, "%%HiResBoundingBox: ");
25784 if ( minx_val(h)>maxx_val(h) ) {
25785   mp_print(mp, "0 0 0 0");
25786 } else {
25787   mp_ps_pair_out(mp, minx_val(h),miny_val(h));
25788   mp_ps_pair_out(mp, maxx_val(h),maxy_val(h));
25789 }
25790 mp_print_nl(mp, "%%Creator: MetaPost ");
25791 mp_print(mp, metapost_version);
25792 mp_print_nl(mp, "%%CreationDate: ");
25793 mp_print_int(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[year])); mp_print_char(mp, '.');
25794 mp_print_dd(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[month])); mp_print_char(mp, '.');
25795 mp_print_dd(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[day])); mp_print_char(mp, ':');
25796 t=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]);
25797 mp_print_dd(mp, t / 60); mp_print_dd(mp, t % 60);
25798 mp_print_nl(mp, "%%Pages: 1");
25799
25800 @
25801
25802 @ @<Scan all the text nodes and mark the used ...@>=
25803 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25804   if ( mp->font_sizes[f]!=null ) {
25805     mp_unmark_font(mp, f);
25806     mp->font_sizes[f]=null;
25807   }
25808   if ( mp->font_enc_name[f]!=NULL )
25809      xfree(mp->font_enc_name[f]);
25810   mp->font_enc_name[f] = NULL;
25811 }
25812 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25813   p=link(dummy_loc(h));
25814   while ( p!=null ) {
25815     if ( type(p)==text_code ) {
25816       if ( font_n(p)!=null_font ) {
25817         mp->font_sizes[font_n(p)] = diov;
25818         mp_mark_string_chars(mp, font_n(p),text_p(p));
25819             if ( mp_has_fm_entry(mp,font_n(p),NULL) )
25820           mp->font_ps_name[font_n(p)] = mp_fm_font_name(mp,font_n(p));
25821       }
25822     }
25823     p=link(p);
25824   }
25825 }
25826
25827 @ @<Update encoding names@>=
25828 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25829   p=link(dummy_loc(h));
25830   while ( p!=null ) {
25831     if ( type(p)==text_code )
25832       if ( font_n(p)!=null_font )
25833             if ( mp_has_fm_entry(mp,font_n(p),NULL) )
25834           if ( mp->font_enc_name[font_n(p)]==NULL )
25835             mp->font_enc_name[font_n(p)] = mp_fm_encoding_name(mp,font_n(p));
25836     p=link(p);
25837   }
25838 }
25839
25840 @ These special comments described in the {\sl PostScript Language Reference
25841 Manual}, 2nd.~edition are understood by some \ps-reading programs.
25842 We can't normally output ``conforming'' \ps\ because
25843 the structuring conventions don't allow us to say ``Please make sure the
25844 following characters are downloaded and define the \.{fshow} macro to access
25845 them.''
25846
25847 The exact bounding box is written out if |prologues<0|, although this
25848 is not standard \ps, since it allows \TeX\ to calculate the box dimensions
25849 accurately. (Overfull boxes are avoided if an illustration is made to
25850 match a given \.{\char`\\hsize}.)
25851
25852 @<Print the initial comment and give the bounding box for edge...@>=
25853 mp_print(mp, "%!PS");
25854 if ( mp->internal[prologues]>0 ) mp_print(mp, "-Adobe-3.0 EPSF-3.0");
25855 mp_print_nl(mp, "%%BoundingBox: ");
25856 mp_set_bbox(mp, h,true);
25857 if ( minx_val(h)>maxx_val(h) ) mp_print(mp, "0 0 0 0");
25858 else if ( mp->internal[prologues]<0 ) {
25859   mp_ps_pair_out(mp, minx_val(h),miny_val(h));
25860   mp_ps_pair_out(mp, maxx_val(h),maxy_val(h));
25861 } else { 
25862   mp_ps_pair_out(mp, mp_floor_scaled(mp, minx_val(h)),mp_floor_scaled(mp, miny_val(h)));
25863   mp_ps_pair_out(mp, -mp_floor_scaled(mp, -maxx_val(h)),-mp_floor_scaled(mp, -maxy_val(h)));
25864 }
25865 mp_print_nl(mp, "%%HiResBoundingBox: ");
25866 if ( minx_val(h)>maxx_val(h) ) mp_print(mp, "0 0 0 0");
25867 else {
25868   mp_ps_pair_out(mp, minx_val(h),miny_val(h));
25869   mp_ps_pair_out(mp, maxx_val(h),maxy_val(h));
25870 }
25871 mp_print_nl(mp, "%%Creator: MetaPost ");
25872 mp_print(mp, metapost_version);
25873 mp_print_nl(mp, "%%CreationDate: ");
25874 mp_print_int(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[year])); mp_print_char(mp, '.');
25875 mp_print_dd(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[month])); mp_print_char(mp, '.');
25876 mp_print_dd(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[day])); mp_print_char(mp, ':');
25877 t=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]);
25878 mp_print_dd(mp, t / 60); mp_print_dd(mp, t % 60);
25879 mp_print_nl(mp, "%%Pages: 1");
25880 @<List all the fonts and magnifications for edge structure~|h|@>;
25881 mp_print_ln(mp)
25882
25883 @ @<List all the fonts and magnifications for edge structure~|h|@>=
25884 @<Scan all the text nodes and set the |font_sizes| lists;
25885   if |internal[prologues]<=0| list the sizes selected by |choose_scale|,
25886   apply |unmark_font| to each font encountered, and call |mark_string|
25887   whenever the size index is zero@>;
25888 ldf = mp_print_font_comments (mp, (mp->internal[prologues]>>16), null, h)
25889
25890 @ @<Scan all the text nodes and set the |font_sizes| lists;...@>=
25891 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) 
25892   mp->font_sizes[f]=null;
25893 p=link(dummy_loc(h));
25894 while ( p!=null ) {
25895   if ( type(p)==text_code ) {
25896     if ( font_n(p)!=null_font ) {
25897       f=font_n(p);
25898       if ( mp->internal[prologues]>0 ) {
25899         mp->font_sizes[f]=diov;
25900       } else { 
25901         if ( mp->font_sizes[f]==null ) mp_unmark_font(mp, f);
25902         name_type(p)=mp_size_index(mp, f,mp_choose_scale(mp, p));
25903         if ( name_type(p)==0 )
25904           mp_mark_string_chars(mp, f,text_p(p));
25905       }
25906     }
25907   }
25908   p=link(p);
25909 }
25910
25911 @ @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>=
25912 case mp_start_clip_code: 
25913   mp_print_nl(mp, ""); mp_print_cmd(mp, "gsave ","q ");
25914   mp_ps_path_out(mp, path_p(p));
25915   mp_ps_print_cmd(mp, " clip"," W");
25916   mp_print_ln(mp);
25917   if ( mp->internal[restore_clip_color]>0 )
25918     mp_unknown_graphics_state(mp, 1);
25919   break;
25920 case mp_stop_clip_code: 
25921   mp_print_nl(mp, ""); mp_print_cmd(mp, "grestore","Q");
25922   mp_print_ln(mp);
25923   if ( mp->internal[restore_clip_color]>0 )
25924     mp_unknown_graphics_state(mp, 2);
25925   else
25926     mp_unknown_graphics_state(mp, -1);
25927   break;
25928
25929 @ @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>=
25930 case fill_code: 
25931   if ( pen_p(p)==null ) mp_ps_fill_out(mp, path_p(p));
25932   else if ( pen_is_elliptical(pen_p(p)) ) mp_stroke_ellipse(mp, p,true);
25933   else { 
25934     mp_do_outer_envelope(mp, mp_copy_path(mp, path_p(p)), p);
25935     mp_do_outer_envelope(mp, mp_htap_ypoc(mp, path_p(p)), p);
25936   }
25937   if ( (post_script(p))!=null ) {
25938     mp_print_nl (mp, str(post_script(p))); mp_print_ln(mp);
25939   };
25940   break;
25941 case stroked_code:
25942   if ( pen_is_elliptical(pen_p(p)) ) mp_stroke_ellipse(mp, p,false);
25943   else { 
25944     q=mp_copy_path(mp, path_p(p));
25945     t=lcap_val(p);
25946     @<Break the cycle and set |t:=1| if path |q| is cyclic@>;
25947     q=mp_make_envelope(mp, q,pen_p(p),ljoin_val(p),t,miterlim_val(p));
25948     mp_ps_fill_out(mp, q);
25949     mp_toss_knot_list(mp, q);
25950   };
25951   if ( (post_script(p))!=null ) {
25952     mp_print_nl (mp, str(post_script(p))); mp_print_ln(mp);
25953   };
25954   break;
25955
25956 @ The envelope of a cyclic path~|q| could be computed by calling
25957 |make_envelope| once for |q| and once for its reversal.  We don't do this
25958 because it would fail color regions that are covered by the pen regardless
25959 of where it is placed on~|q|.
25960
25961 @<Break the cycle and set |t:=1| if path |q| is cyclic@>=
25962 if ( left_type(q)!=endpoint ) { 
25963   left_type(mp_insert_knot(mp, q,x_coord(q),y_coord(q)))=endpoint;
25964   right_type(q)=endpoint;
25965   q=link(q);
25966   t=1;
25967 }
25968
25969 @ @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>=
25970 case text_code: 
25971   if ( (font_n(p)!=null_font) && (length(text_p(p))>0) ) {
25972     if ( mp->internal[prologues]>0 )
25973       scf=mp_choose_scale(mp, p);
25974     else 
25975       scf=mp_indexed_size(mp, font_n(p), name_type(p));
25976     @<Shift or transform as necessary before outputting text node~|p| at scale
25977       factor~|scf|; set |transformed:=true| if the original transformation must
25978       be restored@>;
25979     mp_ps_string_out(mp, str(text_p(p)));
25980     mp_ps_name_out(mp, mp->font_name[font_n(p)],false);
25981     @<Print the size information and \ps\ commands for text node~|p|@>;
25982     mp_print_ln(mp);
25983   }
25984   if ( (post_script(p))!=null ) {
25985     mp_print_nl (mp, str(post_script(p))); mp_print_ln(mp);
25986   }
25987   break;
25988
25989 @ @<Print the size information and \ps\ commands for text node~|p|@>=
25990 ps_room(18);
25991 mp_print_char(mp, ' ');
25992 ds=(mp->font_dsize[font_n(p)]+8) / 16;
25993 mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, ds,scf));
25994 mp_print(mp, " fshow");
25995 if ( transformed ) 
25996   mp_ps_print_cmd(mp, " grestore"," Q")
25997
25998 @ @<Shift or transform as necessary before outputting text node~|p| at...@>=
25999 transformed=(txx_val(p)!=scf)||(tyy_val(p)!=scf)||
26000             (txy_val(p)!=0)||(tyx_val(p)!=0);
26001 if ( transformed ) {
26002   mp_print_cmd(mp, "gsave [", "q [");
26003   mp_ps_pair_out(mp, mp_make_scaled(mp, txx_val(p),scf),
26004                      mp_make_scaled(mp, tyx_val(p),scf));
26005   mp_ps_pair_out(mp, mp_make_scaled(mp, txy_val(p),scf),
26006                      mp_make_scaled(mp, tyy_val(p),scf));
26007   mp_ps_pair_out(mp, tx_val(p),ty_val(p));
26008   mp_ps_print_cmd(mp, "] concat 0 0 moveto","] t 0 0 m");
26009 } else { 
26010   mp_ps_pair_out(mp, tx_val(p),ty_val(p));
26011   mp_ps_print_cmd(mp, "moveto","m");
26012 }
26013 mp_print_ln(mp)
26014
26015 @ Now that we've finished |ship_out|, let's look at the other commands
26016 by which a user can send things to the \.{GF} file.
26017
26018 @ @<Determine if a character has been shipped out@>=
26019
26020   mp->cur_exp=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp) % 256;
26021   if ( mp->cur_exp<0 ) mp->cur_exp=mp->cur_exp+256;
26022   boolean_reset(mp->char_exists[mp->cur_exp]);
26023   mp->cur_type=mp_boolean_type;
26024 }
26025
26026 @ @<Glob...@>=
26027 psout_data ps;
26028
26029 @ @<Allocate or initialize ...@>=
26030 mp_backend_initialize(mp);
26031
26032 @ @<Dealloc...@>=
26033 mp_backend_free(mp);
26034
26035
26036 @* \[45] Dumping and undumping the tables.
26037 After \.{INIMP} has seen a collection of macros, it
26038 can write all the necessary information on an auxiliary file so
26039 that production versions of \MP\ are able to initialize their
26040 memory at high speed. The present section of the program takes
26041 care of such output and input. We shall consider simultaneously
26042 the processes of storing and restoring,
26043 so that the inverse relation between them is clear.
26044 @.INIMP@>
26045
26046 The global variable |mem_ident| is a string that is printed right
26047 after the |banner| line when \MP\ is ready to start. For \.{INIMP} this
26048 string says simply `\.{(INIMP)}'; for other versions of \MP\ it says,
26049 for example, `\.{(mem=plain 90.4.14)}', showing the year,
26050 month, and day that the mem file was created. We have |mem_ident=0|
26051 before \MP's tables are loaded.
26052
26053 @<Glob...@>=
26054 char * mem_ident;
26055
26056 @ @<Set init...@>=
26057 mp->mem_ident=NULL;
26058
26059 @ @<Initialize table entries...@>=
26060 if (mp->ini_version) 
26061   mp->mem_ident=xstrdup(" (INIMP)");
26062
26063 @ @<Declare act...@>=
26064 void mp_store_mem_file (MP mp) ;
26065
26066 @ @c void mp_store_mem_file (MP mp) {
26067   integer k;  /* all-purpose index */
26068   pointer p,q; /* all-purpose pointers */
26069   integer x; /* something to dump */
26070   four_quarters w; /* four ASCII codes */
26071   memory_word WW;
26072   @<Create the |mem_ident|, open the mem file,
26073     and inform the user that dumping has begun@>;
26074   @<Dump constants for consistency check@>;
26075   @<Dump the string pool@>;
26076   @<Dump the dynamic memory@>;
26077   @<Dump the table of equivalents and the hash table@>;
26078   @<Dump a few more things and the closing check word@>;
26079   @<Close the mem file@>;
26080 }
26081
26082 @ Corresponding to the procedure that dumps a mem file, we also have a function
26083 that reads~one~in. The function returns |false| if the dumped mem is
26084 incompatible with the present \MP\ table sizes, etc.
26085
26086 @d off_base 6666 /* go here if the mem file is unacceptable */
26087 @d too_small(A) { wake_up_terminal;
26088   wterm_ln("---! Must increase the "); wterm((A));
26089 @.Must increase the x@>
26090   goto OFF_BASE;
26091   }
26092
26093 @c 
26094 boolean mp_load_mem_file (MP mp) {
26095   integer k; /* all-purpose index */
26096   pointer p,q; /* all-purpose pointers */
26097   integer x; /* something undumped */
26098   str_number s; /* some temporary string */
26099   four_quarters w; /* four ASCII codes */
26100   memory_word WW;
26101   @<Undump constants for consistency check@>;
26102   @<Undump the string pool@>;
26103   @<Undump the dynamic memory@>;
26104   @<Undump the table of equivalents and the hash table@>;
26105   @<Undump a few more things and the closing check word@>;
26106   return true; /* it worked! */
26107 OFF_BASE: 
26108   wake_up_terminal;
26109   wterm_ln("(Fatal mem file error; I'm stymied)\n");
26110 @.Fatal mem file error@>
26111    return false;
26112 }
26113
26114 @ @<Declarations@>=
26115 boolean mp_load_mem_file (MP mp) ;
26116
26117 @ Mem files consist of |memory_word| items, and we use the following
26118 macros to dump words of different types:
26119
26120 @d dump_wd(A)   { WW=(A);      fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
26121 @d dump_int(A)  { WW.cint=(A); fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
26122 @d dump_hh(A)   { WW.hh=(A);   fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
26123 @d dump_qqqq(A) { WW.qqqq=(A); fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
26124 @d dump_string(A) { dump_int(strlen(A)+1);
26125                     fwrite(A,strlen(A)+1,1,mp->mem_file); }
26126
26127 @<Glob...@>=
26128 FILE * mem_file; /* for input or output of mem information */
26129
26130 @ The inverse macros are slightly more complicated, since we need to check
26131 the range of the values we are reading in. We say `|undump(a)(b)(x)|' to
26132 read an integer value |x| that is supposed to be in the range |a<=x<=b|.
26133
26134 @d undump_wd(A)   { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); (A)=WW; }
26135 @d undump_int(A)  { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); (A)=WW.cint; }
26136 @d undump_hh(A)   { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); (A)=WW.hh; }
26137 @d undump_qqqq(A) { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); (A)=WW.qqqq; }
26138 @d undump_strings(A,B,C) { 
26139    undump_int(x); if ( (x<(A)) || (x>(B)) ) goto OFF_BASE; else (C)=str(x); }
26140 @d undump(A,B,C) { undump_int(x); if ( (x<(A)) || (x>(int)(B)) ) goto OFF_BASE; else (C)=x; }
26141 @d undump_size(A,B,C,D) { undump_int(x);
26142                if (x<(A)) goto OFF_BASE; 
26143                if (x>(B)) { too_small((C)); } else {(D)=x;} }
26144 @d undump_string(A) { integer XX=0; undump_int(XX);
26145                       A = xmalloc(XX,sizeof(char));
26146                       fread(A,XX,1,mp->mem_file); }
26147
26148 @ The next few sections of the program should make it clear how we use the
26149 dump/undump macros.
26150
26151 @<Dump constants for consistency check@>=
26152 dump_int(mp->mem_top);
26153 dump_int(mp->hash_size);
26154 dump_int(mp->hash_prime)
26155 dump_int(mp->param_size);
26156 dump_int(mp->max_in_open);
26157
26158 @ Sections of a \.{WEB} program that are ``commented out'' still contribute
26159 strings to the string pool; therefore \.{INIMP} and \MP\ will have
26160 the same strings. (And it is, of course, a good thing that they do.)
26161 @.WEB@>
26162 @^string pool@>
26163
26164 @<Undump constants for consistency check@>=
26165 undump_int(x); mp->mem_top = x;
26166 undump_int(x); if (mp->hash_size != x) goto OFF_BASE;
26167 undump_int(x); if (mp->hash_prime != x) goto OFF_BASE;
26168 undump_int(x); if (mp->param_size != x) goto OFF_BASE;
26169 undump_int(x); if (mp->max_in_open != x) goto OFF_BASE
26170
26171 @ We do string pool compaction to avoid dumping unused strings.
26172
26173 @d dump_four_ASCII 
26174   w.b0=qi(mp->str_pool[k]); w.b1=qi(mp->str_pool[k+1]);
26175   w.b2=qi(mp->str_pool[k+2]); w.b3=qi(mp->str_pool[k+3]);
26176   dump_qqqq(w)
26177
26178 @<Dump the string pool@>=
26179 mp_do_compaction(mp, mp->pool_size);
26180 dump_int(mp->pool_ptr);
26181 dump_int(mp->max_str_ptr);
26182 dump_int(mp->str_ptr);
26183 k=0;
26184 while ( (mp->next_str[k]==k+1) && (k<=mp->max_str_ptr) ) 
26185   incr(k);
26186 dump_int(k);
26187 while ( k<=mp->max_str_ptr ) { 
26188   dump_int(mp->next_str[k]); incr(k);
26189 }
26190 k=0;
26191 while (1)  { 
26192   dump_int((mp->str_start[k])); 
26193   if ( k==mp->str_ptr ) {
26194     break;
26195   } else { 
26196     k=mp->next_str[k]; 
26197   }
26198 };
26199 k=0;
26200 while (k+4<mp->pool_ptr ) { 
26201   dump_four_ASCII; k=k+4; 
26202 }
26203 k=mp->pool_ptr-4; dump_four_ASCII;
26204 mp_print_ln(mp); mp_print(mp, "at most "); mp_print_int(mp, mp->max_str_ptr);
26205 mp_print(mp, " strings of total length ");
26206 mp_print_int(mp, mp->pool_ptr)
26207
26208 @ @d undump_four_ASCII 
26209   undump_qqqq(w);
26210   mp->str_pool[k]=qo(w.b0); mp->str_pool[k+1]=qo(w.b1);
26211   mp->str_pool[k+2]=qo(w.b2); mp->str_pool[k+3]=qo(w.b3)
26212
26213 @<Undump the string pool@>=
26214 undump_int(mp->pool_ptr);
26215 mp_reallocate_pool(mp, mp->pool_ptr) ;
26216 undump_int(mp->max_str_ptr);
26217 mp_reallocate_strings (mp,mp->max_str_ptr) ;
26218 undump(0,mp->max_str_ptr,mp->str_ptr);
26219 undump(0,mp->max_str_ptr+1,s);
26220 for (k=0;k<=s-1;k++) 
26221   mp->next_str[k]=k+1;
26222 for (k=s;k<=mp->max_str_ptr;k++) 
26223   undump(s+1,mp->max_str_ptr+1,mp->next_str[k]);
26224 mp->fixed_str_use=0;
26225 k=0;
26226 while (1) { 
26227   undump(0,mp->pool_ptr,mp->str_start[k]);
26228   if ( k==mp->str_ptr ) break;
26229   mp->str_ref[k]=max_str_ref;
26230   incr(mp->fixed_str_use);
26231   mp->last_fixed_str=k; k=mp->next_str[k];
26232 }
26233 k=0;
26234 while ( k+4<mp->pool_ptr ) { 
26235   undump_four_ASCII; k=k+4;
26236 }
26237 k=mp->pool_ptr-4; undump_four_ASCII;
26238 mp->init_str_use=mp->fixed_str_use; mp->init_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26239 mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26240 mp->strs_used_up=mp->fixed_str_use;
26241 mp->pool_in_use=mp->str_start[mp->str_ptr]; mp->strs_in_use=mp->fixed_str_use;
26242 mp->max_pl_used=mp->pool_in_use; mp->max_strs_used=mp->strs_in_use;
26243 mp->pact_count=0; mp->pact_chars=0; mp->pact_strs=0;
26244
26245 @ By sorting the list of available spaces in the variable-size portion of
26246 |mem|, we are usually able to get by without having to dump very much
26247 of the dynamic memory.
26248
26249 We recompute |var_used| and |dyn_used|, so that \.{INIMP} dumps valid
26250 information even when it has not been gathering statistics.
26251
26252 @<Dump the dynamic memory@>=
26253 mp_sort_avail(mp); mp->var_used=0;
26254 dump_int(mp->lo_mem_max); dump_int(mp->rover);
26255 p=0; q=mp->rover; x=0;
26256 do {  
26257   for (k=p;k<= q+1;k++) 
26258     dump_wd(mp->mem[k]);
26259   x=x+q+2-p; mp->var_used=mp->var_used+q-p;
26260   p=q+node_size(q); q=rlink(q);
26261 } while (q!=mp->rover);
26262 mp->var_used=mp->var_used+mp->lo_mem_max-p; 
26263 mp->dyn_used=mp->mem_end+1-mp->hi_mem_min;
26264 for (k=p;k<= mp->lo_mem_max;k++ ) 
26265   dump_wd(mp->mem[k]);
26266 x=x+mp->lo_mem_max+1-p;
26267 dump_int(mp->hi_mem_min); dump_int(mp->avail);
26268 for (k=mp->hi_mem_min;k<=mp->mem_end;k++ ) 
26269   dump_wd(mp->mem[k]);
26270 x=x+mp->mem_end+1-mp->hi_mem_min;
26271 p=mp->avail;
26272 while ( p!=null ) { 
26273   decr(mp->dyn_used); p=link(p);
26274 }
26275 dump_int(mp->var_used); dump_int(mp->dyn_used);
26276 mp_print_ln(mp); mp_print_int(mp, x);
26277 mp_print(mp, " memory locations dumped; current usage is ");
26278 mp_print_int(mp, mp->var_used); mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->dyn_used)
26279
26280 @ @<Undump the dynamic memory@>=
26281 undump(lo_mem_stat_max+1000,hi_mem_stat_min-1,mp->lo_mem_max);
26282 undump(lo_mem_stat_max+1,mp->lo_mem_max,mp->rover);
26283 p=0; q=mp->rover;
26284 do {  
26285   for (k=p;k<= q+1; k++) 
26286     undump_wd(mp->mem[k]);
26287   p=q+node_size(q);
26288   if ( (p>mp->lo_mem_max)||((q>=rlink(q))&&(rlink(q)!=mp->rover)) ) 
26289     goto OFF_BASE;
26290   q=rlink(q);
26291 } while (q!=mp->rover);
26292 for (k=p;k<=mp->lo_mem_max;k++ ) 
26293   undump_wd(mp->mem[k]);
26294 undump(mp->lo_mem_max+1,hi_mem_stat_min,mp->hi_mem_min);
26295 undump(null,mp->mem_top,mp->avail); mp->mem_end=mp->mem_top;
26296 for (k=mp->hi_mem_min;k<= mp->mem_end;k++) 
26297   undump_wd(mp->mem[k]);
26298 undump_int(mp->var_used); undump_int(mp->dyn_used)
26299
26300 @ A different scheme is used to compress the hash table, since its lower region
26301 is usually sparse. When |text(p)<>0| for |p<=hash_used|, we output three
26302 words: |p|, |hash[p]|, and |eqtb[p]|. The hash table is, of course, densely
26303 packed for |p>=hash_used|, so the remaining entries are output in~a~block.
26304
26305 @<Dump the table of equivalents and the hash table@>=
26306 dump_int(mp->hash_used); 
26307 mp->st_count=frozen_inaccessible-1-mp->hash_used;
26308 for (p=1;p<=mp->hash_used;p++) {
26309   if ( text(p)!=0 ) {
26310      dump_int(p); dump_hh(mp->hash[p]); dump_hh(mp->eqtb[p]); incr(mp->st_count);
26311   }
26312 }
26313 for (p=mp->hash_used+1;p<=(int)hash_end;p++) {
26314   dump_hh(mp->hash[p]); dump_hh(mp->eqtb[p]);
26315 }
26316 dump_int(mp->st_count);
26317 mp_print_ln(mp); mp_print_int(mp, mp->st_count); mp_print(mp, " symbolic tokens")
26318
26319 @ @<Undump the table of equivalents and the hash table@>=
26320 undump(1,frozen_inaccessible,mp->hash_used); 
26321 p=0;
26322 do {  
26323   undump(p+1,mp->hash_used,p); 
26324   undump_hh(mp->hash[p]); undump_hh(mp->eqtb[p]);
26325 } while (p!=mp->hash_used);
26326 for (p=mp->hash_used+1;p<=(int)hash_end;p++ )  { 
26327   undump_hh(mp->hash[p]); undump_hh(mp->eqtb[p]);
26328 }
26329 undump_int(mp->st_count)
26330
26331 @ We have already printed a lot of statistics, so we set |tracing_stats:=0|
26332 to prevent them appearing again.
26333
26334 @<Dump a few more things and the closing check word@>=
26335 dump_int(mp->max_internal);
26336 dump_int(mp->int_ptr);
26337 for (k=1;k<= mp->int_ptr;k++ ) { 
26338   dump_int(mp->internal[k]); 
26339   dump_string(mp->int_name[k]);
26340 }
26341 dump_int(mp->start_sym); 
26342 dump_int(mp->interaction); 
26343 dump_string(mp->mem_ident);
26344 dump_int(mp->bg_loc); dump_int(mp->eg_loc); dump_int(mp->serial_no); dump_int(69073);
26345 mp->internal[tracing_stats]=0
26346
26347 @ @<Undump a few more things and the closing check word@>=
26348 undump_int(x);
26349 if (x>mp->max_internal) mp_grow_internals(mp,x);
26350 undump_int(mp->int_ptr);
26351 for (k=1;k<= mp->int_ptr;k++) { 
26352   undump_int(mp->internal[k]);
26353   undump_string(mp->int_name[k]);
26354 }
26355 undump(0,frozen_inaccessible,mp->start_sym);
26356 if (mp->interaction==mp_unspecified_mode) {
26357   undump(mp_unspecified_mode,mp_error_stop_mode,mp->interaction);
26358 } else {
26359   undump(mp_unspecified_mode,mp_error_stop_mode,x);
26360 }
26361 undump_string(mp->mem_ident);
26362 undump(1,hash_end,mp->bg_loc);
26363 undump(1,hash_end,mp->eg_loc);
26364 undump_int(mp->serial_no);
26365 undump_int(x); 
26366 if ( (x!=69073)|| feof(mp->mem_file) ) goto OFF_BASE
26367
26368 @ @<Create the |mem_ident|...@>=
26369
26370   xfree(mp->mem_ident);
26371   mp->mem_ident = xmalloc(256,1);
26372   snprintf(mp->mem_ident,256," (mem=%s %i.%i.%i)", 
26373            mp->job_name,
26374            (int)(mp_round_unscaled(mp, mp->internal[year]) % 100),
26375            (int)mp_round_unscaled(mp, mp->internal[month]),
26376            (int)mp_round_unscaled(mp, mp->internal[day]));
26377   mp_pack_job_name(mp, mem_extension);
26378   while (! mp_w_open_out(mp, &mp->mem_file) )
26379     mp_prompt_file_name(mp, "mem file name", mem_extension);
26380   mp_print_nl(mp, "Beginning to dump on file ");
26381 @.Beginning to dump...@>
26382   mp_print(mp, mp->name_of_file); 
26383   mp_print_nl(mp, mp->mem_ident);
26384 }
26385
26386 @ @<Dealloc variables@>=
26387 xfree(mp->mem_ident);
26388
26389 @ @<Close the mem file@>=
26390 fclose(mp->mem_file)
26391
26392 @* \[46] The main program.
26393 This is it: the part of \MP\ that executes all those procedures we have
26394 written.
26395
26396 Well---almost. We haven't put the parsing subroutines into the
26397 program yet; and we'd better leave space for a few more routines that may
26398 have been forgotten.
26399
26400 @c @<Declare the basic parsing subroutines@>;
26401 @<Declare miscellaneous procedures that were declared |forward|@>;
26402 @<Last-minute procedures@>
26403
26404 @ We've noted that there are two versions of \MP. One, called \.{INIMP},
26405 @.INIMP@>
26406 has to be run first; it initializes everything from scratch, without
26407 reading a mem file, and it has the capability of dumping a mem file.
26408 The other one is called `\.{VIRMP}'; it is a ``virgin'' program that needs
26409 @.VIRMP@>
26410 to input a mem file in order to get started. \.{VIRMP} typically has
26411 a bit more memory capacity than \.{INIMP}, because it does not need the
26412 space consumed by the dumping/undumping routines and the numerous calls on
26413 |primitive|, etc.
26414
26415 The \.{VIRMP} program cannot read a mem file instantaneously, of course;
26416 the best implementations therefore allow for production versions of \MP\ that
26417 not only avoid the loading routine for \PASCAL\ object code, they also have
26418 a mem file pre-loaded. 
26419
26420 @<Glob...@>=
26421 boolean ini_version; /* are we iniMP? */
26422
26423 @ @<Option variables@>=
26424 boolean ini_version; /* are we iniMP? */
26425
26426 @ @<Set |ini_version|@>=
26427 mp->ini_version = (opt.ini_version ? true : false);
26428
26429 @ Here we do whatever is needed to complete \MP's job gracefully on the
26430 local operating system. The code here might come into play after a fatal
26431 error; it must therefore consist entirely of ``safe'' operations that
26432 cannot produce error messages. For example, it would be a mistake to call
26433 |str_room| or |make_string| at this time, because a call on |overflow|
26434 might lead to an infinite loop.
26435 @^system dependencies@>
26436
26437 This program doesn't bother to close the input files that may still be open.
26438
26439 @<Last-minute...@>=
26440 void mp_close_files_and_terminate (MP mp) {
26441   integer k; /* all-purpose index */
26442   integer LH; /* the length of the \.{TFM} header, in words */
26443   int lk_offset; /* extra words inserted at beginning of |lig_kern| array */
26444   pointer p; /* runs through a list of \.{TFM} dimensions */
26445   @<Close all open files in the |rd_file| and |wr_file| arrays@>;
26446   if ( mp->internal[tracing_stats]>0 )
26447     @<Output statistics about this job@>;
26448   wake_up_terminal; 
26449   @<Do all the finishing work on the \.{TFM} file@>;
26450   @<Explain what output files were written@>;
26451   if ( mp->log_opened ){ 
26452     wlog_cr;
26453     fclose(mp->log_file); mp->selector=mp->selector-2;
26454     if ( mp->selector==term_only ) {
26455       mp_print_nl(mp, "Transcript written on ");
26456 @.Transcript written...@>
26457       mp_print(mp, mp->log_name); mp_print_char(mp, '.');
26458     }
26459   }
26460   mp_print_ln(mp);
26461 }
26462
26463 @ @<Declarations@>=
26464 void mp_close_files_and_terminate (MP mp) ;
26465
26466 @ @<Close all open files in the |rd_file| and |wr_file| arrays@>=
26467 for (k=0;k<=(int)mp->read_files-1;k++ ) {
26468   if ( mp->rd_fname[k]!=NULL ) fclose(mp->rd_file[k]);
26469 }
26470 for (k=0;k<=(int)mp->write_files-1;k++) {
26471   if ( mp->wr_fname[k]!=NULL ) fclose(mp->wr_file[k]);
26472 }
26473
26474 @ We want to produce a \.{TFM} file if and only if |fontmaking| is positive.
26475
26476 We reclaim all of the variable-size memory at this point, so that
26477 there is no chance of another memory overflow after the memory capacity
26478 has already been exceeded.
26479
26480 @<Do all the finishing work on the \.{TFM} file@>=
26481 if ( mp->internal[fontmaking]>0 ) {
26482   @<Make the dynamic memory into one big available node@>;
26483   @<Massage the \.{TFM} widths@>;
26484   mp_fix_design_size(mp); mp_fix_check_sum(mp);
26485   @<Massage the \.{TFM} heights, depths, and italic corrections@>;
26486   mp->internal[fontmaking]=0; /* avoid loop in case of fatal error */
26487   @<Finish the \.{TFM} file@>;
26488 }
26489
26490 @ @<Make the dynamic memory into one big available node@>=
26491 mp->rover=lo_mem_stat_max+1; link(mp->rover)=empty_flag; mp->lo_mem_max=mp->hi_mem_min-1;
26492 if ( mp->lo_mem_max-mp->rover>max_halfword ) mp->lo_mem_max=max_halfword+mp->rover;
26493 node_size(mp->rover)=mp->lo_mem_max-mp->rover; 
26494 llink(mp->rover)=mp->rover; rlink(mp->rover)=mp->rover;
26495 link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null
26496
26497 @ The present section goes directly to the log file instead of using
26498 |print| commands, because there's no need for these strings to take
26499 up |str_pool| memory when a non-{\bf stat} version of \MP\ is being used.
26500
26501 @<Output statistics...@>=
26502 if ( mp->log_opened ) { 
26503   char s[128];
26504   wlog_ln(" ");
26505   wlog_ln("Here is how much of MetaPost's memory you used:");
26506 @.Here is how much...@>
26507   snprintf(s,128," %i string%s out of %i",(int)mp->max_strs_used-mp->init_str_use,
26508           (mp->max_strs_used!=mp->init_str_use+1 ? "s" : ""),
26509           (int)(mp->max_strings-1-mp->init_str_use));
26510   wlog_ln(s);
26511   snprintf(s,128," %i string characters out of %i",
26512            (int)mp->max_pl_used-mp->init_pool_ptr,
26513            (int)mp->pool_size-mp->init_pool_ptr);
26514   wlog_ln(s);
26515   snprintf(s,128," %i words of memory out of %i",
26516            (int)mp->lo_mem_max+mp->mem_end-mp->hi_mem_min+2,
26517            (int)mp->mem_end+1);
26518   wlog_ln(s);
26519   snprintf(s,128," %i symbolic tokens out of %i", (int)mp->st_count, (int)mp->hash_size);
26520   wlog_ln(s);
26521   snprintf(s,128," %ii, %in, %ip, %ib stack positions out of %ii, %in, %ip, %ib",
26522            (int)mp->max_in_stack,(int)mp->int_ptr,
26523            (int)mp->max_param_stack,(int)mp->max_buf_stack+1,
26524            (int)mp->stack_size,(int)mp->max_internal,(int)mp->param_size,(int)mp->buf_size);
26525   wlog_ln(s);
26526   snprintf(s,128," %i string compactions (moved %i characters, %i strings)",
26527           (int)mp->pact_count,(int)mp->pact_chars,(int)mp->pact_strs);
26528   wlog_ln(s);
26529 }
26530
26531 @ We get to the |final_cleanup| routine when \&{end} or \&{dump} has
26532 been scanned.
26533
26534 @<Last-minute...@>=
26535 void mp_final_cleanup (MP mp) {
26536   small_number c; /* 0 for \&{end}, 1 for \&{dump} */
26537   c=mp->cur_mod;
26538   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
26539   while ( mp->input_ptr>0 ) {
26540     if ( token_state ) mp_end_token_list(mp);
26541     else  mp_end_file_reading(mp);
26542   }
26543   while ( mp->loop_ptr!=null ) mp_stop_iteration(mp);
26544   while ( mp->open_parens>0 ) { 
26545     mp_print(mp, " )"); decr(mp->open_parens);
26546   };
26547   while ( mp->cond_ptr!=null ) {
26548     mp_print_nl(mp, "(end occurred when ");
26549 @.end occurred...@>
26550     mp_print_cmd_mod(mp, fi_or_else,mp->cur_if);
26551     /* `\.{if}' or `\.{elseif}' or `\.{else}' */
26552     if ( mp->if_line!=0 ) {
26553       mp_print(mp, " on line "); mp_print_int(mp, mp->if_line);
26554     }
26555     mp_print(mp, " was incomplete)");
26556     mp->if_line=if_line_field(mp->cond_ptr);
26557     mp->cur_if=name_type(mp->cond_ptr); mp->cond_ptr=link(mp->cond_ptr);
26558   }
26559   if ( mp->history!=spotless )
26560     if ( ((mp->history==warning_issued)||(mp->interaction<mp_error_stop_mode)) )
26561       if ( mp->selector==term_and_log ) {
26562     mp->selector=term_only;
26563     mp_print_nl(mp, "(see the transcript file for additional information)");
26564 @.see the transcript file...@>
26565     mp->selector=term_and_log;
26566   }
26567   if ( c==1 ) {
26568     if (mp->ini_version) {
26569       mp_store_mem_file(mp); return;
26570     }
26571     mp_print_nl(mp, "(dump is performed only by INIMP)"); return;
26572 @.dump...only by INIMP@>
26573   }
26574 }
26575
26576 @ @<Declarations@>=
26577 void mp_final_cleanup (MP mp) ;
26578 void mp_init_prim (MP mp) ;
26579 void mp_init_tab (MP mp) ;
26580
26581 @ @<Last-minute...@>=
26582 void mp_init_prim (MP mp) { /* initialize all the primitives */
26583   @<Put each...@>;
26584 }
26585 @#
26586 void mp_init_tab (MP mp) { /* initialize other tables */
26587   integer k; /* all-purpose index */
26588   @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>;
26589 }
26590
26591
26592 @ When we begin the following code, \MP's tables may still contain garbage;
26593 the strings might not even be present. Thus we must proceed cautiously to get
26594 bootstrapped in.
26595
26596 But when we finish this part of the program, \MP\ is ready to call on the
26597 |main_control| routine to do its work.
26598
26599 @<Get the first line...@>=
26600
26601   @<Initialize the input routines@>;
26602   if ( (mp->mem_ident==NULL)||(mp->buffer[loc]=='&') ) {
26603     if ( mp->mem_ident!=NULL ) mp_initialize(mp); /* erase preloaded mem */
26604     if ( ! mp_open_mem_file(mp) ) return false;
26605     if ( ! mp_load_mem_file(mp) ) {
26606       fclose( mp->mem_file); return false;
26607     }
26608     fclose( mp->mem_file);
26609     while ( (loc<limit)&&(mp->buffer[loc]==' ') ) incr(loc);
26610   }
26611   mp->buffer[limit]='%';
26612   mp_fix_date_and_time(mp);
26613   mp->sys_random_seed = (mp->get_random_seed)(mp);
26614   mp_init_randoms(mp, mp->sys_random_seed);
26615   @<Initialize the print |selector|...@>;
26616   if ( loc<limit ) if ( mp->buffer[loc]!='\\' ) 
26617     mp_start_input(mp); /* \&{input} assumed */
26618 }
26619
26620 @ @<Run inimpost commands@>=
26621 {
26622   mp_get_strings_started(mp);
26623   mp_init_tab(mp); /* initialize the tables */
26624   mp_init_prim(mp); /* call |primitive| for each primitive */
26625   mp->init_str_use=mp->str_ptr; mp->init_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26626   mp->max_str_ptr=mp->str_ptr; mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26627   mp_fix_date_and_time(mp);
26628 }
26629
26630
26631 @* \[47] Debugging.
26632 Once \MP\ is working, you should be able to diagnose most errors with
26633 the \.{show} commands and other diagnostic features. But for the initial
26634 stages of debugging, and for the revelation of really deep mysteries, you
26635 can compile \MP\ with a few more aids, including the \PASCAL\ runtime
26636 checks and its debugger. An additional routine called |debug_help|
26637 will also come into play when you type `\.D' after an error message;
26638 |debug_help| also occurs just before a fatal error causes \MP\ to succumb.
26639 @^debugging@>
26640 @^system dependencies@>
26641
26642 The interface to |debug_help| is primitive, but it is good enough when used
26643 with a \PASCAL\ debugger that allows you to set breakpoints and to read
26644 variables and change their values. After getting the prompt `\.{debug \#}', you
26645 type either a negative number (this exits |debug_help|), or zero (this
26646 goes to a location where you can set a breakpoint, thereby entering into
26647 dialog with the \PASCAL\ debugger), or a positive number |m| followed by
26648 an argument |n|. The meaning of |m| and |n| will be clear from the
26649 program below. (If |m=13|, there is an additional argument, |l|.)
26650 @.debug \#@>
26651
26652 @<Last-minute...@>=
26653 void mp_debug_help (MP mp) { /* routine to display various things */
26654   integer k;
26655   int l,m,n;
26656   while (1) { 
26657     wake_up_terminal;
26658     mp_print_nl(mp, "debug # (-1 to exit):"); update_terminal;
26659 @.debug \#@>
26660     m = 0;
26661     fscanf(mp->term_in,"%i",&m);
26662     if ( m<=0 )
26663       return;
26664     n = 0 ;
26665     fscanf(mp->term_in,"%i",&n);
26666     switch (m) {
26667     @<Numbered cases for |debug_help|@>;
26668     default: mp_print(mp, "?"); break;
26669     }
26670   }
26671 }
26672
26673 @ @<Numbered cases...@>=
26674 case 1: mp_print_word(mp, mp->mem[n]); /* display |mem[n]| in all forms */
26675   break;
26676 case 2: mp_print_int(mp, info(n));
26677   break;
26678 case 3: mp_print_int(mp, link(n));
26679   break;
26680 case 4: mp_print_int(mp, eq_type(n)); mp_print_char(mp, ':'); mp_print_int(mp, equiv(n));
26681   break;
26682 case 5: mp_print_variable_name(mp, n);
26683   break;
26684 case 6: mp_print_int(mp, mp->internal[n]);
26685   break;
26686 case 7: mp_do_show_dependencies(mp);
26687   break;
26688 case 9: mp_show_token_list(mp, n,null,100000,0);
26689   break;
26690 case 10: mp_print_str(mp, n);
26691   break;
26692 case 11: mp_check_mem(mp, n>0); /* check wellformedness; print new busy locations if |n>0| */
26693   break;
26694 case 12: mp_search_mem(mp, n); /* look for pointers to |n| */
26695   break;
26696 case 13: l = 0;  fscanf(mp->term_in,"%i",&l); mp_print_cmd_mod(mp, n,l); 
26697   break;
26698 case 14: for (k=0;k<=n;k++) mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
26699   break;
26700 case 15: mp->panicking=! mp->panicking;
26701   break;
26702
26703
26704 @ \MP\ used to have one single routine to print to both `write' files
26705 and the PostScript output. Web2c redefines ``Character |k| cannot be
26706 printed'', and that resulted in some bugs where 8-bit characters were
26707 written to the PostScript file (reported by Wlodek Bzyl).
26708
26709 Also, Hans Hagen requested spaces to be output as "\\040" instead of
26710 a plain space, since that makes it easier to parse the result file
26711 for postprocessing.
26712
26713 @<Character |k| is not allowed in PostScript output@>=
26714   (k<=' ')||(k>'~')
26715
26716 @ Saving the filename template
26717
26718 @<Save the filename template@>=
26719
26720   if ( mp->filename_template!=0 ) delete_str_ref(mp->filename_template);
26721   if ( length(mp->cur_exp)==0 ) mp->filename_template=0;
26722   else { 
26723     mp->filename_template=mp->cur_exp; add_str_ref(mp->filename_template);
26724   }
26725 }
26726
26727 @* \[48] System-dependent changes.
26728 This section should be replaced, if necessary, by any special
26729 modification of the program
26730 that are necessary to make \MP\ work at a particular installation.
26731 It is usually best to design your change file so that all changes to
26732 previous sections preserve the section numbering; then everybody's version
26733 will be consistent with the published program. More extensive changes,
26734 which introduce new sections, can be inserted here; then only the index
26735 itself will get a new section number.
26736 @^system dependencies@>
26737
26738 @* \[49] Index.
26739 Here is where you can find all uses of each identifier in the program,
26740 with underlined entries pointing to where the identifier was defined.
26741 If the identifier is only one letter long, however, you get to see only
26742 the underlined entries. {\sl All references are to section numbers instead of
26743 page numbers.}
26744
26745 This index also lists error messages and other aspects of the program
26746 that you might want to look up some day. For example, the entry
26747 for ``system dependencies'' lists all sections that should receive
26748 special attention from people who are installing \MP\ in a new
26749 operating environment. A list of various things that can't happen appears
26750 under ``this can't happen''.
26751 Approximately 25 sections are listed under ``inner loop''; these account
26752 for more than 60\pct! of \MP's running time, exclusive of input and output.