Initial implementation of envelope <pen> of <path>
[mplib] / src / texk / web2c / mpdir / lib / mp.w
1 % $Id: mp.web,v 1.8 2005/08/24 10:54:02 taco Exp $
2 % MetaPost, by John Hobby.  Public domain.
3
4 % Much of this program was copied with permission from MF.web Version 1.9
5 % It interprets a language very similar to D.E. Knuth's METAFONT, but with
6 % changes designed to make it more suitable for PostScript output.
7
8 % TeX is a trademark of the American Mathematical Society.
9 % METAFONT is a trademark of Addison-Wesley Publishing Company.
10 % PostScript is a trademark of Adobe Systems Incorporated.
11
12 % Here is TeX material that gets inserted after \input webmac
13 \def\hang{\hangindent 3em\noindent\ignorespaces}
14 \def\textindent#1{\hangindent2.5em\noindent\hbox to2.5em{\hss#1 }\ignorespaces}
15 \def\PASCAL{Pascal}
16 \def\ps{PostScript}
17 \def\ph{\hbox{Pascal-H}}
18 \def\psqrt#1{\sqrt{\mathstrut#1}}
19 \def\k{_{k+1}}
20 \def\pct!{{\char`\%}} % percent sign in ordinary text
21 \font\tenlogo=logo10 % font used for the METAFONT logo
22 \font\logos=logosl10
23 \def\MF{{\tenlogo META}\-{\tenlogo FONT}}
24 \def\MP{{\tenlogo META}\-{\tenlogo POST}}
25 \def\[#1]{#1.} % from pascal web
26 \def\<#1>{$\langle#1\rangle$}
27 \def\section{\mathhexbox278}
28 \let\swap=\leftrightarrow
29 \def\round{\mathop{\rm round}\nolimits}
30 \mathchardef\vb="026A % synonym for `\|'
31
32 \def\(#1){} % this is used to make section names sort themselves better
33 \def\9#1{} % this is used for sort keys in the index via @@:sort key}{entry@@>
34 \def\title{MetaPost}
35 \def\glob{15} % this should be the section number of "<Global...>"
36 \def\gglob{23, 28} % this should be the next two sections of "<Global...>"
37 \pdfoutput=1
38 \pageno=3
39
40 @* \[1] Introduction.
41 This is \MP, a graphics-language processor based on D. E. Knuth's \MF.
42
43 The main purpose of the following program is to explain the algorithms of \MP\
44 as clearly as possible. As a result, the program will not necessarily be very
45 efficient when a particular \PASCAL\ compiler has translated it into a
46 particular machine language. However, the program has been written so that it
47 can be tuned to run efficiently in a wide variety of operating environments
48 by making comparatively few changes. Such flexibility is possible because
49 the documentation that follows is written in the \.{WEB} language, which is
50 at a higher level than \PASCAL; the preprocessing step that converts \.{WEB}
51 to \PASCAL\ is able to introduce most of the necessary refinements.
52 Semi-automatic translation to other languages is also feasible, because the
53 program below does not make extensive use of features that are peculiar to
54 \PASCAL.
55
56 A large piece of software like \MP\ has inherent complexity that cannot
57 be reduced below a certain level of difficulty, although each individual
58 part is fairly simple by itself. The \.{WEB} language is intended to make
59 the algorithms as readable as possible, by reflecting the way the
60 individual program pieces fit together and by providing the
61 cross-references that connect different parts. Detailed comments about
62 what is going on, and about why things were done in certain ways, have
63 been liberally sprinkled throughout the program.  These comments explain
64 features of the implementation, but they rarely attempt to explain the
65 \MP\ language itself, since the reader is supposed to be familiar with
66 {\sl The {\logos METAFONT\/}book} as well as the manual
67 @.WEB@>
68 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
69 {\sl A User's Manual for MetaPost}, Computing Science Technical Report 162,
70 AT\AM T Bell Laboratories.
71
72 @ The present implementation is a preliminary version, but the possibilities
73 for new features are limited by the desire to remain as nearly compatible
74 with \MF\ as possible.
75
76 On the other hand, the \.{WEB} description can be extended without changing
77 the core of the program, and it has been designed so that such
78 extensions are not extremely difficult to make.
79 The |banner| string defined here should be changed whenever \MP\
80 undergoes any modifications, so that it will be clear which version of
81 \MP\ might be the guilty party when a problem arises.
82 @^extensions to \MP@>
83 @^system dependencies@>
84
85 @d banner "This is MetaPost, Version 1.002" /* printed when \MP\ starts */
86 @d metapost_version "1.002"
87 @d mplib_version "0.10"
88 @d version_string " (Cweb version 0.10)"
89
90 @ Different \PASCAL s have slightly different conventions, and the present
91 @:PASCAL H}{\ph@>
92 program is expressed in a version of \PASCAL\ that D. E. Knuth used for \MF.
93 Constructions that apply to
94 this particular compiler, which we shall call \ph, should help the
95 reader see how to make an appropriate interface for other systems
96 if necessary. (\ph\ is Charles Hedrick's modification of a compiler
97 @^Hedrick, Charles Locke@>
98 for the DECsystem-10 that was originally developed at the University of
99 Hamburg; cf.\ {\sl SOFTWARE---Practice \AM\ Experience \bf6} (1976),
100 29--42. The \MP\ program below is intended to be adaptable, without
101 extensive changes, to most other versions of \PASCAL\ and commonly used
102 \PASCAL-to-C translators, so it does not fully
103 @:C@>
104 use the admirable features of \ph. Indeed, a conscious effort has been
105 made here to avoid using several idiosyncratic features of standard
106 \PASCAL\ itself, so that most of the code can be translated mechanically
107 into other high-level languages. For example, the `\&{with}' and `\\{new}'
108 features are not used, nor are pointer types, set types, or enumerated
109 scalar types; there are no `\&{var}' parameters, except in the case of files;
110 there are no tag fields on variant records; there are no |real| variables;
111 no procedures are declared local to other procedures.)
112
113 The portions of this program that involve system-dependent code, where
114 changes might be necessary because of differences between \PASCAL\ compilers
115 and/or differences between
116 operating systems, can be identified by looking at the sections whose
117 numbers are listed under `system dependencies' in the index. Furthermore,
118 the index entries for `dirty \PASCAL' list all places where the restrictions
119 of \PASCAL\ have not been followed perfectly, for one reason or another.
120 @^system dependencies@>
121 @^dirty \PASCAL@>
122
123 @ The program begins with a normal \PASCAL\ program heading, whose
124 components will be filled in later, using the conventions of \.{WEB}.
125 @.WEB@>
126 For example, the portion of the program called `\X\glob:Global
127 variables\X' below will be replaced by a sequence of variable declarations
128 that starts in $\section\glob$ of this documentation. In this way, we are able
129 to define each individual global variable when we are prepared to
130 understand what it means; we do not have to define all of the globals at
131 once.  Cross references in $\section\glob$, where it says ``See also
132 sections \gglob, \dots,'' also make it possible to look at the set of
133 all global variables, if desired.  Similar remarks apply to the other
134 portions of the program heading.
135
136 Actually the heading shown here is not quite normal: The |program| line
137 does not mention any |output| file, because \ph\ would ask the \MP\ user
138 to specify a file name if |output| were specified here.
139 @^system dependencies@>
140
141 @d true 1
142 @d false 0
143  
144 @(mplib.h@>=
145 typedef struct MP_instance * MP;
146 @<Exported types@>
147 typedef struct MP_options {
148   @<Option variables@>
149 } MP_options;
150 @<Exported function headers@>
151
152 @ @(mpmp.h@>=
153 #include <setjmp.h>
154 typedef struct psout_data_struct * psout_data;
155 typedef int boolean;
156 typedef signed int integer;
157 @<Declare helpers@>;
158 @<Types in the outer block@>;
159 @<Constants in the outer block@>
160 #  ifndef LIBAVL_ALLOCATOR
161 #    define LIBAVL_ALLOCATOR
162     struct libavl_allocator {
163         void *(*libavl_malloc) (struct libavl_allocator *, size_t libavl_size);
164         void (*libavl_free) (struct libavl_allocator *, void *libavl_block);
165     };
166 #  endif
167 typedef struct MP_instance {
168   @<Global variables@>
169 } MP_instance;
170 @<Internal library declarations@>
171
172 @ @c 
173 #include <stdio.h>
174 #include <stdlib.h>
175 #include <string.h>
176 #include <stdarg.h>
177 #include <assert.h>
178 #include <unistd.h> /* for access() */
179 #include <time.h> /* for struct tm \& co */
180 #include "mplib.h"
181 #include "mpmp.h" /* internal header */
182 #include "mppsout.h" /* internal header */
183 @h
184 @<Declarations@>
185 @<Basic printing procedures@>
186 @<Error handling procedures@>
187
188 @ Here are the functions that set up the \MP\ instance.
189
190 @<Declarations@> =
191 @<Declare |mp_reallocate| functions@>;
192 struct MP_options *mp_options (void);
193 MP mp_new (struct MP_options *opt);
194
195 @ @c
196 struct MP_options *mp_options (void) {
197   struct MP_options *opt;
198   opt = malloc(sizeof(MP_options));
199   if (opt!=NULL) {
200     memset (opt,0,sizeof(MP_options));
201   }
202   return opt;
203
204 MP mp_new (struct MP_options *opt) {
205   MP mp;
206   mp = xmalloc(1,sizeof(MP_instance));
207   @<Set |ini_version|@>;
208   @<Setup the non-local jump buffer in |mp_new|@>;
209   @<Allocate or initialize variables@>
210   if (opt->main_memory>mp->mem_max)
211     mp_reallocate_memory(mp,opt->main_memory);
212   mp_reallocate_paths(mp,1000);
213   mp_reallocate_fonts(mp,8);
214   mp->term_in = stdin;
215   mp->term_out = stdout;
216   return mp;
217 }
218 void mp_free (MP mp) {
219   int k; /* loop variable */
220   @<Dealloc variables@>
221   xfree(mp);
222 }
223
224 @ @c
225 void mp_do_initialize ( MP mp) {
226   @<Local variables for initialization@>
227   @<Set initial values of key variables@>
228 }
229 int mp_initialize (MP mp) { /* this procedure gets things started properly */
230   mp->history=mp_fatal_error_stop; /* in case we quit during initialization */
231   @<Install and test the non-local jump buffer@>;
232   t_open_out; /* open the terminal for output */
233   @<Check the ``constant'' values...@>;
234   if ( mp->bad>0 ) {
235     fprintf(stdout,"Ouch---my internal constants have been clobbered!\n"
236                    "---case %i",(int)mp->bad);
237 @.Ouch...clobbered@>
238     return mp->history;
239   }
240   mp_do_initialize(mp); /* erase preloaded mem */
241   if (mp->ini_version) {
242     @<Run inimpost commands@>;
243   }
244   @<Initialize the output routines@>;
245   @<Get the first line of input and prepare to start@>;
246   mp_set_job_id(mp);
247   mp_init_map_file(mp, mp->troff_mode);
248   mp->history=mp_spotless; /* ready to go! */
249   if (mp->troff_mode) {
250     mp->internal[mp_gtroffmode]=unity; 
251     mp->internal[mp_prologues]=unity; 
252   }
253   if ( mp->start_sym>0 ) { /* insert the `\&{everyjob}' symbol */
254     mp->cur_sym=mp->start_sym; mp_back_input(mp);
255   }
256   return mp->history;
257 }
258
259
260 @<Exported function headers@>=
261 extern struct MP_options *mp_options (void);
262 extern MP mp_new (struct MP_options *opt) ;
263 extern void mp_free (MP mp);
264 extern int mp_initialize (MP mp);
265
266 @ @<Declarations@>=
267 void mp_do_initialize (MP mp);
268
269
270 @ The overall \MP\ program begins with the heading just shown, after which
271 comes a bunch of procedure declarations and function declarations.
272 Finally we will get to the main program, which begins with the
273 comment `|start_here|'. If you want to skip down to the
274 main program now, you can look up `|start_here|' in the index.
275 But the author suggests that the best way to understand this program
276 is to follow pretty much the order of \MP's components as they appear in the
277 \.{WEB} description you are now reading, since the present ordering is
278 intended to combine the advantages of the ``bottom up'' and ``top down''
279 approaches to the problem of understanding a somewhat complicated system.
280
281 @ Some of the code below is intended to be used only when diagnosing the
282 strange behavior that sometimes occurs when \MP\ is being installed or
283 when system wizards are fooling around with \MP\ without quite knowing
284 what they are doing. Such code will not normally be compiled; it is
285 delimited by the preprocessor test `|#ifdef DEBUG .. #endif|'.
286
287 @ This program has two important variations: (1) There is a long and slow
288 version called \.{INIMP}, which does the extra calculations needed to
289 @.INIMP@>
290 initialize \MP's internal tables; and (2)~there is a shorter and faster
291 production version, which cuts the initialization to a bare minimum.
292
293 Which is which is decided at runtime.
294
295 @ The following parameters can be changed at compile time to extend or
296 reduce \MP's capacity. They may have different values in \.{INIMP} and
297 in production versions of \MP.
298 @.INIMP@>
299 @^system dependencies@>
300
301 @<Constants...@>=
302 #define file_name_size 255 /* file names shouldn't be longer than this */
303 #define bistack_size 1500 /* size of stack for bisection algorithms;
304   should probably be left at this value */
305
306 @ Like the preceding parameters, the following quantities can be changed
307 at compile time to extend or reduce \MP's capacity. But if they are changed,
308 it is necessary to rerun the initialization program \.{INIMP}
309 @.INIMP@>
310 to generate new tables for the production \MP\ program.
311 One can't simply make helter-skelter changes to the following constants,
312 since certain rather complex initialization
313 numbers are computed from them. 
314
315 @ @<Glob...@>=
316 int max_strings; /* maximum number of strings; must not exceed |max_halfword| */
317 int pool_size; /* maximum number of characters in strings, including all
318   error messages and help texts, and the names of all identifiers */
319 int error_line; /* width of context lines on terminal error messages */
320 int half_error_line; /* width of first lines of contexts in terminal
321   error messages; should be between 30 and |error_line-15| */
322 int max_print_line; /* width of longest text lines output; should be at least 60 */
323 int mem_max; /* greatest index in \MP's internal |mem| array;
324   must be strictly less than |max_halfword|;
325   must be equal to |mem_top| in \.{INIMP}, otherwise |>=mem_top| */
326 int mem_top; /* largest index in the |mem| array dumped by \.{INIMP};
327   must not be greater than |mem_max| */
328 int hash_size; /* maximum number of symbolic tokens,
329   must be less than |max_halfword-3*param_size| */
330 int hash_prime; /* a prime number equal to about 85\pct! of |hash_size| */
331 int param_size; /* maximum number of simultaneous macro parameters */
332 int max_in_open; /* maximum number of input files and error insertions that
333   can be going on simultaneously */
334
335 @ @<Option variables@>=
336 int error_line;
337 int half_error_line;
338 int max_print_line;
339 int main_memory;
340 int hash_size; 
341 int hash_prime; 
342 int param_size; 
343 int max_in_open; 
344
345
346 @d set_value(a,b,c) do { a=c; if (b>c) a=b; } while (0)
347
348 @<Allocate or ...@>=
349 mp->max_strings=500;
350 mp->pool_size=10000;
351 set_value(mp->error_line,opt->error_line,79);
352 set_value(mp->half_error_line,opt->half_error_line,50);
353 set_value(mp->max_print_line,opt->max_print_line,79);
354 mp->mem_max=5000;
355 mp->mem_top=5000;
356 set_value(mp->hash_size,opt->hash_size,9500);
357 set_value(mp->hash_prime,opt->hash_prime,7919);
358 set_value(mp->param_size,opt->param_size,150);
359 set_value(mp->max_in_open,opt->max_in_open,10);
360
361
362 @ In case somebody has inadvertently made bad settings of the ``constants,''
363 \MP\ checks them using a global variable called |bad|.
364
365 This is the first of many sections of \MP\ where global variables are
366 defined.
367
368 @<Glob...@>=
369 integer bad; /* is some ``constant'' wrong? */
370
371 @ Later on we will say `\ignorespaces|if (mem_max>=max_halfword) bad=10;|',
372 or something similar. (We can't do that until |max_halfword| has been defined.)
373
374 @<Check the ``constant'' values for consistency@>=
375 mp->bad=0;
376 if ( (mp->half_error_line<30)||(mp->half_error_line>mp->error_line-15) ) mp->bad=1;
377 if ( mp->max_print_line<60 ) mp->bad=2;
378 if ( mp->mem_top<=1100 ) mp->bad=4;
379 if (mp->hash_prime>mp->hash_size ) mp->bad=5;
380
381 @ Labels are given symbolic names by the following definitions, so that
382 occasional |goto| statements will be meaningful. We insert the label
383 `|exit|:' just before the `\ignorespaces|end|\unskip' of a procedure in
384 which we have used the `|return|' statement defined below; the label
385 `|restart|' is occasionally used at the very beginning of a procedure; and
386 the label `|reswitch|' is occasionally used just prior to a |case|
387 statement in which some cases change the conditions and we wish to branch
388 to the newly applicable case.  Loops that are set up with the |loop|
389 construction defined below are commonly exited by going to `|done|' or to
390 `|found|' or to `|not_found|', and they are sometimes repeated by going to
391 `|continue|'.  If two or more parts of a subroutine start differently but
392 end up the same, the shared code may be gathered together at
393 `|common_ending|'.
394
395 Incidentally, this program never declares a label that isn't actually used,
396 because some fussy \PASCAL\ compilers will complain about redundant labels.
397
398 @d label_exit 10 /* go here to leave a procedure */
399 @d restart 20 /* go here to start a procedure again */
400 @d reswitch 21 /* go here to start a case statement again */
401 @d continue 22 /* go here to resume a loop */
402 @d done 30 /* go here to exit a loop */
403 @d done1 31 /* like |done|, when there is more than one loop */
404 @d done2 32 /* for exiting the second loop in a long block */
405 @d done3 33 /* for exiting the third loop in a very long block */
406 @d done4 34 /* for exiting the fourth loop in an extremely long block */
407 @d done5 35 /* for exiting the fifth loop in an immense block */
408 @d done6 36 /* for exiting the sixth loop in a block */
409 @d found 40 /* go here when you've found it */
410 @d found1 41 /* like |found|, when there's more than one per routine */
411 @d found2 42 /* like |found|, when there's more than two per routine */
412 @d found3 43 /* like |found|, when there's more than three per routine */
413 @d not_found 45 /* go here when you've found nothing */
414 @d common_ending 50 /* go here when you want to merge with another branch */
415
416 @ Here are some macros for common programming idioms.
417
418 @d incr(A)   (A)=(A)+1 /* increase a variable by unity */
419 @d decr(A)   (A)=(A)-1 /* decrease a variable by unity */
420 @d negate(A) (A)=-(A) /* change the sign of a variable */
421 @d double(A) (A)=(A)+(A)
422 @d odd(A)   ((A)%2==1)
423 @d chr(A)   (A)
424 @d do_nothing   /* empty statement */
425 @d Return   goto exit /* terminate a procedure call */
426 @f return   nil /* \.{WEB} will henceforth say |return| instead of \\{return} */
427
428 @* \[2] The character set.
429 In order to make \MP\ readily portable to a wide variety of
430 computers, all of its input text is converted to an internal eight-bit
431 code that includes standard ASCII, the ``American Standard Code for
432 Information Interchange.''  This conversion is done immediately when each
433 character is read in. Conversely, characters are converted from ASCII to
434 the user's external representation just before they are output to a
435 text file.
436 @^ASCII code@>
437
438 Such an internal code is relevant to users of \MP\ only with respect to
439 the \&{char} and \&{ASCII} operations, and the comparison of strings.
440
441 @ Characters of text that have been converted to \MP's internal form
442 are said to be of type |ASCII_code|, which is a subrange of the integers.
443
444 @<Types...@>=
445 typedef unsigned char ASCII_code; /* eight-bit numbers */
446
447 @ The original \PASCAL\ compiler was designed in the late 60s, when six-bit
448 character sets were common, so it did not make provision for lowercase
449 letters. Nowadays, of course, we need to deal with both capital and small
450 letters in a convenient way, especially in a program for font design;
451 so the present specification of \MP\ has been written under the assumption
452 that the \PASCAL\ compiler and run-time system permit the use of text files
453 with more than 64 distinguishable characters. More precisely, we assume that
454 the character set contains at least the letters and symbols associated
455 with ASCII codes 040 through 0176; all of these characters are now
456 available on most computer terminals.
457
458 Since we are dealing with more characters than were present in the first
459 \PASCAL\ compilers, we have to decide what to call the associated data
460 type. Some \PASCAL s use the original name |char| for the
461 characters in text files, even though there now are more than 64 such
462 characters, while other \PASCAL s consider |char| to be a 64-element
463 subrange of a larger data type that has some other name.
464
465 In order to accommodate this difference, we shall use the name |text_char|
466 to stand for the data type of the characters that are converted to and
467 from |ASCII_code| when they are input and output. We shall also assume
468 that |text_char| consists of the elements |chr(first_text_char)| through
469 |chr(last_text_char)|, inclusive. The following definitions should be
470 adjusted if necessary.
471 @^system dependencies@>
472
473 @d first_text_char 0 /* ordinal number of the smallest element of |text_char| */
474 @d last_text_char 255 /* ordinal number of the largest element of |text_char| */
475
476 @<Types...@>=
477 typedef unsigned char text_char; /* the data type of characters in text files */
478
479 @ @<Local variables for init...@>=
480 integer i;
481
482 @ The \MP\ processor converts between ASCII code and
483 the user's external character set by means of arrays |xord| and |xchr|
484 that are analogous to \PASCAL's |ord| and |chr| functions.
485
486 @d xchr(A) mp->xchr[(A)]
487 @d xord(A) mp->xord[(A)]
488
489 @<Glob...@>=
490 ASCII_code xord[256];  /* specifies conversion of input characters */
491 text_char xchr[256];  /* specifies conversion of output characters */
492
493 @ The core system assumes all 8-bit is acceptable.  If it is not,
494 a change file has to alter the below section.
495 @^system dependencies@>
496
497 Additionally, people with extended character sets can
498 assign codes arbitrarily, giving an |xchr| equivalent to whatever
499 characters the users of \MP\ are allowed to have in their input files.
500 Appropriate changes to \MP's |char_class| table should then be made.
501 (Unlike \TeX, each installation of \MP\ has a fixed assignment of category
502 codes, called the |char_class|.) Such changes make portability of programs
503 more difficult, so they should be introduced cautiously if at all.
504 @^character set dependencies@>
505 @^system dependencies@>
506
507 @<Set initial ...@>=
508 for (i=0;i<=0377;i++) { xchr(i)=i; }
509
510 @ The following system-independent code makes the |xord| array contain a
511 suitable inverse to the information in |xchr|. Note that if |xchr[i]=xchr[j]|
512 where |i<j<0177|, the value of |xord[xchr[i]]| will turn out to be
513 |j| or more; hence, standard ASCII code numbers will be used instead of
514 codes below 040 in case there is a coincidence.
515
516 @<Set initial ...@>=
517 for (i=first_text_char;i<=last_text_char;i++) { 
518    xord(chr(i))=0177;
519 }
520 for (i=0200;i<=0377;i++) { xord(xchr(i))=i;}
521 for (i=0;i<=0176;i++) { xord(xchr(i))=i;}
522
523 @* \[3] Input and output.
524 The bane of portability is the fact that different operating systems treat
525 input and output quite differently, perhaps because computer scientists
526 have not given sufficient attention to this problem. People have felt somehow
527 that input and output are not part of ``real'' programming. Well, it is true
528 that some kinds of programming are more fun than others. With existing
529 input/output conventions being so diverse and so messy, the only sources of
530 joy in such parts of the code are the rare occasions when one can find a
531 way to make the program a little less bad than it might have been. We have
532 two choices, either to attack I/O now and get it over with, or to postpone
533 I/O until near the end. Neither prospect is very attractive, so let's
534 get it over with.
535
536 The basic operations we need to do are (1)~inputting and outputting of
537 text, to or from a file or the user's terminal; (2)~inputting and
538 outputting of eight-bit bytes, to or from a file; (3)~instructing the
539 operating system to initiate (``open'') or to terminate (``close'') input or
540 output from a specified file; (4)~testing whether the end of an input
541 file has been reached; (5)~display of bits on the user's screen.
542 The bit-display operation will be discussed in a later section; we shall
543 deal here only with more traditional kinds of I/O.
544
545 @ Finding files happens in a slightly roundabout fashion: the \MP\
546 instance object contains a field that holds a function pointer that finds a
547 file, and returns its name, or NULL. For this, it receives three
548 parameters: the non-qualified name |fname|, the intended |fopen|
549 operation type |fmode|, and the type of the file |ftype|.
550
551 The file types that are passed on in |ftype| can be  used to 
552 differentiate file searches if a library like kpathsea is used,
553 the fopen mode is passed along for the same reason.
554
555 @<Types...@>=
556 typedef unsigned char eight_bits ; /* unsigned one-byte quantity */
557
558 @ @<Exported types@>=
559 enum mp_filetype {
560   mp_filetype_program = 1, /* \MP\ language input */
561   mp_filetype_log,  /* the log file */
562   mp_filetype_postscript, /* the postscript output */
563   mp_filetype_text,  /* text files for readfrom and writeto primitives */
564   mp_filetype_memfile, /* memory dumps */
565   mp_filetype_metrics, /* TeX font metric files */
566   mp_filetype_fontmap, /* PostScript font mapping files */
567   mp_filetype_font, /*  PostScript type1 font programs */
568   mp_filetype_encoding, /*  PostScript font encoding files */
569 };
570 typedef char *(*mp_file_finder)(char *, char *, int);
571
572 @ @<Glob...@>=
573 mp_file_finder find_file;
574
575 @ @<Option variables@>=
576 mp_file_finder find_file;
577
578 @ The default function for finding files is |mp_find_file|. It is 
579 pretty stupid: it will only find files in the current directory.
580
581 @c
582 char *mp_find_file (char *fname, char *fmode, int ftype)  {
583   if (fmode[0] != 'r' || access (fname,R_OK) || ftype)  
584      return strdup(fname);
585   return NULL;
586 }
587
588 @ This has to be done very early on, so it is best to put it in with
589 the |mp_new| allocations
590
591 @d set_callback_option(A) do { mp->A = mp_##A;
592   if (opt->A!=NULL) mp->A = opt->A;
593 } while (0)
594
595 @<Allocate or initialize ...@>=
596 set_callback_option(find_file);
597
598 @ Because |mp_find_file| is used so early, it has to be in the helpers
599 section.
600
601 @<Internal ...@>=
602 char *mp_find_file (char *fname, char *fmode, int ftype) ;
603
604 @ The function to open files can now be very short.
605
606 @c
607 FILE *mp_open_file(MP mp, char *fname, char *fmode, int ftype)  {
608   char *s = (mp->find_file)(fname,fmode,ftype);
609   if (s!=NULL) {
610     FILE *f = fopen(s, fmode);
611     xfree(s);
612     return f;   
613   }
614   return NULL;
615 }
616
617 @ This is a legacy interface: (almost) all file names pass through |name_of_file|.
618
619 @<Glob...@>=
620 char name_of_file[file_name_size+1]; /* the name of a system file */
621 int name_length;/* this many characters are actually
622   relevant in |name_of_file| (the rest are blank) */
623 boolean print_found_names; /* configuration parameter */
624
625 @ @<Option variables@>=
626 int print_found_names; /* configuration parameter */
627
628 @ If this parameter is true, the terminal and log will report the found
629 file names for input files instead of the requested ones. 
630 It is off by default because it creates an extra filename lookup.
631
632 @<Allocate or initialize ...@>=
633 mp->print_found_names = (opt->print_found_names>0 ? true : false);
634
635 @ \MP's file-opening procedures return |false| if no file identified by
636 |name_of_file| could be opened.
637
638 The |OPEN_FILE| macro takes care of the |print_found_names| parameter.
639 It is not used for opening a mem file for read, because that file name 
640 is never printed.
641
642 @d OPEN_FILE(A) do {
643   if (mp->print_found_names) {
644     char *s = (mp->find_file)(mp->name_of_file,A,ftype);
645     if (s!=NULL) {
646       *f = mp_open_file(mp,mp->name_of_file,A, ftype); 
647       strncpy(mp->name_of_file,s,file_name_size);
648       xfree(s);
649     } else {
650       *f = NULL;
651     }
652   } else {
653     *f = mp_open_file(mp,mp->name_of_file,A, ftype); 
654   }
655 } while (0);
656 return (*f ? true : false)
657
658 @c 
659 boolean mp_a_open_in (MP mp, FILE **f, int ftype) {
660   /* open a text file for input */
661   OPEN_FILE("r");
662 }
663 @#
664 boolean mp_w_open_in (MP mp, FILE **f) {
665   /* open a word file for input */
666   *f = mp_open_file(mp,mp->name_of_file,"rb",mp_filetype_memfile); 
667   return (*f ? true : false);
668 }
669 @#
670 boolean mp_a_open_out (MP mp, FILE **f, int ftype) {
671   /* open a text file for output */
672   OPEN_FILE("w");
673 }
674 @#
675 boolean mp_b_open_out (MP mp, FILE **f, int ftype) {
676   /* open a binary file for output */
677   OPEN_FILE("wb");
678 }
679 @#
680 boolean mp_w_open_out (MP mp, FILE**f) {
681   /* open a word file for output */
682   int ftype = mp_filetype_memfile;
683   OPEN_FILE("wb");
684 }
685
686 @ @<Internal ...@>=
687 FILE *mp_open_file(MP mp, char *fname, char *fmode, int ftype);
688
689 @ Binary input and output are done with \PASCAL's ordinary |get| and |put|
690 procedures, so we don't have to make any other special arrangements for
691 binary~I/O. Text output is also easy to do with standard \PASCAL\ routines.
692 The treatment of text input is more difficult, however, because
693 of the necessary translation to |ASCII_code| values.
694 \MP's conventions should be efficient, and they should
695 blend nicely with the user's operating environment.
696
697 @ Input from text files is read one line at a time, using a routine called
698 |input_ln|. This function is defined in terms of global variables called
699 |buffer|, |first|, and |last| that will be described in detail later; for
700 now, it suffices for us to know that |buffer| is an array of |ASCII_code|
701 values, and that |first| and |last| are indices into this array
702 representing the beginning and ending of a line of text.
703
704 @<Glob...@>=
705 size_t buf_size; /* maximum number of characters simultaneously present in
706                     current lines of open files */
707 ASCII_code *buffer; /* lines of characters being read */
708 size_t first; /* the first unused position in |buffer| */
709 size_t last; /* end of the line just input to |buffer| */
710 size_t max_buf_stack; /* largest index used in |buffer| */
711
712 @ @<Allocate or initialize ...@>=
713 mp->buf_size = 200;
714 mp->buffer = xmalloc((mp->buf_size+1),sizeof(ASCII_code));
715
716 @ @<Dealloc variables@>=
717 xfree(mp->buffer);
718
719 @ @c
720 void mp_reallocate_buffer(MP mp, size_t l) {
721   ASCII_code *buffer;
722   if (l>max_halfword) {
723     mp_confusion(mp,"buffer size"); /* can't happen (I hope) */
724   }
725   buffer = xmalloc((l+1),sizeof(ASCII_code));
726   memcpy(buffer,mp->buffer,(mp->buf_size+1));
727   xfree(mp->buffer);
728   mp->buffer = buffer ;
729   mp->buf_size = l;
730 }
731
732 @ The |input_ln| function brings the next line of input from the specified
733 field into available positions of the buffer array and returns the value
734 |true|, unless the file has already been entirely read, in which case it
735 returns |false| and sets |last:=first|.  In general, the |ASCII_code|
736 numbers that represent the next line of the file are input into
737 |buffer[first]|, |buffer[first+1]|, \dots, |buffer[last-1]|; and the
738 global variable |last| is set equal to |first| plus the length of the
739 line. Trailing blanks are removed from the line; thus, either |last=first|
740 (in which case the line was entirely blank) or |buffer[last-1]<>" "|.
741 @^inner loop@>
742
743 An overflow error is given, however, if the normal actions of |input_ln|
744 would make |last>=buf_size|; this is done so that other parts of \MP\
745 can safely look at the contents of |buffer[last+1]| without overstepping
746 the bounds of the |buffer| array. Upon entry to |input_ln|, the condition
747 |first<buf_size| will always hold, so that there is always room for an
748 ``empty'' line.
749
750 The variable |max_buf_stack|, which is used to keep track of how large
751 the |buf_size| parameter must be to accommodate the present job, is
752 also kept up to date by |input_ln|.
753
754 If the |bypass_eoln| parameter is |true|, |input_ln| will do a |get|
755 before looking at the first character of the line; this skips over
756 an |eoln| that was in |f^|. The procedure does not do a |get| when it
757 reaches the end of the line; therefore it can be used to acquire input
758 from the user's terminal as well as from ordinary text files.
759
760 Standard \PASCAL\ says that a file should have |eoln| immediately
761 before |eof|, but \MP\ needs only a weaker restriction: If |eof|
762 occurs in the middle of a line, the system function |eoln| should return
763 a |true| result (even though |f^| will be undefined).
764
765 @c 
766 boolean mp_input_ln (MP mp,FILE *  f, boolean bypass_eoln) {
767   /* inputs the next line or returns |false| */
768   int last_nonblank; /* |last| with trailing blanks removed */
769   int c;
770   if ( bypass_eoln ) {
771     c = fgetc(f);
772     if (c==EOF)
773       return false;
774     if (c!='\n' && c!='\r') {
775       ungetc(c,f);
776     }
777   }
778   /* input the first character of the line into |f^| */
779   mp->last=mp->first; /* cf.\ Matthew 19\thinspace:\thinspace30 */
780   c = fgetc(f);
781   if (c==EOF)
782         return false;
783   last_nonblank=mp->first;
784   while (c!=EOF && c!='\n' && c!='\r') { 
785     if ( mp->last>=mp->max_buf_stack ) { 
786       mp->max_buf_stack=mp->last+1;
787       if ( mp->max_buf_stack==mp->buf_size ) {
788         mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
789       }
790     }
791     mp->buffer[mp->last]=xord(c); 
792     incr(mp->last);
793     if ( mp->buffer[mp->last-1]!=' ' ) 
794       last_nonblank=mp->last;
795     c = fgetc(f); 
796   } 
797   if (c!=EOF) {
798     ungetc(c,f);
799   }
800   mp->last=last_nonblank; 
801   return true;
802 }
803
804 @ The user's terminal acts essentially like other files of text, except
805 that it is used both for input and for output. When the terminal is
806 considered an input file, the file variable is called |term_in|, and when it
807 is considered an output file the file variable is |term_out|.
808 @^system dependencies@>
809
810 @<Glob...@>=
811 FILE * term_in; /* the terminal as an input file */
812 FILE * term_out; /* the terminal as an output file */
813
814 @ Here is how to open the terminal files. In the default configuration,
815 nothing happens except that the command line (if there is one) is copied
816 to the input buffer.  The variable |command_line| will be filled by the 
817 |main| procedure. The copying can not be done earlier in the program 
818 logic because in the |INI| version, the |buffer| is also used for primitive 
819 initialization.
820
821 @^system dependencies@>
822
823 @d t_open_out  /* open the terminal for text output */
824 @d t_open_in  do { /* open the terminal for text input */
825     if (mp->command_line!=NULL) {
826       mp->last = strlen(mp->command_line);
827       strncpy((char *)mp->buffer,mp->command_line,mp->last);
828       xfree(mp->command_line);
829     }
830 } while (0)
831
832 @<Glob...@>=
833 char *command_line;
834
835 @ @<Option variables@>=
836 char *command_line;
837
838 @ @<Allocate or initialize ...@>=
839 mp->command_line = opt->command_line;
840
841 @ Sometimes it is necessary to synchronize the input/output mixture that
842 happens on the user's terminal, and three system-dependent
843 procedures are used for this
844 purpose. The first of these, |update_terminal|, is called when we want
845 to make sure that everything we have output to the terminal so far has
846 actually left the computer's internal buffers and been sent.
847 The second, |clear_terminal|, is called when we wish to cancel any
848 input that the user may have typed ahead (since we are about to
849 issue an unexpected error message). The third, |wake_up_terminal|,
850 is supposed to revive the terminal if the user has disabled it by
851 some instruction to the operating system.  The following macros show how
852 these operations can be specified in \ph:
853 @^system dependencies@>
854
855 @d update_terminal   fflush(mp->term_out) /* empty the terminal output buffer */
856 @d clear_terminal   do_nothing /* clear the terminal input buffer */
857 @d wake_up_terminal  fflush(mp->term_out) /* cancel the user's cancellation of output */
858
859 @ We need a special routine to read the first line of \MP\ input from
860 the user's terminal. This line is different because it is read before we
861 have opened the transcript file; there is sort of a ``chicken and
862 egg'' problem here. If the user types `\.{input cmr10}' on the first
863 line, or if some macro invoked by that line does such an \.{input},
864 the transcript file will be named `\.{cmr10.log}'; but if no \.{input}
865 commands are performed during the first line of terminal input, the transcript
866 file will acquire its default name `\.{mpout.log}'. (The transcript file
867 will not contain error messages generated by the first line before the
868 first \.{input} command.)
869
870 The first line is even more special if we are lucky enough to have an operating
871 system that treats \MP\ differently from a run-of-the-mill \PASCAL\ object
872 program. It's nice to let the user start running a \MP\ job by typing
873 a command line like `\.{MP cmr10}'; in such a case, \MP\ will operate
874 as if the first line of input were `\.{cmr10}', i.e., the first line will
875 consist of the remainder of the command line, after the part that invoked \MP.
876
877 @ Different systems have different ways to get started. But regardless of
878 what conventions are adopted, the routine that initializes the terminal
879 should satisfy the following specifications:
880
881 \yskip\textindent{1)}It should open file |term_in| for input from the
882   terminal. (The file |term_out| will already be open for output to the
883   terminal.)
884
885 \textindent{2)}If the user has given a command line, this line should be
886   considered the first line of terminal input. Otherwise the
887   user should be prompted with `\.{**}', and the first line of input
888   should be whatever is typed in response.
889
890 \textindent{3)}The first line of input, which might or might not be a
891   command line, should appear in locations |first| to |last-1| of the
892   |buffer| array.
893
894 \textindent{4)}The global variable |loc| should be set so that the
895   character to be read next by \MP\ is in |buffer[loc]|. This
896   character should not be blank, and we should have |loc<last|.
897
898 \yskip\noindent(It may be necessary to prompt the user several times
899 before a non-blank line comes in. The prompt is `\.{**}' instead of the
900 later `\.*' because the meaning is slightly different: `\.{input}' need
901 not be typed immediately after~`\.{**}'.)
902
903 @d loc mp->cur_input.loc_field /* location of first unread character in |buffer| */
904
905 @ The following program does the required initialization
906 without retrieving a possible command line.
907 It should be clear how to modify this routine to deal with command lines,
908 if the system permits them.
909 @^system dependencies@>
910
911 @c 
912 boolean mp_init_terminal (MP mp) { /* gets the terminal input started */
913   t_open_in; 
914   if (mp->last!=0) {
915     loc = mp->first = 0;
916         return true;
917   }
918   while (1) { 
919     wake_up_terminal; fprintf(mp->term_out,"**"); update_terminal;
920 @.**@>
921     if ( ! mp_input_ln(mp, mp->term_in,true) ) { /* this shouldn't happen */
922       fprintf(mp->term_out,"\n! End of file on the terminal... why?");
923 @.End of file on the terminal@>
924       return false;
925     }
926     loc=mp->first;
927     while ( (loc<(int)mp->last)&&(mp->buffer[loc]==' ') ) 
928       incr(loc);
929     if ( loc<(int)mp->last ) { 
930       return true; /* return unless the line was all blank */
931     };
932     fprintf(mp->term_out,"Please type the name of your input file.\n");
933   }
934 }
935
936 @ @<Declarations@>=
937 boolean mp_init_terminal (MP mp) ;
938
939
940 @* \[4] String handling.
941 Symbolic token names and diagnostic messages are variable-length strings
942 of eight-bit characters. Since \PASCAL\ does not have a well-developed string
943 mechanism, \MP\ does all of its string processing by homegrown methods.
944
945 \MP\ uses strings more extensively than \MF\ does, but the necessary
946 operations can still be handled with a fairly simple data structure.
947 The array |str_pool| contains all of the (eight-bit) ASCII codes in all
948 of the strings, and the array |str_start| contains indices of the starting
949 points of each string. Strings are referred to by integer numbers, so that
950 string number |s| comprises the characters |str_pool[j]| for
951 |str_start[s]<=j<str_start[ss]| where |ss=next_str[s]|.  The string pool
952 is allocated sequentially and |str_pool[pool_ptr]| is the next unused
953 location.  The first string number not currently in use is |str_ptr|
954 and |next_str[str_ptr]| begins a list of free string numbers.  String
955 pool entries |str_start[str_ptr]| up to |pool_ptr| are reserved for a
956 string currently being constructed.
957
958 String numbers 0 to 255 are reserved for strings that correspond to single
959 ASCII characters. This is in accordance with the conventions of \.{WEB},
960 @.WEB@>
961 which converts single-character strings into the ASCII code number of the
962 single character involved, while it converts other strings into integers
963 and builds a string pool file. Thus, when the string constant \.{"."} appears
964 in the program below, \.{WEB} converts it into the integer 46, which is the
965 ASCII code for a period, while \.{WEB} will convert a string like \.{"hello"}
966 into some integer greater than~255. String number 46 will presumably be the
967 single character `\..'\thinspace; but some ASCII codes have no standard visible
968 representation, and \MP\ may need to be able to print an arbitrary
969 ASCII character, so the first 256 strings are used to specify exactly what
970 should be printed for each of the 256 possibilities.
971
972 @<Types...@>=
973 typedef int pool_pointer; /* for variables that point into |str_pool| */
974 typedef int str_number; /* for variables that point into |str_start| */
975
976 @ @<Glob...@>=
977 ASCII_code *str_pool; /* the characters */
978 pool_pointer *str_start; /* the starting pointers */
979 str_number *next_str; /* for linking strings in order */
980 pool_pointer pool_ptr; /* first unused position in |str_pool| */
981 str_number str_ptr; /* number of the current string being created */
982 pool_pointer init_pool_ptr; /* the starting value of |pool_ptr| */
983 str_number init_str_use; /* the initial number of strings in use */
984 pool_pointer max_pool_ptr; /* the maximum so far of |pool_ptr| */
985 str_number max_str_ptr; /* the maximum so far of |str_ptr| */
986
987 @ @<Allocate or initialize ...@>=
988 mp->str_pool  = xmalloc ((mp->pool_size +1),sizeof(ASCII_code));
989 mp->str_start = xmalloc ((mp->max_strings+1),sizeof(pool_pointer));
990 mp->next_str  = xmalloc ((mp->max_strings+1),sizeof(str_number));
991
992 @ @<Dealloc variables@>=
993 xfree(mp->str_pool);
994 xfree(mp->str_start);
995 xfree(mp->next_str);
996
997 @ Most printing is done from |char *|s, but sometimes not. Here are
998 functions that convert an internal string into a |char *| for use
999 by the printing routines, and vice versa.
1000
1001 @d str(A) mp_str(mp,A)
1002 @d rts(A) mp_rts(mp,A)
1003
1004 @<Internal ...@>=
1005 int mp_xstrcmp (const char *a, const char *b);
1006 char * mp_str (MP mp, str_number s);
1007
1008 @ @<Declarations@>=
1009 str_number mp_rts (MP mp, char *s);
1010 str_number mp_make_string (MP mp);
1011
1012 @ The attempt to catch interrupted strings that is in |mp_rts|, is not 
1013 very good: it does not handle nesting over more than one level.
1014
1015 @c 
1016 int mp_xstrcmp (const char *a, const char *b) {
1017         if (a==NULL && b==NULL) 
1018           return 0;
1019     if (a==NULL)
1020       return -1;
1021     if (b==NULL)
1022       return 1;
1023     return strcmp(a,b);
1024 }
1025
1026 @ @c
1027 char * mp_str (MP mp, str_number ss) {
1028   char *s;
1029   int len;
1030   if (ss==mp->str_ptr) {
1031     return NULL;
1032   } else {
1033     len = length(ss);
1034     s = xmalloc(len+1,sizeof(char));
1035     strncpy(s,(char *)(mp->str_pool+(mp->str_start[ss])),len);
1036     s[len] = 0;
1037     return (char *)s;
1038   }
1039 }
1040 str_number mp_rts (MP mp, char *s) {
1041   int r; /* the new string */ 
1042   int old; /* a possible string in progress */
1043   int i=0;
1044   if (strlen(s)==0) {
1045     return 256;
1046   } else if (strlen(s)==1) {
1047     return s[0];
1048   } else {
1049    old=0;
1050    str_room((integer)strlen(s));
1051    if (mp->str_start[mp->str_ptr]<mp->pool_ptr)
1052      old = mp_make_string(mp);
1053    while (*s) {
1054      append_char(*s);
1055      s++;
1056    }
1057    r = mp_make_string(mp);
1058    if (old!=0) {
1059       str_room(length(old));
1060       while (i<length(old)) {
1061         append_char((mp->str_start[old]+i));
1062       } 
1063       mp_flush_string(mp,old);
1064     }
1065     return r;
1066   }
1067 }
1068
1069 @ Except for |strs_used_up|, the following string statistics are only
1070 maintained when code between |stat| $\ldots$ |tats| delimiters is not
1071 commented out:
1072
1073 @<Glob...@>=
1074 integer strs_used_up; /* strings in use or unused but not reclaimed */
1075 integer pool_in_use; /* total number of cells of |str_pool| actually in use */
1076 integer strs_in_use; /* total number of strings actually in use */
1077 integer max_pl_used; /* maximum |pool_in_use| so far */
1078 integer max_strs_used; /* maximum |strs_in_use| so far */
1079
1080 @ Several of the elementary string operations are performed using \.{WEB}
1081 macros instead of \PASCAL\ procedures, because many of the
1082 operations are done quite frequently and we want to avoid the
1083 overhead of procedure calls. For example, here is
1084 a simple macro that computes the length of a string.
1085 @.WEB@>
1086
1087 @d str_stop(A) mp->str_start[mp->next_str[(A)]] /* one cell past the end of string
1088   number \# */
1089 @d length(A) (str_stop((A))-mp->str_start[(A)]) /* the number of characters in string \# */
1090
1091 @ The length of the current string is called |cur_length|.  If we decide that
1092 the current string is not needed, |flush_cur_string| resets |pool_ptr| so that
1093 |cur_length| becomes zero.
1094
1095 @d cur_length   (mp->pool_ptr - mp->str_start[mp->str_ptr])
1096 @d flush_cur_string   mp->pool_ptr=mp->str_start[mp->str_ptr]
1097
1098 @ Strings are created by appending character codes to |str_pool|.
1099 The |append_char| macro, defined here, does not check to see if the
1100 value of |pool_ptr| has gotten too high; this test is supposed to be
1101 made before |append_char| is used.
1102
1103 To test if there is room to append |l| more characters to |str_pool|,
1104 we shall write |str_room(l)|, which tries to make sure there is enough room
1105 by compacting the string pool if necessary.  If this does not work,
1106 |do_compaction| aborts \MP\ and gives an apologetic error message.
1107
1108 @d append_char(A)   /* put |ASCII_code| \# at the end of |str_pool| */
1109 { mp->str_pool[mp->pool_ptr]=(A); incr(mp->pool_ptr);
1110 }
1111 @d str_room(A)   /* make sure that the pool hasn't overflowed */
1112   { if ( mp->pool_ptr+(A) > mp->max_pool_ptr ) {
1113     if ( mp->pool_ptr+(A) > mp->pool_size ) mp_do_compaction(mp, (A));
1114     else mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr+(A); }
1115   }
1116
1117 @ The following routine is similar to |str_room(1)| but it uses the
1118 argument |mp->pool_size| to prevent |do_compaction| from aborting when
1119 string space is exhausted.
1120
1121 @<Declare the procedure called |unit_str_room|@>=
1122 void mp_unit_str_room (MP mp);
1123
1124 @ @c
1125 void mp_unit_str_room (MP mp) { 
1126   if ( mp->pool_ptr>=mp->pool_size ) mp_do_compaction(mp, mp->pool_size);
1127   if ( mp->pool_ptr>=mp->max_pool_ptr ) mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr+1;
1128 }
1129
1130 @ \MP's string expressions are implemented in a brute-force way: Every
1131 new string or substring that is needed is simply copied into the string pool.
1132 Space is eventually reclaimed by a procedure called |do_compaction| with
1133 the aid of a simple system system of reference counts.
1134 @^reference counts@>
1135
1136 The number of references to string number |s| will be |str_ref[s]|. The
1137 special value |str_ref[s]=max_str_ref=127| is used to denote an unknown
1138 positive number of references; such strings will never be recycled. If
1139 a string is ever referred to more than 126 times, simultaneously, we
1140 put it in this category. Hence a single byte suffices to store each |str_ref|.
1141
1142 @d max_str_ref 127 /* ``infinite'' number of references */
1143 @d add_str_ref(A) { if ( mp->str_ref[(A)]<max_str_ref ) incr(mp->str_ref[(A)]);
1144   }
1145
1146 @<Glob...@>=
1147 int *str_ref;
1148
1149 @ @<Allocate or initialize ...@>=
1150 mp->str_ref = xmalloc ((mp->max_strings+1),sizeof(int));
1151
1152 @ @<Dealloc variables@>=
1153 xfree(mp->str_ref);
1154
1155 @ Here's what we do when a string reference disappears:
1156
1157 @d delete_str_ref(A)  { 
1158     if ( mp->str_ref[(A)]<max_str_ref ) {
1159        if ( mp->str_ref[(A)]>1 ) decr(mp->str_ref[(A)]); 
1160        else mp_flush_string(mp, (A));
1161     }
1162   }
1163
1164 @<Declare the procedure called |flush_string|@>=
1165 void mp_flush_string (MP mp,str_number s) ;
1166
1167
1168 @ We can't flush the first set of static strings at all, so there 
1169 is no point in trying
1170
1171 @c
1172 void mp_flush_string (MP mp,str_number s) { 
1173   if (length(s)>1) {
1174     mp->pool_in_use=mp->pool_in_use-length(s);
1175     decr(mp->strs_in_use);
1176     if ( mp->next_str[s]!=mp->str_ptr ) {
1177       mp->str_ref[s]=0;
1178     } else { 
1179       mp->str_ptr=s;
1180       decr(mp->strs_used_up);
1181     }
1182     mp->pool_ptr=mp->str_start[mp->str_ptr];
1183   }
1184 }
1185
1186 @ C literals cannot be simply added, they need to be set so they can't
1187 be flushed.
1188
1189 @d intern(A) mp_intern(mp,(A))
1190
1191 @c
1192 str_number mp_intern (MP mp, char *s) {
1193   str_number r ;
1194   r = rts(s);
1195   mp->str_ref[r] = max_str_ref;
1196   return r;
1197 }
1198
1199 @ @<Declarations@>=
1200 str_number mp_intern (MP mp, char *s);
1201
1202
1203 @ Once a sequence of characters has been appended to |str_pool|, it
1204 officially becomes a string when the function |make_string| is called.
1205 This function returns the identification number of the new string as its
1206 value.
1207
1208 When getting the next unused string number from the linked list, we pretend
1209 that
1210 $$ \hbox{|max_str_ptr+1|, |max_str_ptr+2|, $\ldots$, |mp->max_strings|} $$
1211 are linked sequentially even though the |next_str| entries have not been
1212 initialized yet.  We never allow |str_ptr| to reach |mp->max_strings|;
1213 |do_compaction| is responsible for making sure of this.
1214
1215 @<Declarations@>=
1216 @<Declare the procedure called |do_compaction|@>;
1217 @<Declare the procedure called |unit_str_room|@>;
1218 str_number mp_make_string (MP mp);
1219
1220 @ @c 
1221 str_number mp_make_string (MP mp) { /* current string enters the pool */
1222   str_number s; /* the new string */
1223 RESTART: 
1224   s=mp->str_ptr;
1225   mp->str_ptr=mp->next_str[s];
1226   if ( mp->str_ptr>mp->max_str_ptr ) {
1227     if ( mp->str_ptr==mp->max_strings ) { 
1228       mp->str_ptr=s;
1229       mp_do_compaction(mp, 0);
1230       goto RESTART;
1231     } else {
1232 #ifdef DEBUG 
1233       if ( mp->strs_used_up!=mp->max_str_ptr ) mp_confusion(mp, "s");
1234 @:this can't happen s}{\quad \.s@>
1235 #endif
1236       mp->max_str_ptr=mp->str_ptr;
1237       mp->next_str[mp->str_ptr]=mp->max_str_ptr+1;
1238     }
1239   }
1240   mp->str_ref[s]=1;
1241   mp->str_start[mp->str_ptr]=mp->pool_ptr;
1242   incr(mp->strs_used_up);
1243   incr(mp->strs_in_use);
1244   mp->pool_in_use=mp->pool_in_use+length(s);
1245   if ( mp->pool_in_use>mp->max_pl_used ) 
1246     mp->max_pl_used=mp->pool_in_use;
1247   if ( mp->strs_in_use>mp->max_strs_used ) 
1248     mp->max_strs_used=mp->strs_in_use;
1249   return s;
1250 }
1251
1252 @ The most interesting string operation is string pool compaction.  The idea
1253 is to recover unused space in the |str_pool| array by recopying the strings
1254 to close the gaps created when some strings become unused.  All string
1255 numbers~$k$ where |str_ref[k]=0| are to be linked into the list of free string
1256 numbers after |str_ptr|.  If this fails to free enough pool space we issue an
1257 |overflow| error unless |needed=mp->pool_size|.  Calling |do_compaction|
1258 with |needed=mp->pool_size| supresses all overflow tests.
1259
1260 The compaction process starts with |last_fixed_str| because all lower numbered
1261 strings are permanently allocated with |max_str_ref| in their |str_ref| entries.
1262
1263 @<Glob...@>=
1264 str_number last_fixed_str; /* last permanently allocated string */
1265 str_number fixed_str_use; /* number of permanently allocated strings */
1266
1267 @ @<Declare the procedure called |do_compaction|@>=
1268 void mp_do_compaction (MP mp, pool_pointer needed) ;
1269
1270 @ @c
1271 void mp_do_compaction (MP mp, pool_pointer needed) {
1272   str_number str_use; /* a count of strings in use */
1273   str_number r,s,t; /* strings being manipulated */
1274   pool_pointer p,q; /* destination and source for copying string characters */
1275   @<Advance |last_fixed_str| as far as possible and set |str_use|@>;
1276   r=mp->last_fixed_str;
1277   s=mp->next_str[r];
1278   p=mp->str_start[s];
1279   while ( s!=mp->str_ptr ) { 
1280     while ( mp->str_ref[s]==0 ) {
1281       @<Advance |s| and add the old |s| to the list of free string numbers;
1282         then |break| if |s=str_ptr|@>;
1283     }
1284     r=s; s=mp->next_str[s];
1285     incr(str_use);
1286     @<Move string |r| back so that |str_start[r]=p|; make |p| the location
1287      after the end of the string@>;
1288   }
1289   @<Move the current string back so that it starts at |p|@>;
1290   if ( needed<mp->pool_size ) {
1291     @<Make sure that there is room for another string with |needed| characters@>;
1292   }
1293   @<Account for the compaction and make sure the statistics agree with the
1294      global versions@>;
1295   mp->strs_used_up=str_use;
1296 }
1297
1298 @ @<Advance |last_fixed_str| as far as possible and set |str_use|@>=
1299 t=mp->next_str[mp->last_fixed_str];
1300 while (t!=mp->str_ptr && mp->str_ref[t]==max_str_ref) {
1301   incr(mp->fixed_str_use);
1302   mp->last_fixed_str=t;
1303   t=mp->next_str[t];
1304 }
1305 str_use=mp->fixed_str_use
1306
1307 @ Because of the way |flush_string| has been written, it should never be
1308 necessary to |break| here.  The extra line of code seems worthwhile to
1309 preserve the generality of |do_compaction|.
1310
1311 @<Advance |s| and add the old |s| to the list of free string numbers;...@>=
1312 {
1313 t=s;
1314 s=mp->next_str[s];
1315 mp->next_str[r]=s;
1316 mp->next_str[t]=mp->next_str[mp->str_ptr];
1317 mp->next_str[mp->str_ptr]=t;
1318 if ( s==mp->str_ptr ) break;
1319 }
1320
1321 @ The string currently starts at |str_start[r]| and ends just before
1322 |str_start[s]|.  We don't change |str_start[s]| because it might be needed
1323 to locate the next string.
1324
1325 @<Move string |r| back so that |str_start[r]=p|; make |p| the location...@>=
1326 q=mp->str_start[r];
1327 mp->str_start[r]=p;
1328 while ( q<mp->str_start[s] ) { 
1329   mp->str_pool[p]=mp->str_pool[q];
1330   incr(p); incr(q);
1331 }
1332
1333 @ Pointers |str_start[str_ptr]| and |pool_ptr| have not been updated.  When
1334 we do this, anything between them should be moved.
1335
1336 @ @<Move the current string back so that it starts at |p|@>=
1337 q=mp->str_start[mp->str_ptr];
1338 mp->str_start[mp->str_ptr]=p;
1339 while ( q<mp->pool_ptr ) { 
1340   mp->str_pool[p]=mp->str_pool[q];
1341   incr(p); incr(q);
1342 }
1343 mp->pool_ptr=p
1344
1345 @ We must remember that |str_ptr| is not allowed to reach |mp->max_strings|.
1346
1347 @<Make sure that there is room for another string with |needed| char...@>=
1348 if ( str_use>=mp->max_strings-1 )
1349   mp_reallocate_strings (mp,str_use);
1350 if ( mp->pool_ptr+needed>mp->max_pool_ptr ) {
1351   mp_reallocate_pool(mp, mp->pool_ptr+needed);
1352   mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr+needed;
1353 }
1354
1355 @ @<Declarations@>=
1356 void mp_reallocate_strings (MP mp, str_number str_use) ;
1357 void mp_reallocate_pool(MP mp, pool_pointer needed) ;
1358
1359 @ @c 
1360 void mp_reallocate_strings (MP mp, str_number str_use) { 
1361   while ( str_use>=mp->max_strings-1 ) {
1362     int l = mp->max_strings + (mp->max_strings>>2);
1363     XREALLOC (mp->str_ref,   l, int);
1364     XREALLOC (mp->str_start, l, pool_pointer);
1365     XREALLOC (mp->next_str,  l, str_number);
1366     mp->max_strings = l;
1367   }
1368 }
1369 void mp_reallocate_pool(MP mp, pool_pointer needed) {
1370   while ( needed>mp->pool_size ) {
1371     int l = mp->pool_size + (mp->pool_size>>2);
1372         XREALLOC (mp->str_pool, l, ASCII_code);
1373     mp->pool_size = l;
1374   }
1375 }
1376
1377 @ @<Account for the compaction and make sure the statistics agree with...@>=
1378 if ( (mp->str_start[mp->str_ptr]!=mp->pool_in_use)||(str_use!=mp->strs_in_use) )
1379   mp_confusion(mp, "string");
1380 @:this can't happen string}{\quad string@>
1381 incr(mp->pact_count);
1382 mp->pact_chars=mp->pact_chars+mp->pool_ptr-str_stop(mp->last_fixed_str);
1383 mp->pact_strs=mp->pact_strs+str_use-mp->fixed_str_use;
1384 #ifdef DEBUG
1385 s=mp->str_ptr; t=str_use;
1386 while ( s<=mp->max_str_ptr ){
1387   if ( t>mp->max_str_ptr ) mp_confusion(mp, "\"");
1388   incr(t); s=mp->next_str[s];
1389 };
1390 if ( t<=mp->max_str_ptr ) mp_confusion(mp, "\"");
1391 #endif
1392
1393 @ A few more global variables are needed to keep track of statistics when
1394 |stat| $\ldots$ |tats| blocks are not commented out.
1395
1396 @<Glob...@>=
1397 integer pact_count; /* number of string pool compactions so far */
1398 integer pact_chars; /* total number of characters moved during compactions */
1399 integer pact_strs; /* total number of strings moved during compactions */
1400
1401 @ @<Initialize compaction statistics@>=
1402 mp->pact_count=0;
1403 mp->pact_chars=0;
1404 mp->pact_strs=0;
1405
1406 @ The following subroutine compares string |s| with another string of the
1407 same length that appears in |buffer| starting at position |k|;
1408 the result is |true| if and only if the strings are equal.
1409
1410 @c 
1411 boolean mp_str_eq_buf (MP mp,str_number s, integer k) {
1412   /* test equality of strings */
1413   pool_pointer j; /* running index */
1414   j=mp->str_start[s];
1415   while ( j<str_stop(s) ) { 
1416     if ( mp->str_pool[j++]!=mp->buffer[k++] ) 
1417       return false;
1418   }
1419   return true;
1420 }
1421
1422 @ Here is a similar routine, but it compares two strings in the string pool,
1423 and it does not assume that they have the same length. If the first string
1424 is lexicographically greater than, less than, or equal to the second,
1425 the result is respectively positive, negative, or zero.
1426
1427 @c 
1428 integer mp_str_vs_str (MP mp, str_number s, str_number t) {
1429   /* test equality of strings */
1430   pool_pointer j,k; /* running indices */
1431   integer ls,lt; /* lengths */
1432   integer l; /* length remaining to test */
1433   ls=length(s); lt=length(t);
1434   if ( ls<=lt ) l=ls; else l=lt;
1435   j=mp->str_start[s]; k=mp->str_start[t];
1436   while ( l-->0 ) { 
1437     if ( mp->str_pool[j]!=mp->str_pool[k] ) {
1438        return (mp->str_pool[j]-mp->str_pool[k]); 
1439     }
1440     incr(j); incr(k);
1441   }
1442   return (ls-lt);
1443 }
1444
1445 @ The initial values of |str_pool|, |str_start|, |pool_ptr|,
1446 and |str_ptr| are computed by the \.{INIMP} program, based in part
1447 on the information that \.{WEB} has output while processing \MP.
1448 @.INIMP@>
1449 @^string pool@>
1450
1451 @c 
1452 void mp_get_strings_started (MP mp) { 
1453   /* initializes the string pool,
1454     but returns |false| if something goes wrong */
1455   int k; /* small indices or counters */
1456   str_number g; /* a new string */
1457   mp->pool_ptr=0; mp->str_ptr=0; mp->max_pool_ptr=0; mp->max_str_ptr=0;
1458   mp->str_start[0]=0;
1459   mp->next_str[0]=1;
1460   mp->pool_in_use=0; mp->strs_in_use=0;
1461   mp->max_pl_used=0; mp->max_strs_used=0;
1462   @<Initialize compaction statistics@>;
1463   mp->strs_used_up=0;
1464   @<Make the first 256 strings@>;
1465   g=mp_make_string(mp); /* string 256 == "" */
1466   mp->str_ref[g]=max_str_ref;
1467   mp->last_fixed_str=mp->str_ptr-1;
1468   mp->fixed_str_use=mp->str_ptr;
1469   return;
1470 }
1471
1472 @ @<Declarations@>=
1473 void mp_get_strings_started (MP mp);
1474
1475 @ The first 256 strings will consist of a single character only.
1476
1477 @<Make the first 256...@>=
1478 for (k=0;k<=255;k++) { 
1479   append_char(k);
1480   g=mp_make_string(mp); 
1481   mp->str_ref[g]=max_str_ref;
1482 }
1483
1484 @ The first 128 strings will contain 95 standard ASCII characters, and the
1485 other 33 characters will be printed in three-symbol form like `\.{\^\^A}'
1486 unless a system-dependent change is made here. Installations that have
1487 an extended character set, where for example |xchr[032]=@t\.{'^^Z'}@>|,
1488 would like string 032 to be printed as the single character 032 instead
1489 of the three characters 0136, 0136, 0132 (\.{\^\^Z}). On the other hand,
1490 even people with an extended character set will want to represent string
1491 015 by \.{\^\^M}, since 015 is ASCII's ``carriage return'' code; the idea is
1492 to produce visible strings instead of tabs or line-feeds or carriage-returns
1493 or bell-rings or characters that are treated anomalously in text files.
1494
1495 Unprintable characters of codes 128--255 are, similarly, rendered
1496 \.{\^\^80}--\.{\^\^ff}.
1497
1498 The boolean expression defined here should be |true| unless \MP\ internal
1499 code number~|k| corresponds to a non-troublesome visible symbol in the
1500 local character set.
1501 If character |k| cannot be printed, and |k<0200|, then character |k+0100| or
1502 |k-0100| must be printable; moreover, ASCII codes |[060..071, 0141..0146]|
1503 must be printable.
1504 @^character set dependencies@>
1505 @^system dependencies@>
1506
1507 @<Character |k| cannot be printed@>=
1508   (k<' ')||(k>'~')
1509
1510 @* \[5] On-line and off-line printing.
1511 Messages that are sent to a user's terminal and to the transcript-log file
1512 are produced by several `|print|' procedures. These procedures will
1513 direct their output to a variety of places, based on the setting of
1514 the global variable |selector|, which has the following possible
1515 values:
1516
1517 \yskip
1518 \hang |term_and_log|, the normal setting, prints on the terminal and on the
1519   transcript file.
1520
1521 \hang |log_only|, prints only on the transcript file.
1522
1523 \hang |term_only|, prints only on the terminal.
1524
1525 \hang |no_print|, doesn't print at all. This is used only in rare cases
1526   before the transcript file is open.
1527
1528 \hang |ps_file_only| prints only on the \ps\ output file.
1529
1530 \hang |pseudo|, puts output into a cyclic buffer that is used
1531   by the |show_context| routine; when we get to that routine we shall discuss
1532   the reasoning behind this curious mode.
1533
1534 \hang |new_string|, appends the output to the current string in the
1535   string pool.
1536
1537 \hang |>=write_file| prints on one of the files used for the \&{write}
1538 @:write_}{\&{write} primitive@>
1539   command.
1540
1541 \yskip
1542 \noindent The symbolic names `|term_and_log|', etc., have been assigned
1543 numeric codes that satisfy the convenient relations |no_print+1=term_only|,
1544 |no_print+2=log_only|, |term_only+2=log_only+1=term_and_log|.  These
1545 relations are not used when |selector| could be |pseudo|, |new_string|,
1546 or |ps_file_only|.  We need not check for unprintable characters when
1547 |selector<pseudo|.
1548
1549 Four additional global variables, |tally|, |term_offset|, |file_offset|,
1550 and |ps_offset| record the number of characters that have been printed
1551 since they were most recently cleared to zero. We use |tally| to record
1552 the length of (possibly very long) stretches of printing; |term_offset|,
1553 |file_offset|, and |ps_offset|, on the other hand, keep track of how many
1554 characters have appeared so far on the current line that has been output
1555 to the terminal, the transcript file, or the \ps\ output file, respectively.
1556
1557 @d new_string 0 /* printing is deflected to the string pool */
1558 @d ps_file_only 1 /* printing goes to the \ps\ output file */
1559 @d pseudo 2 /* special |selector| setting for |show_context| */
1560 @d no_print 3 /* |selector| setting that makes data disappear */
1561 @d term_only 4 /* printing is destined for the terminal only */
1562 @d log_only 5 /* printing is destined for the transcript file only */
1563 @d term_and_log 6 /* normal |selector| setting */
1564 @d write_file 7 /* first write file selector */
1565
1566 @<Glob...@>=
1567 FILE * log_file; /* transcript of \MP\ session */
1568 FILE * ps_file; /* the generic font output goes here */
1569 unsigned int selector; /* where to print a message */
1570 unsigned char dig[23]; /* digits in a number being output */
1571 integer tally; /* the number of characters recently printed */
1572 unsigned int term_offset;
1573   /* the number of characters on the current terminal line */
1574 unsigned int file_offset;
1575   /* the number of characters on the current file line */
1576 integer ps_offset;
1577   /* the number of characters on the current \ps\ file line */
1578 ASCII_code *trick_buf; /* circular buffer for pseudoprinting */
1579 integer trick_count; /* threshold for pseudoprinting, explained later */
1580 integer first_count; /* another variable for pseudoprinting */
1581
1582 @ @<Allocate or initialize ...@>=
1583 memset(mp->dig,0,23);
1584 mp->trick_buf = xmalloc((mp->error_line+1),sizeof(ASCII_code));
1585
1586 @ @<Dealloc variables@>=
1587 xfree(mp->trick_buf);
1588
1589 @ @<Initialize the output routines@>=
1590 mp->selector=term_only; mp->tally=0; mp->term_offset=0; mp->file_offset=0; mp->ps_offset=0;
1591
1592 @ Macro abbreviations for output to the terminal and to the log file are
1593 defined here for convenience. Some systems need special conventions
1594 for terminal output, and it is possible to adhere to those conventions
1595 by changing |wterm|, |wterm_ln|, and |wterm_cr| here.
1596 @^system dependencies@>
1597
1598 @d wterm(A)    fprintf(mp->term_out,"%s",(A))
1599 @d wterm_chr(A)fprintf(mp->term_out,"%c",(A))
1600 @d wterm_ln(A) fprintf(mp->term_out,"\n%s",(A))
1601 @d wterm_cr    fprintf(mp->term_out,"\n")
1602 @d wlog(A)     fprintf(mp->log_file,"%s",(A))
1603 @d wlog_chr(A) fprintf(mp->log_file,"%c",(A))
1604 @d wlog_ln(A)  fprintf(mp->log_file,"\n%s",(A))
1605 @d wlog_cr     fprintf(mp->log_file, "\n")
1606 @d wps(A)      fprintf(mp->ps_file,"%s",(A))
1607 @d wps_chr(A)  fprintf(mp->ps_file,"%c",(A))
1608 @d wps_ln(A)   fprintf(mp->ps_file,,"\n%s",(A))
1609 @d wps_cr      fprintf(mp->ps_file,"\n")
1610
1611 @ To end a line of text output, we call |print_ln|.  Cases |0..max_write_files|
1612 use an array |wr_file| that will be declared later.
1613
1614 @d mp_print_text(A) mp_print_str(mp,text((A)))
1615
1616 @<Internal ...@>=
1617 void mp_print_ln (MP mp);
1618 void mp_print_visible_char (MP mp, ASCII_code s); 
1619 void mp_print_char (MP mp, ASCII_code k);
1620 void mp_print (MP mp, char *s);
1621 void mp_print_str (MP mp, str_number s);
1622 void mp_print_nl (MP mp, char *s);
1623 void mp_print_two (MP mp,scaled x, scaled y) ;
1624 void mp_print_scaled (MP mp,scaled s);
1625
1626 @ @<Basic print...@>=
1627 void mp_print_ln (MP mp) { /* prints an end-of-line */
1628  switch (mp->selector) {
1629   case term_and_log: 
1630     wterm_cr; wlog_cr;
1631     mp->term_offset=0;  mp->file_offset=0;
1632     break;
1633   case log_only: 
1634     wlog_cr; mp->file_offset=0;
1635     break;
1636   case term_only: 
1637     wterm_cr; mp->term_offset=0;
1638     break;
1639   case ps_file_only: 
1640     wps_cr; mp->ps_offset=0;
1641     break;
1642   case no_print:
1643   case pseudo: 
1644   case new_string: 
1645     break;
1646   default: 
1647     fprintf(mp->wr_file[(mp->selector-write_file)],"\n");
1648   }
1649 } /* note that |tally| is not affected */
1650
1651 @ The |print_visible_char| procedure sends one character to the desired
1652 destination, using the |xchr| array to map it into an external character
1653 compatible with |input_ln|.  (It assumes that it is always called with
1654 a visible ASCII character.)  All printing comes through |print_ln| or
1655 |print_char|, which ultimately calls |print_visible_char|, hence these
1656 routines are the ones that limit lines to at most |max_print_line| characters.
1657 But we must make an exception for the \ps\ output file since it is not safe
1658 to cut up lines arbitrarily in \ps.
1659
1660 Procedure |unit_str_room| needs to be declared |forward| here because it calls
1661 |do_compaction| and |do_compaction| can call the error routines.  Actually,
1662 |unit_str_room| avoids |overflow| errors but it can call |confusion|.
1663
1664 @<Basic printing...@>=
1665 void mp_print_visible_char (MP mp, ASCII_code s) { /* prints a single character */
1666   switch (mp->selector) {
1667   case term_and_log: 
1668     wterm_chr(xchr(s)); wlog_chr(xchr(s));
1669     incr(mp->term_offset); incr(mp->file_offset);
1670     if ( mp->term_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) { 
1671        wterm_cr; mp->term_offset=0;
1672     };
1673     if ( mp->file_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) { 
1674        wlog_cr; mp->file_offset=0;
1675     };
1676     break;
1677   case log_only: 
1678     wlog_chr(xchr(s)); incr(mp->file_offset);
1679     if ( mp->file_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) mp_print_ln(mp);
1680     break;
1681   case term_only: 
1682     wterm_chr(xchr(s)); incr(mp->term_offset);
1683     if ( mp->term_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) mp_print_ln(mp);
1684     break;
1685   case ps_file_only: 
1686     if ( s==13 ) {
1687       wps_cr; mp->ps_offset=0;
1688     } else {
1689       wps_chr(xchr(s)); incr(mp->ps_offset);
1690     };
1691     break;
1692   case no_print: 
1693     break;
1694   case pseudo: 
1695     if ( mp->tally<mp->trick_count ) 
1696       mp->trick_buf[mp->tally % mp->error_line]=s;
1697     break;
1698   case new_string: 
1699     if ( mp->pool_ptr>=mp->max_pool_ptr ) { 
1700       mp_unit_str_room(mp);
1701       if ( mp->pool_ptr>=mp->pool_size ) 
1702         goto DONE; /* drop characters if string space is full */
1703     };
1704     append_char(s);
1705     break;
1706   default:
1707     fprintf(mp->wr_file[(mp->selector-write_file)],"%c",xchr(s));
1708   }
1709 DONE:
1710   incr(mp->tally);
1711 }
1712
1713 @ The |print_char| procedure sends one character to the desired destination.
1714 File names and string expressions might contain |ASCII_code| values that
1715 can't be printed using |print_visible_char|.  These characters will be
1716 printed in three- or four-symbol form like `\.{\^\^A}' or `\.{\^\^e4}'.
1717 (This procedure assumes that it is safe to bypass all checks for unprintable
1718 characters when |selector| is in the range |0..max_write_files-1| or when
1719 |selector=ps_file_only|.  In the former case the user might want to write
1720 unprintable characters, and in the latter case the \ps\ printing routines
1721 check their arguments themselves before calling |print_char| or |print|.)
1722
1723 @d print_lc_hex(A) do { l=(A);
1724     mp_print_visible_char(mp, (l<10 ? l+'0' : l-10+'a'));
1725   } while (0)
1726
1727 @<Basic printing...@>=
1728 void mp_print_char (MP mp, ASCII_code k) { /* prints a single character */
1729   int l; /* small index or counter */
1730   if ( mp->selector<pseudo || mp->selector>=write_file) {
1731     mp_print_visible_char(mp, k);
1732   } else if ( @<Character |k| cannot be printed@> ) { 
1733     mp_print(mp, "^^"); 
1734     if ( k<0100 ) { 
1735       mp_print_visible_char(mp, k+0100); 
1736     } else if ( k<0200 ) { 
1737       mp_print_visible_char(mp, k-0100); 
1738     } else { 
1739       print_lc_hex(k / 16);  
1740       print_lc_hex(k % 16); 
1741     }
1742   } else {
1743     mp_print_visible_char(mp, k);
1744   }
1745 };
1746
1747 @ An entire string is output by calling |print|. Note that if we are outputting
1748 the single standard ASCII character \.c, we could call |print("c")|, since
1749 |"c"=99| is the number of a single-character string, as explained above. But
1750 |print_char("c")| is quicker, so \MP\ goes directly to the |print_char|
1751 routine when it knows that this is safe. (The present implementation
1752 assumes that it is always safe to print a visible ASCII character.)
1753 @^system dependencies@>
1754
1755 @<Basic print...@>=
1756 void mp_do_print (MP mp, char *ss, unsigned int len) { /* prints string |s| */
1757   unsigned int j = 0;
1758   while ( j<len ){ 
1759     mp_print_char(mp, ss[j]); incr(j);
1760   }
1761 }
1762
1763
1764 @<Basic print...@>=
1765 void mp_print (MP mp, char *ss) {
1766   mp_do_print(mp, ss, strlen(ss));
1767 }
1768 void mp_print_str (MP mp, str_number s) {
1769   pool_pointer j; /* current character code position */
1770   if ( (s<0)||(s>mp->max_str_ptr) ) {
1771      mp_do_print(mp,"???",3); /* this can't happen */
1772 @.???@>
1773   }
1774   j=mp->str_start[s];
1775   mp_do_print(mp, (char *)(mp->str_pool+j), (str_stop(s)-j));
1776 }
1777
1778
1779 @ Here is the very first thing that \MP\ prints: a headline that identifies
1780 the version number and base name. The |term_offset| variable is temporarily
1781 incorrect, but the discrepancy is not serious since we assume that the banner
1782 and mem identifier together will occupy at most |max_print_line|
1783 character positions.
1784
1785 @<Initialize the output...@>=
1786 wterm (banner);
1787 wterm (version_string);
1788 if (mp->mem_ident!=NULL) 
1789   mp_print(mp,mp->mem_ident); 
1790 mp_print_ln(mp);
1791 update_terminal;
1792
1793 @ The procedure |print_nl| is like |print|, but it makes sure that the
1794 string appears at the beginning of a new line.
1795
1796 @<Basic print...@>=
1797 void mp_print_nl (MP mp, char *s) { /* prints string |s| at beginning of line */
1798   switch(mp->selector) {
1799   case term_and_log: 
1800     if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_ln(mp);
1801     break;
1802   case log_only: 
1803     if ( mp->file_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
1804     break;
1805   case term_only: 
1806     if ( mp->term_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
1807     break;
1808   case ps_file_only: 
1809     if ( mp->ps_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
1810     break;
1811   case no_print:
1812   case pseudo:
1813   case new_string: 
1814         break;
1815   } /* there are no other cases */
1816   mp_print(mp, s);
1817 }
1818
1819 @ An array of digits in the range |0..9| is printed by |print_the_digs|.
1820
1821 @<Basic print...@>=
1822 void mp_print_the_digs (MP mp, eight_bits k) {
1823   /* prints |dig[k-1]|$\,\ldots\,$|dig[0]| */
1824   while ( k>0 ){ 
1825     decr(k); mp_print_char(mp, '0'+mp->dig[k]);
1826   }
1827 };
1828
1829 @ The following procedure, which prints out the decimal representation of a
1830 given integer |n|, has been written carefully so that it works properly
1831 if |n=0| or if |(-n)| would cause overflow. It does not apply |mod| or |div|
1832 to negative arguments, since such operations are not implemented consistently
1833 by all \PASCAL\ compilers.
1834
1835 @<Basic print...@>=
1836 void mp_print_int (MP mp,integer n) { /* prints an integer in decimal form */
1837   integer m; /* used to negate |n| in possibly dangerous cases */
1838   int k = 0; /* index to current digit; we assume that $|n|<10^{23}$ */
1839   if ( n<0 ) { 
1840     mp_print_char(mp, '-');
1841     if ( n>-100000000 ) {
1842           negate(n);
1843     } else  { 
1844           m=-1-n; n=m / 10; m=(m % 10)+1; k=1;
1845       if ( m<10 ) {
1846         mp->dig[0]=m;
1847       } else { 
1848         mp->dig[0]=0; incr(n);
1849       }
1850     }
1851   }
1852   do {  
1853     mp->dig[k]=n % 10; n=n / 10; incr(k);
1854   } while (n!=0);
1855   mp_print_the_digs(mp, k);
1856 };
1857
1858 @ @<Internal ...@>=
1859 void mp_print_int (MP mp,integer n);
1860
1861 @ \MP\ also makes use of a trivial procedure to print two digits. The
1862 following subroutine is usually called with a parameter in the range |0<=n<=99|.
1863
1864 @c 
1865 void mp_print_dd (MP mp,integer n) { /* prints two least significant digits */
1866   n=abs(n) % 100; 
1867   mp_print_char(mp, '0'+(n / 10));
1868   mp_print_char(mp, '0'+(n % 10));
1869 }
1870
1871
1872 @ @<Internal ...@>=
1873 void mp_print_dd (MP mp,integer n);
1874
1875 @ Here is a procedure that asks the user to type a line of input,
1876 assuming that the |selector| setting is either |term_only| or |term_and_log|.
1877 The input is placed into locations |first| through |last-1| of the
1878 |buffer| array, and echoed on the transcript file if appropriate.
1879
1880 This procedure is never called when |interaction<mp_scroll_mode|.
1881
1882 @d prompt_input(A) do { 
1883     wake_up_terminal; mp_print(mp, (A)); mp_term_input(mp);
1884   } while (0) /* prints a string and gets a line of input */
1885
1886 @c 
1887 void mp_term_input (MP mp) { /* gets a line from the terminal */
1888   size_t k; /* index into |buffer| */
1889   update_terminal; /* Now the user sees the prompt for sure */
1890   if (!mp_input_ln(mp, mp->term_in,true)) 
1891     mp_fatal_error(mp, "End of file on the terminal!");
1892 @.End of file on the terminal@>
1893   mp->term_offset=0; /* the user's line ended with \<\rm return> */
1894   decr(mp->selector); /* prepare to echo the input */
1895   if ( mp->last!=mp->first ) {
1896     for (k=mp->first;k<=mp->last-1;k++) {
1897       mp_print_char(mp, mp->buffer[k]);
1898     }
1899   }
1900   mp_print_ln(mp); 
1901   mp->buffer[mp->last]='%'; 
1902   incr(mp->selector); /* restore previous status */
1903 };
1904
1905 @* \[6] Reporting errors.
1906 When something anomalous is detected, \MP\ typically does something like this:
1907 $$\vbox{\halign{#\hfil\cr
1908 |print_err("Something anomalous has been detected");|\cr
1909 |help3("This is the first line of my offer to help.")|\cr
1910 |("This is the second line. I'm trying to")|\cr
1911 |("explain the best way for you to proceed.");|\cr
1912 |error;|\cr}}$$
1913 A two-line help message would be given using |help2|, etc.; these informal
1914 helps should use simple vocabulary that complements the words used in the
1915 official error message that was printed. (Outside the U.S.A., the help
1916 messages should preferably be translated into the local vernacular. Each
1917 line of help is at most 60 characters long, in the present implementation,
1918 so that |max_print_line| will not be exceeded.)
1919
1920 The |print_err| procedure supplies a `\.!' before the official message,
1921 and makes sure that the terminal is awake if a stop is going to occur.
1922 The |error| procedure supplies a `\..' after the official message, then it
1923 shows the location of the error; and if |interaction=error_stop_mode|,
1924 it also enters into a dialog with the user, during which time the help
1925 message may be printed.
1926 @^system dependencies@>
1927
1928 @ The global variable |interaction| has four settings, representing increasing
1929 amounts of user interaction:
1930
1931 @<Exported types@>=
1932 enum mp_interaction_mode { 
1933  mp_unspecified_mode=0, /* extra value for command-line switch */
1934  mp_batch_mode, /* omits all stops and omits terminal output */
1935  mp_nonstop_mode, /* omits all stops */
1936  mp_scroll_mode, /* omits error stops */
1937  mp_error_stop_mode, /* stops at every opportunity to interact */
1938 };
1939
1940 @ @<Glob...@>=
1941 int interaction; /* current level of interaction */
1942
1943 @ @<Option variables@>=
1944 int interaction; /* current level of interaction */
1945
1946 @ Set it here so it can be overwritten by the commandline
1947
1948 @<Allocate or initialize ...@>=
1949 mp->interaction=opt->interaction;
1950 if (mp->interaction==mp_unspecified_mode || mp->interaction>mp_error_stop_mode) 
1951   mp->interaction=mp_error_stop_mode;
1952 if (mp->interaction<mp_unspecified_mode) 
1953   mp->interaction=mp_batch_mode;
1954
1955
1956
1957 @d print_err(A) mp_print_err(mp,(A))
1958
1959 @<Internal ...@>=
1960 void mp_print_err(MP mp, char * A);
1961
1962 @ @c
1963 void mp_print_err(MP mp, char * A) { 
1964   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) 
1965     wake_up_terminal;
1966   mp_print_nl(mp, "! "); 
1967   mp_print(mp, A);
1968 @.!\relax@>
1969 }
1970
1971
1972 @ \MP\ is careful not to call |error| when the print |selector| setting
1973 might be unusual. The only possible values of |selector| at the time of
1974 error messages are
1975
1976 \yskip\hang|no_print| (when |interaction=mp_batch_mode|
1977   and |log_file| not yet open);
1978
1979 \hang|term_only| (when |interaction>mp_batch_mode| and |log_file| not yet open);
1980
1981 \hang|log_only| (when |interaction=mp_batch_mode| and |log_file| is open);
1982
1983 \hang|term_and_log| (when |interaction>mp_batch_mode| and |log_file| is open).
1984
1985 @<Initialize the print |selector| based on |interaction|@>=
1986 if ( mp->interaction==mp_batch_mode ) mp->selector=no_print; else mp->selector=term_only
1987
1988 @ A global variable |deletions_allowed| is set |false| if the |get_next|
1989 routine is active when |error| is called; this ensures that |get_next|
1990 will never be called recursively.
1991 @^recursion@>
1992
1993 The global variable |history| records the worst level of error that
1994 has been detected. It has four possible values: |spotless|, |warning_issued|,
1995 |error_message_issued|, and |fatal_error_stop|.
1996
1997 Another global variable, |error_count|, is increased by one when an
1998 |error| occurs without an interactive dialog, and it is reset to zero at
1999 the end of every statement.  If |error_count| reaches 100, \MP\ decides
2000 that there is no point in continuing further.
2001
2002 @<Types...@>=
2003 enum mp_history_states {
2004   mp_spotless=0, /* |history| value when nothing has been amiss yet */
2005   mp_warning_issued, /* |history| value when |begin_diagnostic| has been called */
2006   mp_error_message_issued, /* |history| value when |error| has been called */
2007   mp_fatal_error_stop, /* |history| value when termination was premature */
2008 };
2009
2010 @ @<Glob...@>=
2011 boolean deletions_allowed; /* is it safe for |error| to call |get_next|? */
2012 int history; /* has the source input been clean so far? */
2013 int error_count; /* the number of scrolled errors since the last statement ended */
2014
2015 @ The value of |history| is initially |fatal_error_stop|, but it will
2016 be changed to |spotless| if \MP\ survives the initialization process.
2017
2018 @<Allocate or ...@>=
2019 mp->deletions_allowed=true; mp->error_count=0; /* |history| is initialized elsewhere */
2020
2021 @ Since errors can be detected almost anywhere in \MP, we want to declare the
2022 error procedures near the beginning of the program. But the error procedures
2023 in turn use some other procedures, which need to be declared |forward|
2024 before we get to |error| itself.
2025
2026 It is possible for |error| to be called recursively if some error arises
2027 when |get_next| is being used to delete a token, and/or if some fatal error
2028 occurs while \MP\ is trying to fix a non-fatal one. But such recursion
2029 @^recursion@>
2030 is never more than two levels deep.
2031
2032 @<Declarations@>=
2033 void mp_get_next (MP mp);
2034 void mp_term_input (MP mp);
2035 void mp_show_context (MP mp);
2036 void mp_begin_file_reading (MP mp);
2037 void mp_open_log_file (MP mp);
2038 void mp_clear_for_error_prompt (MP mp);
2039 void mp_debug_help (MP mp);
2040 @<Declare the procedure called |flush_string|@>
2041
2042 @ @<Internal ...@>=
2043 void mp_normalize_selector (MP mp);
2044
2045 @ Individual lines of help are recorded in the array |help_line|, which
2046 contains entries in positions |0..(help_ptr-1)|. They should be printed
2047 in reverse order, i.e., with |help_line[0]| appearing last.
2048
2049 @d hlp1(A) mp->help_line[0]=(A); }
2050 @d hlp2(A) mp->help_line[1]=(A); hlp1
2051 @d hlp3(A) mp->help_line[2]=(A); hlp2
2052 @d hlp4(A) mp->help_line[3]=(A); hlp3
2053 @d hlp5(A) mp->help_line[4]=(A); hlp4
2054 @d hlp6(A) mp->help_line[5]=(A); hlp5
2055 @d help0 mp->help_ptr=0 /* sometimes there might be no help */
2056 @d help1  { mp->help_ptr=1; hlp1 /* use this with one help line */
2057 @d help2  { mp->help_ptr=2; hlp2 /* use this with two help lines */
2058 @d help3  { mp->help_ptr=3; hlp3 /* use this with three help lines */
2059 @d help4  { mp->help_ptr=4; hlp4 /* use this with four help lines */
2060 @d help5  { mp->help_ptr=5; hlp5 /* use this with five help lines */
2061 @d help6  { mp->help_ptr=6; hlp6 /* use this with six help lines */
2062
2063 @<Glob...@>=
2064 char * help_line[6]; /* helps for the next |error| */
2065 unsigned int help_ptr; /* the number of help lines present */
2066 boolean use_err_help; /* should the |err_help| string be shown? */
2067 str_number err_help; /* a string set up by \&{errhelp} */
2068 str_number filename_template; /* a string set up by \&{filenametemplate} */
2069
2070 @ @<Allocate or ...@>=
2071 mp->help_ptr=0; mp->use_err_help=false; mp->err_help=0; mp->filename_template=0;
2072
2073 @ The |jump_out| procedure just cuts across all active procedure levels and
2074 goes to |end_of_MP|. This is the only nonlocal |goto| statement in the
2075 whole program. It is used when there is no recovery from a particular error.
2076
2077 The program uses a |jump_buf| to handle this, this is initialized at three
2078 spots: the start of |mp_new|, the start of |mp_initialize|, and the start 
2079 of |mp_run|. Those are the only library enty points.
2080
2081 @^system dependencies@>
2082
2083 @<Glob...@>=
2084 jmp_buf jump_buf;
2085
2086 @ @<Install and test the non-local jump buffer@>=
2087 if (setjmp(mp->jump_buf) != 0) return mp->history;
2088
2089 @ @<Setup the non-local jump buffer in |mp_new|@>=
2090 if (setjmp(mp->jump_buf) != 0) return NULL;
2091
2092 @ If |mp->internal| is zero, then a crash occured during initialization,
2093 and it is not safe to run |mp_close_files_and_terminate|.
2094
2095 @<Error hand...@>=
2096 void mp_jump_out (MP mp) { 
2097   if(mp->internal!=NULL)
2098     mp_close_files_and_terminate(mp);
2099   longjmp(mp->jump_buf,1);
2100 }
2101
2102 @ Here now is the general |error| routine.
2103
2104 @<Error hand...@>=
2105 void mp_error (MP mp) { /* completes the job of error reporting */
2106   ASCII_code c; /* what the user types */
2107   integer s1,s2,s3; /* used to save global variables when deleting tokens */
2108   pool_pointer j; /* character position being printed */
2109   if ( mp->history<mp_error_message_issued ) mp->history=mp_error_message_issued;
2110   mp_print_char(mp, '.'); mp_show_context(mp);
2111   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) {
2112     @<Get user's advice and |return|@>;
2113   }
2114   incr(mp->error_count);
2115   if ( mp->error_count==100 ) { 
2116     mp_print_nl(mp,"(That makes 100 errors; please try again.)");
2117 @.That makes 100 errors...@>
2118     mp->history=mp_fatal_error_stop; mp_jump_out(mp);
2119   }
2120   @<Put help message on the transcript file@>;
2121 }
2122 void mp_warn (MP mp, char *msg) {
2123   int saved_selector = mp->selector;
2124   mp_normalize_selector(mp);
2125   mp_print_nl(mp,"Warning: ");
2126   mp_print(mp,msg);
2127   mp->selector = saved_selector;
2128 }
2129
2130 @ @<Exported function ...@>=
2131 void mp_error (MP mp);
2132 void mp_warn (MP mp, char *msg);
2133
2134
2135 @ @<Get user's advice...@>=
2136 while (1) { 
2137 CONTINUE:
2138   mp_clear_for_error_prompt(mp); prompt_input("? ");
2139 @.?\relax@>
2140   if ( mp->last==mp->first ) return;
2141   c=mp->buffer[mp->first];
2142   if ( c>='a' ) c=c+'A'-'a'; /* convert to uppercase */
2143   @<Interpret code |c| and |return| if done@>;
2144 }
2145
2146 @ It is desirable to provide an `\.E' option here that gives the user
2147 an easy way to return from \MP\ to the system editor, with the offending
2148 line ready to be edited. But such an extension requires some system
2149 wizardry, so the present implementation simply types out the name of the
2150 file that should be
2151 edited and the relevant line number.
2152 @^system dependencies@>
2153
2154 @<Exported types@>=
2155 typedef void (*mp_run_editor_command)(MP, char *, int);
2156
2157 @ @<Glob...@>=
2158 mp_run_editor_command run_editor;
2159
2160 @ @<Option variables@>=
2161 mp_run_editor_command run_editor;
2162
2163 @ @<Allocate or initialize ...@>=
2164 set_callback_option(run_editor);
2165
2166 @ @<Declarations@>=
2167 void mp_run_editor (MP mp, char *fname, int fline);
2168
2169 @ @c void mp_run_editor (MP mp, char *fname, int fline) {
2170     mp_print_nl(mp, "You want to edit file ");
2171 @.You want to edit file x@>
2172     mp_print(mp, fname);
2173     mp_print(mp, " at line "); 
2174     mp_print_int(mp, fline);
2175     mp->interaction=mp_scroll_mode; 
2176     mp_jump_out(mp);
2177 }
2178
2179
2180 There is a secret `\.D' option available when the debugging routines haven't
2181 been commented~out.
2182 @^debugging@>
2183
2184 @<Interpret code |c| and |return| if done@>=
2185 switch (c) {
2186 case '0': case '1': case '2': case '3': case '4':
2187 case '5': case '6': case '7': case '8': case '9': 
2188   if ( mp->deletions_allowed ) {
2189     @<Delete |c-"0"| tokens and |continue|@>;
2190   }
2191   break;
2192 #ifdef DEBUG
2193 case 'D': 
2194   mp_debug_help(mp); continue; 
2195   break;
2196 #endif
2197 case 'E': 
2198   if ( mp->file_ptr>0 ){ 
2199     (mp->run_editor)(mp, 
2200                      str(mp->input_stack[mp->file_ptr].name_field), 
2201                      mp_true_line(mp));
2202   }
2203   break;
2204 case 'H': 
2205   @<Print the help information and |continue|@>;
2206   break;
2207 case 'I':
2208   @<Introduce new material from the terminal and |return|@>;
2209   break;
2210 case 'Q': case 'R': case 'S':
2211   @<Change the interaction level and |return|@>;
2212   break;
2213 case 'X':
2214   mp->interaction=mp_scroll_mode; mp_jump_out(mp);
2215   break;
2216 default:
2217   break;
2218 }
2219 @<Print the menu of available options@>
2220
2221 @ @<Print the menu...@>=
2222
2223   mp_print(mp, "Type <return> to proceed, S to scroll future error messages,");
2224 @.Type <return> to proceed...@>
2225   mp_print_nl(mp, "R to run without stopping, Q to run quietly,");
2226   mp_print_nl(mp, "I to insert something, ");
2227   if ( mp->file_ptr>0 ) 
2228     mp_print(mp, "E to edit your file,");
2229   if ( mp->deletions_allowed )
2230     mp_print_nl(mp, "1 or ... or 9 to ignore the next 1 to 9 tokens of input,");
2231   mp_print_nl(mp, "H for help, X to quit.");
2232 }
2233
2234 @ Here the author of \MP\ apologizes for making use of the numerical
2235 relation between |"Q"|, |"R"|, |"S"|, and the desired interaction settings
2236 |mp_batch_mode|, |mp_nonstop_mode|, |mp_scroll_mode|.
2237 @^Knuth, Donald Ervin@>
2238
2239 @<Change the interaction...@>=
2240
2241   mp->error_count=0; mp->interaction=mp_batch_mode+c-'Q';
2242   mp_print(mp, "OK, entering ");
2243   switch (c) {
2244   case 'Q': mp_print(mp, "batchmode"); decr(mp->selector); break;
2245   case 'R': mp_print(mp, "nonstopmode"); break;
2246   case 'S': mp_print(mp, "scrollmode"); break;
2247   } /* there are no other cases */
2248   mp_print(mp, "..."); mp_print_ln(mp); update_terminal; return;
2249 }
2250
2251 @ When the following code is executed, |buffer[(first+1)..(last-1)]| may
2252 contain the material inserted by the user; otherwise another prompt will
2253 be given. In order to understand this part of the program fully, you need
2254 to be familiar with \MP's input stacks.
2255
2256 @<Introduce new material...@>=
2257
2258   mp_begin_file_reading(mp); /* enter a new syntactic level for terminal input */
2259   if ( mp->last>mp->first+1 ) { 
2260     loc=mp->first+1; mp->buffer[mp->first]=' ';
2261   } else { 
2262    prompt_input("insert>"); loc=mp->first;
2263 @.insert>@>
2264   };
2265   mp->first=mp->last+1; mp->cur_input.limit_field=mp->last; return;
2266 }
2267
2268 @ We allow deletion of up to 99 tokens at a time.
2269
2270 @<Delete |c-"0"| tokens...@>=
2271
2272   s1=mp->cur_cmd; s2=mp->cur_mod; s3=mp->cur_sym; mp->OK_to_interrupt=false;
2273   if ( (mp->last>mp->first+1) && (mp->buffer[mp->first+1]>='0')&&(mp->buffer[mp->first+1]<='9') )
2274     c=c*10+mp->buffer[mp->first+1]-'0'*11;
2275   else 
2276     c=c-'0';
2277   while ( c>0 ) { 
2278     mp_get_next(mp); /* one-level recursive call of |error| is possible */
2279     @<Decrease the string reference count, if the current token is a string@>;
2280     decr(c);
2281   };
2282   mp->cur_cmd=s1; mp->cur_mod=s2; mp->cur_sym=s3; mp->OK_to_interrupt=true;
2283   help2("I have just deleted some text, as you asked.")
2284        ("You can now delete more, or insert, or whatever.");
2285   mp_show_context(mp); 
2286   goto CONTINUE;
2287 }
2288
2289 @ @<Print the help info...@>=
2290
2291   if ( mp->use_err_help ) { 
2292     @<Print the string |err_help|, possibly on several lines@>;
2293     mp->use_err_help=false;
2294   } else { 
2295     if ( mp->help_ptr==0 ) {
2296       help2("Sorry, I don't know how to help in this situation.")
2297            ("Maybe you should try asking a human?");
2298      }
2299     do { 
2300       decr(mp->help_ptr); mp_print(mp, mp->help_line[mp->help_ptr]); mp_print_ln(mp);
2301     } while (mp->help_ptr!=0);
2302   };
2303   help4("Sorry, I already gave what help I could...")
2304        ("Maybe you should try asking a human?")
2305        ("An error might have occurred before I noticed any problems.")
2306        ("``If all else fails, read the instructions.''");
2307   goto CONTINUE;
2308 }
2309
2310 @ @<Print the string |err_help|, possibly on several lines@>=
2311 j=mp->str_start[mp->err_help];
2312 while ( j<str_stop(mp->err_help) ) { 
2313   if ( mp->str_pool[j]!='%' ) mp_print_str(mp, mp->str_pool[j]);
2314   else if ( j+1==str_stop(mp->err_help) ) mp_print_ln(mp);
2315   else if ( mp->str_pool[j+1]!='%' ) mp_print_ln(mp);
2316   else  { incr(j); mp_print_char(mp, '%'); };
2317   incr(j);
2318 }
2319
2320 @ @<Put help message on the transcript file@>=
2321 if ( mp->interaction>mp_batch_mode ) decr(mp->selector); /* avoid terminal output */
2322 if ( mp->use_err_help ) { 
2323   mp_print_nl(mp, "");
2324   @<Print the string |err_help|, possibly on several lines@>;
2325 } else { 
2326   while ( mp->help_ptr>0 ){ 
2327     decr(mp->help_ptr); mp_print_nl(mp, mp->help_line[mp->help_ptr]);
2328   };
2329 }
2330 mp_print_ln(mp);
2331 if ( mp->interaction>mp_batch_mode ) incr(mp->selector); /* re-enable terminal output */
2332 mp_print_ln(mp)
2333
2334 @ In anomalous cases, the print selector might be in an unknown state;
2335 the following subroutine is called to fix things just enough to keep
2336 running a bit longer.
2337
2338 @c 
2339 void mp_normalize_selector (MP mp) { 
2340   if ( mp->log_opened ) mp->selector=term_and_log;
2341   else mp->selector=term_only;
2342   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
2343   if ( mp->interaction==mp_batch_mode ) decr(mp->selector);
2344 }
2345
2346 @ The following procedure prints \MP's last words before dying.
2347
2348 @d succumb { if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode )
2349     mp->interaction=mp_scroll_mode; /* no more interaction */
2350   if ( mp->log_opened ) mp_error(mp);
2351   /* if ( mp->interaction>mp_batch_mode ) mp_debug_help(mp); */
2352   mp->history=mp_fatal_error_stop; mp_jump_out(mp); /* irrecoverable error */
2353   }
2354
2355 @<Error hand...@>=
2356 void mp_fatal_error (MP mp, char *s) { /* prints |s|, and that's it */
2357   mp_normalize_selector(mp);
2358   print_err("Emergency stop"); help1(s); succumb;
2359 @.Emergency stop@>
2360 }
2361
2362 @ @<Exported function ...@>=
2363 void mp_fatal_error (MP mp, char *s);
2364
2365
2366 @ Here is the most dreaded error message.
2367
2368 @<Error hand...@>=
2369 void mp_overflow (MP mp, char *s, integer n) { /* stop due to finiteness */
2370   mp_normalize_selector(mp);
2371   print_err("MetaPost capacity exceeded, sorry [");
2372 @.MetaPost capacity exceeded ...@>
2373   mp_print(mp, s); mp_print_char(mp, '='); mp_print_int(mp, n); mp_print_char(mp, ']');
2374   help2("If you really absolutely need more capacity,")
2375        ("you can ask a wizard to enlarge me.");
2376   succumb;
2377 }
2378
2379 @ @<Declarations@>=
2380 void mp_overflow (MP mp, char *s, integer n);
2381
2382 @ The program might sometime run completely amok, at which point there is
2383 no choice but to stop. If no previous error has been detected, that's bad
2384 news; a message is printed that is really intended for the \MP\
2385 maintenance person instead of the user (unless the user has been
2386 particularly diabolical).  The index entries for `this can't happen' may
2387 help to pinpoint the problem.
2388 @^dry rot@>
2389
2390 @<Internal library ...@>=
2391 void mp_confusion (MP mp,char *s);
2392
2393 @ @<Error hand...@>=
2394 void mp_confusion (MP mp,char *s) {
2395   /* consistency check violated; |s| tells where */
2396   mp_normalize_selector(mp);
2397   if ( mp->history<mp_error_message_issued ) { 
2398     print_err("This can't happen ("); mp_print(mp, s); mp_print_char(mp, ')');
2399 @.This can't happen@>
2400     help1("I'm broken. Please show this to someone who can fix can fix");
2401   } else { 
2402     print_err("I can\'t go on meeting you like this");
2403 @.I can't go on...@>
2404     help2("One of your faux pas seems to have wounded me deeply...")
2405          ("in fact, I'm barely conscious. Please fix it and try again.");
2406   }
2407   succumb;
2408 }
2409
2410 @ Users occasionally want to interrupt \MP\ while it's running.
2411 If the \PASCAL\ runtime system allows this, one can implement
2412 a routine that sets the global variable |interrupt| to some nonzero value
2413 when such an interrupt is signaled. Otherwise there is probably at least
2414 a way to make |interrupt| nonzero using the \PASCAL\ debugger.
2415 @^system dependencies@>
2416 @^debugging@>
2417
2418 @d check_interrupt { if ( mp->interrupt!=0 )
2419    mp_pause_for_instructions(mp); }
2420
2421 @<Global...@>=
2422 integer interrupt; /* should \MP\ pause for instructions? */
2423 boolean OK_to_interrupt; /* should interrupts be observed? */
2424
2425 @ @<Allocate or ...@>=
2426 mp->interrupt=0; mp->OK_to_interrupt=true;
2427
2428 @ When an interrupt has been detected, the program goes into its
2429 highest interaction level and lets the user have the full flexibility of
2430 the |error| routine.  \MP\ checks for interrupts only at times when it is
2431 safe to do this.
2432
2433 @c 
2434 void mp_pause_for_instructions (MP mp) { 
2435   if ( mp->OK_to_interrupt ) { 
2436     mp->interaction=mp_error_stop_mode;
2437     if ( (mp->selector==log_only)||(mp->selector==no_print) )
2438       incr(mp->selector);
2439     print_err("Interruption");
2440 @.Interruption@>
2441     help3("You rang?")
2442          ("Try to insert some instructions for me (e.g.,`I show x'),")
2443          ("unless you just want to quit by typing `X'.");
2444     mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
2445     mp->interrupt=0;
2446   }
2447 }
2448
2449 @ Many of \MP's error messages state that a missing token has been
2450 inserted behind the scenes. We can save string space and program space
2451 by putting this common code into a subroutine.
2452
2453 @c 
2454 void mp_missing_err (MP mp, char *s) { 
2455   print_err("Missing `"); mp_print(mp, s); mp_print(mp, "' has been inserted");
2456 @.Missing...inserted@>
2457 }
2458
2459 @* \[7] Arithmetic with scaled numbers.
2460 The principal computations performed by \MP\ are done entirely in terms of
2461 integers less than $2^{31}$ in magnitude; thus, the arithmetic specified in this
2462 program can be carried out in exactly the same way on a wide variety of
2463 computers, including some small ones.
2464 @^small computers@>
2465
2466 But \PASCAL\ does not define the |div|
2467 operation in the case of negative dividends; for example, the result of
2468 |(-2*n-1) div 2| is |-(n+1)| on some computers and |-n| on others.
2469 There are two principal types of arithmetic: ``translation-preserving,''
2470 in which the identity |(a+q*b)div b=(a div b)+q| is valid; and
2471 ``negation-preserving,'' in which |(-a)div b=-(a div b)|. This leads to
2472 two \MP s, which can produce different results, although the differences
2473 should be negligible when the language is being used properly.
2474 The \TeX\ processor has been defined carefully so that both varieties
2475 of arithmetic will produce identical output, but it would be too
2476 inefficient to constrain \MP\ in a similar way.
2477
2478 @d el_gordo   017777777777 /* $2^{31}-1$, the largest value that \MP\ likes */
2479
2480 @ One of \MP's most common operations is the calculation of
2481 $\lfloor{a+b\over2}\rfloor$,
2482 the midpoint of two given integers |a| and~|b|. The only decent way to do
2483 this in \PASCAL\ is to write `|(a+b) div 2|'; but on most machines it is
2484 far more efficient to calculate `|(a+b)| right shifted one bit'.
2485
2486 Therefore the midpoint operation will always be denoted by `|half(a+b)|'
2487 in this program. If \MP\ is being implemented with languages that permit
2488 binary shifting, the |half| macro should be changed to make this operation
2489 as efficient as possible.  Since some languages have shift operators that can
2490 only be trusted to work on positive numbers, there is also a macro |halfp|
2491 that is used only when the quantity being halved is known to be positive
2492 or zero.
2493
2494 @d half(A) ((A) / 2)
2495 @d halfp(A) ((A) / 2)
2496
2497 @ A single computation might use several subroutine calls, and it is
2498 desirable to avoid producing multiple error messages in case of arithmetic
2499 overflow. So the routines below set the global variable |arith_error| to |true|
2500 instead of reporting errors directly to the user.
2501
2502 @<Glob...@>=
2503 boolean arith_error; /* has arithmetic overflow occurred recently? */
2504
2505 @ @<Allocate or ...@>=
2506 mp->arith_error=false;
2507
2508 @ At crucial points the program will say |check_arith|, to test if
2509 an arithmetic error has been detected.
2510
2511 @d check_arith { if ( mp->arith_error ) mp_clear_arith(mp); }
2512
2513 @c 
2514 void mp_clear_arith (MP mp) { 
2515   print_err("Arithmetic overflow");
2516 @.Arithmetic overflow@>
2517   help4("Uh, oh. A little while ago one of the quantities that I was")
2518        ("computing got too large, so I'm afraid your answers will be")
2519        ("somewhat askew. You'll probably have to adopt different")
2520        ("tactics next time. But I shall try to carry on anyway.");
2521   mp_error(mp); 
2522   mp->arith_error=false;
2523 }
2524
2525 @ Addition is not always checked to make sure that it doesn't overflow,
2526 but in places where overflow isn't too unlikely the |slow_add| routine
2527 is used.
2528
2529 @c integer mp_slow_add (MP mp,integer x, integer y) { 
2530   if ( x>=0 )  {
2531     if ( y<=el_gordo-x ) { 
2532       return x+y;
2533     } else  { 
2534       mp->arith_error=true; 
2535           return el_gordo;
2536     }
2537   } else  if ( -y<=el_gordo+x ) {
2538     return x+y;
2539   } else { 
2540     mp->arith_error=true; 
2541         return -el_gordo;
2542   }
2543 }
2544
2545 @ Fixed-point arithmetic is done on {\sl scaled integers\/} that are multiples
2546 of $2^{-16}$. In other words, a binary point is assumed to be sixteen bit
2547 positions from the right end of a binary computer word.
2548
2549 @d quarter_unit   040000 /* $2^{14}$, represents 0.250000 */
2550 @d half_unit   0100000 /* $2^{15}$, represents 0.50000 */
2551 @d three_quarter_unit   0140000 /* $3\cdot2^{14}$, represents 0.75000 */
2552 @d unity   0200000 /* $2^{16}$, represents 1.00000 */
2553 @d two   0400000 /* $2^{17}$, represents 2.00000 */
2554 @d three   0600000 /* $2^{17}+2^{16}$, represents 3.00000 */
2555
2556 @<Types...@>=
2557 typedef integer scaled; /* this type is used for scaled integers */
2558 typedef unsigned char small_number; /* this type is self-explanatory */
2559
2560 @ The following function is used to create a scaled integer from a given decimal
2561 fraction $(.d_0d_1\ldots d_{k-1})$, where |0<=k<=17|. The digit $d_i$ is
2562 given in |dig[i]|, and the calculation produces a correctly rounded result.
2563
2564 @c 
2565 scaled mp_round_decimals (MP mp,small_number k) {
2566   /* converts a decimal fraction */
2567  integer a = 0; /* the accumulator */
2568  while ( k-->0 ) { 
2569     a=(a+mp->dig[k]*two) / 10;
2570   }
2571   return halfp(a+1);
2572 }
2573
2574 @ Conversely, here is a procedure analogous to |print_int|. If the output
2575 of this procedure is subsequently read by \MP\ and converted by the
2576 |round_decimals| routine above, it turns out that the original value will
2577 be reproduced exactly. A decimal point is printed only if the value is
2578 not an integer. If there is more than one way to print the result with
2579 the optimum number of digits following the decimal point, the closest
2580 possible value is given.
2581
2582 The invariant relation in the \&{repeat} loop is that a sequence of
2583 decimal digits yet to be printed will yield the original number if and only if
2584 they form a fraction~$f$ in the range $s-\delta\L10\cdot2^{16}f<s$.
2585 We can stop if and only if $f=0$ satisfies this condition; the loop will
2586 terminate before $s$ can possibly become zero.
2587
2588 @<Basic printing...@>=
2589 void mp_print_scaled (MP mp,scaled s) { /* prints scaled real, rounded to five  digits */
2590   scaled delta; /* amount of allowable inaccuracy */
2591   if ( s<0 ) { 
2592         mp_print_char(mp, '-'); 
2593     negate(s); /* print the sign, if negative */
2594   }
2595   mp_print_int(mp, s / unity); /* print the integer part */
2596   s=10*(s % unity)+5;
2597   if ( s!=5 ) { 
2598     delta=10; 
2599     mp_print_char(mp, '.');
2600     do {  
2601       if ( delta>unity )
2602         s=s+0100000-(delta / 2); /* round the final digit */
2603       mp_print_char(mp, '0'+(s / unity)); 
2604       s=10*(s % unity); 
2605       delta=delta*10;
2606     } while (s>delta);
2607   }
2608 }
2609
2610 @ We often want to print two scaled quantities in parentheses,
2611 separated by a comma.
2612
2613 @<Basic printing...@>=
2614 void mp_print_two (MP mp,scaled x, scaled y) { /* prints `|(x,y)|' */
2615   mp_print_char(mp, '('); 
2616   mp_print_scaled(mp, x); 
2617   mp_print_char(mp, ','); 
2618   mp_print_scaled(mp, y);
2619   mp_print_char(mp, ')');
2620 }
2621
2622 @ The |scaled| quantities in \MP\ programs are generally supposed to be
2623 less than $2^{12}$ in absolute value, so \MP\ does much of its internal
2624 arithmetic with 28~significant bits of precision. A |fraction| denotes
2625 a scaled integer whose binary point is assumed to be 28 bit positions
2626 from the right.
2627
2628 @d fraction_half 01000000000 /* $2^{27}$, represents 0.50000000 */
2629 @d fraction_one 02000000000 /* $2^{28}$, represents 1.00000000 */
2630 @d fraction_two 04000000000 /* $2^{29}$, represents 2.00000000 */
2631 @d fraction_three 06000000000 /* $3\cdot2^{28}$, represents 3.00000000 */
2632 @d fraction_four 010000000000 /* $2^{30}$, represents 4.00000000 */
2633
2634 @<Types...@>=
2635 typedef integer fraction; /* this type is used for scaled fractions */
2636
2637 @ In fact, the two sorts of scaling discussed above aren't quite
2638 sufficient; \MP\ has yet another, used internally to keep track of angles
2639 in units of $2^{-20}$ degrees.
2640
2641 @d forty_five_deg 0264000000 /* $45\cdot2^{20}$, represents $45^\circ$ */
2642 @d ninety_deg 0550000000 /* $90\cdot2^{20}$, represents $90^\circ$ */
2643 @d one_eighty_deg 01320000000 /* $180\cdot2^{20}$, represents $180^\circ$ */
2644 @d three_sixty_deg 02640000000 /* $360\cdot2^{20}$, represents $360^\circ$ */
2645
2646 @<Types...@>=
2647 typedef integer angle; /* this type is used for scaled angles */
2648
2649 @ The |make_fraction| routine produces the |fraction| equivalent of
2650 |p/q|, given integers |p| and~|q|; it computes the integer
2651 $f=\lfloor2^{28}p/q+{1\over2}\rfloor$, when $p$ and $q$ are
2652 positive. If |p| and |q| are both of the same scaled type |t|,
2653 the ``type relation'' |make_fraction(t,t)=fraction| is valid;
2654 and it's also possible to use the subroutine ``backwards,'' using
2655 the relation |make_fraction(t,fraction)=t| between scaled types.
2656
2657 If the result would have magnitude $2^{31}$ or more, |make_fraction|
2658 sets |arith_error:=true|. Most of \MP's internal computations have
2659 been designed to avoid this sort of error.
2660
2661 If this subroutine were programmed in assembly language on a typical
2662 machine, we could simply compute |(@t$2^{28}$@>*p)div q|, since a
2663 double-precision product can often be input to a fixed-point division
2664 instruction. But when we are restricted to \PASCAL\ arithmetic it
2665 is necessary either to resort to multiple-precision maneuvering
2666 or to use a simple but slow iteration. The multiple-precision technique
2667 would be about three times faster than the code adopted here, but it
2668 would be comparatively long and tricky, involving about sixteen
2669 additional multiplications and divisions.
2670
2671 This operation is part of \MP's ``inner loop''; indeed, it will
2672 consume nearly 10\pct! of the running time (exclusive of input and output)
2673 if the code below is left unchanged. A machine-dependent recoding
2674 will therefore make \MP\ run faster. The present implementation
2675 is highly portable, but slow; it avoids multiplication and division
2676 except in the initial stage. System wizards should be careful to
2677 replace it with a routine that is guaranteed to produce identical
2678 results in all cases.
2679 @^system dependencies@>
2680
2681 As noted below, a few more routines should also be replaced by machine-dependent
2682 code, for efficiency. But when a procedure is not part of the ``inner loop,''
2683 such changes aren't advisable; simplicity and robustness are
2684 preferable to trickery, unless the cost is too high.
2685 @^inner loop@>
2686
2687 @<Internal ...@>=
2688 fraction mp_make_fraction (MP mp,integer p, integer q);
2689 integer mp_take_scaled (MP mp,integer q, scaled f) ;
2690
2691 @ If FIXPT is not defined, we need these preprocessor values
2692
2693 @d ELGORDO  0x7fffffff
2694 @d TWEXP31  2147483648.0
2695 @d TWEXP28  268435456.0
2696 @d TWEXP16 65536.0
2697 @d TWEXP_16 (1.0/65536.0)
2698 @d TWEXP_28 (1.0/268435456.0)
2699
2700
2701 @c 
2702 fraction mp_make_fraction (MP mp,integer p, integer q) {
2703 #ifdef FIXPT
2704   integer f; /* the fraction bits, with a leading 1 bit */
2705   integer n; /* the integer part of $\vert p/q\vert$ */
2706   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2707   boolean negative = false; /* should the result be negated? */
2708   if ( p<0 ) {
2709     negate(p); negative=true;
2710   }
2711   if ( q<=0 ) { 
2712 #ifdef DEBUG
2713     if ( q==0 ) mp_confusion(mp, '/');
2714 #endif
2715 @:this can't happen /}{\quad \./@>
2716     negate(q); negative = ! negative;
2717   };
2718   n=p / q; p=p % q;
2719   if ( n>=8 ){ 
2720     mp->arith_error=true;
2721     return ( negative ? -el_gordo : el_gordo);
2722   } else { 
2723     n=(n-1)*fraction_one;
2724     @<Compute $f=\lfloor 2^{28}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>;
2725     return (negative ? (-(f+n)) : (f+n));
2726   }
2727 #else /* FIXPT */
2728     register double d;
2729         register integer i;
2730 #ifdef DEBUG
2731         if (q==0) mp_confusion(mp,'/'); 
2732 #endif /* DEBUG */
2733         d = TWEXP28 * (double)p /(double)q;
2734         if ((p^q) >= 0) {
2735                 d += 0.5;
2736                 if (d>=TWEXP31) {mp->arith_error=true; return ELGORDO;}
2737                 i = (integer) d;
2738                 if (d==i && ( ((q>0 ? -q : q)&077777)
2739                                 * (((i&037777)<<1)-1) & 04000)!=0) --i;
2740         } else {
2741                 d -= 0.5;
2742                 if (d<= -TWEXP31) {mp->arith_error=true; return -ELGORDO;}
2743                 i = (integer) d;
2744                 if (d==i && ( ((q>0 ? q : -q)&077777)
2745                                 * (((i&037777)<<1)+1) & 04000)!=0) ++i;
2746         }
2747         return i;
2748 #endif /* FIXPT */
2749 }
2750
2751 @ The |repeat| loop here preserves the following invariant relations
2752 between |f|, |p|, and~|q|:
2753 (i)~|0<=p<q|; (ii)~$fq+p=2^k(q+p_0)$, where $k$ is an integer and
2754 $p_0$ is the original value of~$p$.
2755
2756 Notice that the computation specifies
2757 |(p-q)+p| instead of |(p+p)-q|, because the latter could overflow.
2758 Let us hope that optimizing compilers do not miss this point; a
2759 special variable |be_careful| is used to emphasize the necessary
2760 order of computation. Optimizing compilers should keep |be_careful|
2761 in a register, not store it in memory.
2762 @^inner loop@>
2763
2764 @<Compute $f=\lfloor 2^{28}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>=
2765 {
2766   f=1;
2767   do {  
2768     be_careful=p-q; p=be_careful+p;
2769     if ( p>=0 ) { 
2770       f=f+f+1;
2771     } else  { 
2772       f+=f; p=p+q;
2773     }
2774   } while (f<fraction_one);
2775   be_careful=p-q;
2776   if ( be_careful+p>=0 ) incr(f);
2777 }
2778
2779 @ The dual of |make_fraction| is |take_fraction|, which multiplies a
2780 given integer~|q| by a fraction~|f|. When the operands are positive, it
2781 computes $p=\lfloor qf/2^{28}+{1\over2}\rfloor$, a symmetric function
2782 of |q| and~|f|.
2783
2784 This routine is even more ``inner loopy'' than |make_fraction|;
2785 the present implementation consumes almost 20\pct! of \MP's computation
2786 time during typical jobs, so a machine-language substitute is advisable.
2787 @^inner loop@> @^system dependencies@>
2788
2789 @<Declarations@>=
2790 integer mp_take_fraction (MP mp,integer q, fraction f) ;
2791
2792 @ @c 
2793 #ifdef FIXPT
2794 integer mp_take_fraction (MP mp,integer q, fraction f) {
2795   integer p; /* the fraction so far */
2796   boolean negative; /* should the result be negated? */
2797   integer n; /* additional multiple of $q$ */
2798   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2799   @<Reduce to the case that |f>=0| and |q>0|@>;
2800   if ( f<fraction_one ) { 
2801     n=0;
2802   } else { 
2803     n=f / fraction_one; f=f % fraction_one;
2804     if ( q<=el_gordo / n ) { 
2805       n=n*q ; 
2806     } else { 
2807       mp->arith_error=true; n=el_gordo;
2808     }
2809   }
2810   f=f+fraction_one;
2811   @<Compute $p=\lfloor qf/2^{28}+{1\over2}\rfloor-q$@>;
2812   be_careful=n-el_gordo;
2813   if ( be_careful+p>0 ){ 
2814     mp->arith_error=true; n=el_gordo-p;
2815   }
2816   if ( negative ) 
2817         return (-(n+p));
2818   else 
2819     return (n+p);
2820 #else /* FIXPT */
2821 integer mp_take_fraction (MP mp,integer p, fraction q) {
2822     register double d;
2823         register integer i;
2824         d = (double)p * (double)q * TWEXP_28;
2825         if ((p^q) >= 0) {
2826                 d += 0.5;
2827                 if (d>=TWEXP31) {
2828                         if (d!=TWEXP31 || (((p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2829                                 mp->arith_error = true;
2830                         return ELGORDO;
2831                 }
2832                 i = (integer) d;
2833                 if (d==i && (((p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) --i;
2834         } else {
2835                 d -= 0.5;
2836                 if (d<= -TWEXP31) {
2837                         if (d!= -TWEXP31 || ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2838                                 mp->arith_error = true;
2839                         return -ELGORDO;
2840                 }
2841                 i = (integer) d;
2842                 if (d==i && ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) ++i;
2843         }
2844         return i;
2845 #endif /* FIXPT */
2846 }
2847
2848 @ @<Reduce to the case that |f>=0| and |q>0|@>=
2849 if ( f>=0 ) {
2850   negative=false;
2851 } else { 
2852   negate( f); negative=true;
2853 }
2854 if ( q<0 ) { 
2855   negate(q); negative=! negative;
2856 }
2857
2858 @ The invariant relations in this case are (i)~$\lfloor(qf+p)/2^k\rfloor
2859 =\lfloor qf_0/2^{28}+{1\over2}\rfloor$, where $k$ is an integer and
2860 $f_0$ is the original value of~$f$; (ii)~$2^k\L f<2^{k+1}$.
2861 @^inner loop@>
2862
2863 @<Compute $p=\lfloor qf/2^{28}+{1\over2}\rfloor-q$@>=
2864 p=fraction_half; /* that's $2^{27}$; the invariants hold now with $k=28$ */
2865 if ( q<fraction_four ) {
2866   do {  
2867     if ( odd(f) ) p=halfp(p+q); else p=halfp(p);
2868     f=halfp(f);
2869   } while (f!=1);
2870 } else  {
2871   do {  
2872     if ( odd(f) ) p=p+halfp(q-p); else p=halfp(p);
2873     f=halfp(f);
2874   } while (f!=1);
2875 }
2876
2877
2878 @ When we want to multiply something by a |scaled| quantity, we use a scheme
2879 analogous to |take_fraction| but with a different scaling.
2880 Given positive operands, |take_scaled|
2881 computes the quantity $p=\lfloor qf/2^{16}+{1\over2}\rfloor$.
2882
2883 Once again it is a good idea to use a machine-language replacement if
2884 possible; otherwise |take_scaled| will use more than 2\pct! of the running time
2885 when the Computer Modern fonts are being generated.
2886 @^inner loop@>
2887
2888 @c 
2889 #ifdef FIXPT
2890 integer mp_take_scaled (MP mp,integer q, scaled f) {
2891   integer p; /* the fraction so far */
2892   boolean negative; /* should the result be negated? */
2893   integer n; /* additional multiple of $q$ */
2894   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2895   @<Reduce to the case that |f>=0| and |q>0|@>;
2896   if ( f<unity ) { 
2897     n=0;
2898   } else  { 
2899     n=f / unity; f=f % unity;
2900     if ( q<=el_gordo / n ) {
2901       n=n*q;
2902     } else  { 
2903       mp->arith_error=true; n=el_gordo;
2904     }
2905   }
2906   f=f+unity;
2907   @<Compute $p=\lfloor qf/2^{16}+{1\over2}\rfloor-q$@>;
2908   be_careful=n-el_gordo;
2909   if ( be_careful+p>0 ) { 
2910     mp->arith_error=true; n=el_gordo-p;
2911   }
2912   return ( negative ?(-(n+p)) :(n+p));
2913 #else /* FIXPT */
2914 integer mp_take_scaled (MP mp,integer p, scaled q) {
2915     register double d;
2916         register integer i;
2917         d = (double)p * (double)q * TWEXP_16;
2918         if ((p^q) >= 0) {
2919                 d += 0.5;
2920                 if (d>=TWEXP31) {
2921                         if (d!=TWEXP31 || (((p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2922                                 mp->arith_error = true;
2923                         return ELGORDO;
2924                 }
2925                 i = (integer) d;
2926                 if (d==i && (((p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) --i;
2927         } else {
2928                 d -= 0.5;
2929                 if (d<= -TWEXP31) {
2930                         if (d!= -TWEXP31 || ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2931                                 mp->arith_error = true;
2932                         return -ELGORDO;
2933                 }
2934                 i = (integer) d;
2935                 if (d==i && ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) ++i;
2936         }
2937         return i;
2938 #endif /* FIXPT */
2939 }
2940
2941 @ @<Compute $p=\lfloor qf/2^{16}+{1\over2}\rfloor-q$@>=
2942 p=half_unit; /* that's $2^{15}$; the invariants hold now with $k=16$ */
2943 @^inner loop@>
2944 if ( q<fraction_four ) {
2945   do {  
2946     p = (odd(f) ? halfp(p+q) : halfp(p));
2947     f=halfp(f);
2948   } while (f!=1);
2949 } else {
2950   do {  
2951     p = (odd(f) ? p+halfp(q-p) : halfp(p));
2952     f=halfp(f);
2953   } while (f!=1);
2954 }
2955
2956 @ For completeness, there's also |make_scaled|, which computes a
2957 quotient as a |scaled| number instead of as a |fraction|.
2958 In other words, the result is $\lfloor2^{16}p/q+{1\over2}\rfloor$, if the
2959 operands are positive. \ (This procedure is not used especially often,
2960 so it is not part of \MP's inner loop.)
2961
2962 @<Internal library ...@>=
2963 scaled mp_make_scaled (MP mp,integer p, integer q) ;
2964
2965 @ @c 
2966 scaled mp_make_scaled (MP mp,integer p, integer q) {
2967 #ifdef FIXPT 
2968   integer f; /* the fraction bits, with a leading 1 bit */
2969   integer n; /* the integer part of $\vert p/q\vert$ */
2970   boolean negative; /* should the result be negated? */
2971   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2972   if ( p>=0 ) negative=false;
2973   else  { negate(p); negative=true; };
2974   if ( q<=0 ) { 
2975 #ifdef DEBUG 
2976     if ( q==0 ) mp_confusion(mp, "/");
2977 @:this can't happen /}{\quad \./@>
2978 #endif
2979     negate(q); negative=! negative;
2980   }
2981   n=p / q; p=p % q;
2982   if ( n>=0100000 ) { 
2983     mp->arith_error=true;
2984     return (negative ? (-el_gordo) : el_gordo);
2985   } else  { 
2986     n=(n-1)*unity;
2987     @<Compute $f=\lfloor 2^{16}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>;
2988     return ( negative ? (-(f+n)) :(f+n));
2989   }
2990 #else /* FIXPT */
2991     register double d;
2992         register integer i;
2993 #ifdef DEBUG
2994         if (q==0) mp_confusion(mp,"/"); 
2995 #endif /* DEBUG */
2996         d = TWEXP16 * (double)p /(double)q;
2997         if ((p^q) >= 0) {
2998                 d += 0.5;
2999                 if (d>=TWEXP31) {mp->arith_error=true; return ELGORDO;}
3000                 i = (integer) d;
3001                 if (d==i && ( ((q>0 ? -q : q)&077777)
3002                                 * (((i&037777)<<1)-1) & 04000)!=0) --i;
3003         } else {
3004                 d -= 0.5;
3005                 if (d<= -TWEXP31) {mp->arith_error=true; return -ELGORDO;}
3006                 i = (integer) d;
3007                 if (d==i && ( ((q>0 ? q : -q)&077777)
3008                                 * (((i&037777)<<1)+1) & 04000)!=0) ++i;
3009         }
3010         return i;
3011 #endif /* FIXPT */
3012 }
3013
3014 @ @<Compute $f=\lfloor 2^{16}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>=
3015 f=1;
3016 do {  
3017   be_careful=p-q; p=be_careful+p;
3018   if ( p>=0 ) f=f+f+1;
3019   else  { f+=f; p=p+q; };
3020 } while (f<unity);
3021 be_careful=p-q;
3022 if ( be_careful+p>=0 ) incr(f)
3023
3024 @ Here is a typical example of how the routines above can be used.
3025 It computes the function
3026 $${1\over3\tau}f(\theta,\phi)=
3027 {\tau^{-1}\bigl(2+\sqrt2\,(\sin\theta-{1\over16}\sin\phi)
3028  (\sin\phi-{1\over16}\sin\theta)(\cos\theta-\cos\phi)\bigr)\over
3029 3\,\bigl(1+{1\over2}(\sqrt5-1)\cos\theta+{1\over2}(3-\sqrt5\,)\cos\phi\bigr)},$$
3030 where $\tau$ is a |scaled| ``tension'' parameter. This is \MP's magic
3031 fudge factor for placing the first control point of a curve that starts
3032 at an angle $\theta$ and ends at an angle $\phi$ from the straight path.
3033 (Actually, if the stated quantity exceeds 4, \MP\ reduces it to~4.)
3034
3035 The trigonometric quantity to be multiplied by $\sqrt2$ is less than $\sqrt2$.
3036 (It's a sum of eight terms whose absolute values can be bounded using
3037 relations such as $\sin\theta\cos\theta\L{1\over2}$.) Thus the numerator
3038 is positive; and since the tension $\tau$ is constrained to be at least
3039 $3\over4$, the numerator is less than $16\over3$. The denominator is
3040 nonnegative and at most~6.  Hence the fixed-point calculations below
3041 are guaranteed to stay within the bounds of a 32-bit computer word.
3042
3043 The angles $\theta$ and $\phi$ are given implicitly in terms of |fraction|
3044 arguments |st|, |ct|, |sf|, and |cf|, representing $\sin\theta$, $\cos\theta$,
3045 $\sin\phi$, and $\cos\phi$, respectively.
3046
3047 @c 
3048 fraction mp_velocity (MP mp,fraction st, fraction ct, fraction sf,
3049                       fraction cf, scaled t) {
3050   integer acc,num,denom; /* registers for intermediate calculations */
3051   acc=mp_take_fraction(mp, st-(sf / 16), sf-(st / 16));
3052   acc=mp_take_fraction(mp, acc,ct-cf);
3053   num=fraction_two+mp_take_fraction(mp, acc,379625062);
3054                    /* $2^{28}\sqrt2\approx379625062.497$ */
3055   denom=fraction_three+mp_take_fraction(mp, ct,497706707)+mp_take_fraction(mp, cf,307599661);
3056                       /* $3\cdot2^{27}\cdot(\sqrt5-1)\approx497706706.78$ and
3057                          $3\cdot2^{27}\cdot(3-\sqrt5\,)\approx307599661.22$ */
3058   if ( t!=unity ) num=mp_make_scaled(mp, num,t);
3059   /* |make_scaled(fraction,scaled)=fraction| */
3060   if ( num / 4>=denom ) 
3061     return fraction_four;
3062   else 
3063     return mp_make_fraction(mp, num, denom);
3064 }
3065
3066 @ The following somewhat different subroutine tests rigorously if $ab$ is
3067 greater than, equal to, or less than~$cd$,
3068 given integers $(a,b,c,d)$. In most cases a quick decision is reached.
3069 The result is $+1$, 0, or~$-1$ in the three respective cases.
3070
3071 @d mp_ab_vs_cd(M,A,B,C,D) mp_do_ab_vs_cd(A,B,C,D)
3072
3073 @c 
3074 integer mp_do_ab_vs_cd (integer a,integer b, integer c, integer d) {
3075   integer q,r; /* temporary registers */
3076   @<Reduce to the case that |a,c>=0|, |b,d>0|@>;
3077   while (1) { 
3078     q = a / d; r = c / b;
3079     if ( q!=r )
3080       return ( q>r ? 1 : -1);
3081     q = a % d; r = c % b;
3082     if ( r==0 )
3083       return (q ? 1 : 0);
3084     if ( q==0 ) return -1;
3085     a=b; b=q; c=d; d=r;
3086   } /* now |a>d>0| and |c>b>0| */
3087 }
3088
3089 @ @<Reduce to the case that |a...@>=
3090 if ( a<0 ) { negate(a); negate(b);  };
3091 if ( c<0 ) { negate(c); negate(d);  };
3092 if ( d<=0 ) { 
3093   if ( b>=0 ) {
3094     if ( (a==0||b==0)&&(c==0||d==0) ) return 0;
3095     else return 1;
3096   }
3097   if ( d==0 )
3098     return ( a==0 ? 0 : -1);
3099   q=a; a=c; c=q; q=-b; b=-d; d=q;
3100 } else if ( b<=0 ) { 
3101   if ( b<0 ) if ( a>0 ) return -1;
3102   return (c==0 ? 0 : -1);
3103 }
3104
3105 @ We conclude this set of elementary routines with some simple rounding
3106 and truncation operations.
3107
3108 @<Internal library declarations@>=
3109 #define mp_floor_scaled(M,i) ((i)&(-65536))
3110 #define mp_round_unscaled(M,i) (((i>>15)+1)>>1)
3111 #define mp_round_fraction(M,i) (((i>>11)+1)>>1)
3112
3113
3114 @* \[8] Algebraic and transcendental functions.
3115 \MP\ computes all of the necessary special functions from scratch, without
3116 relying on |real| arithmetic or system subroutines for sines, cosines, etc.
3117
3118 @ To get the square root of a |scaled| number |x|, we want to calculate
3119 $s=\lfloor 2^8\!\sqrt x +{1\over2}\rfloor$. If $x>0$, this is the unique
3120 integer such that $2^{16}x-s\L s^2<2^{16}x+s$. The following subroutine
3121 determines $s$ by an iterative method that maintains the invariant
3122 relations $x=2^{46-2k}x_0\bmod 2^{30}$, $0<y=\lfloor 2^{16-2k}x_0\rfloor
3123 -s^2+s\L q=2s$, where $x_0$ is the initial value of $x$. The value of~$y$
3124 might, however, be zero at the start of the first iteration.
3125
3126 @<Declarations@>=
3127 scaled mp_square_rt (MP mp,scaled x) ;
3128
3129 @ @c 
3130 scaled mp_square_rt (MP mp,scaled x) {
3131   small_number k; /* iteration control counter */
3132   integer y,q; /* registers for intermediate calculations */
3133   if ( x<=0 ) { 
3134     @<Handle square root of zero or negative argument@>;
3135   } else { 
3136     k=23; q=2;
3137     while ( x<fraction_two ) { /* i.e., |while x<@t$2^{29}$@>|\unskip */
3138       decr(k); x=x+x+x+x;
3139     }
3140     if ( x<fraction_four ) y=0;
3141     else  { x=x-fraction_four; y=1; };
3142     do {  
3143       @<Decrease |k| by 1, maintaining the invariant
3144       relations between |x|, |y|, and~|q|@>;
3145     } while (k!=0);
3146     return (halfp(q));
3147   }
3148 }
3149
3150 @ @<Handle square root of zero...@>=
3151
3152   if ( x<0 ) { 
3153     print_err("Square root of ");
3154 @.Square root...replaced by 0@>
3155     mp_print_scaled(mp, x); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
3156     help2("Since I don't take square roots of negative numbers,")
3157          ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3158     mp_error(mp);
3159   };
3160   return 0;
3161 }
3162
3163 @ @<Decrease |k| by 1, maintaining...@>=
3164 x+=x; y+=y;
3165 if ( x>=fraction_four ) { /* note that |fraction_four=@t$2^{30}$@>| */
3166   x=x-fraction_four; incr(y);
3167 };
3168 x+=x; y=y+y-q; q+=q;
3169 if ( x>=fraction_four ) { x=x-fraction_four; incr(y); };
3170 if ( y>q ){ y=y-q; q=q+2; }
3171 else if ( y<=0 )  { q=q-2; y=y+q;  };
3172 decr(k)
3173
3174 @ Pythagorean addition $\psqrt{a^2+b^2}$ is implemented by an elegant
3175 iterative scheme due to Cleve Moler and Donald Morrison [{\sl IBM Journal
3176 @^Moler, Cleve Barry@>
3177 @^Morrison, Donald Ross@>
3178 of Research and Development\/ \bf27} (1983), 577--581]. It modifies |a| and~|b|
3179 in such a way that their Pythagorean sum remains invariant, while the
3180 smaller argument decreases.
3181
3182 @<Internal library ...@>=
3183 integer mp_pyth_add (MP mp,integer a, integer b);
3184
3185
3186 @ @c 
3187 integer mp_pyth_add (MP mp,integer a, integer b) {
3188   fraction r; /* register used to transform |a| and |b| */
3189   boolean big; /* is the result dangerously near $2^{31}$? */
3190   a=abs(a); b=abs(b);
3191   if ( a<b ) { r=b; b=a; a=r; }; /* now |0<=b<=a| */
3192   if ( b>0 ) {
3193     if ( a<fraction_two ) {
3194       big=false;
3195     } else { 
3196       a=a / 4; b=b / 4; big=true;
3197     }; /* we reduced the precision to avoid arithmetic overflow */
3198     @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2+b^2}$@>;
3199     if ( big ) {
3200       if ( a<fraction_two ) {
3201         a=a+a+a+a;
3202       } else  { 
3203         mp->arith_error=true; a=el_gordo;
3204       };
3205     }
3206   }
3207   return a;
3208 }
3209
3210 @ The key idea here is to reflect the vector $(a,b)$ about the
3211 line through $(a,b/2)$.
3212
3213 @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2+b^2}$@>=
3214 while (1) {  
3215   r=mp_make_fraction(mp, b,a);
3216   r=mp_take_fraction(mp, r,r); /* now $r\approx b^2/a^2$ */
3217   if ( r==0 ) break;
3218   r=mp_make_fraction(mp, r,fraction_four+r);
3219   a=a+mp_take_fraction(mp, a+a,r); b=mp_take_fraction(mp, b,r);
3220 }
3221
3222
3223 @ Here is a similar algorithm for $\psqrt{a^2-b^2}$.
3224 It converges slowly when $b$ is near $a$, but otherwise it works fine.
3225
3226 @c 
3227 integer mp_pyth_sub (MP mp,integer a, integer b) {
3228   fraction r; /* register used to transform |a| and |b| */
3229   boolean big; /* is the input dangerously near $2^{31}$? */
3230   a=abs(a); b=abs(b);
3231   if ( a<=b ) {
3232     @<Handle erroneous |pyth_sub| and set |a:=0|@>;
3233   } else { 
3234     if ( a<fraction_four ) {
3235       big=false;
3236     } else  { 
3237       a=halfp(a); b=halfp(b); big=true;
3238     }
3239     @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2-b^2}$@>;
3240     if ( big ) double(a);
3241   }
3242   return a;
3243 }
3244
3245 @ @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2-b^2}$@>=
3246 while (1) { 
3247   r=mp_make_fraction(mp, b,a);
3248   r=mp_take_fraction(mp, r,r); /* now $r\approx b^2/a^2$ */
3249   if ( r==0 ) break;
3250   r=mp_make_fraction(mp, r,fraction_four-r);
3251   a=a-mp_take_fraction(mp, a+a,r); b=mp_take_fraction(mp, b,r);
3252 }
3253
3254 @ @<Handle erroneous |pyth_sub| and set |a:=0|@>=
3255
3256   if ( a<b ){ 
3257     print_err("Pythagorean subtraction "); mp_print_scaled(mp, a);
3258     mp_print(mp, "+-+"); mp_print_scaled(mp, b); 
3259     mp_print(mp, " has been replaced by 0");
3260 @.Pythagorean...@>
3261     help2("Since I don't take square roots of negative numbers,")
3262          ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3263     mp_error(mp);
3264   }
3265   a=0;
3266 }
3267
3268 @ The subroutines for logarithm and exponential involve two tables.
3269 The first is simple: |two_to_the[k]| equals $2^k$. The second involves
3270 a bit more calculation, which the author claims to have done correctly:
3271 |spec_log[k]| is $2^{27}$ times $\ln\bigl(1/(1-2^{-k})\bigr)=
3272 2^{-k}+{1\over2}2^{-2k}+{1\over3}2^{-3k}+\cdots\,$, rounded to the
3273 nearest integer.
3274
3275 @d two_to_the(A) (1<<(A))
3276
3277 @<Constants ...@>=
3278 static const integer spec_log[29] = { 0, /* special logarithms */
3279 93032640, 38612034, 17922280, 8662214, 4261238, 2113709,
3280 1052693, 525315, 262400, 131136, 65552, 32772, 16385,
3281 8192, 4096, 2048, 1024, 512, 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1, 1 };
3282
3283 @ @<Local variables for initialization@>=
3284 integer k; /* all-purpose loop index */
3285
3286
3287 @ Here is the routine that calculates $2^8$ times the natural logarithm
3288 of a |scaled| quantity; it is an integer approximation to $2^{24}\ln(x/2^{16})$,
3289 when |x| is a given positive integer.
3290
3291 The method is based on exercise 1.2.2--25 in {\sl The Art of Computer
3292 Programming\/}: During the main iteration we have $1\L 2^{-30}x<1/(1-2^{1-k})$,
3293 and the logarithm of $2^{30}x$ remains to be added to an accumulator
3294 register called~$y$. Three auxiliary bits of accuracy are retained in~$y$
3295 during the calculation, and sixteen auxiliary bits to extend |y| are
3296 kept in~|z| during the initial argument reduction. (We add
3297 $100\cdot2^{16}=6553600$ to~|z| and subtract 100 from~|y| so that |z| will
3298 not become negative; also, the actual amount subtracted from~|y| is~96,
3299 not~100, because we want to add~4 for rounding before the final division by~8.)
3300
3301 @c 
3302 scaled mp_m_log (MP mp,scaled x) {
3303   integer y,z; /* auxiliary registers */
3304   integer k; /* iteration counter */
3305   if ( x<=0 ) {
3306      @<Handle non-positive logarithm@>;
3307   } else  { 
3308     y=1302456956+4-100; /* $14\times2^{27}\ln2\approx1302456956.421063$ */
3309     z=27595+6553600; /* and $2^{16}\times .421063\approx 27595$ */
3310     while ( x<fraction_four ) {
3311        double(x); y-=93032639; z-=48782;
3312     } /* $2^{27}\ln2\approx 93032639.74436163$ and $2^{16}\times.74436163\approx 48782$ */
3313     y=y+(z / unity); k=2;
3314     while ( x>fraction_four+4 ) {
3315       @<Increase |k| until |x| can be multiplied by a
3316         factor of $2^{-k}$, and adjust $y$ accordingly@>;
3317     }
3318     return (y / 8);
3319   }
3320 }
3321
3322 @ @<Increase |k| until |x| can...@>=
3323
3324   z=((x-1) / two_to_the(k))+1; /* $z=\lceil x/2^k\rceil$ */
3325   while ( x<fraction_four+z ) { z=halfp(z+1); incr(k); };
3326   y+=spec_log[k]; x-=z;
3327 }
3328
3329 @ @<Handle non-positive logarithm@>=
3330
3331   print_err("Logarithm of ");
3332 @.Logarithm...replaced by 0@>
3333   mp_print_scaled(mp, x); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
3334   help2("Since I don't take logs of non-positive numbers,")
3335        ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3336   mp_error(mp); 
3337   return 0;
3338 }
3339
3340 @ Conversely, the exponential routine calculates $\exp(x/2^8)$,
3341 when |x| is |scaled|. The result is an integer approximation to
3342 $2^{16}\exp(x/2^{24})$, when |x| is regarded as an integer.
3343
3344 @c 
3345 scaled mp_m_exp (MP mp,scaled x) {
3346   small_number k; /* loop control index */
3347   integer y,z; /* auxiliary registers */
3348   if ( x>174436200 ) {
3349     /* $2^{24}\ln((2^{31}-1)/2^{16})\approx 174436199.51$ */
3350     mp->arith_error=true; 
3351     return el_gordo;
3352   } else if ( x<-197694359 ) {
3353         /* $2^{24}\ln(2^{-1}/2^{16})\approx-197694359.45$ */
3354     return 0;
3355   } else { 
3356     if ( x<=0 ) { 
3357        z=-8*x; y=04000000; /* $y=2^{20}$ */
3358     } else { 
3359       if ( x<=127919879 ) { 
3360         z=1023359037-8*x;
3361         /* $2^{27}\ln((2^{31}-1)/2^{20})\approx 1023359037.125$ */
3362       } else {
3363        z=8*(174436200-x); /* |z| is always nonnegative */
3364       }
3365       y=el_gordo;
3366     };
3367     @<Multiply |y| by $\exp(-z/2^{27})$@>;
3368     if ( x<=127919879 ) 
3369        return ((y+8) / 16);
3370      else 
3371        return y;
3372   }
3373 }
3374
3375 @ The idea here is that subtracting |spec_log[k]| from |z| corresponds
3376 to multiplying |y| by $1-2^{-k}$.
3377
3378 A subtle point (which had to be checked) was that if $x=127919879$, the
3379 value of~|y| will decrease so that |y+8| doesn't overflow. In fact,
3380 $z$ will be 5 in this case, and |y| will decrease by~64 when |k=25|
3381 and by~16 when |k=27|.
3382
3383 @<Multiply |y| by...@>=
3384 k=1;
3385 while ( z>0 ) { 
3386   while ( z>=spec_log[k] ) { 
3387     z-=spec_log[k];
3388     y=y-1-((y-two_to_the(k-1)) / two_to_the(k));
3389   }
3390   incr(k);
3391 }
3392
3393 @ The trigonometric subroutines use an auxiliary table such that
3394 |spec_atan[k]| contains an approximation to the |angle| whose tangent
3395 is~$1/2^k$. $\arctan2^{-k}$ times $2^{20}\cdot180/\pi$ 
3396
3397 @<Constants ...@>=
3398 static const angle spec_atan[27] = { 0, 27855475, 14718068, 7471121, 3750058, 
3399 1876857, 938658, 469357, 234682, 117342, 58671, 29335, 14668, 7334, 3667, 
3400 1833, 917, 458, 229, 115, 57, 29, 14, 7, 4, 2, 1 };
3401
3402 @ Given integers |x| and |y|, not both zero, the |n_arg| function
3403 returns the |angle| whose tangent points in the direction $(x,y)$.
3404 This subroutine first determines the correct octant, then solves the
3405 problem for |0<=y<=x|, then converts the result appropriately to
3406 return an answer in the range |-one_eighty_deg<=@t$\theta$@><=one_eighty_deg|.
3407 (The answer is |+one_eighty_deg| if |y=0| and |x<0|, but an answer of
3408 |-one_eighty_deg| is possible if, for example, |y=-1| and $x=-2^{30}$.)
3409
3410 The octants are represented in a ``Gray code,'' since that turns out
3411 to be computationally simplest.
3412
3413 @d negate_x 1
3414 @d negate_y 2
3415 @d switch_x_and_y 4
3416 @d first_octant 1
3417 @d second_octant (first_octant+switch_x_and_y)
3418 @d third_octant (first_octant+switch_x_and_y+negate_x)
3419 @d fourth_octant (first_octant+negate_x)
3420 @d fifth_octant (first_octant+negate_x+negate_y)
3421 @d sixth_octant (first_octant+switch_x_and_y+negate_x+negate_y)
3422 @d seventh_octant (first_octant+switch_x_and_y+negate_y)
3423 @d eighth_octant (first_octant+negate_y)
3424
3425 @c 
3426 angle mp_n_arg (MP mp,integer x, integer y) {
3427   angle z; /* auxiliary register */
3428   integer t; /* temporary storage */
3429   small_number k; /* loop counter */
3430   int octant; /* octant code */
3431   if ( x>=0 ) {
3432     octant=first_octant;
3433   } else { 
3434     negate(x); octant=first_octant+negate_x;
3435   }
3436   if ( y<0 ) { 
3437     negate(y); octant=octant+negate_y;
3438   }
3439   if ( x<y ) { 
3440     t=y; y=x; x=t; octant=octant+switch_x_and_y;
3441   }
3442   if ( x==0 ) { 
3443     @<Handle undefined arg@>; 
3444   } else { 
3445     @<Set variable |z| to the arg of $(x,y)$@>;
3446     @<Return an appropriate answer based on |z| and |octant|@>;
3447   }
3448 }
3449
3450 @ @<Handle undefined arg@>=
3451
3452   print_err("angle(0,0) is taken as zero");
3453 @.angle(0,0)...zero@>
3454   help2("The `angle' between two identical points is undefined.")
3455        ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3456   mp_error(mp); 
3457   return 0;
3458 }
3459
3460 @ @<Return an appropriate answer...@>=
3461 switch (octant) {
3462 case first_octant: return z;
3463 case second_octant: return (ninety_deg-z);
3464 case third_octant: return (ninety_deg+z);
3465 case fourth_octant: return (one_eighty_deg-z);
3466 case fifth_octant: return (z-one_eighty_deg);
3467 case sixth_octant: return (-z-ninety_deg);
3468 case seventh_octant: return (z-ninety_deg);
3469 case eighth_octant: return (-z);
3470 }; /* there are no other cases */
3471 return 0
3472
3473 @ At this point we have |x>=y>=0|, and |x>0|. The numbers are scaled up
3474 or down until $2^{28}\L x<2^{29}$, so that accurate fixed-point calculations
3475 will be made.
3476
3477 @<Set variable |z| to the arg...@>=
3478 while ( x>=fraction_two ) { 
3479   x=halfp(x); y=halfp(y);
3480 }
3481 z=0;
3482 if ( y>0 ) { 
3483  while ( x<fraction_one ) { 
3484     x+=x; y+=y; 
3485  };
3486  @<Increase |z| to the arg of $(x,y)$@>;
3487 }
3488
3489 @ During the calculations of this section, variables |x| and~|y|
3490 represent actual coordinates $(x,2^{-k}y)$. We will maintain the
3491 condition |x>=y|, so that the tangent will be at most $2^{-k}$.
3492 If $x<2y$, the tangent is greater than $2^{-k-1}$. The transformation
3493 $(a,b)\mapsto(a+b\tan\phi,b-a\tan\phi)$ replaces $(a,b)$ by
3494 coordinates whose angle has decreased by~$\phi$; in the special case
3495 $a=x$, $b=2^{-k}y$, and $\tan\phi=2^{-k-1}$, this operation reduces
3496 to the particularly simple iteration shown here. [Cf.~John E. Meggitt,
3497 @^Meggitt, John E.@>
3498 {\sl IBM Journal of Research and Development\/ \bf6} (1962), 210--226.]
3499
3500 The initial value of |x| will be multiplied by at most
3501 $(1+{1\over2})(1+{1\over8})(1+{1\over32})\cdots\approx 1.7584$; hence
3502 there is no chance of integer overflow.
3503
3504 @<Increase |z|...@>=
3505 k=0;
3506 do {  
3507   y+=y; incr(k);
3508   if ( y>x ){ 
3509     z=z+spec_atan[k]; t=x; x=x+(y / two_to_the(k+k)); y=y-t;
3510   };
3511 } while (k!=15);
3512 do {  
3513   y+=y; incr(k);
3514   if ( y>x ) { z=z+spec_atan[k]; y=y-x; };
3515 } while (k!=26)
3516
3517 @ Conversely, the |n_sin_cos| routine takes an |angle| and produces the sine
3518 and cosine of that angle. The results of this routine are
3519 stored in global integer variables |n_sin| and |n_cos|.
3520
3521 @<Glob...@>=
3522 fraction n_sin;fraction n_cos; /* results computed by |n_sin_cos| */
3523
3524 @ Given an integer |z| that is $2^{20}$ times an angle $\theta$ in degrees,
3525 the purpose of |n_sin_cos(z)| is to set
3526 |x=@t$r\cos\theta$@>| and |y=@t$r\sin\theta$@>| (approximately),
3527 for some rather large number~|r|. The maximum of |x| and |y|
3528 will be between $2^{28}$ and $2^{30}$, so that there will be hardly
3529 any loss of accuracy. Then |x| and~|y| are divided by~|r|.
3530
3531 @c 
3532 void mp_n_sin_cos (MP mp,angle z) { /* computes a multiple of the sine
3533                                        and cosine */ 
3534   small_number k; /* loop control variable */
3535   int q; /* specifies the quadrant */
3536   fraction r; /* magnitude of |(x,y)| */
3537   integer x,y,t; /* temporary registers */
3538   while ( z<0 ) z=z+three_sixty_deg;
3539   z=z % three_sixty_deg; /* now |0<=z<three_sixty_deg| */
3540   q=z / forty_five_deg; z=z % forty_five_deg;
3541   x=fraction_one; y=x;
3542   if ( ! odd(q) ) z=forty_five_deg-z;
3543   @<Subtract angle |z| from |(x,y)|@>;
3544   @<Convert |(x,y)| to the octant determined by~|q|@>;
3545   r=mp_pyth_add(mp, x,y); 
3546   mp->n_cos=mp_make_fraction(mp, x,r); 
3547   mp->n_sin=mp_make_fraction(mp, y,r);
3548 }
3549
3550 @ In this case the octants are numbered sequentially.
3551
3552 @<Convert |(x,...@>=
3553 switch (q) {
3554 case 0: break;
3555 case 1: t=x; x=y; y=t; break;
3556 case 2: t=x; x=-y; y=t; break;
3557 case 3: negate(x); break;
3558 case 4: negate(x); negate(y); break;
3559 case 5: t=x; x=-y; y=-t; break;
3560 case 6: t=x; x=y; y=-t; break;
3561 case 7: negate(y); break;
3562 } /* there are no other cases */
3563
3564 @ The main iteration of |n_sin_cos| is similar to that of |n_arg| but
3565 applied in reverse. The values of |spec_atan[k]| decrease slowly enough
3566 that this loop is guaranteed to terminate before the (nonexistent) value
3567 |spec_atan[27]| would be required.
3568
3569 @<Subtract angle |z|...@>=
3570 k=1;
3571 while ( z>0 ){ 
3572   if ( z>=spec_atan[k] ) { 
3573     z=z-spec_atan[k]; t=x;
3574     x=t+y / two_to_the(k);
3575     y=y-t / two_to_the(k);
3576   }
3577   incr(k);
3578 }
3579 if ( y<0 ) y=0 /* this precaution may never be needed */
3580
3581 @ And now let's complete our collection of numeric utility routines
3582 by considering random number generation.
3583 \MP\ generates pseudo-random numbers with the additive scheme recommended
3584 in Section 3.6 of {\sl The Art of Computer Programming}; however, the
3585 results are random fractions between 0 and |fraction_one-1|, inclusive.
3586
3587 There's an auxiliary array |randoms| that contains 55 pseudo-random
3588 fractions. Using the recurrence $x_n=(x_{n-55}-x_{n-31})\bmod 2^{28}$,
3589 we generate batches of 55 new $x_n$'s at a time by calling |new_randoms|.
3590 The global variable |j_random| tells which element has most recently
3591 been consumed.
3592 The global variable |sys_random_seed| was introduced in version 0.9,
3593 for the sole reason of stressing the fact that the initial value of the
3594 random seed is system-dependant. The pascal code below will initialize
3595 this variable to |(internal[mp_time] div unity)+internal[mp_day]|, but this 
3596 is not good enough on modern fast machines that are capable of running
3597 multiple MetaPost processes within the same second.
3598 @^system dependencies@>
3599
3600 @<Glob...@>=
3601 fraction randoms[55]; /* the last 55 random values generated */
3602 int j_random; /* the number of unused |randoms| */
3603 scaled sys_random_seed; /* the default random seed */
3604
3605 @ @<Exported types@>=
3606 typedef int (*mp_get_random_seed_command)(MP mp);
3607
3608 @ @<Glob...@>=
3609 mp_get_random_seed_command get_random_seed;
3610
3611 @ @<Option variables@>=
3612 mp_get_random_seed_command get_random_seed;
3613
3614 @ @<Allocate or initialize ...@>=
3615 set_callback_option(get_random_seed);
3616
3617 @ @<Internal library declarations@>=
3618 int mp_get_random_seed (MP mp);
3619
3620 @ @c 
3621 int mp_get_random_seed (MP mp) {
3622   return (mp->internal[mp_time] / unity)+mp->internal[mp_day];
3623 }
3624
3625 @ To consume a random fraction, the program below will say `|next_random|'
3626 and then it will fetch |randoms[j_random]|.
3627
3628 @d next_random { if ( mp->j_random==0 ) mp_new_randoms(mp);
3629   else decr(mp->j_random); }
3630
3631 @c 
3632 void mp_new_randoms (MP mp) {
3633   int k; /* index into |randoms| */
3634   fraction x; /* accumulator */
3635   for (k=0;k<=23;k++) { 
3636    x=mp->randoms[k]-mp->randoms[k+31];
3637     if ( x<0 ) x=x+fraction_one;
3638     mp->randoms[k]=x;
3639   }
3640   for (k=24;k<= 54;k++){ 
3641     x=mp->randoms[k]-mp->randoms[k-24];
3642     if ( x<0 ) x=x+fraction_one;
3643     mp->randoms[k]=x;
3644   }
3645   mp->j_random=54;
3646 }
3647
3648 @ @<Declarations@>=
3649 void mp_init_randoms (MP mp,scaled seed);
3650
3651 @ To initialize the |randoms| table, we call the following routine.
3652
3653 @c 
3654 void mp_init_randoms (MP mp,scaled seed) {
3655   fraction j,jj,k; /* more or less random integers */
3656   int i; /* index into |randoms| */
3657   j=abs(seed);
3658   while ( j>=fraction_one ) j=halfp(j);
3659   k=1;
3660   for (i=0;i<=54;i++ ){ 
3661     jj=k; k=j-k; j=jj;
3662     if ( k<0 ) k=k+fraction_one;
3663     mp->randoms[(i*21)% 55]=j;
3664   }
3665   mp_new_randoms(mp); 
3666   mp_new_randoms(mp); 
3667   mp_new_randoms(mp); /* ``warm up'' the array */
3668 }
3669
3670 @ To produce a uniform random number in the range |0<=u<x| or |0>=u>x|
3671 or |0=u=x|, given a |scaled| value~|x|, we proceed as shown here.
3672
3673 Note that the call of |take_fraction| will produce the values 0 and~|x|
3674 with about half the probability that it will produce any other particular
3675 values between 0 and~|x|, because it rounds its answers.
3676
3677 @c 
3678 scaled mp_unif_rand (MP mp,scaled x) {
3679   scaled y; /* trial value */
3680   next_random; y=mp_take_fraction(mp, abs(x),mp->randoms[mp->j_random]);
3681   if ( y==abs(x) ) return 0;
3682   else if ( x>0 ) return y;
3683   else return (-y);
3684 }
3685
3686 @ Finally, a normal deviate with mean zero and unit standard deviation
3687 can readily be obtained with the ratio method (Algorithm 3.4.1R in
3688 {\sl The Art of Computer Programming\/}).
3689
3690 @c 
3691 scaled mp_norm_rand (MP mp) {
3692   integer x,u,l; /* what the book would call $2^{16}X$, $2^{28}U$, and $-2^{24}\ln U$ */
3693   do { 
3694     do {  
3695       next_random;
3696       x=mp_take_fraction(mp, 112429,mp->randoms[mp->j_random]-fraction_half);
3697       /* $2^{16}\sqrt{8/e}\approx 112428.82793$ */
3698       next_random; u=mp->randoms[mp->j_random];
3699     } while (abs(x)>=u);
3700     x=mp_make_fraction(mp, x,u);
3701     l=139548960-mp_m_log(mp, u); /* $2^{24}\cdot12\ln2\approx139548959.6165$ */
3702   } while (mp_ab_vs_cd(mp, 1024,l,x,x)<0);
3703   return x;
3704 }
3705
3706 @* \[9] Packed data.
3707 In order to make efficient use of storage space, \MP\ bases its major data
3708 structures on a |memory_word|, which contains either a (signed) integer,
3709 possibly scaled, or a small number of fields that are one half or one
3710 quarter of the size used for storing integers.
3711
3712 If |x| is a variable of type |memory_word|, it contains up to four
3713 fields that can be referred to as follows:
3714 $$\vbox{\halign{\hfil#&#\hfil&#\hfil\cr
3715 |x|&.|int|&(an |integer|)\cr
3716 |x|&.|sc|\qquad&(a |scaled| integer)\cr
3717 |x.hh.lh|, |x.hh|&.|rh|&(two halfword fields)\cr
3718 |x.hh.b0|, |x.hh.b1|, |x.hh|&.|rh|&(two quarterword fields, one halfword
3719   field)\cr
3720 |x.qqqq.b0|, |x.qqqq.b1|, |x.qqqq|&.|b2|, |x.qqqq.b3|\hskip-100pt
3721   &\qquad\qquad\qquad(four quarterword fields)\cr}}$$
3722 This is somewhat cumbersome to write, and not very readable either, but
3723 macros will be used to make the notation shorter and more transparent.
3724 The code below gives a formal definition of |memory_word| and
3725 its subsidiary types, using packed variant records. \MP\ makes no
3726 assumptions about the relative positions of the fields within a word.
3727
3728 @d max_quarterword 0x3FFF /* largest allowable value in a |quarterword| */
3729 @d max_halfword 0xFFFFFFF /* largest allowable value in a |halfword| */
3730
3731 @ Here are the inequalities that the quarterword and halfword values
3732 must satisfy (or rather, the inequalities that they mustn't satisfy):
3733
3734 @<Check the ``constant''...@>=
3735 if (mp->ini_version) {
3736   if ( mp->mem_max!=mp->mem_top ) mp->bad=8;
3737 } else {
3738   if ( mp->mem_max<mp->mem_top ) mp->bad=8;
3739 }
3740 if ( max_quarterword<255 ) mp->bad=9;
3741 if ( max_halfword<65535 ) mp->bad=10;
3742 if ( max_quarterword>max_halfword ) mp->bad=11;
3743 if ( mp->mem_max>=max_halfword ) mp->bad=12;
3744 if ( mp->max_strings>max_halfword ) mp->bad=13;
3745
3746 @ The macros |qi| and |qo| are used for input to and output 
3747 from quarterwords. These are legacy macros.
3748 @^system dependencies@>
3749
3750 @d qo(A) (A) /* to read eight bits from a quarterword */
3751 @d qi(A) (A) /* to store eight bits in a quarterword */
3752
3753 @ The reader should study the following definitions closely:
3754 @^system dependencies@>
3755
3756 @d sc cint /* |scaled| data is equivalent to |integer| */
3757
3758 @<Types...@>=
3759 typedef short quarterword; /* 1/4 of a word */
3760 typedef int halfword; /* 1/2 of a word */
3761 typedef union {
3762   struct {
3763     halfword RH, LH;
3764   } v;
3765   struct { /* Make B0,B1 overlap the most significant bytes of LH.  */
3766     halfword junk;
3767     quarterword B0, B1;
3768   } u;
3769 } two_halves;
3770 typedef struct {
3771   struct {
3772     quarterword B2, B3, B0, B1;
3773   } u;
3774 } four_quarters;
3775 typedef union {
3776   two_halves hh;
3777   integer cint;
3778   four_quarters qqqq;
3779 } memory_word;
3780 #define b0 u.B0
3781 #define b1 u.B1
3782 #define b2 u.B2
3783 #define b3 u.B3
3784 #define rh v.RH
3785 #define lh v.LH
3786
3787 @ When debugging, we may want to print a |memory_word| without knowing
3788 what type it is; so we print it in all modes.
3789 @^dirty \PASCAL@>@^debugging@>
3790
3791 @c 
3792 void mp_print_word (MP mp,memory_word w) {
3793   /* prints |w| in all ways */
3794   mp_print_int(mp, w.cint); mp_print_char(mp, ' ');
3795   mp_print_scaled(mp, w.sc); mp_print_char(mp, ' '); 
3796   mp_print_scaled(mp, w.sc / 010000); mp_print_ln(mp);
3797   mp_print_int(mp, w.hh.lh); mp_print_char(mp, '='); 
3798   mp_print_int(mp, w.hh.b0); mp_print_char(mp, ':');
3799   mp_print_int(mp, w.hh.b1); mp_print_char(mp, ';'); 
3800   mp_print_int(mp, w.hh.rh); mp_print_char(mp, ' ');
3801   mp_print_int(mp, w.qqqq.b0); mp_print_char(mp, ':'); 
3802   mp_print_int(mp, w.qqqq.b1); mp_print_char(mp, ':');
3803   mp_print_int(mp, w.qqqq.b2); mp_print_char(mp, ':'); 
3804   mp_print_int(mp, w.qqqq.b3);
3805 }
3806
3807
3808 @* \[10] Dynamic memory allocation.
3809
3810 The \MP\ system does nearly all of its own memory allocation, so that it
3811 can readily be transported into environments that do not have automatic
3812 facilities for strings, garbage collection, etc., and so that it can be in
3813 control of what error messages the user receives. The dynamic storage
3814 requirements of \MP\ are handled by providing a large array |mem| in
3815 which consecutive blocks of words are used as nodes by the \MP\ routines.
3816
3817 Pointer variables are indices into this array, or into another array
3818 called |eqtb| that will be explained later. A pointer variable might
3819 also be a special flag that lies outside the bounds of |mem|, so we
3820 allow pointers to assume any |halfword| value. The minimum memory
3821 index represents a null pointer.
3822
3823 @d null 0 /* the null pointer */
3824 @d mp_void (null+1) /* a null pointer different from |null| */
3825
3826
3827 @<Types...@>=
3828 typedef halfword pointer; /* a flag or a location in |mem| or |eqtb| */
3829
3830 @ The |mem| array is divided into two regions that are allocated separately,
3831 but the dividing line between these two regions is not fixed; they grow
3832 together until finding their ``natural'' size in a particular job.
3833 Locations less than or equal to |lo_mem_max| are used for storing
3834 variable-length records consisting of two or more words each. This region
3835 is maintained using an algorithm similar to the one described in exercise
3836 2.5--19 of {\sl The Art of Computer Programming}. However, no size field
3837 appears in the allocated nodes; the program is responsible for knowing the
3838 relevant size when a node is freed. Locations greater than or equal to
3839 |hi_mem_min| are used for storing one-word records; a conventional
3840 \.{AVAIL} stack is used for allocation in this region.
3841
3842 Locations of |mem| between |0| and |mem_top| may be dumped as part
3843 of preloaded format files, by the \.{INIMP} preprocessor.
3844 @.INIMP@>
3845 Production versions of \MP\ may extend the memory at the top end in order to
3846 provide more space; these locations, between |mem_top| and |mem_max|,
3847 are always used for single-word nodes.
3848
3849 The key pointers that govern |mem| allocation have a prescribed order:
3850 $$\hbox{|null=0<lo_mem_max<hi_mem_min<mem_top<=mem_end<=mem_max|.}$$
3851
3852 @<Glob...@>=
3853 memory_word *mem; /* the big dynamic storage area */
3854 pointer lo_mem_max; /* the largest location of variable-size memory in use */
3855 pointer hi_mem_min; /* the smallest location of one-word memory in use */
3856
3857
3858
3859 @d xfree(A) do { mp_xfree(A); A=NULL; } while (0)
3860 @d xrealloc(P,A,B) mp_xrealloc(mp,P,A,B)
3861 @d xmalloc(A,B)  mp_xmalloc(mp,A,B)
3862 @d xstrdup(A)  mp_xstrdup(mp,A)
3863 @d XREALLOC(a,b,c) a = xrealloc(a,(b+1),sizeof(c));
3864
3865 @<Declare helpers@>=
3866 void mp_xfree (void *x);
3867 void *mp_xrealloc (MP mp, void *p, size_t nmem, size_t size) ;
3868 void *mp_xmalloc (MP mp, size_t nmem, size_t size) ;
3869 char *mp_xstrdup(MP mp, const char *s);
3870
3871 @ The |max_size_test| guards against overflow, on the assumption that
3872 |size_t| is at least 31bits wide.
3873
3874 @d max_size_test 0x7FFFFFFF
3875
3876 @c
3877 void mp_xfree (void *x) {
3878   if (x!=NULL) free(x);
3879 }
3880 void  *mp_xrealloc (MP mp, void *p, size_t nmem, size_t size) {
3881   void *w ; 
3882   if ((max_size_test/size)<nmem) {
3883     fprintf(stderr,"Memory size overflow!\n");
3884     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3885   }
3886   w = realloc (p,(nmem*size));
3887   if (w==NULL) {
3888     fprintf(stderr,"Out of memory!\n");
3889     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3890   }
3891   return w;
3892 }
3893 void  *mp_xmalloc (MP mp, size_t nmem, size_t size) {
3894   void *w;
3895   if ((max_size_test/size)<nmem) {
3896     fprintf(stderr,"Memory size overflow!\n");
3897     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3898   }
3899   w = malloc (nmem*size);
3900   if (w==NULL) {
3901     fprintf(stderr,"Out of memory!\n");
3902     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3903   }
3904   return w;
3905 }
3906 char *mp_xstrdup(MP mp, const char *s) {
3907   char *w; 
3908   if (s==NULL)
3909     return NULL;
3910   w = strdup(s);
3911   if (w==NULL) {
3912     fprintf(stderr,"Out of memory!\n");
3913     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3914   }
3915   return w;
3916 }
3917
3918
3919
3920 @<Allocate or initialize ...@>=
3921 mp->mem = xmalloc ((mp->mem_max+1),sizeof (memory_word));
3922 memset(mp->mem,0,(mp->mem_max+1)*sizeof (memory_word));
3923
3924 @ @<Dealloc variables@>=
3925 xfree(mp->mem);
3926
3927 @ Users who wish to study the memory requirements of particular applications can
3928 can use optional special features that keep track of current and
3929 maximum memory usage. When code between the delimiters |stat| $\ldots$
3930 |tats| is not ``commented out,'' \MP\ will run a bit slower but it will
3931 report these statistics when |mp_tracing_stats| is positive.
3932
3933 @<Glob...@>=
3934 integer var_used; integer dyn_used; /* how much memory is in use */
3935
3936 @ Let's consider the one-word memory region first, since it's the
3937 simplest. The pointer variable |mem_end| holds the highest-numbered location
3938 of |mem| that has ever been used. The free locations of |mem| that
3939 occur between |hi_mem_min| and |mem_end|, inclusive, are of type
3940 |two_halves|, and we write |info(p)| and |link(p)| for the |lh|
3941 and |rh| fields of |mem[p]| when it is of this type. The single-word
3942 free locations form a linked list
3943 $$|avail|,\;\hbox{|link(avail)|},\;\hbox{|link(link(avail))|},\;\ldots$$
3944 terminated by |null|.
3945
3946 @d link(A)   mp->mem[(A)].hh.rh /* the |link| field of a memory word */
3947 @d info(A)   mp->mem[(A)].hh.lh /* the |info| field of a memory word */
3948
3949 @<Glob...@>=
3950 pointer avail; /* head of the list of available one-word nodes */
3951 pointer mem_end; /* the last one-word node used in |mem| */
3952
3953 @ If one-word memory is exhausted, it might mean that the user has forgotten
3954 a token like `\&{enddef}' or `\&{endfor}'. We will define some procedures
3955 later that try to help pinpoint the trouble.
3956
3957 @c 
3958 @<Declare the procedure called |show_token_list|@>;
3959 @<Declare the procedure called |runaway|@>
3960
3961 @ The function |get_avail| returns a pointer to a new one-word node whose
3962 |link| field is null. However, \MP\ will halt if there is no more room left.
3963 @^inner loop@>
3964
3965 @c 
3966 pointer mp_get_avail (MP mp) { /* single-word node allocation */
3967   pointer p; /* the new node being got */
3968   p=mp->avail; /* get top location in the |avail| stack */
3969   if ( p!=null ) {
3970     mp->avail=link(mp->avail); /* and pop it off */
3971   } else if ( mp->mem_end<mp->mem_max ) { /* or go into virgin territory */
3972     incr(mp->mem_end); p=mp->mem_end;
3973   } else { 
3974     decr(mp->hi_mem_min); p=mp->hi_mem_min;
3975     if ( mp->hi_mem_min<=mp->lo_mem_max ) { 
3976       mp_runaway(mp); /* if memory is exhausted, display possible runaway text */
3977       mp_overflow(mp, "main memory size",mp->mem_max);
3978       /* quit; all one-word nodes are busy */
3979 @:MetaPost capacity exceeded main memory size}{\quad main memory size@>
3980     }
3981   }
3982   link(p)=null; /* provide an oft-desired initialization of the new node */
3983   incr(mp->dyn_used);/* maintain statistics */
3984   return p;
3985 };
3986
3987 @ Conversely, a one-word node is recycled by calling |free_avail|.
3988
3989 @d free_avail(A)  /* single-word node liberation */
3990   { link((A))=mp->avail; mp->avail=(A); decr(mp->dyn_used);  }
3991
3992 @ There's also a |fast_get_avail| routine, which saves the procedure-call
3993 overhead at the expense of extra programming. This macro is used in
3994 the places that would otherwise account for the most calls of |get_avail|.
3995 @^inner loop@>
3996
3997 @d fast_get_avail(A) { 
3998   (A)=mp->avail; /* avoid |get_avail| if possible, to save time */
3999   if ( (A)==null ) { (A)=mp_get_avail(mp); } 
4000   else { mp->avail=link((A)); link((A))=null;  incr(mp->dyn_used); }
4001   }
4002
4003 @ The available-space list that keeps track of the variable-size portion
4004 of |mem| is a nonempty, doubly-linked circular list of empty nodes,
4005 pointed to by the roving pointer |rover|.
4006
4007 Each empty node has size 2 or more; the first word contains the special
4008 value |max_halfword| in its |link| field and the size in its |info| field;
4009 the second word contains the two pointers for double linking.
4010
4011 Each nonempty node also has size 2 or more. Its first word is of type
4012 |two_halves|\kern-1pt, and its |link| field is never equal to |max_halfword|.
4013 Otherwise there is complete flexibility with respect to the contents
4014 of its other fields and its other words.
4015
4016 (We require |mem_max<max_halfword| because terrible things can happen
4017 when |max_halfword| appears in the |link| field of a nonempty node.)
4018
4019 @d empty_flag   max_halfword /* the |link| of an empty variable-size node */
4020 @d is_empty(A)   (link((A))==empty_flag) /* tests for empty node */
4021 @d node_size   info /* the size field in empty variable-size nodes */
4022 @d llink(A)   info((A)+1) /* left link in doubly-linked list of empty nodes */
4023 @d rlink(A)   link((A)+1) /* right link in doubly-linked list of empty nodes */
4024
4025 @<Glob...@>=
4026 pointer rover; /* points to some node in the list of empties */
4027
4028 @ A call to |get_node| with argument |s| returns a pointer to a new node
4029 of size~|s|, which must be 2~or more. The |link| field of the first word
4030 of this new node is set to null. An overflow stop occurs if no suitable
4031 space exists.
4032
4033 If |get_node| is called with $s=2^{30}$, it simply merges adjacent free
4034 areas and returns the value |max_halfword|.
4035
4036 @<Declarations@>=
4037 pointer mp_get_node (MP mp,integer s) ;
4038
4039 @ @c 
4040 pointer mp_get_node (MP mp,integer s) { /* variable-size node allocation */
4041   pointer p; /* the node currently under inspection */
4042   pointer q;  /* the node physically after node |p| */
4043   integer r; /* the newly allocated node, or a candidate for this honor */
4044   integer t,tt; /* temporary registers */
4045 @^inner loop@>
4046  RESTART: 
4047   p=mp->rover; /* start at some free node in the ring */
4048   do {  
4049     @<Try to allocate within node |p| and its physical successors,
4050      and |goto found| if allocation was possible@>;
4051     if (rlink(p)==null || rlink(p)==p) {
4052       print_err("Free list garbled");
4053       help3("I found an entry in the list of free nodes that links")
4054        ("badly. I will try to ignore the broken link, but something")
4055        ("is seriously amiss. It is wise to warn the maintainers.")
4056           mp_error(mp);
4057       rlink(p)=mp->rover;
4058     }
4059         p=rlink(p); /* move to the next node in the ring */
4060   } while (p!=mp->rover); /* repeat until the whole list has been traversed */
4061   if ( s==010000000000 ) { 
4062     return max_halfword;
4063   };
4064   if ( mp->lo_mem_max+2<mp->hi_mem_min ) {
4065     if ( mp->lo_mem_max+2<=max_halfword ) {
4066       @<Grow more variable-size memory and |goto restart|@>;
4067     }
4068   }
4069   mp_overflow(mp, "main memory size",mp->mem_max);
4070   /* sorry, nothing satisfactory is left */
4071 @:MetaPost capacity exceeded main memory size}{\quad main memory size@>
4072 FOUND: 
4073   link(r)=null; /* this node is now nonempty */
4074   mp->var_used+=s; /* maintain usage statistics */
4075   return r;
4076 }
4077
4078 @ The lower part of |mem| grows by 1000 words at a time, unless
4079 we are very close to going under. When it grows, we simply link
4080 a new node into the available-space list. This method of controlled
4081 growth helps to keep the |mem| usage consecutive when \MP\ is
4082 implemented on ``virtual memory'' systems.
4083 @^virtual memory@>
4084
4085 @<Grow more variable-size memory and |goto restart|@>=
4086
4087   if ( mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max>=1998 ) {
4088     t=mp->lo_mem_max+1000;
4089   } else {
4090     t=mp->lo_mem_max+1+(mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max) / 2; 
4091     /* |lo_mem_max+2<=t<hi_mem_min| */
4092   }
4093   if ( t>max_halfword ) t=max_halfword;
4094   p=llink(mp->rover); q=mp->lo_mem_max; rlink(p)=q; llink(mp->rover)=q;
4095   rlink(q)=mp->rover; llink(q)=p; link(q)=empty_flag; 
4096   node_size(q)=t-mp->lo_mem_max;
4097   mp->lo_mem_max=t; link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null;
4098   mp->rover=q; 
4099   goto RESTART;
4100 }
4101
4102 @ @<Try to allocate...@>=
4103 q=p+node_size(p); /* find the physical successor */
4104 while ( is_empty(q) ) { /* merge node |p| with node |q| */
4105   t=rlink(q); tt=llink(q);
4106 @^inner loop@>
4107   if ( q==mp->rover ) mp->rover=t;
4108   llink(t)=tt; rlink(tt)=t;
4109   q=q+node_size(q);
4110 }
4111 r=q-s;
4112 if ( r>p+1 ) {
4113   @<Allocate from the top of node |p| and |goto found|@>;
4114 }
4115 if ( r==p ) { 
4116   if ( rlink(p)!=p ) {
4117     @<Allocate entire node |p| and |goto found|@>;
4118   }
4119 }
4120 node_size(p)=q-p /* reset the size in case it grew */
4121
4122 @ @<Allocate from the top...@>=
4123
4124   node_size(p)=r-p; /* store the remaining size */
4125   mp->rover=p; /* start searching here next time */
4126   goto FOUND;
4127 }
4128
4129 @ Here we delete node |p| from the ring, and let |rover| rove around.
4130
4131 @<Allocate entire...@>=
4132
4133   mp->rover=rlink(p); t=llink(p);
4134   llink(mp->rover)=t; rlink(t)=mp->rover;
4135   goto FOUND;
4136 }
4137
4138 @ Conversely, when some variable-size node |p| of size |s| is no longer needed,
4139 the operation |free_node(p,s)| will make its words available, by inserting
4140 |p| as a new empty node just before where |rover| now points.
4141
4142 @<Declarations@>=
4143 void mp_free_node (MP mp, pointer p, halfword s) ;
4144
4145 @ @c 
4146 void mp_free_node (MP mp, pointer p, halfword s) { /* variable-size node
4147   liberation */
4148   pointer q; /* |llink(rover)| */
4149   node_size(p)=s; link(p)=empty_flag;
4150 @^inner loop@>
4151   q=llink(mp->rover); llink(p)=q; rlink(p)=mp->rover; /* set both links */
4152   llink(mp->rover)=p; rlink(q)=p; /* insert |p| into the ring */
4153   mp->var_used-=s; /* maintain statistics */
4154 }
4155
4156 @ Just before \.{INIMP} writes out the memory, it sorts the doubly linked
4157 available space list. The list is probably very short at such times, so a
4158 simple insertion sort is used. The smallest available location will be
4159 pointed to by |rover|, the next-smallest by |rlink(rover)|, etc.
4160
4161 @c 
4162 void mp_sort_avail (MP mp) { /* sorts the available variable-size nodes
4163   by location */
4164   pointer p,q,r; /* indices into |mem| */
4165   pointer old_rover; /* initial |rover| setting */
4166   p=mp_get_node(mp, 010000000000); /* merge adjacent free areas */
4167   p=rlink(mp->rover); rlink(mp->rover)=max_halfword; old_rover=mp->rover;
4168   while ( p!=old_rover ) {
4169     @<Sort |p| into the list starting at |rover|
4170      and advance |p| to |rlink(p)|@>;
4171   }
4172   p=mp->rover;
4173   while ( rlink(p)!=max_halfword ) { 
4174     llink(rlink(p))=p; p=rlink(p);
4175   };
4176   rlink(p)=mp->rover; llink(mp->rover)=p;
4177 }
4178
4179 @ The following |while| loop is guaranteed to
4180 terminate, since the list that starts at
4181 |rover| ends with |max_halfword| during the sorting procedure.
4182
4183 @<Sort |p|...@>=
4184 if ( p<mp->rover ) { 
4185   q=p; p=rlink(q); rlink(q)=mp->rover; mp->rover=q;
4186 } else  { 
4187   q=mp->rover;
4188   while ( rlink(q)<p ) q=rlink(q);
4189   r=rlink(p); rlink(p)=rlink(q); rlink(q)=p; p=r;
4190 }
4191
4192 @* \[11] Memory layout.
4193 Some areas of |mem| are dedicated to fixed usage, since static allocation is
4194 more efficient than dynamic allocation when we can get away with it. For
4195 example, locations |0| to |1| are always used to store a
4196 two-word dummy token whose second word is zero.
4197 The following macro definitions accomplish the static allocation by giving
4198 symbolic names to the fixed positions. Static variable-size nodes appear
4199 in locations |0| through |lo_mem_stat_max|, and static single-word nodes
4200 appear in locations |hi_mem_stat_min| through |mem_top|, inclusive.
4201
4202 @d null_dash (2) /* the first two words are reserved for a null value */
4203 @d dep_head (null_dash+3) /* we will define |dash_node_size=3| */
4204 @d zero_val (dep_head+2) /* two words for a permanently zero value */
4205 @d temp_val (zero_val+2) /* two words for a temporary value node */
4206 @d end_attr temp_val /* we use |end_attr+2| only */
4207 @d inf_val (end_attr+2) /* and |inf_val+1| only */
4208 @d test_pen (inf_val+2)
4209   /* nine words for a pen used when testing the turning number */
4210 @d bad_vardef (test_pen+9) /* two words for \&{vardef} error recovery */
4211 @d lo_mem_stat_max (bad_vardef+1)  /* largest statically
4212   allocated word in the variable-size |mem| */
4213 @#
4214 @d sentinel mp->mem_top /* end of sorted lists */
4215 @d temp_head (mp->mem_top-1) /* head of a temporary list of some kind */
4216 @d hold_head (mp->mem_top-2) /* head of a temporary list of another kind */
4217 @d spec_head (mp->mem_top-3) /* head of a list of unprocessed \&{special} items */
4218 @d hi_mem_stat_min (mp->mem_top-3) /* smallest statically allocated word in
4219   the one-word |mem| */
4220
4221 @ The following code gets the dynamic part of |mem| off to a good start,
4222 when \MP\ is initializing itself the slow way.
4223
4224 @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>=
4225 @^data structure assumptions@>
4226 mp->rover=lo_mem_stat_max+1; /* initialize the dynamic memory */
4227 link(mp->rover)=empty_flag;
4228 node_size(mp->rover)=1000; /* which is a 1000-word available node */
4229 llink(mp->rover)=mp->rover; rlink(mp->rover)=mp->rover;
4230 mp->lo_mem_max=mp->rover+1000; 
4231 link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null;
4232 for (k=hi_mem_stat_min;k<=(int)mp->mem_top;k++) {
4233   mp->mem[k]=mp->mem[mp->lo_mem_max]; /* clear list heads */
4234 }
4235 mp->avail=null; mp->mem_end=mp->mem_top;
4236 mp->hi_mem_min=hi_mem_stat_min; /* initialize the one-word memory */
4237 mp->var_used=lo_mem_stat_max+1; 
4238 mp->dyn_used=mp->mem_top+1-(hi_mem_stat_min);  /* initialize statistics */
4239 @<Initialize a pen at |test_pen| so that it fits in nine words@>;
4240
4241 @ The procedure |flush_list(p)| frees an entire linked list of one-word
4242 nodes that starts at a given position, until coming to |sentinel| or a
4243 pointer that is not in the one-word region. Another procedure,
4244 |flush_node_list|, frees an entire linked list of one-word and two-word
4245 nodes, until coming to a |null| pointer.
4246 @^inner loop@>
4247
4248 @c 
4249 void mp_flush_list (MP mp,pointer p) { /* makes list of single-word nodes  available */
4250   pointer q,r; /* list traversers */
4251   if ( p>=mp->hi_mem_min ) if ( p!=sentinel ) { 
4252     r=p;
4253     do {  
4254       q=r; r=link(r); 
4255       decr(mp->dyn_used);
4256       if ( r<mp->hi_mem_min ) break;
4257     } while (r!=sentinel);
4258   /* now |q| is the last node on the list */
4259     link(q)=mp->avail; mp->avail=p;
4260   }
4261 }
4262 @#
4263 void mp_flush_node_list (MP mp,pointer p) {
4264   pointer q; /* the node being recycled */
4265   while ( p!=null ){ 
4266     q=p; p=link(p);
4267     if ( q<mp->hi_mem_min ) 
4268       mp_free_node(mp, q,2);
4269     else 
4270       free_avail(q);
4271   }
4272 }
4273
4274 @ If \MP\ is extended improperly, the |mem| array might get screwed up.
4275 For example, some pointers might be wrong, or some ``dead'' nodes might not
4276 have been freed when the last reference to them disappeared. Procedures
4277 |check_mem| and |search_mem| are available to help diagnose such
4278 problems. These procedures make use of two arrays called |free| and
4279 |was_free| that are present only if \MP's debugging routines have
4280 been included. (You may want to decrease the size of |mem| while you
4281 @^debugging@>
4282 are debugging.)
4283
4284 Because |boolean|s are typedef-d as ints, it is better to use
4285 unsigned chars here.
4286
4287 @<Glob...@>=
4288 unsigned char *free; /* free cells */
4289 unsigned char *was_free; /* previously free cells */
4290 pointer was_mem_end; pointer was_lo_max; pointer was_hi_min;
4291   /* previous |mem_end|, |lo_mem_max|,and |hi_mem_min| */
4292 boolean panicking; /* do we want to check memory constantly? */
4293
4294 @ @<Allocate or initialize ...@>=
4295 mp->free = xmalloc ((mp->mem_max+1),sizeof (unsigned char));
4296 mp->was_free = xmalloc ((mp->mem_max+1), sizeof (unsigned char));
4297
4298 @ @<Dealloc variables@>=
4299 xfree(mp->free);
4300 xfree(mp->was_free);
4301
4302 @ @<Allocate or ...@>=
4303 mp->was_mem_end=0; /* indicate that everything was previously free */
4304 mp->was_lo_max=0; mp->was_hi_min=mp->mem_max;
4305 mp->panicking=false;
4306
4307 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
4308 void mp_reallocate_memory(MP mp, int l) ;
4309
4310 @ @c
4311 void mp_reallocate_memory(MP mp, int l) {
4312    XREALLOC(mp->free,     l, unsigned char);
4313    XREALLOC(mp->was_free, l, unsigned char);
4314    if (mp->mem) {
4315          int newarea = l-mp->mem_max;
4316      XREALLOC(mp->mem,      l, memory_word);
4317      memset (mp->mem+(mp->mem_max+1),0,sizeof(memory_word)*(newarea));
4318    } else {
4319      XREALLOC(mp->mem,      l, memory_word);
4320      memset(mp->mem,0,sizeof(memory_word)*(l+1));
4321    }
4322    mp->mem_max = l;
4323    if (mp->ini_version) 
4324      mp->mem_top = l;
4325 }
4326
4327
4328
4329 @ Procedure |check_mem| makes sure that the available space lists of
4330 |mem| are well formed, and it optionally prints out all locations
4331 that are reserved now but were free the last time this procedure was called.
4332
4333 @c 
4334 void mp_check_mem (MP mp,boolean print_locs ) {
4335   pointer p,q,r; /* current locations of interest in |mem| */
4336   boolean clobbered; /* is something amiss? */
4337   for (p=0;p<=mp->lo_mem_max;p++) {
4338     mp->free[p]=false; /* you can probably do this faster */
4339   }
4340   for (p=mp->hi_mem_min;p<= mp->mem_end;p++) {
4341     mp->free[p]=false; /* ditto */
4342   }
4343   @<Check single-word |avail| list@>;
4344   @<Check variable-size |avail| list@>;
4345   @<Check flags of unavailable nodes@>;
4346   @<Check the list of linear dependencies@>;
4347   if ( print_locs ) {
4348     @<Print newly busy locations@>;
4349   }
4350   memcpy(mp->was_free,mp->free, sizeof(char)*(mp->mem_end+1));
4351   mp->was_mem_end=mp->mem_end; 
4352   mp->was_lo_max=mp->lo_mem_max; 
4353   mp->was_hi_min=mp->hi_mem_min;
4354 }
4355
4356 @ @<Check single-word...@>=
4357 p=mp->avail; q=null; clobbered=false;
4358 while ( p!=null ) { 
4359   if ( (p>mp->mem_end)||(p<mp->hi_mem_min) ) clobbered=true;
4360   else if ( mp->free[p] ) clobbered=true;
4361   if ( clobbered ) { 
4362     mp_print_nl(mp, "AVAIL list clobbered at ");
4363 @.AVAIL list clobbered...@>
4364     mp_print_int(mp, q); break;
4365   }
4366   mp->free[p]=true; q=p; p=link(q);
4367 }
4368
4369 @ @<Check variable-size...@>=
4370 p=mp->rover; q=null; clobbered=false;
4371 do {  
4372   if ( (p>=mp->lo_mem_max)||(p<0) ) clobbered=true;
4373   else if ( (rlink(p)>=mp->lo_mem_max)||(rlink(p)<0) ) clobbered=true;
4374   else if (  !(is_empty(p))||(node_size(p)<2)||
4375    (p+node_size(p)>mp->lo_mem_max)|| (llink(rlink(p))!=p) ) clobbered=true;
4376   if ( clobbered ) { 
4377     mp_print_nl(mp, "Double-AVAIL list clobbered at ");
4378 @.Double-AVAIL list clobbered...@>
4379     mp_print_int(mp, q); break;
4380   }
4381   for (q=p;q<=p+node_size(p)-1;q++) { /* mark all locations free */
4382     if ( mp->free[q] ) { 
4383       mp_print_nl(mp, "Doubly free location at ");
4384 @.Doubly free location...@>
4385       mp_print_int(mp, q); break;
4386     }
4387     mp->free[q]=true;
4388   }
4389   q=p; p=rlink(p);
4390 } while (p!=mp->rover)
4391
4392
4393 @ @<Check flags...@>=
4394 p=0;
4395 while ( p<=mp->lo_mem_max ) { /* node |p| should not be empty */
4396   if ( is_empty(p) ) {
4397     mp_print_nl(mp, "Bad flag at "); mp_print_int(mp, p);
4398 @.Bad flag...@>
4399   }
4400   while ( (p<=mp->lo_mem_max) && ! mp->free[p] ) incr(p);
4401   while ( (p<=mp->lo_mem_max) && mp->free[p] ) incr(p);
4402 }
4403
4404 @ @<Print newly busy...@>=
4405
4406   @<Do intialization required before printing new busy locations@>;
4407   mp_print_nl(mp, "New busy locs:");
4408 @.New busy locs@>
4409   for (p=0;p<= mp->lo_mem_max;p++ ) {
4410     if ( ! mp->free[p] && ((p>mp->was_lo_max) || mp->was_free[p]) ) {
4411       @<Indicate that |p| is a new busy location@>;
4412     }
4413   }
4414   for (p=mp->hi_mem_min;p<=mp->mem_end;p++ ) {
4415     if ( ! mp->free[p] &&
4416         ((p<mp->was_hi_min) || (p>mp->was_mem_end) || mp->was_free[p]) ) {
4417       @<Indicate that |p| is a new busy location@>;
4418     }
4419   }
4420   @<Finish printing new busy locations@>;
4421 }
4422
4423 @ There might be many new busy locations so we are careful to print contiguous
4424 blocks compactly.  During this operation |q| is the last new busy location and
4425 |r| is the start of the block containing |q|.
4426
4427 @<Indicate that |p| is a new busy location@>=
4428
4429   if ( p>q+1 ) { 
4430     if ( q>r ) { 
4431       mp_print(mp, ".."); mp_print_int(mp, q);
4432     }
4433     mp_print_char(mp, ' '); mp_print_int(mp, p);
4434     r=p;
4435   }
4436   q=p;
4437 }
4438
4439 @ @<Do intialization required before printing new busy locations@>=
4440 q=mp->mem_max; r=mp->mem_max
4441
4442 @ @<Finish printing new busy locations@>=
4443 if ( q>r ) { 
4444   mp_print(mp, ".."); mp_print_int(mp, q);
4445 }
4446
4447 @ The |search_mem| procedure attempts to answer the question ``Who points
4448 to node~|p|?'' In doing so, it fetches |link| and |info| fields of |mem|
4449 that might not be of type |two_halves|. Strictly speaking, this is
4450 @^dirty \PASCAL@>
4451 undefined in \PASCAL, and it can lead to ``false drops'' (words that seem to
4452 point to |p| purely by coincidence). But for debugging purposes, we want
4453 to rule out the places that do {\sl not\/} point to |p|, so a few false
4454 drops are tolerable.
4455
4456 @c
4457 void mp_search_mem (MP mp, pointer p) { /* look for pointers to |p| */
4458   integer q; /* current position being searched */
4459   for (q=0;q<=mp->lo_mem_max;q++) { 
4460     if ( link(q)==p ){ 
4461       mp_print_nl(mp, "LINK("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4462     }
4463     if ( info(q)==p ) { 
4464       mp_print_nl(mp, "INFO("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4465     }
4466   }
4467   for (q=mp->hi_mem_min;q<=mp->mem_end;q++) {
4468     if ( link(q)==p ) {
4469       mp_print_nl(mp, "LINK("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4470     }
4471     if ( info(q)==p ) {
4472       mp_print_nl(mp, "INFO("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4473     }
4474   }
4475   @<Search |eqtb| for equivalents equal to |p|@>;
4476 }
4477
4478 @* \[12] The command codes.
4479 Before we can go much further, we need to define symbolic names for the internal
4480 code numbers that represent the various commands obeyed by \MP. These codes
4481 are somewhat arbitrary, but not completely so. For example,
4482 some codes have been made adjacent so that |case| statements in the
4483 program need not consider cases that are widely spaced, or so that |case|
4484 statements can be replaced by |if| statements. A command can begin an
4485 expression if and only if its code lies between |min_primary_command| and
4486 |max_primary_command|, inclusive. The first token of a statement that doesn't
4487 begin with an expression has a command code between |min_command| and
4488 |max_statement_command|, inclusive. Anything less than |min_command| is
4489 eliminated during macro expansions, and anything no more than |max_pre_command|
4490 is eliminated when expanding \TeX\ material.  Ranges such as
4491 |min_secondary_command..max_secondary_command| are used when parsing
4492 expressions, but the relative ordering within such a range is generally not
4493 critical.
4494
4495 The ordering of the highest-numbered commands
4496 (|comma<semicolon<end_group<stop|) is crucial for the parsing and
4497 error-recovery methods of this program as is the ordering |if_test<fi_or_else|
4498 for the smallest two commands.  The ordering is also important in the ranges
4499 |numeric_token..plus_or_minus| and |left_brace..ampersand|.
4500
4501 At any rate, here is the list, for future reference.
4502
4503 @d start_tex 1 /* begin \TeX\ material (\&{btex}, \&{verbatimtex}) */
4504 @d etex_marker 2 /* end \TeX\ material (\&{etex}) */
4505 @d mpx_break 3 /* stop reading an \.{MPX} file (\&{mpxbreak}) */
4506 @d max_pre_command mpx_break
4507 @d if_test 4 /* conditional text (\&{if}) */
4508 @d fi_or_else 5 /* delimiters for conditionals (\&{elseif}, \&{else}, \&{fi} */
4509 @d input 6 /* input a source file (\&{input}, \&{endinput}) */
4510 @d iteration 7 /* iterate (\&{for}, \&{forsuffixes}, \&{forever}, \&{endfor}) */
4511 @d repeat_loop 8 /* special command substituted for \&{endfor} */
4512 @d exit_test 9 /* premature exit from a loop (\&{exitif}) */
4513 @d relax 10 /* do nothing (\.{\char`\\}) */
4514 @d scan_tokens 11 /* put a string into the input buffer */
4515 @d expand_after 12 /* look ahead one token */
4516 @d defined_macro 13 /* a macro defined by the user */
4517 @d min_command (defined_macro+1)
4518 @d save_command 14 /* save a list of tokens (\&{save}) */
4519 @d interim_command 15 /* save an internal quantity (\&{interim}) */
4520 @d let_command 16 /* redefine a symbolic token (\&{let}) */
4521 @d new_internal 17 /* define a new internal quantity (\&{newinternal}) */
4522 @d macro_def 18 /* define a macro (\&{def}, \&{vardef}, etc.) */
4523 @d ship_out_command 19 /* output a character (\&{shipout}) */
4524 @d add_to_command 20 /* add to edges (\&{addto}) */
4525 @d bounds_command 21  /* add bounding path to edges (\&{setbounds}, \&{clip}) */
4526 @d tfm_command 22 /* command for font metric info (\&{ligtable}, etc.) */
4527 @d protection_command 23 /* set protection flag (\&{outer}, \&{inner}) */
4528 @d show_command 24 /* diagnostic output (\&{show}, \&{showvariable}, etc.) */
4529 @d mode_command 25 /* set interaction level (\&{batchmode}, etc.) */
4530 @d random_seed 26 /* initialize random number generator (\&{randomseed}) */
4531 @d message_command 27 /* communicate to user (\&{message}, \&{errmessage}) */
4532 @d every_job_command 28 /* designate a starting token (\&{everyjob}) */
4533 @d delimiters 29 /* define a pair of delimiters (\&{delimiters}) */
4534 @d special_command 30 /* output special info (\&{special})
4535                        or font map info (\&{fontmapfile}, \&{fontmapline}) */
4536 @d write_command 31 /* write text to a file (\&{write}) */
4537 @d type_name 32 /* declare a type (\&{numeric}, \&{pair}, etc. */
4538 @d max_statement_command type_name
4539 @d min_primary_command type_name
4540 @d left_delimiter 33 /* the left delimiter of a matching pair */
4541 @d begin_group 34 /* beginning of a group (\&{begingroup}) */
4542 @d nullary 35 /* an operator without arguments (e.g., \&{normaldeviate}) */
4543 @d unary 36 /* an operator with one argument (e.g., \&{sqrt}) */
4544 @d str_op 37 /* convert a suffix to a string (\&{str}) */
4545 @d cycle 38 /* close a cyclic path (\&{cycle}) */
4546 @d primary_binary 39 /* binary operation taking `\&{of}' (e.g., \&{point}) */
4547 @d capsule_token 40 /* a value that has been put into a token list */
4548 @d string_token 41 /* a string constant (e.g., |"hello"|) */
4549 @d internal_quantity 42 /* internal numeric parameter (e.g., \&{pausing}) */
4550 @d min_suffix_token internal_quantity
4551 @d tag_token 43 /* a symbolic token without a primitive meaning */
4552 @d numeric_token 44 /* a numeric constant (e.g., \.{3.14159}) */
4553 @d max_suffix_token numeric_token
4554 @d plus_or_minus 45 /* either `\.+' or `\.-' */
4555 @d max_primary_command plus_or_minus /* should also be |numeric_token+1| */
4556 @d min_tertiary_command plus_or_minus
4557 @d tertiary_secondary_macro 46 /* a macro defined by \&{secondarydef} */
4558 @d tertiary_binary 47 /* an operator at the tertiary level (e.g., `\.{++}') */
4559 @d max_tertiary_command tertiary_binary
4560 @d left_brace 48 /* the operator `\.{\char`\{}' */
4561 @d min_expression_command left_brace
4562 @d path_join 49 /* the operator `\.{..}' */
4563 @d ampersand 50 /* the operator `\.\&' */
4564 @d expression_tertiary_macro 51 /* a macro defined by \&{tertiarydef} */
4565 @d expression_binary 52 /* an operator at the expression level (e.g., `\.<') */
4566 @d equals 53 /* the operator `\.=' */
4567 @d max_expression_command equals
4568 @d and_command 54 /* the operator `\&{and}' */
4569 @d min_secondary_command and_command
4570 @d secondary_primary_macro 55 /* a macro defined by \&{primarydef} */
4571 @d slash 56 /* the operator `\./' */
4572 @d secondary_binary 57 /* an operator at the binary level (e.g., \&{shifted}) */
4573 @d max_secondary_command secondary_binary
4574 @d param_type 58 /* type of parameter (\&{primary}, \&{expr}, \&{suffix}, etc.) */
4575 @d controls 59 /* specify control points explicitly (\&{controls}) */
4576 @d tension 60 /* specify tension between knots (\&{tension}) */
4577 @d at_least 61 /* bounded tension value (\&{atleast}) */
4578 @d curl_command 62 /* specify curl at an end knot (\&{curl}) */
4579 @d macro_special 63 /* special macro operators (\&{quote}, \.{\#\AT!}, etc.) */
4580 @d right_delimiter 64 /* the right delimiter of a matching pair */
4581 @d left_bracket 65 /* the operator `\.[' */
4582 @d right_bracket 66 /* the operator `\.]' */
4583 @d right_brace 67 /* the operator `\.{\char`\}}' */
4584 @d with_option 68 /* option for filling (\&{withpen}, \&{withweight}, etc.) */
4585 @d thing_to_add 69
4586   /* variant of \&{addto} (\&{contour}, \&{doublepath}, \&{also}) */
4587 @d of_token 70 /* the operator `\&{of}' */
4588 @d to_token 71 /* the operator `\&{to}' */
4589 @d step_token 72 /* the operator `\&{step}' */
4590 @d until_token 73 /* the operator `\&{until}' */
4591 @d within_token 74 /* the operator `\&{within}' */
4592 @d lig_kern_token 75
4593   /* the operators `\&{kern}' and `\.{=:}' and `\.{=:\char'174}, etc. */
4594 @d assignment 76 /* the operator `\.{:=}' */
4595 @d skip_to 77 /* the operation `\&{skipto}' */
4596 @d bchar_label 78 /* the operator `\.{\char'174\char'174:}' */
4597 @d double_colon 79 /* the operator `\.{::}' */
4598 @d colon 80 /* the operator `\.:' */
4599 @#
4600 @d comma 81 /* the operator `\.,', must be |colon+1| */
4601 @d end_of_statement (mp->cur_cmd>comma)
4602 @d semicolon 82 /* the operator `\.;', must be |comma+1| */
4603 @d end_group 83 /* end a group (\&{endgroup}), must be |semicolon+1| */
4604 @d stop 84 /* end a job (\&{end}, \&{dump}), must be |end_group+1| */
4605 @d max_command_code stop
4606 @d outer_tag (max_command_code+1) /* protection code added to command code */
4607
4608 @<Types...@>=
4609 typedef int command_code;
4610
4611 @ Variables and capsules in \MP\ have a variety of ``types,''
4612 distinguished by the code numbers defined here. These numbers are also
4613 not completely arbitrary.  Things that get expanded must have types
4614 |>mp_independent|; a type remaining after expansion is numeric if and only if
4615 its code number is at least |numeric_type|; objects containing numeric
4616 parts must have types between |transform_type| and |pair_type|;
4617 all other types must be smaller than |transform_type|; and among the types
4618 that are not unknown or vacuous, the smallest two must be |boolean_type|
4619 and |string_type| in that order.
4620  
4621 @d undefined 0 /* no type has been declared */
4622 @d unknown_tag 1 /* this constant is added to certain type codes below */
4623 @d unknown_types mp_unknown_boolean: case mp_unknown_string:
4624   case mp_unknown_pen: case mp_unknown_picture: case mp_unknown_path
4625
4626 @<Types...@>=
4627 enum mp_variable_type {
4628 mp_vacuous=1, /* no expression was present */
4629 mp_boolean_type, /* \&{boolean} with a known value */
4630 mp_unknown_boolean,
4631 mp_string_type, /* \&{string} with a known value */
4632 mp_unknown_string,
4633 mp_pen_type, /* \&{pen} with a known value */
4634 mp_unknown_pen,
4635 mp_path_type, /* \&{path} with a known value */
4636 mp_unknown_path,
4637 mp_picture_type, /* \&{picture} with a known value */
4638 mp_unknown_picture,
4639 mp_transform_type, /* \&{transform} variable or capsule */
4640 mp_color_type, /* \&{color} variable or capsule */
4641 mp_cmykcolor_type, /* \&{cmykcolor} variable or capsule */
4642 mp_pair_type, /* \&{pair} variable or capsule */
4643 mp_numeric_type, /* variable that has been declared \&{numeric} but not used */
4644 mp_known, /* \&{numeric} with a known value */
4645 mp_dependent, /* a linear combination with |fraction| coefficients */
4646 mp_proto_dependent, /* a linear combination with |scaled| coefficients */
4647 mp_independent, /* \&{numeric} with unknown value */
4648 mp_token_list, /* variable name or suffix argument or text argument */
4649 mp_structured, /* variable with subscripts and attributes */
4650 mp_unsuffixed_macro, /* variable defined with \&{vardef} but no \.{\AT!\#} */
4651 mp_suffixed_macro /* variable defined with \&{vardef} and \.{\AT!\#} */
4652 } ;
4653
4654 @ @<Declarations@>=
4655 void mp_print_type (MP mp,small_number t) ;
4656
4657 @ @<Basic printing procedures@>=
4658 void mp_print_type (MP mp,small_number t) { 
4659   switch (t) {
4660   case mp_vacuous:mp_print(mp, "mp_vacuous"); break;
4661   case mp_boolean_type:mp_print(mp, "boolean"); break;
4662   case mp_unknown_boolean:mp_print(mp, "unknown boolean"); break;
4663   case mp_string_type:mp_print(mp, "string"); break;
4664   case mp_unknown_string:mp_print(mp, "unknown string"); break;
4665   case mp_pen_type:mp_print(mp, "pen"); break;
4666   case mp_unknown_pen:mp_print(mp, "unknown pen"); break;
4667   case mp_path_type:mp_print(mp, "path"); break;
4668   case mp_unknown_path:mp_print(mp, "unknown path"); break;
4669   case mp_picture_type:mp_print(mp, "picture"); break;
4670   case mp_unknown_picture:mp_print(mp, "unknown picture"); break;
4671   case mp_transform_type:mp_print(mp, "transform"); break;
4672   case mp_color_type:mp_print(mp, "color"); break;
4673   case mp_cmykcolor_type:mp_print(mp, "cmykcolor"); break;
4674   case mp_pair_type:mp_print(mp, "pair"); break;
4675   case mp_known:mp_print(mp, "known numeric"); break;
4676   case mp_dependent:mp_print(mp, "dependent"); break;
4677   case mp_proto_dependent:mp_print(mp, "proto-dependent"); break;
4678   case mp_numeric_type:mp_print(mp, "numeric"); break;
4679   case mp_independent:mp_print(mp, "independent"); break;
4680   case mp_token_list:mp_print(mp, "token list"); break;
4681   case mp_structured:mp_print(mp, "mp_structured"); break;
4682   case mp_unsuffixed_macro:mp_print(mp, "unsuffixed macro"); break;
4683   case mp_suffixed_macro:mp_print(mp, "suffixed macro"); break;
4684   default: mp_print(mp, "undefined"); break;
4685   }
4686 }
4687
4688 @ Values inside \MP\ are stored in two-word nodes that have a |name_type|
4689 as well as a |type|. The possibilities for |name_type| are defined
4690 here; they will be explained in more detail later.
4691
4692 @<Types...@>=
4693 enum mp_name_type {
4694  mp_root=0, /* |name_type| at the top level of a variable */
4695  mp_saved_root, /* same, when the variable has been saved */
4696  mp_structured_root, /* |name_type| where a |mp_structured| branch occurs */
4697  mp_subscr, /* |name_type| in a subscript node */
4698  mp_attr, /* |name_type| in an attribute node */
4699  mp_x_part_sector, /* |name_type| in the \&{xpart} of a node */
4700  mp_y_part_sector, /* |name_type| in the \&{ypart} of a node */
4701  mp_xx_part_sector, /* |name_type| in the \&{xxpart} of a node */
4702  mp_xy_part_sector, /* |name_type| in the \&{xypart} of a node */
4703  mp_yx_part_sector, /* |name_type| in the \&{yxpart} of a node */
4704  mp_yy_part_sector, /* |name_type| in the \&{yypart} of a node */
4705  mp_red_part_sector, /* |name_type| in the \&{redpart} of a node */
4706  mp_green_part_sector, /* |name_type| in the \&{greenpart} of a node */
4707  mp_blue_part_sector, /* |name_type| in the \&{bluepart} of a node */
4708  mp_cyan_part_sector, /* |name_type| in the \&{redpart} of a node */
4709  mp_magenta_part_sector, /* |name_type| in the \&{greenpart} of a node */
4710  mp_yellow_part_sector, /* |name_type| in the \&{bluepart} of a node */
4711  mp_black_part_sector, /* |name_type| in the \&{greenpart} of a node */
4712  mp_grey_part_sector, /* |name_type| in the \&{bluepart} of a node */
4713  mp_capsule, /* |name_type| in stashed-away subexpressions */
4714  mp_token  /* |name_type| in a numeric token or string token */
4715 };
4716
4717 @ Primitive operations that produce values have a secondary identification
4718 code in addition to their command code; it's something like genera and species.
4719 For example, `\.*' has the command code |primary_binary|, and its
4720 secondary identification is |times|. The secondary codes start at 30 so that
4721 they don't overlap with the type codes; some type codes (e.g., |mp_string_type|)
4722 are used as operators as well as type identifications.  The relative values
4723 are not critical, except for |true_code..false_code|, |or_op..and_op|,
4724 and |filled_op..bounded_op|.  The restrictions are that
4725 |and_op-false_code=or_op-true_code|, that the ordering of
4726 |x_part...blue_part| must match that of |x_part_sector..mp_blue_part_sector|,
4727 and the ordering of |filled_op..bounded_op| must match that of the code
4728 values they test for.
4729
4730 @d true_code 30 /* operation code for \.{true} */
4731 @d false_code 31 /* operation code for \.{false} */
4732 @d null_picture_code 32 /* operation code for \.{nullpicture} */
4733 @d null_pen_code 33 /* operation code for \.{nullpen} */
4734 @d job_name_op 34 /* operation code for \.{jobname} */
4735 @d read_string_op 35 /* operation code for \.{readstring} */
4736 @d pen_circle 36 /* operation code for \.{pencircle} */
4737 @d normal_deviate 37 /* operation code for \.{normaldeviate} */
4738 @d read_from_op 38 /* operation code for \.{readfrom} */
4739 @d close_from_op 39 /* operation code for \.{closefrom} */
4740 @d odd_op 40 /* operation code for \.{odd} */
4741 @d known_op 41 /* operation code for \.{known} */
4742 @d unknown_op 42 /* operation code for \.{unknown} */
4743 @d not_op 43 /* operation code for \.{not} */
4744 @d decimal 44 /* operation code for \.{decimal} */
4745 @d reverse 45 /* operation code for \.{reverse} */
4746 @d make_path_op 46 /* operation code for \.{makepath} */
4747 @d make_pen_op 47 /* operation code for \.{makepen} */
4748 @d oct_op 48 /* operation code for \.{oct} */
4749 @d hex_op 49 /* operation code for \.{hex} */
4750 @d ASCII_op 50 /* operation code for \.{ASCII} */
4751 @d char_op 51 /* operation code for \.{char} */
4752 @d length_op 52 /* operation code for \.{length} */
4753 @d turning_op 53 /* operation code for \.{turningnumber} */
4754 @d color_model_part 54 /* operation code for \.{colormodel} */
4755 @d x_part 55 /* operation code for \.{xpart} */
4756 @d y_part 56 /* operation code for \.{ypart} */
4757 @d xx_part 57 /* operation code for \.{xxpart} */
4758 @d xy_part 58 /* operation code for \.{xypart} */
4759 @d yx_part 59 /* operation code for \.{yxpart} */
4760 @d yy_part 60 /* operation code for \.{yypart} */
4761 @d red_part 61 /* operation code for \.{redpart} */
4762 @d green_part 62 /* operation code for \.{greenpart} */
4763 @d blue_part 63 /* operation code for \.{bluepart} */
4764 @d cyan_part 64 /* operation code for \.{cyanpart} */
4765 @d magenta_part 65 /* operation code for \.{magentapart} */
4766 @d yellow_part 66 /* operation code for \.{yellowpart} */
4767 @d black_part 67 /* operation code for \.{blackpart} */
4768 @d grey_part 68 /* operation code for \.{greypart} */
4769 @d font_part 69 /* operation code for \.{fontpart} */
4770 @d text_part 70 /* operation code for \.{textpart} */
4771 @d path_part 71 /* operation code for \.{pathpart} */
4772 @d pen_part 72 /* operation code for \.{penpart} */
4773 @d dash_part 73 /* operation code for \.{dashpart} */
4774 @d sqrt_op 74 /* operation code for \.{sqrt} */
4775 @d m_exp_op 75 /* operation code for \.{mexp} */
4776 @d m_log_op 76 /* operation code for \.{mlog} */
4777 @d sin_d_op 77 /* operation code for \.{sind} */
4778 @d cos_d_op 78 /* operation code for \.{cosd} */
4779 @d floor_op 79 /* operation code for \.{floor} */
4780 @d uniform_deviate 80 /* operation code for \.{uniformdeviate} */
4781 @d char_exists_op 81 /* operation code for \.{charexists} */
4782 @d font_size 82 /* operation code for \.{fontsize} */
4783 @d ll_corner_op 83 /* operation code for \.{llcorner} */
4784 @d lr_corner_op 84 /* operation code for \.{lrcorner} */
4785 @d ul_corner_op 85 /* operation code for \.{ulcorner} */
4786 @d ur_corner_op 86 /* operation code for \.{urcorner} */
4787 @d arc_length 87 /* operation code for \.{arclength} */
4788 @d angle_op 88 /* operation code for \.{angle} */
4789 @d cycle_op 89 /* operation code for \.{cycle} */
4790 @d filled_op 90 /* operation code for \.{filled} */
4791 @d stroked_op 91 /* operation code for \.{stroked} */
4792 @d textual_op 92 /* operation code for \.{textual} */
4793 @d clipped_op 93 /* operation code for \.{clipped} */
4794 @d bounded_op 94 /* operation code for \.{bounded} */
4795 @d plus 95 /* operation code for \.+ */
4796 @d minus 96 /* operation code for \.- */
4797 @d times 97 /* operation code for \.* */
4798 @d over 98 /* operation code for \./ */
4799 @d pythag_add 99 /* operation code for \.{++} */
4800 @d pythag_sub 100 /* operation code for \.{+-+} */
4801 @d or_op 101 /* operation code for \.{or} */
4802 @d and_op 102 /* operation code for \.{and} */
4803 @d less_than 103 /* operation code for \.< */
4804 @d less_or_equal 104 /* operation code for \.{<=} */
4805 @d greater_than 105 /* operation code for \.> */
4806 @d greater_or_equal 106 /* operation code for \.{>=} */
4807 @d equal_to 107 /* operation code for \.= */
4808 @d unequal_to 108 /* operation code for \.{<>} */
4809 @d concatenate 109 /* operation code for \.\& */
4810 @d rotated_by 110 /* operation code for \.{rotated} */
4811 @d slanted_by 111 /* operation code for \.{slanted} */
4812 @d scaled_by 112 /* operation code for \.{scaled} */
4813 @d shifted_by 113 /* operation code for \.{shifted} */
4814 @d transformed_by 114 /* operation code for \.{transformed} */
4815 @d x_scaled 115 /* operation code for \.{xscaled} */
4816 @d y_scaled 116 /* operation code for \.{yscaled} */
4817 @d z_scaled 117 /* operation code for \.{zscaled} */
4818 @d in_font 118 /* operation code for \.{infont} */
4819 @d intersect 119 /* operation code for \.{intersectiontimes} */
4820 @d double_dot 120 /* operation code for improper \.{..} */
4821 @d substring_of 121 /* operation code for \.{substring} */
4822 @d min_of substring_of
4823 @d subpath_of 122 /* operation code for \.{subpath} */
4824 @d direction_time_of 123 /* operation code for \.{directiontime} */
4825 @d point_of 124 /* operation code for \.{point} */
4826 @d precontrol_of 125 /* operation code for \.{precontrol} */
4827 @d postcontrol_of 126 /* operation code for \.{postcontrol} */
4828 @d pen_offset_of 127 /* operation code for \.{penoffset} */
4829 @d arc_time_of 128 /* operation code for \.{arctime} */
4830 @d mp_version 129 /* operation code for \.{mpversion} */
4831 @d envelope_of 130 /* operation code for \{.envelope} */
4832
4833 @c void mp_print_op (MP mp,quarterword c) { 
4834   if (c<=mp_numeric_type ) {
4835     mp_print_type(mp, c);
4836   } else {
4837     switch (c) {
4838     case true_code:mp_print(mp, "true"); break;
4839     case false_code:mp_print(mp, "false"); break;
4840     case null_picture_code:mp_print(mp, "nullpicture"); break;
4841     case null_pen_code:mp_print(mp, "nullpen"); break;
4842     case job_name_op:mp_print(mp, "jobname"); break;
4843     case read_string_op:mp_print(mp, "readstring"); break;
4844     case pen_circle:mp_print(mp, "pencircle"); break;
4845     case normal_deviate:mp_print(mp, "normaldeviate"); break;
4846     case read_from_op:mp_print(mp, "readfrom"); break;
4847     case close_from_op:mp_print(mp, "closefrom"); break;
4848     case odd_op:mp_print(mp, "odd"); break;
4849     case known_op:mp_print(mp, "known"); break;
4850     case unknown_op:mp_print(mp, "unknown"); break;
4851     case not_op:mp_print(mp, "not"); break;
4852     case decimal:mp_print(mp, "decimal"); break;
4853     case reverse:mp_print(mp, "reverse"); break;
4854     case make_path_op:mp_print(mp, "makepath"); break;
4855     case make_pen_op:mp_print(mp, "makepen"); break;
4856     case oct_op:mp_print(mp, "oct"); break;
4857     case hex_op:mp_print(mp, "hex"); break;
4858     case ASCII_op:mp_print(mp, "ASCII"); break;
4859     case char_op:mp_print(mp, "char"); break;
4860     case length_op:mp_print(mp, "length"); break;
4861     case turning_op:mp_print(mp, "turningnumber"); break;
4862     case x_part:mp_print(mp, "xpart"); break;
4863     case y_part:mp_print(mp, "ypart"); break;
4864     case xx_part:mp_print(mp, "xxpart"); break;
4865     case xy_part:mp_print(mp, "xypart"); break;
4866     case yx_part:mp_print(mp, "yxpart"); break;
4867     case yy_part:mp_print(mp, "yypart"); break;
4868     case red_part:mp_print(mp, "redpart"); break;
4869     case green_part:mp_print(mp, "greenpart"); break;
4870     case blue_part:mp_print(mp, "bluepart"); break;
4871     case cyan_part:mp_print(mp, "cyanpart"); break;
4872     case magenta_part:mp_print(mp, "magentapart"); break;
4873     case yellow_part:mp_print(mp, "yellowpart"); break;
4874     case black_part:mp_print(mp, "blackpart"); break;
4875     case grey_part:mp_print(mp, "greypart"); break;
4876     case color_model_part:mp_print(mp, "colormodel"); break;
4877     case font_part:mp_print(mp, "fontpart"); break;
4878     case text_part:mp_print(mp, "textpart"); break;
4879     case path_part:mp_print(mp, "pathpart"); break;
4880     case pen_part:mp_print(mp, "penpart"); break;
4881     case dash_part:mp_print(mp, "dashpart"); break;
4882     case sqrt_op:mp_print(mp, "sqrt"); break;
4883     case m_exp_op:mp_print(mp, "mexp"); break;
4884     case m_log_op:mp_print(mp, "mlog"); break;
4885     case sin_d_op:mp_print(mp, "sind"); break;
4886     case cos_d_op:mp_print(mp, "cosd"); break;
4887     case floor_op:mp_print(mp, "floor"); break;
4888     case uniform_deviate:mp_print(mp, "uniformdeviate"); break;
4889     case char_exists_op:mp_print(mp, "charexists"); break;
4890     case font_size:mp_print(mp, "fontsize"); break;
4891     case ll_corner_op:mp_print(mp, "llcorner"); break;
4892     case lr_corner_op:mp_print(mp, "lrcorner"); break;
4893     case ul_corner_op:mp_print(mp, "ulcorner"); break;
4894     case ur_corner_op:mp_print(mp, "urcorner"); break;
4895     case arc_length:mp_print(mp, "arclength"); break;
4896     case angle_op:mp_print(mp, "angle"); break;
4897     case cycle_op:mp_print(mp, "cycle"); break;
4898     case filled_op:mp_print(mp, "filled"); break;
4899     case stroked_op:mp_print(mp, "stroked"); break;
4900     case textual_op:mp_print(mp, "textual"); break;
4901     case clipped_op:mp_print(mp, "clipped"); break;
4902     case bounded_op:mp_print(mp, "bounded"); break;
4903     case plus:mp_print_char(mp, '+'); break;
4904     case minus:mp_print_char(mp, '-'); break;
4905     case times:mp_print_char(mp, '*'); break;
4906     case over:mp_print_char(mp, '/'); break;
4907     case pythag_add:mp_print(mp, "++"); break;
4908     case pythag_sub:mp_print(mp, "+-+"); break;
4909     case or_op:mp_print(mp, "or"); break;
4910     case and_op:mp_print(mp, "and"); break;
4911     case less_than:mp_print_char(mp, '<'); break;
4912     case less_or_equal:mp_print(mp, "<="); break;
4913     case greater_than:mp_print_char(mp, '>'); break;
4914     case greater_or_equal:mp_print(mp, ">="); break;
4915     case equal_to:mp_print_char(mp, '='); break;
4916     case unequal_to:mp_print(mp, "<>"); break;
4917     case concatenate:mp_print(mp, "&"); break;
4918     case rotated_by:mp_print(mp, "rotated"); break;
4919     case slanted_by:mp_print(mp, "slanted"); break;
4920     case scaled_by:mp_print(mp, "scaled"); break;
4921     case shifted_by:mp_print(mp, "shifted"); break;
4922     case transformed_by:mp_print(mp, "transformed"); break;
4923     case x_scaled:mp_print(mp, "xscaled"); break;
4924     case y_scaled:mp_print(mp, "yscaled"); break;
4925     case z_scaled:mp_print(mp, "zscaled"); break;
4926     case in_font:mp_print(mp, "infont"); break;
4927     case intersect:mp_print(mp, "intersectiontimes"); break;
4928     case substring_of:mp_print(mp, "substring"); break;
4929     case subpath_of:mp_print(mp, "subpath"); break;
4930     case direction_time_of:mp_print(mp, "directiontime"); break;
4931     case point_of:mp_print(mp, "point"); break;
4932     case precontrol_of:mp_print(mp, "precontrol"); break;
4933     case postcontrol_of:mp_print(mp, "postcontrol"); break;
4934     case pen_offset_of:mp_print(mp, "penoffset"); break;
4935     case arc_time_of:mp_print(mp, "arctime"); break;
4936     case mp_version:mp_print(mp, "mpversion"); break;
4937     case envelope_of:mp_print(mp, "envelope"); break;
4938     default: mp_print(mp, ".."); break;
4939     }
4940   }
4941 }
4942
4943 @ \MP\ also has a bunch of internal parameters that a user might want to
4944 fuss with. Every such parameter has an identifying code number, defined here.
4945
4946 @<Types...@>=
4947 enum mp_given_internal {
4948   mp_tracing_titles=1, /* show titles online when they appear */
4949   mp_tracing_equations, /* show each variable when it becomes known */
4950   mp_tracing_capsules, /* show capsules too */
4951   mp_tracing_choices, /* show the control points chosen for paths */
4952   mp_tracing_specs, /* show path subdivision prior to filling with polygonal a pen */
4953   mp_tracing_commands, /* show commands and operations before they are performed */
4954   mp_tracing_restores, /* show when a variable or internal is restored */
4955   mp_tracing_macros, /* show macros before they are expanded */
4956   mp_tracing_output, /* show digitized edges as they are output */
4957   mp_tracing_stats, /* show memory usage at end of job */
4958   mp_tracing_lost_chars, /* show characters that aren't \&{infont} */
4959   mp_tracing_online, /* show long diagnostics on terminal and in the log file */
4960   mp_year, /* the current year (e.g., 1984) */
4961   mp_month, /* the current month (e.g, 3 $\equiv$ March) */
4962   mp_day, /* the current day of the month */
4963   mp_time, /* the number of minutes past midnight when this job started */
4964   mp_char_code, /* the number of the next character to be output */
4965   mp_char_ext, /* the extension code of the next character to be output */
4966   mp_char_wd, /* the width of the next character to be output */
4967   mp_char_ht, /* the height of the next character to be output */
4968   mp_char_dp, /* the depth of the next character to be output */
4969   mp_char_ic, /* the italic correction of the next character to be output */
4970   mp_design_size, /* the unit of measure used for |mp_char_wd..mp_char_ic|, in points */
4971   mp_pausing, /* positive to display lines on the terminal before they are read */
4972   mp_showstopping, /* positive to stop after each \&{show} command */
4973   mp_fontmaking, /* positive if font metric output is to be produced */
4974   mp_linejoin, /* as in \ps: 0 for mitered, 1 for round, 2 for beveled */
4975   mp_linecap, /* as in \ps: 0 for butt, 1 for round, 2 for square */
4976   mp_miterlimit, /* controls miter length as in \ps */
4977   mp_warning_check, /* controls error message when variable value is large */
4978   mp_boundary_char, /* the right boundary character for ligatures */
4979   mp_prologues, /* positive to output conforming PostScript using built-in fonts */
4980   mp_true_corners, /* positive to make \&{llcorner} etc. ignore \&{setbounds} */
4981   mp_default_color_model, /* the default color model for unspecified items */
4982   mp_restore_clip_color,
4983   mp_procset, /* wether or not create PostScript command shortcuts */
4984   mp_gtroffmode,  /* whether the user specified |-troff| on the command line */
4985 };
4986
4987 @
4988
4989 @d max_given_internal mp_gtroffmode
4990
4991 @<Glob...@>=
4992 scaled *internal;  /* the values of internal quantities */
4993 char **int_name;  /* their names */
4994 int int_ptr;  /* the maximum internal quantity defined so far */
4995 int max_internal; /* current maximum number of internal quantities */
4996 boolean troff_mode; 
4997
4998 @ @<Option variables@>=
4999 int troff_mode; 
5000
5001 @ @<Allocate or initialize ...@>=
5002 mp->max_internal=2*max_given_internal;
5003 mp->internal = xmalloc ((mp->max_internal+1), sizeof(scaled));
5004 mp->int_name = xmalloc ((mp->max_internal+1), sizeof(char *));
5005 mp->troff_mode=(opt->troff_mode>0 ? true : false);
5006
5007 @ @<Exported function ...@>=
5008 int mp_troff_mode(MP mp);
5009
5010 @ @c
5011 int mp_troff_mode(MP mp) { return mp->troff_mode; }
5012
5013 @ @<Set initial ...@>=
5014 for (k=0;k<= mp->max_internal; k++ ) { 
5015    mp->internal[k]=0; 
5016    mp->int_name[k]=NULL; 
5017 }
5018 mp->int_ptr=max_given_internal;
5019
5020 @ The symbolic names for internal quantities are put into \MP's hash table
5021 by using a routine called |primitive|, which will be defined later. Let us
5022 enter them now, so that we don't have to list all those names again
5023 anywhere else.
5024
5025 @<Put each of \MP's primitives into the hash table@>=
5026 mp_primitive(mp, "tracingtitles",internal_quantity,mp_tracing_titles);
5027 @:tracingtitles_}{\&{tracingtitles} primitive@>
5028 mp_primitive(mp, "tracingequations",internal_quantity,mp_tracing_equations);
5029 @:mp_tracing_equations_}{\&{tracingequations} primitive@>
5030 mp_primitive(mp, "tracingcapsules",internal_quantity,mp_tracing_capsules);
5031 @:mp_tracing_capsules_}{\&{tracingcapsules} primitive@>
5032 mp_primitive(mp, "tracingchoices",internal_quantity,mp_tracing_choices);
5033 @:mp_tracing_choices_}{\&{tracingchoices} primitive@>
5034 mp_primitive(mp, "tracingspecs",internal_quantity,mp_tracing_specs);
5035 @:mp_tracing_specs_}{\&{tracingspecs} primitive@>
5036 mp_primitive(mp, "tracingcommands",internal_quantity,mp_tracing_commands);
5037 @:mp_tracing_commands_}{\&{tracingcommands} primitive@>
5038 mp_primitive(mp, "tracingrestores",internal_quantity,mp_tracing_restores);
5039 @:mp_tracing_restores_}{\&{tracingrestores} primitive@>
5040 mp_primitive(mp, "tracingmacros",internal_quantity,mp_tracing_macros);
5041 @:mp_tracing_macros_}{\&{tracingmacros} primitive@>
5042 mp_primitive(mp, "tracingoutput",internal_quantity,mp_tracing_output);
5043 @:mp_tracing_output_}{\&{tracingoutput} primitive@>
5044 mp_primitive(mp, "tracingstats",internal_quantity,mp_tracing_stats);
5045 @:mp_tracing_stats_}{\&{tracingstats} primitive@>
5046 mp_primitive(mp, "tracinglostchars",internal_quantity,mp_tracing_lost_chars);
5047 @:mp_tracing_lost_chars_}{\&{tracinglostchars} primitive@>
5048 mp_primitive(mp, "tracingonline",internal_quantity,mp_tracing_online);
5049 @:mp_tracing_online_}{\&{tracingonline} primitive@>
5050 mp_primitive(mp, "year",internal_quantity,mp_year);
5051 @:mp_year_}{\&{year} primitive@>
5052 mp_primitive(mp, "month",internal_quantity,mp_month);
5053 @:mp_month_}{\&{month} primitive@>
5054 mp_primitive(mp, "day",internal_quantity,mp_day);
5055 @:mp_day_}{\&{day} primitive@>
5056 mp_primitive(mp, "time",internal_quantity,mp_time);
5057 @:time_}{\&{time} primitive@>
5058 mp_primitive(mp, "charcode",internal_quantity,mp_char_code);
5059 @:mp_char_code_}{\&{charcode} primitive@>
5060 mp_primitive(mp, "charext",internal_quantity,mp_char_ext);
5061 @:mp_char_ext_}{\&{charext} primitive@>
5062 mp_primitive(mp, "charwd",internal_quantity,mp_char_wd);
5063 @:mp_char_wd_}{\&{charwd} primitive@>
5064 mp_primitive(mp, "charht",internal_quantity,mp_char_ht);
5065 @:mp_char_ht_}{\&{charht} primitive@>
5066 mp_primitive(mp, "chardp",internal_quantity,mp_char_dp);
5067 @:mp_char_dp_}{\&{chardp} primitive@>
5068 mp_primitive(mp, "charic",internal_quantity,mp_char_ic);
5069 @:mp_char_ic_}{\&{charic} primitive@>
5070 mp_primitive(mp, "designsize",internal_quantity,mp_design_size);
5071 @:mp_design_size_}{\&{designsize} primitive@>
5072 mp_primitive(mp, "pausing",internal_quantity,mp_pausing);
5073 @:mp_pausing_}{\&{pausing} primitive@>
5074 mp_primitive(mp, "showstopping",internal_quantity,mp_showstopping);
5075 @:mp_showstopping_}{\&{showstopping} primitive@>
5076 mp_primitive(mp, "fontmaking",internal_quantity,mp_fontmaking);
5077 @:mp_fontmaking_}{\&{fontmaking} primitive@>
5078 mp_primitive(mp, "linejoin",internal_quantity,mp_linejoin);
5079 @:mp_linejoin_}{\&{linejoin} primitive@>
5080 mp_primitive(mp, "linecap",internal_quantity,mp_linecap);
5081 @:mp_linecap_}{\&{linecap} primitive@>
5082 mp_primitive(mp, "miterlimit",internal_quantity,mp_miterlimit);
5083 @:mp_miterlimit_}{\&{miterlimit} primitive@>
5084 mp_primitive(mp, "warningcheck",internal_quantity,mp_warning_check);
5085 @:mp_warning_check_}{\&{warningcheck} primitive@>
5086 mp_primitive(mp, "boundarychar",internal_quantity,mp_boundary_char);
5087 @:mp_boundary_char_}{\&{boundarychar} primitive@>
5088 mp_primitive(mp, "prologues",internal_quantity,mp_prologues);
5089 @:mp_prologues_}{\&{prologues} primitive@>
5090 mp_primitive(mp, "truecorners",internal_quantity,mp_true_corners);
5091 @:mp_true_corners_}{\&{truecorners} primitive@>
5092 mp_primitive(mp, "mpprocset",internal_quantity,mp_procset);
5093 @:mp_procset_}{\&{mpprocset} primitive@>
5094 mp_primitive(mp, "troffmode",internal_quantity,mp_gtroffmode);
5095 @:troffmode_}{\&{troffmode} primitive@>
5096 mp_primitive(mp, "defaultcolormodel",internal_quantity,mp_default_color_model);
5097 @:mp_default_color_model_}{\&{defaultcolormodel} primitive@>
5098 mp_primitive(mp, "restoreclipcolor",internal_quantity,mp_restore_clip_color);
5099 @:mp_restore_clip_color_}{\&{restoreclipcolor} primitive@>
5100
5101 @ Colors can be specified in four color models. In the special
5102 case of |no_model|, MetaPost does not output any color operator to
5103 the postscript output.
5104
5105 Note: these values are passed directly on to |with_option|. This only
5106 works because the other possible values passed to |with_option| are
5107 8 and 10 respectively (from |with_pen| and |with_picture|).
5108
5109 There is a first state, that is only used for |gs_colormodel|. It flags
5110 the fact that there has not been any kind of color specification by
5111 the user so far in the game.
5112
5113 @<Types...@>=
5114 enum mp_color_model {
5115   mp_no_model=1,
5116   mp_grey_model=3,
5117   mp_rgb_model=5,
5118   mp_cmyk_model=7,
5119   mp_uninitialized_model=9,
5120 };
5121
5122
5123 @ @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>=
5124 mp->internal[mp_default_color_model]=(mp_rgb_model*unity);
5125 mp->internal[mp_restore_clip_color]=unity;
5126
5127 @ Well, we do have to list the names one more time, for use in symbolic
5128 printouts.
5129
5130 @<Initialize table...@>=
5131 mp->int_name[mp_tracing_titles]=xstrdup("tracingtitles");
5132 mp->int_name[mp_tracing_equations]=xstrdup("tracingequations");
5133 mp->int_name[mp_tracing_capsules]=xstrdup("tracingcapsules");
5134 mp->int_name[mp_tracing_choices]=xstrdup("tracingchoices");
5135 mp->int_name[mp_tracing_specs]=xstrdup("tracingspecs");
5136 mp->int_name[mp_tracing_commands]=xstrdup("tracingcommands");
5137 mp->int_name[mp_tracing_restores]=xstrdup("tracingrestores");
5138 mp->int_name[mp_tracing_macros]=xstrdup("tracingmacros");
5139 mp->int_name[mp_tracing_output]=xstrdup("tracingoutput");
5140 mp->int_name[mp_tracing_stats]=xstrdup("tracingstats");
5141 mp->int_name[mp_tracing_lost_chars]=xstrdup("tracinglostchars");
5142 mp->int_name[mp_tracing_online]=xstrdup("tracingonline");
5143 mp->int_name[mp_year]=xstrdup("year");
5144 mp->int_name[mp_month]=xstrdup("month");
5145 mp->int_name[mp_day]=xstrdup("day");
5146 mp->int_name[mp_time]=xstrdup("time");
5147 mp->int_name[mp_char_code]=xstrdup("charcode");
5148 mp->int_name[mp_char_ext]=xstrdup("charext");
5149 mp->int_name[mp_char_wd]=xstrdup("charwd");
5150 mp->int_name[mp_char_ht]=xstrdup("charht");
5151 mp->int_name[mp_char_dp]=xstrdup("chardp");
5152 mp->int_name[mp_char_ic]=xstrdup("charic");
5153 mp->int_name[mp_design_size]=xstrdup("designsize");
5154 mp->int_name[mp_pausing]=xstrdup("pausing");
5155 mp->int_name[mp_showstopping]=xstrdup("showstopping");
5156 mp->int_name[mp_fontmaking]=xstrdup("fontmaking");
5157 mp->int_name[mp_linejoin]=xstrdup("linejoin");
5158 mp->int_name[mp_linecap]=xstrdup("linecap");
5159 mp->int_name[mp_miterlimit]=xstrdup("miterlimit");
5160 mp->int_name[mp_warning_check]=xstrdup("warningcheck");
5161 mp->int_name[mp_boundary_char]=xstrdup("boundarychar");
5162 mp->int_name[mp_prologues]=xstrdup("prologues");
5163 mp->int_name[mp_true_corners]=xstrdup("truecorners");
5164 mp->int_name[mp_default_color_model]=xstrdup("defaultcolormodel");
5165 mp->int_name[mp_procset]=xstrdup("mpprocset");
5166 mp->int_name[mp_gtroffmode]=xstrdup("troffmode");
5167 mp->int_name[mp_restore_clip_color]=xstrdup("restoreclipcolor");
5168
5169 @ The following procedure, which is called just before \MP\ initializes its
5170 input and output, establishes the initial values of the date and time.
5171 @^system dependencies@>
5172
5173 Note that the values are |scaled| integers. Hence \MP\ can no longer
5174 be used after the year 32767.
5175
5176 @c 
5177 void mp_fix_date_and_time (MP mp) { 
5178   time_t clock = time ((time_t *) 0);
5179   struct tm *tmptr = localtime (&clock);
5180   mp->internal[mp_time]=
5181       (tmptr->tm_hour*60+tmptr->tm_min)*unity; /* minutes since midnight */
5182   mp->internal[mp_day]=(tmptr->tm_mday)*unity; /* fourth day of the month */
5183   mp->internal[mp_month]=(tmptr->tm_mon+1)*unity; /* seventh month of the year */
5184   mp->internal[mp_year]=(tmptr->tm_year+1900)*unity; /* Anno Domini */
5185 }
5186
5187 @ @<Declarations@>=
5188 void mp_fix_date_and_time (MP mp) ;
5189
5190 @ \MP\ is occasionally supposed to print diagnostic information that
5191 goes only into the transcript file, unless |mp_tracing_online| is positive.
5192 Now that we have defined |mp_tracing_online| we can define
5193 two routines that adjust the destination of print commands:
5194
5195 @<Declarations@>=
5196 void mp_begin_diagnostic (MP mp) ;
5197 void mp_end_diagnostic (MP mp,boolean blank_line);
5198 void mp_print_diagnostic (MP mp, char *s, char *t, boolean nuline) ;
5199
5200 @ @<Basic printing...@>=
5201 @<Declare a function called |true_line|@>;
5202 void mp_begin_diagnostic (MP mp) { /* prepare to do some tracing */
5203   mp->old_setting=mp->selector;
5204   if ( mp->selector==ps_file_only ) mp->selector=mp->non_ps_setting;
5205   if ((mp->internal[mp_tracing_online]<=0)&&(mp->selector==term_and_log)){ 
5206     decr(mp->selector);
5207     if ( mp->history==mp_spotless ) mp->history=mp_warning_issued;
5208   }
5209 }
5210 @#
5211 void mp_end_diagnostic (MP mp,boolean blank_line) {
5212   /* restore proper conditions after tracing */
5213   mp_print_nl(mp, "");
5214   if ( blank_line ) mp_print_ln(mp);
5215   mp->selector=mp->old_setting;
5216 }
5217
5218 @ The global variable |non_ps_setting| is initialized when it is time to print
5219 on |ps_file|.
5220
5221 @<Glob...@>=
5222 unsigned int old_setting;
5223 unsigned int non_ps_setting;
5224
5225 @ We will occasionally use |begin_diagnostic| in connection with line-number
5226 printing, as follows. (The parameter |s| is typically |"Path"| or
5227 |"Cycle spec"|, etc.)
5228
5229 @<Basic printing...@>=
5230 void mp_print_diagnostic (MP mp, char *s, char *t, boolean nuline) { 
5231   mp_begin_diagnostic(mp);
5232   if ( nuline ) mp_print_nl(mp, s); else mp_print(mp, s);
5233   mp_print(mp, " at line "); 
5234   mp_print_int(mp, mp_true_line(mp));
5235   mp_print(mp, t); mp_print_char(mp, ':');
5236 }
5237
5238 @ The 256 |ASCII_code| characters are grouped into classes by means of
5239 the |char_class| table. Individual class numbers have no semantic
5240 or syntactic significance, except in a few instances defined here.
5241 There's also |max_class|, which can be used as a basis for additional
5242 class numbers in nonstandard extensions of \MP.
5243
5244 @d digit_class 0 /* the class number of \.{0123456789} */
5245 @d period_class 1 /* the class number of `\..' */
5246 @d space_class 2 /* the class number of spaces and nonstandard characters */
5247 @d percent_class 3 /* the class number of `\.\%' */
5248 @d string_class 4 /* the class number of `\."' */
5249 @d right_paren_class 8 /* the class number of `\.)' */
5250 @d isolated_classes 5: case 6: case 7: case 8 /* characters that make length-one tokens only */
5251 @d letter_class 9 /* letters and the underline character */
5252 @d left_bracket_class 17 /* `\.[' */
5253 @d right_bracket_class 18 /* `\.]' */
5254 @d invalid_class 20 /* bad character in the input */
5255 @d max_class 20 /* the largest class number */
5256
5257 @<Glob...@>=
5258 int char_class[256]; /* the class numbers */
5259
5260 @ If changes are made to accommodate non-ASCII character sets, they should
5261 follow the guidelines in Appendix~C of {\sl The {\logos METAFONT\/}book}.
5262 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
5263 @^system dependencies@>
5264
5265 @<Set initial ...@>=
5266 for (k='0';k<='9';k++) 
5267   mp->char_class[k]=digit_class;
5268 mp->char_class['.']=period_class;
5269 mp->char_class[' ']=space_class;
5270 mp->char_class['%']=percent_class;
5271 mp->char_class['"']=string_class;
5272 mp->char_class[',']=5;
5273 mp->char_class[';']=6;
5274 mp->char_class['(']=7;
5275 mp->char_class[')']=right_paren_class;
5276 for (k='A';k<= 'Z';k++ )
5277   mp->char_class[k]=letter_class;
5278 for (k='a';k<='z';k++) 
5279   mp->char_class[k]=letter_class;
5280 mp->char_class['_']=letter_class;
5281 mp->char_class['<']=10;
5282 mp->char_class['=']=10;
5283 mp->char_class['>']=10;
5284 mp->char_class[':']=10;
5285 mp->char_class['|']=10;
5286 mp->char_class['`']=11;
5287 mp->char_class['\'']=11;
5288 mp->char_class['+']=12;
5289 mp->char_class['-']=12;
5290 mp->char_class['/']=13;
5291 mp->char_class['*']=13;
5292 mp->char_class['\\']=13;
5293 mp->char_class['!']=14;
5294 mp->char_class['?']=14;
5295 mp->char_class['#']=15;
5296 mp->char_class['&']=15;
5297 mp->char_class['@@']=15;
5298 mp->char_class['$']=15;
5299 mp->char_class['^']=16;
5300 mp->char_class['~']=16;
5301 mp->char_class['[']=left_bracket_class;
5302 mp->char_class[']']=right_bracket_class;
5303 mp->char_class['{']=19;
5304 mp->char_class['}']=19;
5305 for (k=0;k<' ';k++)
5306   mp->char_class[k]=invalid_class;
5307 mp->char_class['\t']=space_class;
5308 mp->char_class['\f']=space_class;
5309 for (k=127;k<=255;k++)
5310   mp->char_class[k]=invalid_class;
5311
5312 @* \[13] The hash table.
5313 Symbolic tokens are stored and retrieved by means of a fairly standard hash
5314 table algorithm called the method of ``coalescing lists'' (cf.\ Algorithm 6.4C
5315 in {\sl The Art of Computer Programming\/}). Once a symbolic token enters the
5316 table, it is never removed.
5317
5318 The actual sequence of characters forming a symbolic token is
5319 stored in the |str_pool| array together with all the other strings. An
5320 auxiliary array |hash| consists of items with two halfword fields per
5321 word. The first of these, called |next(p)|, points to the next identifier
5322 belonging to the same coalesced list as the identifier corresponding to~|p|;
5323 and the other, called |text(p)|, points to the |str_start| entry for
5324 |p|'s identifier. If position~|p| of the hash table is empty, we have
5325 |text(p)=0|; if position |p| is either empty or the end of a coalesced
5326 hash list, we have |next(p)=0|.
5327
5328 An auxiliary pointer variable called |hash_used| is maintained in such a
5329 way that all locations |p>=hash_used| are nonempty. The global variable
5330 |st_count| tells how many symbolic tokens have been defined, if statistics
5331 are being kept.
5332
5333 The first 256 locations of |hash| are reserved for symbols of length one.
5334
5335 There's a parallel array called |eqtb| that contains the current equivalent
5336 values of each symbolic token. The entries of this array consist of
5337 two halfwords called |eq_type| (a command code) and |equiv| (a secondary
5338 piece of information that qualifies the |eq_type|).
5339
5340 @d next(A)   mp->hash[(A)].lh /* link for coalesced lists */
5341 @d text(A)   mp->hash[(A)].rh /* string number for symbolic token name */
5342 @d eq_type(A)   mp->eqtb[(A)].lh /* the current ``meaning'' of a symbolic token */
5343 @d equiv(A)   mp->eqtb[(A)].rh /* parametric part of a token's meaning */
5344 @d hash_base 257 /* hashing actually starts here */
5345 @d hash_is_full   (mp->hash_used==hash_base) /* are all positions occupied? */
5346
5347 @<Glob...@>=
5348 pointer hash_used; /* allocation pointer for |hash| */
5349 integer st_count; /* total number of known identifiers */
5350
5351 @ Certain entries in the hash table are ``frozen'' and not redefinable,
5352 since they are used in error recovery.
5353
5354 @d hash_top (hash_base+mp->hash_size) /* the first location of the frozen area */
5355 @d frozen_inaccessible hash_top /* |hash| location to protect the frozen area */
5356 @d frozen_repeat_loop (hash_top+1) /* |hash| location of a loop-repeat token */
5357 @d frozen_right_delimiter (hash_top+2) /* |hash| location of a permanent `\.)' */
5358 @d frozen_left_bracket (hash_top+3) /* |hash| location of a permanent `\.[' */
5359 @d frozen_slash (hash_top+4) /* |hash| location of a permanent `\./' */
5360 @d frozen_colon (hash_top+5) /* |hash| location of a permanent `\.:' */
5361 @d frozen_semicolon (hash_top+6) /* |hash| location of a permanent `\.;' */
5362 @d frozen_end_for (hash_top+7) /* |hash| location of a permanent \&{endfor} */
5363 @d frozen_end_def (hash_top+8) /* |hash| location of a permanent \&{enddef} */
5364 @d frozen_fi (hash_top+9) /* |hash| location of a permanent \&{fi} */
5365 @d frozen_end_group (hash_top+10) /* |hash| location of a permanent `\.{endgroup}' */
5366 @d frozen_etex (hash_top+11) /* |hash| location of a permanent \&{etex} */
5367 @d frozen_mpx_break (hash_top+12) /* |hash| location of a permanent \&{mpxbreak} */
5368 @d frozen_bad_vardef (hash_top+13) /* |hash| location of `\.{a bad variable}' */
5369 @d frozen_undefined (hash_top+14) /* |hash| location that never gets defined */
5370 @d hash_end (hash_top+14) /* the actual size of the |hash| and |eqtb| arrays */
5371
5372 @<Glob...@>=
5373 two_halves *hash; /* the hash table */
5374 two_halves *eqtb; /* the equivalents */
5375
5376 @ @<Allocate or initialize ...@>=
5377 mp->hash = xmalloc((hash_end+1),sizeof(two_halves));
5378 mp->eqtb = xmalloc((hash_end+1),sizeof(two_halves));
5379
5380 @ @<Dealloc variables@>=
5381 xfree(mp->hash);
5382 xfree(mp->eqtb);
5383
5384 @ @<Set init...@>=
5385 next(1)=0; text(1)=0; eq_type(1)=tag_token; equiv(1)=null;
5386 for (k=2;k<=hash_end;k++)  { 
5387   mp->hash[k]=mp->hash[1]; mp->eqtb[k]=mp->eqtb[1];
5388 }
5389
5390 @ @<Initialize table entries...@>=
5391 mp->hash_used=frozen_inaccessible; /* nothing is used */
5392 mp->st_count=0;
5393 text(frozen_bad_vardef)=intern("a bad variable");
5394 text(frozen_etex)=intern("etex");
5395 text(frozen_mpx_break)=intern("mpxbreak");
5396 text(frozen_fi)=intern("fi");
5397 text(frozen_end_group)=intern("endgroup");
5398 text(frozen_end_def)=intern("enddef");
5399 text(frozen_end_for)=intern("endfor");
5400 text(frozen_semicolon)=intern(";");
5401 text(frozen_colon)=intern(":");
5402 text(frozen_slash)=intern("/");
5403 text(frozen_left_bracket)=intern("[");
5404 text(frozen_right_delimiter)=intern(")");
5405 text(frozen_inaccessible)=intern(" INACCESSIBLE");
5406 eq_type(frozen_right_delimiter)=right_delimiter;
5407
5408 @ @<Check the ``constant'' values...@>=
5409 if ( hash_end+mp->max_internal>max_halfword ) mp->bad=17;
5410
5411 @ Here is the subroutine that searches the hash table for an identifier
5412 that matches a given string of length~|l| appearing in |buffer[j..
5413 (j+l-1)]|. If the identifier is not found, it is inserted; hence it
5414 will always be found, and the corresponding hash table address
5415 will be returned.
5416
5417 @c 
5418 pointer mp_id_lookup (MP mp,integer j, integer l) { /* search the hash table */
5419   integer h; /* hash code */
5420   pointer p; /* index in |hash| array */
5421   pointer k; /* index in |buffer| array */
5422   if (l==1) {
5423     @<Treat special case of length 1 and |break|@>;
5424   }
5425   @<Compute the hash code |h|@>;
5426   p=h+hash_base; /* we start searching here; note that |0<=h<hash_prime| */
5427   while (true)  { 
5428         if (text(p)>0 && length(text(p))==l && mp_str_eq_buf(mp, text(p),j)) 
5429       break;
5430     if ( next(p)==0 ) {
5431       @<Insert a new symbolic token after |p|, then
5432         make |p| point to it and |break|@>;
5433     }
5434     p=next(p);
5435   }
5436   return p;
5437 };
5438
5439 @ @<Treat special case of length 1...@>=
5440  p=mp->buffer[j]+1; text(p)=p-1; return p;
5441
5442
5443 @ @<Insert a new symbolic...@>=
5444 {
5445 if ( text(p)>0 ) { 
5446   do {  
5447     if ( hash_is_full )
5448       mp_overflow(mp, "hash size",mp->hash_size);
5449 @:MetaPost capacity exceeded hash size}{\quad hash size@>
5450     decr(mp->hash_used);
5451   } while (text(mp->hash_used)!=0); /* search for an empty location in |hash| */
5452   next(p)=mp->hash_used; 
5453   p=mp->hash_used;
5454 }
5455 str_room(l);
5456 for (k=j;k<=j+l-1;k++) {
5457   append_char(mp->buffer[k]);
5458 }
5459 text(p)=mp_make_string(mp); 
5460 mp->str_ref[text(p)]=max_str_ref;
5461 incr(mp->st_count);
5462 break;
5463 }
5464
5465
5466 @ The value of |hash_prime| should be roughly 85\pct! of |hash_size|, and it
5467 should be a prime number.  The theory of hashing tells us to expect fewer
5468 than two table probes, on the average, when the search is successful.
5469 [See J.~S. Vitter, {\sl Journal of the ACM\/ \bf30} (1983), 231--258.]
5470 @^Vitter, Jeffrey Scott@>
5471
5472 @<Compute the hash code |h|@>=
5473 h=mp->buffer[j];
5474 for (k=j+1;k<=j+l-1;k++){ 
5475   h=h+h+mp->buffer[k];
5476   while ( h>=mp->hash_prime ) h=h-mp->hash_prime;
5477 }
5478
5479 @ @<Search |eqtb| for equivalents equal to |p|@>=
5480 for (q=1;q<=hash_end;q++) { 
5481   if ( equiv(q)==p ) { 
5482     mp_print_nl(mp, "EQUIV("); 
5483     mp_print_int(mp, q); 
5484     mp_print_char(mp, ')');
5485   }
5486 }
5487
5488 @ We need to put \MP's ``primitive'' symbolic tokens into the hash
5489 table, together with their command code (which will be the |eq_type|)
5490 and an operand (which will be the |equiv|). The |primitive| procedure
5491 does this, in a way that no \MP\ user can. The global value |cur_sym|
5492 contains the new |eqtb| pointer after |primitive| has acted.
5493
5494 @c 
5495 void mp_primitive (MP mp, char *ss, halfword c, halfword o) {
5496   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
5497   small_number j; /* index into |buffer| */
5498   small_number l; /* length of the string */
5499   str_number s;
5500   s = intern(ss);
5501   k=mp->str_start[s]; l=str_stop(s)-k;
5502   /* we will move |s| into the (empty) |buffer| */
5503   for (j=0;j<=l-1;j++) {
5504     mp->buffer[j]=mp->str_pool[k+j];
5505   }
5506   mp->cur_sym=mp_id_lookup(mp, 0,l);
5507   if ( s>=256 ) { /* we don't want to have the string twice */
5508     mp_flush_string(mp, text(mp->cur_sym)); text(mp->cur_sym)=s;
5509   };
5510   eq_type(mp->cur_sym)=c; 
5511   equiv(mp->cur_sym)=o;
5512 }
5513
5514
5515 @ Many of \MP's primitives need no |equiv|, since they are identifiable
5516 by their |eq_type| alone. These primitives are loaded into the hash table
5517 as follows:
5518
5519 @<Put each of \MP's primitives into the hash table@>=
5520 mp_primitive(mp, "..",path_join,0);
5521 @:.._}{\.{..} primitive@>
5522 mp_primitive(mp, "[",left_bracket,0); mp->eqtb[frozen_left_bracket]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
5523 @:[ }{\.{[} primitive@>
5524 mp_primitive(mp, "]",right_bracket,0);
5525 @:] }{\.{]} primitive@>
5526 mp_primitive(mp, "}",right_brace,0);
5527 @:]]}{\.{\char`\}} primitive@>
5528 mp_primitive(mp, "{",left_brace,0);
5529 @:][}{\.{\char`\{} primitive@>
5530 mp_primitive(mp, ":",colon,0); mp->eqtb[frozen_colon]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
5531 @:: }{\.{:} primitive@>
5532 mp_primitive(mp, "::",double_colon,0);
5533 @::: }{\.{::} primitive@>
5534 mp_primitive(mp, "||:",bchar_label,0);
5535 @:::: }{\.{\char'174\char'174:} primitive@>
5536 mp_primitive(mp, ":=",assignment,0);
5537 @::=_}{\.{:=} primitive@>
5538 mp_primitive(mp, ",",comma,0);
5539 @:, }{\., primitive@>
5540 mp_primitive(mp, ";",semicolon,0); mp->eqtb[frozen_semicolon]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
5541 @:; }{\.; primitive@>
5542 mp_primitive(mp, "\\",relax,0);
5543 @:]]\\}{\.{\char`\\} primitive@>
5544 @#
5545 mp_primitive(mp, "addto",add_to_command,0);
5546 @:add_to_}{\&{addto} primitive@>
5547 mp_primitive(mp, "atleast",at_least,0);
5548 @:at_least_}{\&{atleast} primitive@>
5549 mp_primitive(mp, "begingroup",begin_group,0); mp->bg_loc=mp->cur_sym;
5550 @:begin_group_}{\&{begingroup} primitive@>
5551 mp_primitive(mp, "controls",controls,0);
5552 @:controls_}{\&{controls} primitive@>
5553 mp_primitive(mp, "curl",curl_command,0);
5554 @:curl_}{\&{curl} primitive@>
5555 mp_primitive(mp, "delimiters",delimiters,0);
5556 @:delimiters_}{\&{delimiters} primitive@>
5557 mp_primitive(mp, "endgroup",end_group,0);
5558  mp->eqtb[frozen_end_group]=mp->eqtb[mp->cur_sym]; mp->eg_loc=mp->cur_sym;
5559 @:endgroup_}{\&{endgroup} primitive@>
5560 mp_primitive(mp, "everyjob",every_job_command,0);
5561 @:every_job_}{\&{everyjob} primitive@>
5562 mp_primitive(mp, "exitif",exit_test,0);
5563 @:exit_if_}{\&{exitif} primitive@>
5564 mp_primitive(mp, "expandafter",expand_after,0);
5565 @:expand_after_}{\&{expandafter} primitive@>
5566 mp_primitive(mp, "interim",interim_command,0);
5567 @:interim_}{\&{interim} primitive@>
5568 mp_primitive(mp, "let",let_command,0);
5569 @:let_}{\&{let} primitive@>
5570 mp_primitive(mp, "newinternal",new_internal,0);
5571 @:new_internal_}{\&{newinternal} primitive@>
5572 mp_primitive(mp, "of",of_token,0);
5573 @:of_}{\&{of} primitive@>
5574 mp_primitive(mp, "randomseed",random_seed,0);
5575 @:random_seed_}{\&{randomseed} primitive@>
5576 mp_primitive(mp, "save",save_command,0);
5577 @:save_}{\&{save} primitive@>
5578 mp_primitive(mp, "scantokens",scan_tokens,0);
5579 @:scan_tokens_}{\&{scantokens} primitive@>
5580 mp_primitive(mp, "shipout",ship_out_command,0);
5581 @:ship_out_}{\&{shipout} primitive@>
5582 mp_primitive(mp, "skipto",skip_to,0);
5583 @:skip_to_}{\&{skipto} primitive@>
5584 mp_primitive(mp, "special",special_command,0);
5585 @:special}{\&{special} primitive@>
5586 mp_primitive(mp, "fontmapfile",special_command,1);
5587 @:fontmapfile}{\&{fontmapfile} primitive@>
5588 mp_primitive(mp, "fontmapline",special_command,2);
5589 @:fontmapline}{\&{fontmapline} primitive@>
5590 mp_primitive(mp, "step",step_token,0);
5591 @:step_}{\&{step} primitive@>
5592 mp_primitive(mp, "str",str_op,0);
5593 @:str_}{\&{str} primitive@>
5594 mp_primitive(mp, "tension",tension,0);
5595 @:tension_}{\&{tension} primitive@>
5596 mp_primitive(mp, "to",to_token,0);
5597 @:to_}{\&{to} primitive@>
5598 mp_primitive(mp, "until",until_token,0);
5599 @:until_}{\&{until} primitive@>
5600 mp_primitive(mp, "within",within_token,0);
5601 @:within_}{\&{within} primitive@>
5602 mp_primitive(mp, "write",write_command,0);
5603 @:write_}{\&{write} primitive@>
5604
5605 @ Each primitive has a corresponding inverse, so that it is possible to
5606 display the cryptic numeric contents of |eqtb| in symbolic form.
5607 Every call of |primitive| in this program is therefore accompanied by some
5608 straightforward code that forms part of the |print_cmd_mod| routine
5609 explained below.
5610
5611 @<Cases of |print_cmd_mod| for symbolic printing of primitives@>=
5612 case add_to_command:mp_print(mp, "addto"); break;
5613 case assignment:mp_print(mp, ":="); break;
5614 case at_least:mp_print(mp, "atleast"); break;
5615 case bchar_label:mp_print(mp, "||:"); break;
5616 case begin_group:mp_print(mp, "begingroup"); break;
5617 case colon:mp_print(mp, ":"); break;
5618 case comma:mp_print(mp, ","); break;
5619 case controls:mp_print(mp, "controls"); break;
5620 case curl_command:mp_print(mp, "curl"); break;
5621 case delimiters:mp_print(mp, "delimiters"); break;
5622 case double_colon:mp_print(mp, "::"); break;
5623 case end_group:mp_print(mp, "endgroup"); break;
5624 case every_job_command:mp_print(mp, "everyjob"); break;
5625 case exit_test:mp_print(mp, "exitif"); break;
5626 case expand_after:mp_print(mp, "expandafter"); break;
5627 case interim_command:mp_print(mp, "interim"); break;
5628 case left_brace:mp_print(mp, "{"); break;
5629 case left_bracket:mp_print(mp, "["); break;
5630 case let_command:mp_print(mp, "let"); break;
5631 case new_internal:mp_print(mp, "newinternal"); break;
5632 case of_token:mp_print(mp, "of"); break;
5633 case path_join:mp_print(mp, ".."); break;
5634 case random_seed:mp_print(mp, "randomseed"); break;
5635 case relax:mp_print_char(mp, '\\'); break;
5636 case right_brace:mp_print(mp, "}"); break;
5637 case right_bracket:mp_print(mp, "]"); break;
5638 case save_command:mp_print(mp, "save"); break;
5639 case scan_tokens:mp_print(mp, "scantokens"); break;
5640 case semicolon:mp_print(mp, ";"); break;
5641 case ship_out_command:mp_print(mp, "shipout"); break;
5642 case skip_to:mp_print(mp, "skipto"); break;
5643 case special_command: if ( m==2 ) mp_print(mp, "fontmapline"); else
5644                  if ( m==1 ) mp_print(mp, "fontmapfile"); else
5645                  mp_print(mp, "special"); break;
5646 case step_token:mp_print(mp, "step"); break;
5647 case str_op:mp_print(mp, "str"); break;
5648 case tension:mp_print(mp, "tension"); break;
5649 case to_token:mp_print(mp, "to"); break;
5650 case until_token:mp_print(mp, "until"); break;
5651 case within_token:mp_print(mp, "within"); break;
5652 case write_command:mp_print(mp, "write"); break;
5653
5654 @ We will deal with the other primitives later, at some point in the program
5655 where their |eq_type| and |equiv| values are more meaningful.  For example,
5656 the primitives for macro definitions will be loaded when we consider the
5657 routines that define macros.
5658 It is easy to find where each particular
5659 primitive was treated by looking in the index at the end; for example, the
5660 section where |"def"| entered |eqtb| is listed under `\&{def} primitive'.
5661
5662 @* \[14] Token lists.
5663 A \MP\ token is either symbolic or numeric or a string, or it denotes
5664 a macro parameter or capsule; so there are five corresponding ways to encode it
5665 @^token@>
5666 internally: (1)~A symbolic token whose hash code is~|p|
5667 is represented by the number |p|, in the |info| field of a single-word
5668 node in~|mem|. (2)~A numeric token whose |scaled| value is~|v| is
5669 represented in a two-word node of~|mem|; the |type| field is |known|,
5670 the |name_type| field is |token|, and the |value| field holds~|v|.
5671 The fact that this token appears in a two-word node rather than a
5672 one-word node is, of course, clear from the node address.
5673 (3)~A string token is also represented in a two-word node; the |type|
5674 field is |mp_string_type|, the |name_type| field is |token|, and the
5675 |value| field holds the corresponding |str_number|.  (4)~Capsules have
5676 |name_type=capsule|, and their |type| and |value| fields represent
5677 arbitrary values (in ways to be explained later).  (5)~Macro parameters
5678 are like symbolic tokens in that they appear in |info| fields of
5679 one-word nodes. The $k$th parameter is represented by |expr_base+k| if it
5680 is of type \&{expr}, or by |suffix_base+k| if it is of type \&{suffix}, or
5681 by |text_base+k| if it is of type \&{text}.  (Here |0<=k<param_size|.)
5682 Actual values of these parameters are kept in a separate stack, as we will
5683 see later.  The constants |expr_base|, |suffix_base|, and |text_base| are,
5684 of course, chosen so that there will be no confusion between symbolic
5685 tokens and parameters of various types.
5686
5687 Note that
5688 the `\\{type}' field of a node has nothing to do with ``type'' in a
5689 printer's sense. It's curious that the same word is used in such different ways.
5690
5691 @d type(A)   mp->mem[(A)].hh.b0 /* identifies what kind of value this is */
5692 @d name_type(A)   mp->mem[(A)].hh.b1 /* a clue to the name of this value */
5693 @d token_node_size 2 /* the number of words in a large token node */
5694 @d value_loc(A) ((A)+1) /* the word that contains the |value| field */
5695 @d value(A) mp->mem[value_loc((A))].cint /* the value stored in a large token node */
5696 @d expr_base (hash_end+1) /* code for the zeroth \&{expr} parameter */
5697 @d suffix_base (expr_base+mp->param_size) /* code for the zeroth \&{suffix} parameter */
5698 @d text_base (suffix_base+mp->param_size) /* code for the zeroth \&{text} parameter */
5699
5700 @<Check the ``constant''...@>=
5701 if ( text_base+mp->param_size>max_halfword ) mp->bad=18;
5702
5703 @ We have set aside a two word node beginning at |null| so that we can have
5704 |value(null)=0|.  We will make use of this coincidence later.
5705
5706 @<Initialize table entries...@>=
5707 link(null)=null; value(null)=0;
5708
5709 @ A numeric token is created by the following trivial routine.
5710
5711 @c 
5712 pointer mp_new_num_tok (MP mp,scaled v) {
5713   pointer p; /* the new node */
5714   p=mp_get_node(mp, token_node_size); value(p)=v;
5715   type(p)=mp_known; name_type(p)=mp_token; 
5716   return p;
5717 }
5718
5719 @ A token list is a singly linked list of nodes in |mem|, where
5720 each node contains a token and a link.  Here's a subroutine that gets rid
5721 of a token list when it is no longer needed.
5722
5723 @<Declarations@>=
5724 void mp_token_recycle (MP mp);
5725
5726
5727 @c void mp_flush_token_list (MP mp,pointer p) {
5728   pointer q; /* the node being recycled */
5729   while ( p!=null ) { 
5730     q=p; p=link(p);
5731     if ( q>=mp->hi_mem_min ) {
5732      free_avail(q);
5733     } else { 
5734       switch (type(q)) {
5735       case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
5736         break;
5737       case mp_string_type:
5738         delete_str_ref(value(q));
5739         break;
5740       case unknown_types: case mp_pen_type: case mp_path_type: 
5741       case mp_picture_type: case mp_pair_type: case mp_color_type:
5742       case mp_cmykcolor_type: case mp_transform_type: case mp_dependent:
5743       case mp_proto_dependent: case mp_independent:
5744         mp->g_pointer=q; mp_token_recycle(mp);
5745         break;
5746       default: mp_confusion(mp, "token");
5747 @:this can't happen token}{\quad token@>
5748       }
5749       mp_free_node(mp, q,token_node_size);
5750     }
5751   }
5752 }
5753
5754 @ The procedure |show_token_list|, which prints a symbolic form of
5755 the token list that starts at a given node |p|, illustrates these
5756 conventions. The token list being displayed should not begin with a reference
5757 count. However, the procedure is intended to be fairly robust, so that if the
5758 memory links are awry or if |p| is not really a pointer to a token list,
5759 almost nothing catastrophic can happen.
5760
5761 An additional parameter |q| is also given; this parameter is either null
5762 or it points to a node in the token list where a certain magic computation
5763 takes place that will be explained later. (Basically, |q| is non-null when
5764 we are printing the two-line context information at the time of an error
5765 message; |q| marks the place corresponding to where the second line
5766 should begin.)
5767
5768 The generation will stop, and `\.{\char`\ ETC.}' will be printed, if the length
5769 of printing exceeds a given limit~|l|; the length of printing upon entry is
5770 assumed to be a given amount called |null_tally|. (Note that
5771 |show_token_list| sometimes uses itself recursively to print
5772 variable names within a capsule.)
5773 @^recursion@>
5774
5775 Unusual entries are printed in the form of all-caps tokens
5776 preceded by a space, e.g., `\.{\char`\ BAD}'.
5777
5778 @<Declarations@>=
5779 void mp_print_capsule (MP mp);
5780
5781 @ @<Declare the procedure called |show_token_list|@>=
5782 void mp_show_token_list (MP mp, integer p, integer q, integer l,
5783                          integer null_tally) ;
5784
5785 @ @c
5786 void mp_show_token_list (MP mp, integer p, integer q, integer l,
5787                          integer null_tally) {
5788   small_number class,c; /* the |char_class| of previous and new tokens */
5789   integer r,v; /* temporary registers */
5790   class=percent_class;
5791   mp->tally=null_tally;
5792   while ( (p!=null) && (mp->tally<l) ) { 
5793     if ( p==q ) 
5794       @<Do magic computation@>;
5795     @<Display token |p| and set |c| to its class;
5796       but |return| if there are problems@>;
5797     class=c; p=link(p);
5798   }
5799   if ( p!=null ) 
5800      mp_print(mp, " ETC.");
5801 @.ETC@>
5802   return;
5803 };
5804
5805 @ @<Display token |p| and set |c| to its class...@>=
5806 c=letter_class; /* the default */
5807 if ( (p<0)||(p>mp->mem_end) ) { 
5808   mp_print(mp, " CLOBBERED"); return;
5809 @.CLOBBERED@>
5810 }
5811 if ( p<mp->hi_mem_min ) { 
5812   @<Display two-word token@>;
5813 } else { 
5814   r=info(p);
5815   if ( r>=expr_base ) {
5816      @<Display a parameter token@>;
5817   } else {
5818     if ( r<1 ) {
5819       if ( r==0 ) { 
5820         @<Display a collective subscript@>
5821       } else {
5822         mp_print(mp, " IMPOSSIBLE");
5823 @.IMPOSSIBLE@>
5824       }
5825     } else { 
5826       r=text(r);
5827       if ( (r<0)||(r>mp->max_str_ptr) ) {
5828         mp_print(mp, " NONEXISTENT");
5829 @.NONEXISTENT@>
5830       } else {
5831        @<Print string |r| as a symbolic token
5832         and set |c| to its class@>;
5833       }
5834     }
5835   }
5836 }
5837
5838 @ @<Display two-word token@>=
5839 if ( name_type(p)==mp_token ) {
5840   if ( type(p)==mp_known ) {
5841     @<Display a numeric token@>;
5842   } else if ( type(p)!=mp_string_type ) {
5843     mp_print(mp, " BAD");
5844 @.BAD@>
5845   } else { 
5846     mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp, value(p)); mp_print_char(mp, '"');
5847     c=string_class;
5848   }
5849 } else if ((name_type(p)!=mp_capsule)||(type(p)<mp_vacuous)||(type(p)>mp_independent) ) {
5850   mp_print(mp, " BAD");
5851 } else { 
5852   mp->g_pointer=p; mp_print_capsule(mp); c=right_paren_class;
5853 }
5854
5855 @ @<Display a numeric token@>=
5856 if ( class==digit_class ) 
5857   mp_print_char(mp, ' ');
5858 v=value(p);
5859 if ( v<0 ){ 
5860   if ( class==left_bracket_class ) 
5861     mp_print_char(mp, ' ');
5862   mp_print_char(mp, '['); mp_print_scaled(mp, v); mp_print_char(mp, ']');
5863   c=right_bracket_class;
5864 } else { 
5865   mp_print_scaled(mp, v); c=digit_class;
5866 }
5867
5868
5869 @ Strictly speaking, a genuine token will never have |info(p)=0|.
5870 But we will see later (in the |print_variable_name| routine) that
5871 it is convenient to let |info(p)=0| stand for `\.{[]}'.
5872
5873 @<Display a collective subscript@>=
5874 {
5875 if ( class==left_bracket_class ) 
5876   mp_print_char(mp, ' ');
5877 mp_print(mp, "[]"); c=right_bracket_class;
5878 }
5879
5880 @ @<Display a parameter token@>=
5881 {
5882 if ( r<suffix_base ) { 
5883   mp_print(mp, "(EXPR"); r=r-(expr_base);
5884 @.EXPR@>
5885 } else if ( r<text_base ) { 
5886   mp_print(mp, "(SUFFIX"); r=r-(suffix_base);
5887 @.SUFFIX@>
5888 } else { 
5889   mp_print(mp, "(TEXT"); r=r-(text_base);
5890 @.TEXT@>
5891 }
5892 mp_print_int(mp, r); mp_print_char(mp, ')'); c=right_paren_class;
5893 }
5894
5895
5896 @ @<Print string |r| as a symbolic token...@>=
5897
5898 c=mp->char_class[mp->str_pool[mp->str_start[r]]];
5899 if ( c==class ) {
5900   switch (c) {
5901   case letter_class:mp_print_char(mp, '.'); break;
5902   case isolated_classes: break;
5903   default: mp_print_char(mp, ' '); break;
5904   }
5905 }
5906 mp_print_str(mp, r);
5907 }
5908
5909 @ The following procedures have been declared |forward| with no parameters,
5910 because the author dislikes \PASCAL's convention about |forward| procedures
5911 with parameters. It was necessary to do something, because |show_token_list|
5912 is recursive (although the recursion is limited to one level), and because
5913 |flush_token_list| is syntactically (but not semantically) recursive.
5914 @^recursion@>
5915
5916 @<Declare miscellaneous procedures that were declared |forward|@>=
5917 void mp_print_capsule (MP mp) { 
5918   mp_print_char(mp, '('); mp_print_exp(mp, mp->g_pointer,0); mp_print_char(mp, ')');
5919 };
5920 @#
5921 void mp_token_recycle (MP mp) { 
5922   mp_recycle_value(mp, mp->g_pointer);
5923 };
5924
5925 @ @<Glob...@>=
5926 pointer g_pointer; /* (global) parameter to the |forward| procedures */
5927
5928 @ Macro definitions are kept in \MP's memory in the form of token lists
5929 that have a few extra one-word nodes at the beginning.
5930
5931 The first node contains a reference count that is used to tell when the
5932 list is no longer needed. To emphasize the fact that a reference count is
5933 present, we shall refer to the |info| field of this special node as the
5934 |ref_count| field.
5935 @^reference counts@>
5936
5937 The next node or nodes after the reference count serve to describe the
5938 formal parameters. They either contain a code word that specifies all
5939 of the parameters, or they contain zero or more parameter tokens followed
5940 by the code `|general_macro|'.
5941
5942 @d ref_count info
5943   /* reference count preceding a macro definition or picture header */
5944 @d add_mac_ref(A) incr(ref_count((A))) /* make a new reference to a macro list */
5945 @d general_macro 0 /* preface to a macro defined with a parameter list */
5946 @d primary_macro 1 /* preface to a macro with a \&{primary} parameter */
5947 @d secondary_macro 2 /* preface to a macro with a \&{secondary} parameter */
5948 @d tertiary_macro 3 /* preface to a macro with a \&{tertiary} parameter */
5949 @d expr_macro 4 /* preface to a macro with an undelimited \&{expr} parameter */
5950 @d of_macro 5 /* preface to a macro with
5951   undelimited `\&{expr} |x| \&{of}~|y|' parameters */
5952 @d suffix_macro 6 /* preface to a macro with an undelimited \&{suffix} parameter */
5953 @d text_macro 7 /* preface to a macro with an undelimited \&{text} parameter */
5954
5955 @c 
5956 void mp_delete_mac_ref (MP mp,pointer p) {
5957   /* |p| points to the reference count of a macro list that is
5958     losing one reference */
5959   if ( ref_count(p)==null ) mp_flush_token_list(mp, p);
5960   else decr(ref_count(p));
5961 }
5962
5963 @ The following subroutine displays a macro, given a pointer to its
5964 reference count.
5965
5966 @c 
5967 @<Declare the procedure called |print_cmd_mod|@>;
5968 void mp_show_macro (MP mp, pointer p, integer q, integer l) {
5969   pointer r; /* temporary storage */
5970   p=link(p); /* bypass the reference count */
5971   while ( info(p)>text_macro ){ 
5972     r=link(p); link(p)=null;
5973     mp_show_token_list(mp, p,null,l,0); link(p)=r; p=r;
5974     if ( l>0 ) l=l-mp->tally; else return;
5975   } /* control printing of `\.{ETC.}' */
5976 @.ETC@>
5977   mp->tally=0;
5978   switch(info(p)) {
5979   case general_macro:mp_print(mp, "->"); break;
5980 @.->@>
5981   case primary_macro: case secondary_macro: case tertiary_macro:
5982     mp_print_char(mp, '<');
5983     mp_print_cmd_mod(mp, param_type,info(p)); 
5984     mp_print(mp, ">->");
5985     break;
5986   case expr_macro:mp_print(mp, "<expr>->"); break;
5987   case of_macro:mp_print(mp, "<expr>of<primary>->"); break;
5988   case suffix_macro:mp_print(mp, "<suffix>->"); break;
5989   case text_macro:mp_print(mp, "<text>->"); break;
5990   } /* there are no other cases */
5991   mp_show_token_list(mp, link(p),q,l-mp->tally,0);
5992 }
5993
5994 @* \[15] Data structures for variables.
5995 The variables of \MP\ programs can be simple, like `\.x', or they can
5996 combine the structural properties of arrays and records, like `\.{x20a.b}'.
5997 A \MP\ user assigns a type to a variable like \.{x20a.b} by saying, for
5998 example, `\.{boolean} \.{x20a.b}'. It's time for us to study how such
5999 things are represented inside of the computer.
6000
6001 Each variable value occupies two consecutive words, either in a two-word
6002 node called a value node, or as a two-word subfield of a larger node.  One
6003 of those two words is called the |value| field; it is an integer,
6004 containing either a |scaled| numeric value or the representation of some
6005 other type of quantity. (It might also be subdivided into halfwords, in
6006 which case it is referred to by other names instead of |value|.) The other
6007 word is broken into subfields called |type|, |name_type|, and |link|.  The
6008 |type| field is a quarterword that specifies the variable's type, and
6009 |name_type| is a quarterword from which \MP\ can reconstruct the
6010 variable's name (sometimes by using the |link| field as well).  Thus, only
6011 1.25 words are actually devoted to the value itself; the other
6012 three-quarters of a word are overhead, but they aren't wasted because they
6013 allow \MP\ to deal with sparse arrays and to provide meaningful diagnostics.
6014
6015 In this section we shall be concerned only with the structural aspects of
6016 variables, not their values. Later parts of the program will change the
6017 |type| and |value| fields, but we shall treat those fields as black boxes
6018 whose contents should not be touched.
6019
6020 However, if the |type| field is |mp_structured|, there is no |value| field,
6021 and the second word is broken into two pointer fields called |attr_head|
6022 and |subscr_head|. Those fields point to additional nodes that
6023 contain structural information, as we shall see.
6024
6025 @d subscr_head_loc(A)   (A)+1 /* where |value|, |subscr_head| and |attr_head| are */
6026 @d attr_head(A)   info(subscr_head_loc((A))) /* pointer to attribute info */
6027 @d subscr_head(A)   link(subscr_head_loc((A))) /* pointer to subscript info */
6028 @d value_node_size 2 /* the number of words in a value node */
6029
6030 @ An attribute node is three words long. Two of these words contain |type|
6031 and |value| fields as described above, and the third word contains
6032 additional information:  There is an |attr_loc| field, which contains the
6033 hash address of the token that names this attribute; and there's also a
6034 |parent| field, which points to the value node of |mp_structured| type at the
6035 next higher level (i.e., at the level to which this attribute is
6036 subsidiary).  The |name_type| in an attribute node is `|attr|'.  The
6037 |link| field points to the next attribute with the same parent; these are
6038 arranged in increasing order, so that |attr_loc(link(p))>attr_loc(p)|. The
6039 final attribute node links to the constant |end_attr|, whose |attr_loc|
6040 field is greater than any legal hash address. The |attr_head| in the
6041 parent points to a node whose |name_type| is |mp_structured_root|; this
6042 node represents the null attribute, i.e., the variable that is relevant
6043 when no attributes are attached to the parent. The |attr_head| node is either
6044 a value node, a subscript node, or an attribute node, depending on what
6045 the parent would be if it were not structured; but the subscript and
6046 attribute fields are ignored, so it effectively contains only the data of
6047 a value node. The |link| field in this special node points to an attribute
6048 node whose |attr_loc| field is zero; the latter node represents a collective
6049 subscript `\.{[]}' attached to the parent, and its |link| field points to
6050 the first non-special attribute node (or to |end_attr| if there are none).
6051
6052 A subscript node likewise occupies three words, with |type| and |value| fields
6053 plus extra information; its |name_type| is |subscr|. In this case the
6054 third word is called the |subscript| field, which is a |scaled| integer.
6055 The |link| field points to the subscript node with the next larger
6056 subscript, if any; otherwise the |link| points to the attribute node
6057 for collective subscripts at this level. We have seen that the latter node
6058 contains an upward pointer, so that the parent can be deduced.
6059
6060 The |name_type| in a parent-less value node is |root|, and the |link|
6061 is the hash address of the token that names this value.
6062
6063 In other words, variables have a hierarchical structure that includes
6064 enough threads running around so that the program is able to move easily
6065 between siblings, parents, and children. An example should be helpful:
6066 (The reader is advised to draw a picture while reading the following
6067 description, since that will help to firm up the ideas.)
6068 Suppose that `\.x' and `\.{x.a}' and `\.{x[]b}' and `\.{x5}'
6069 and `\.{x20b}' have been mentioned in a user's program, where
6070 \.{x[]b} has been declared to be of \&{boolean} type. Let |h(x)|, |h(a)|,
6071 and |h(b)| be the hash addresses of \.x, \.a, and~\.b. Then
6072 |eq_type(h(x))=name| and |equiv(h(x))=p|, where |p|~is a two-word value
6073 node with |name_type(p)=root| and |link(p)=h(x)|. We have |type(p)=mp_structured|,
6074 |attr_head(p)=q|, and |subscr_head(p)=r|, where |q| points to a value
6075 node and |r| to a subscript node. (Are you still following this? Use
6076 a pencil to draw a diagram.) The lone variable `\.x' is represented by
6077 |type(q)| and |value(q)|; furthermore
6078 |name_type(q)=mp_structured_root| and |link(q)=q1|, where |q1| points
6079 to an attribute node representing `\.{x[]}'. Thus |name_type(q1)=attr|,
6080 |attr_loc(q1)=collective_subscript=0|, |parent(q1)=p|,
6081 |type(q1)=mp_structured|, |attr_head(q1)=qq|, and |subscr_head(q1)=qq1|;
6082 |qq| is a value node with |type(qq)=mp_numeric_type| (assuming that \.{x5} is
6083 numeric, because |qq| represents `\.{x[]}' with no further attributes),
6084 |name_type(qq)=mp_structured_root|, and
6085 |link(qq)=qq1|. (Now pay attention to the next part.) Node |qq1| is
6086 an attribute node representing `\.{x[][]}', which has never yet
6087 occurred; its |type| field is |undefined|, and its |value| field is
6088 undefined. We have |name_type(qq1)=attr|, |attr_loc(qq1)=collective_subscript|,
6089 |parent(qq1)=q1|, and |link(qq1)=qq2|. Since |qq2| represents
6090 `\.{x[]b}', |type(qq2)=mp_unknown_boolean|; also |attr_loc(qq2)=h(b)|,
6091 |parent(qq2)=q1|, |name_type(qq2)=attr|, |link(qq2)=end_attr|.
6092 (Maybe colored lines will help untangle your picture.)
6093  Node |r| is a subscript node with |type| and |value|
6094 representing `\.{x5}'; |name_type(r)=subscr|, |subscript(r)=5.0|,
6095 and |link(r)=r1| is another subscript node. To complete the picture,
6096 see if you can guess what |link(r1)| is; give up? It's~|q1|.
6097 Furthermore |subscript(r1)=20.0|, |name_type(r1)=subscr|,
6098 |type(r1)=mp_structured|, |attr_head(r1)=qqq|, |subscr_head(r1)=qqq1|,
6099 and we finish things off with three more nodes
6100 |qqq|, |qqq1|, and |qqq2| hung onto~|r1|. (Perhaps you should start again
6101 with a larger sheet of paper.) The value of variable \.{x20b}
6102 appears in node~|qqq2|, as you can well imagine.
6103
6104 If the example in the previous paragraph doesn't make things crystal
6105 clear, a glance at some of the simpler subroutines below will reveal how
6106 things work out in practice.
6107
6108 The only really unusual thing about these conventions is the use of
6109 collective subscript attributes. The idea is to avoid repeating a lot of
6110 type information when many elements of an array are identical macros
6111 (for which distinct values need not be stored) or when they don't have
6112 all of the possible attributes. Branches of the structure below collective
6113 subscript attributes do not carry actual values except for macro identifiers;
6114 branches of the structure below subscript nodes do not carry significant
6115 information in their collective subscript attributes.
6116
6117 @d attr_loc_loc(A) ((A)+2) /* where the |attr_loc| and |parent| fields are */
6118 @d attr_loc(A) info(attr_loc_loc((A))) /* hash address of this attribute */
6119 @d parent(A) link(attr_loc_loc((A))) /* pointer to |mp_structured| variable */
6120 @d subscript_loc(A) ((A)+2) /* where the |subscript| field lives */
6121 @d subscript(A) mp->mem[subscript_loc((A))].sc /* subscript of this variable */
6122 @d attr_node_size 3 /* the number of words in an attribute node */
6123 @d subscr_node_size 3 /* the number of words in a subscript node */
6124 @d collective_subscript 0 /* code for the attribute `\.{[]}' */
6125
6126 @<Initialize table...@>=
6127 attr_loc(end_attr)=hash_end+1; parent(end_attr)=null;
6128
6129 @ Variables of type \&{pair} will have values that point to four-word
6130 nodes containing two numeric values. The first of these values has
6131 |name_type=mp_x_part_sector| and the second has |name_type=mp_y_part_sector|;
6132 the |link| in the first points back to the node whose |value| points
6133 to this four-word node.
6134
6135 Variables of type \&{transform} are similar, but in this case their
6136 |value| points to a 12-word node containing six values, identified by
6137 |x_part_sector|, |y_part_sector|, |mp_xx_part_sector|, |mp_xy_part_sector|,
6138 |mp_yx_part_sector|, and |mp_yy_part_sector|.
6139 Finally, variables of type \&{color} have three values in six words
6140 identified by |mp_red_part_sector|, |mp_green_part_sector|, and |mp_blue_part_sector|.
6141
6142 When an entire structured variable is saved, the |root| indication
6143 is temporarily replaced by |saved_root|.
6144
6145 Some variables have no name; they just are used for temporary storage
6146 while expressions are being evaluated. We call them {\sl capsules}.
6147
6148 @d x_part_loc(A) (A) /* where the \&{xpart} is found in a pair or transform node */
6149 @d y_part_loc(A) ((A)+2) /* where the \&{ypart} is found in a pair or transform node */
6150 @d xx_part_loc(A) ((A)+4) /* where the \&{xxpart} is found in a transform node */
6151 @d xy_part_loc(A) ((A)+6) /* where the \&{xypart} is found in a transform node */
6152 @d yx_part_loc(A) ((A)+8) /* where the \&{yxpart} is found in a transform node */
6153 @d yy_part_loc(A) ((A)+10) /* where the \&{yypart} is found in a transform node */
6154 @d red_part_loc(A) (A) /* where the \&{redpart} is found in a color node */
6155 @d green_part_loc(A) ((A)+2) /* where the \&{greenpart} is found in a color node */
6156 @d blue_part_loc(A) ((A)+4) /* where the \&{bluepart} is found in a color node */
6157 @d cyan_part_loc(A) (A) /* where the \&{cyanpart} is found in a color node */
6158 @d magenta_part_loc(A) ((A)+2) /* where the \&{magentapart} is found in a color node */
6159 @d yellow_part_loc(A) ((A)+4) /* where the \&{yellowpart} is found in a color node */
6160 @d black_part_loc(A) ((A)+6) /* where the \&{blackpart} is found in a color node */
6161 @d grey_part_loc(A) (A) /* where the \&{greypart} is found in a color node */
6162 @#
6163 @d pair_node_size 4 /* the number of words in a pair node */
6164 @d transform_node_size 12 /* the number of words in a transform node */
6165 @d color_node_size 6 /* the number of words in a color node */
6166 @d cmykcolor_node_size 8 /* the number of words in a color node */
6167
6168 @<Glob...@>=
6169 small_number big_node_size[mp_pair_type+1];
6170 small_number sector0[mp_pair_type+1];
6171 small_number sector_offset[mp_black_part_sector+1];
6172
6173 @ The |sector0| array gives for each big node type, |name_type| values
6174 for its first subfield; the |sector_offset| array gives for each
6175 |name_type| value, the offset from the first subfield in words;
6176 and the |big_node_size| array gives the size in words for each type of
6177 big node.
6178
6179 @<Set init...@>=
6180 mp->big_node_size[mp_transform_type]=transform_node_size;
6181 mp->big_node_size[mp_pair_type]=pair_node_size;
6182 mp->big_node_size[mp_color_type]=color_node_size;
6183 mp->big_node_size[mp_cmykcolor_type]=cmykcolor_node_size;
6184 mp->sector0[mp_transform_type]=mp_x_part_sector;
6185 mp->sector0[mp_pair_type]=mp_x_part_sector;
6186 mp->sector0[mp_color_type]=mp_red_part_sector;
6187 mp->sector0[mp_cmykcolor_type]=mp_cyan_part_sector;
6188 for (k=mp_x_part_sector;k<= mp_yy_part_sector;k++ ) {
6189   mp->sector_offset[k]=2*(k-mp_x_part_sector);
6190 }
6191 for (k=mp_red_part_sector;k<= mp_blue_part_sector ; k++) {
6192   mp->sector_offset[k]=2*(k-mp_red_part_sector);
6193 }
6194 for (k=mp_cyan_part_sector;k<= mp_black_part_sector;k++ ) {
6195   mp->sector_offset[k]=2*(k-mp_cyan_part_sector);
6196 }
6197
6198 @ If |type(p)=mp_pair_type| or |mp_transform_type| and if |value(p)=null|, the
6199 procedure call |init_big_node(p)| will allocate a pair or transform node
6200 for~|p|.  The individual parts of such nodes are initially of type
6201 |mp_independent|.
6202
6203 @c 
6204 void mp_init_big_node (MP mp,pointer p) {
6205   pointer q; /* the new node */
6206   small_number s; /* its size */
6207   s=mp->big_node_size[type(p)]; q=mp_get_node(mp, s);
6208   do {  
6209     s=s-2; 
6210     @<Make variable |q+s| newly independent@>;
6211     name_type(q+s)=halfp(s)+mp->sector0[type(p)]; 
6212     link(q+s)=null;
6213   } while (s!=0);
6214   link(q)=p; value(p)=q;
6215 }
6216
6217 @ The |id_transform| function creates a capsule for the
6218 identity transformation.
6219
6220 @c 
6221 pointer mp_id_transform (MP mp) {
6222   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
6223   p=mp_get_node(mp, value_node_size); type(p)=mp_transform_type;
6224   name_type(p)=mp_capsule; value(p)=null; mp_init_big_node(mp, p); q=value(p);
6225   r=q+transform_node_size;
6226   do {  
6227     r=r-2;
6228     type(r)=mp_known; value(r)=0;
6229   } while (r!=q);
6230   value(xx_part_loc(q))=unity; 
6231   value(yy_part_loc(q))=unity;
6232   return p;
6233 }
6234
6235 @ Tokens are of type |tag_token| when they first appear, but they point
6236 to |null| until they are first used as the root of a variable.
6237 The following subroutine establishes the root node on such grand occasions.
6238
6239 @c 
6240 void mp_new_root (MP mp,pointer x) {
6241   pointer p; /* the new node */
6242   p=mp_get_node(mp, value_node_size); type(p)=undefined; name_type(p)=mp_root;
6243   link(p)=x; equiv(x)=p;
6244 }
6245
6246 @ These conventions for variable representation are illustrated by the
6247 |print_variable_name| routine, which displays the full name of a
6248 variable given only a pointer to its two-word value packet.
6249
6250 @<Declarations@>=
6251 void mp_print_variable_name (MP mp, pointer p);
6252
6253 @ @c 
6254 void mp_print_variable_name (MP mp, pointer p) {
6255   pointer q; /* a token list that will name the variable's suffix */
6256   pointer r; /* temporary for token list creation */
6257   while ( name_type(p)>=mp_x_part_sector ) {
6258     @<Preface the output with a part specifier; |return| in the
6259       case of a capsule@>;
6260   }
6261   q=null;
6262   while ( name_type(p)>mp_saved_root ) {
6263     @<Ascend one level, pushing a token onto list |q|
6264      and replacing |p| by its parent@>;
6265   }
6266   r=mp_get_avail(mp); info(r)=link(p); link(r)=q;
6267   if ( name_type(p)==mp_saved_root ) mp_print(mp, "(SAVED)");
6268 @.SAVED@>
6269   mp_show_token_list(mp, r,null,el_gordo,mp->tally); 
6270   mp_flush_token_list(mp, r);
6271 }
6272
6273 @ @<Ascend one level, pushing a token onto list |q|...@>=
6274
6275   if ( name_type(p)==mp_subscr ) { 
6276     r=mp_new_num_tok(mp, subscript(p));
6277     do {  
6278       p=link(p);
6279     } while (name_type(p)!=mp_attr);
6280   } else if ( name_type(p)==mp_structured_root ) {
6281     p=link(p); goto FOUND;
6282   } else { 
6283     if ( name_type(p)!=mp_attr ) mp_confusion(mp, "var");
6284 @:this can't happen var}{\quad var@>
6285     r=mp_get_avail(mp); info(r)=attr_loc(p);
6286   }
6287   link(r)=q; q=r;
6288 FOUND:  
6289   p=parent(p);
6290 }
6291
6292 @ @<Preface the output with a part specifier...@>=
6293 { switch (name_type(p)) {
6294   case mp_x_part_sector: mp_print_char(mp, 'x'); break;
6295   case mp_y_part_sector: mp_print_char(mp, 'y'); break;
6296   case mp_xx_part_sector: mp_print(mp, "xx"); break;
6297   case mp_xy_part_sector: mp_print(mp, "xy"); break;
6298   case mp_yx_part_sector: mp_print(mp, "yx"); break;
6299   case mp_yy_part_sector: mp_print(mp, "yy"); break;
6300   case mp_red_part_sector: mp_print(mp, "red"); break;
6301   case mp_green_part_sector: mp_print(mp, "green"); break;
6302   case mp_blue_part_sector: mp_print(mp, "blue"); break;
6303   case mp_cyan_part_sector: mp_print(mp, "cyan"); break;
6304   case mp_magenta_part_sector: mp_print(mp, "magenta"); break;
6305   case mp_yellow_part_sector: mp_print(mp, "yellow"); break;
6306   case mp_black_part_sector: mp_print(mp, "black"); break;
6307   case mp_grey_part_sector: mp_print(mp, "grey"); break;
6308   case mp_capsule: 
6309     mp_print(mp, "%CAPSULE"); mp_print_int(mp, p-null); return;
6310     break;
6311 @.CAPSULE@>
6312   } /* there are no other cases */
6313   mp_print(mp, "part "); 
6314   p=link(p-mp->sector_offset[name_type(p)]);
6315 }
6316
6317 @ The |interesting| function returns |true| if a given variable is not
6318 in a capsule, or if the user wants to trace capsules.
6319
6320 @c 
6321 boolean mp_interesting (MP mp,pointer p) {
6322   small_number t; /* a |name_type| */
6323   if ( mp->internal[mp_tracing_capsules]>0 ) {
6324     return true;
6325   } else { 
6326     t=name_type(p);
6327     if ( t>=mp_x_part_sector ) if ( t!=mp_capsule )
6328       t=name_type(link(p-mp->sector_offset[t]));
6329     return (t!=mp_capsule);
6330   }
6331 }
6332
6333 @ Now here is a subroutine that converts an unstructured type into an
6334 equivalent structured type, by inserting a |mp_structured| node that is
6335 capable of growing. This operation is done only when |name_type(p)=root|,
6336 |subscr|, or |attr|.
6337
6338 The procedure returns a pointer to the new node that has taken node~|p|'s
6339 place in the structure. Node~|p| itself does not move, nor are its
6340 |value| or |type| fields changed in any way.
6341
6342 @c 
6343 pointer mp_new_structure (MP mp,pointer p) {
6344   pointer q,r=0; /* list manipulation registers */
6345   switch (name_type(p)) {
6346   case mp_root: 
6347     q=link(p); r=mp_get_node(mp, value_node_size); equiv(q)=r;
6348     break;
6349   case mp_subscr: 
6350     @<Link a new subscript node |r| in place of node |p|@>;
6351     break;
6352   case mp_attr: 
6353     @<Link a new attribute node |r| in place of node |p|@>;
6354     break;
6355   default: 
6356     mp_confusion(mp, "struct");
6357 @:this can't happen struct}{\quad struct@>
6358     break;
6359   }
6360   link(r)=link(p); type(r)=mp_structured; name_type(r)=name_type(p);
6361   attr_head(r)=p; name_type(p)=mp_structured_root;
6362   q=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(p)=q; subscr_head(r)=q;
6363   parent(q)=r; type(q)=undefined; name_type(q)=mp_attr; link(q)=end_attr;
6364   attr_loc(q)=collective_subscript; 
6365   return r;
6366 };
6367
6368 @ @<Link a new subscript node |r| in place of node |p|@>=
6369
6370   q=p;
6371   do {  
6372     q=link(q);
6373   } while (name_type(q)!=mp_attr);
6374   q=parent(q); r=subscr_head_loc(q); /* |link(r)=subscr_head(q)| */
6375   do {  
6376     q=r; r=link(r);
6377   } while (r!=p);
6378   r=mp_get_node(mp, subscr_node_size);
6379   link(q)=r; subscript(r)=subscript(p);
6380 }
6381
6382 @ If the attribute is |collective_subscript|, there are two pointers to
6383 node~|p|, so we must change both of them.
6384
6385 @<Link a new attribute node |r| in place of node |p|@>=
6386
6387   q=parent(p); r=attr_head(q);
6388   do {  
6389     q=r; r=link(r);
6390   } while (r!=p);
6391   r=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(q)=r;
6392   mp->mem[attr_loc_loc(r)]=mp->mem[attr_loc_loc(p)]; /* copy |attr_loc| and |parent| */
6393   if ( attr_loc(p)==collective_subscript ) { 
6394     q=subscr_head_loc(parent(p));
6395     while ( link(q)!=p ) q=link(q);
6396     link(q)=r;
6397   }
6398 }
6399
6400 @ The |find_variable| routine is given a pointer~|t| to a nonempty token
6401 list of suffixes; it returns a pointer to the corresponding two-word
6402 value. For example, if |t| points to token \.x followed by a numeric
6403 token containing the value~7, |find_variable| finds where the value of
6404 \.{x7} is stored in memory. This may seem a simple task, and it
6405 usually is, except when \.{x7} has never been referenced before.
6406 Indeed, \.x may never have even been subscripted before; complexities
6407 arise with respect to updating the collective subscript information.
6408
6409 If a macro type is detected anywhere along path~|t|, or if the first
6410 item on |t| isn't a |tag_token|, the value |null| is returned.
6411 Otherwise |p| will be a non-null pointer to a node such that
6412 |undefined<type(p)<mp_structured|.
6413
6414 @d abort_find { return null; }
6415
6416 @c 
6417 pointer mp_find_variable (MP mp,pointer t) {
6418   pointer p,q,r,s; /* nodes in the ``value'' line */
6419   pointer pp,qq,rr,ss; /* nodes in the ``collective'' line */
6420   integer n; /* subscript or attribute */
6421   memory_word save_word; /* temporary storage for a word of |mem| */
6422 @^inner loop@>
6423   p=info(t); t=link(t);
6424   if ( (eq_type(p) % outer_tag) != tag_token ) abort_find;
6425   if ( equiv(p)==null ) mp_new_root(mp, p);
6426   p=equiv(p); pp=p;
6427   while ( t!=null ) { 
6428     @<Make sure that both nodes |p| and |pp| are of |mp_structured| type@>;
6429     if ( t<mp->hi_mem_min ) {
6430       @<Descend one level for the subscript |value(t)|@>
6431     } else {
6432       @<Descend one level for the attribute |info(t)|@>;
6433     }
6434     t=link(t);
6435   }
6436   if ( type(pp)>=mp_structured ) {
6437     if ( type(pp)==mp_structured ) pp=attr_head(pp); else abort_find;
6438   }
6439   if ( type(p)==mp_structured ) p=attr_head(p);
6440   if ( type(p)==undefined ) { 
6441     if ( type(pp)==undefined ) { type(pp)=mp_numeric_type; value(pp)=null; };
6442     type(p)=type(pp); value(p)=null;
6443   };
6444   return p;
6445 }
6446
6447 @ Although |pp| and |p| begin together, they diverge when a subscript occurs;
6448 |pp|~stays in the collective line while |p|~goes through actual subscript
6449 values.
6450
6451 @<Make sure that both nodes |p| and |pp|...@>=
6452 if ( type(pp)!=mp_structured ) { 
6453   if ( type(pp)>mp_structured ) abort_find;
6454   ss=mp_new_structure(mp, pp);
6455   if ( p==pp ) p=ss;
6456   pp=ss;
6457 }; /* now |type(pp)=mp_structured| */
6458 if ( type(p)!=mp_structured ) /* it cannot be |>mp_structured| */
6459   p=mp_new_structure(mp, p) /* now |type(p)=mp_structured| */
6460
6461 @ We want this part of the program to be reasonably fast, in case there are
6462 @^inner loop@>
6463 lots of subscripts at the same level of the data structure. Therefore
6464 we store an ``infinite'' value in the word that appears at the end of the
6465 subscript list, even though that word isn't part of a subscript node.
6466
6467 @<Descend one level for the subscript |value(t)|@>=
6468
6469   n=value(t);
6470   pp=link(attr_head(pp)); /* now |attr_loc(pp)=collective_subscript| */
6471   q=link(attr_head(p)); save_word=mp->mem[subscript_loc(q)];
6472   subscript(q)=el_gordo; s=subscr_head_loc(p); /* |link(s)=subscr_head(p)| */
6473   do {  
6474     r=s; s=link(s);
6475   } while (n>subscript(s));
6476   if ( n==subscript(s) ) {
6477     p=s;
6478   } else { 
6479     p=mp_get_node(mp, subscr_node_size); link(r)=p; link(p)=s;
6480     subscript(p)=n; name_type(p)=mp_subscr; type(p)=undefined;
6481   }
6482   mp->mem[subscript_loc(q)]=save_word;
6483 }
6484
6485 @ @<Descend one level for the attribute |info(t)|@>=
6486
6487   n=info(t);
6488   ss=attr_head(pp);
6489   do {  
6490     rr=ss; ss=link(ss);
6491   } while (n>attr_loc(ss));
6492   if ( n<attr_loc(ss) ) { 
6493     qq=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(rr)=qq; link(qq)=ss;
6494     attr_loc(qq)=n; name_type(qq)=mp_attr; type(qq)=undefined;
6495     parent(qq)=pp; ss=qq;
6496   }
6497   if ( p==pp ) { 
6498     p=ss; pp=ss;
6499   } else { 
6500     pp=ss; s=attr_head(p);
6501     do {  
6502       r=s; s=link(s);
6503     } while (n>attr_loc(s));
6504     if ( n==attr_loc(s) ) {
6505       p=s;
6506     } else { 
6507       q=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(r)=q; link(q)=s;
6508       attr_loc(q)=n; name_type(q)=mp_attr; type(q)=undefined;
6509       parent(q)=p; p=q;
6510     }
6511   }
6512 }
6513
6514 @ Variables lose their former values when they appear in a type declaration,
6515 or when they are defined to be macros or \&{let} equal to something else.
6516 A subroutine will be defined later that recycles the storage associated
6517 with any particular |type| or |value|; our goal now is to study a higher
6518 level process called |flush_variable|, which selectively frees parts of a
6519 variable structure.
6520
6521 This routine has some complexity because of examples such as
6522 `\hbox{\tt numeric x[]a[]b}'
6523 which recycles all variables of the form \.{x[i]a[j]b} (and no others), while
6524 `\hbox{\tt vardef x[]a[]=...}'
6525 discards all variables of the form \.{x[i]a[j]} followed by an arbitrary
6526 suffix, except for the collective node \.{x[]a[]} itself. The obvious way
6527 to handle such examples is to use recursion; so that's what we~do.
6528 @^recursion@>
6529
6530 Parameter |p| points to the root information of the variable;
6531 parameter |t| points to a list of one-word nodes that represent
6532 suffixes, with |info=collective_subscript| for subscripts.
6533
6534 @<Declarations@>=
6535 @<Declare subroutines for printing expressions@>
6536 @<Declare basic dependency-list subroutines@>
6537 @<Declare the recycling subroutines@>
6538 void mp_flush_cur_exp (MP mp,scaled v) ;
6539 @<Declare the procedure called |flush_below_variable|@>
6540
6541 @ @c 
6542 void mp_flush_variable (MP mp,pointer p, pointer t, boolean discard_suffixes) {
6543   pointer q,r; /* list manipulation */
6544   halfword n; /* attribute to match */
6545   while ( t!=null ) { 
6546     if ( type(p)!=mp_structured ) return;
6547     n=info(t); t=link(t);
6548     if ( n==collective_subscript ) { 
6549       r=subscr_head_loc(p); q=link(r); /* |q=subscr_head(p)| */
6550       while ( name_type(q)==mp_subscr ){ 
6551         mp_flush_variable(mp, q,t,discard_suffixes);
6552         if ( t==null ) {
6553           if ( type(q)==mp_structured ) r=q;
6554           else  { link(r)=link(q); mp_free_node(mp, q,subscr_node_size);   }
6555         } else {
6556           r=q;
6557         }
6558         q=link(r);
6559       }
6560     }
6561     p=attr_head(p);
6562     do {  
6563       r=p; p=link(p);
6564     } while (attr_loc(p)<n);
6565     if ( attr_loc(p)!=n ) return;
6566   }
6567   if ( discard_suffixes ) {
6568     mp_flush_below_variable(mp, p);
6569   } else { 
6570     if ( type(p)==mp_structured ) p=attr_head(p);
6571     mp_recycle_value(mp, p);
6572   }
6573 }
6574
6575 @ The next procedure is simpler; it wipes out everything but |p| itself,
6576 which becomes undefined.
6577
6578 @<Declare the procedure called |flush_below_variable|@>=
6579 void mp_flush_below_variable (MP mp, pointer p);
6580
6581 @ @c
6582 void mp_flush_below_variable (MP mp,pointer p) {
6583    pointer q,r; /* list manipulation registers */
6584   if ( type(p)!=mp_structured ) {
6585     mp_recycle_value(mp, p); /* this sets |type(p)=undefined| */
6586   } else { 
6587     q=subscr_head(p);
6588     while ( name_type(q)==mp_subscr ) { 
6589       mp_flush_below_variable(mp, q); r=q; q=link(q);
6590       mp_free_node(mp, r,subscr_node_size);
6591     }
6592     r=attr_head(p); q=link(r); mp_recycle_value(mp, r);
6593     if ( name_type(p)<=mp_saved_root ) mp_free_node(mp, r,value_node_size);
6594     else mp_free_node(mp, r,subscr_node_size);
6595     /* we assume that |subscr_node_size=attr_node_size| */
6596     do {  
6597       mp_flush_below_variable(mp, q); r=q; q=link(q); mp_free_node(mp, r,attr_node_size);
6598     } while (q!=end_attr);
6599     type(p)=undefined;
6600   }
6601 }
6602
6603 @ Just before assigning a new value to a variable, we will recycle the
6604 old value and make the old value undefined. The |und_type| routine
6605 determines what type of undefined value should be given, based on
6606 the current type before recycling.
6607
6608 @c 
6609 small_number mp_und_type (MP mp,pointer p) { 
6610   switch (type(p)) {
6611   case undefined: case mp_vacuous:
6612     return undefined;
6613   case mp_boolean_type: case mp_unknown_boolean:
6614     return mp_unknown_boolean;
6615   case mp_string_type: case mp_unknown_string:
6616     return mp_unknown_string;
6617   case mp_pen_type: case mp_unknown_pen:
6618     return mp_unknown_pen;
6619   case mp_path_type: case mp_unknown_path:
6620     return mp_unknown_path;
6621   case mp_picture_type: case mp_unknown_picture:
6622     return mp_unknown_picture;
6623   case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type:
6624   case mp_pair_type: case mp_numeric_type: 
6625     return type(p);
6626   case mp_known: case mp_dependent: case mp_proto_dependent: case mp_independent:
6627     return mp_numeric_type;
6628   } /* there are no other cases */
6629   return 0;
6630 }
6631
6632 @ The |clear_symbol| routine is used when we want to redefine the equivalent
6633 of a symbolic token. It must remove any variable structure or macro
6634 definition that is currently attached to that symbol. If the |saving|
6635 parameter is true, a subsidiary structure is saved instead of destroyed.
6636
6637 @c 
6638 void mp_clear_symbol (MP mp,pointer p, boolean saving) {
6639   pointer q; /* |equiv(p)| */
6640   q=equiv(p);
6641   switch (eq_type(p) % outer_tag)  {
6642   case defined_macro:
6643   case secondary_primary_macro:
6644   case tertiary_secondary_macro:
6645   case expression_tertiary_macro: 
6646     if ( ! saving ) mp_delete_mac_ref(mp, q);
6647     break;
6648   case tag_token:
6649     if ( q!=null ) {
6650       if ( saving ) {
6651         name_type(q)=mp_saved_root;
6652       } else { 
6653         mp_flush_below_variable(mp, q); mp_free_node(mp,q,value_node_size); 
6654       }
6655     }
6656     break;
6657   default:
6658     break;
6659   }
6660   mp->eqtb[p]=mp->eqtb[frozen_undefined];
6661 };
6662
6663 @* \[16] Saving and restoring equivalents.
6664 The nested structure given by \&{begingroup} and \&{endgroup}
6665 allows |eqtb| entries to be saved and restored, so that temporary changes
6666 can be made without difficulty.  When the user requests a current value to
6667 be saved, \MP\ puts that value into its ``save stack.'' An appearance of
6668 \&{endgroup} ultimately causes the old values to be removed from the save
6669 stack and put back in their former places.
6670
6671 The save stack is a linked list containing three kinds of entries,
6672 distinguished by their |info| fields. If |p| points to a saved item,
6673 then
6674
6675 \smallskip\hang
6676 |info(p)=0| stands for a group boundary; each \&{begingroup} contributes
6677 such an item to the save stack and each \&{endgroup} cuts back the stack
6678 until the most recent such entry has been removed.
6679
6680 \smallskip\hang
6681 |info(p)=q|, where |1<=q<=hash_end|, means that |mem[p+1]| holds the former
6682 contents of |eqtb[q]|. Such save stack entries are generated by \&{save}
6683 commands or suitable \&{interim} commands.
6684
6685 \smallskip\hang
6686 |info(p)=hash_end+q|, where |q>0|, means that |value(p)| is a |scaled|
6687 integer to be restored to internal parameter number~|q|. Such entries
6688 are generated by \&{interim} commands.
6689
6690 \smallskip\noindent
6691 The global variable |save_ptr| points to the top item on the save stack.
6692
6693 @d save_node_size 2 /* number of words per non-boundary save-stack node */
6694 @d saved_equiv(A) mp->mem[(A)+1].hh /* where an |eqtb| entry gets saved */
6695 @d save_boundary_item(A) { (A)=mp_get_avail(mp); info((A))=0;
6696   link((A))=mp->save_ptr; mp->save_ptr=(A);
6697   }
6698
6699 @<Glob...@>=
6700 pointer save_ptr; /* the most recently saved item */
6701
6702 @ @<Set init...@>=mp->save_ptr=null;
6703
6704 @ The |save_variable| routine is given a hash address |q|; it salts this
6705 address in the save stack, together with its current equivalent,
6706 then makes token~|q| behave as though it were brand new.
6707
6708 Nothing is stacked when |save_ptr=null|, however; there's no way to remove
6709 things from the stack when the program is not inside a group, so there's
6710 no point in wasting the space.
6711
6712 @c void mp_save_variable (MP mp,pointer q) {
6713   pointer p; /* temporary register */
6714   if ( mp->save_ptr!=null ){ 
6715     p=mp_get_node(mp, save_node_size); info(p)=q; link(p)=mp->save_ptr;
6716     saved_equiv(p)=mp->eqtb[q]; mp->save_ptr=p;
6717   }
6718   mp_clear_symbol(mp, q,(mp->save_ptr!=null));
6719 }
6720
6721 @ Similarly, |save_internal| is given the location |q| of an internal
6722 quantity like |mp_tracing_pens|. It creates a save stack entry of the
6723 third kind.
6724
6725 @c void mp_save_internal (MP mp,halfword q) {
6726   pointer p; /* new item for the save stack */
6727   if ( mp->save_ptr!=null ){ 
6728      p=mp_get_node(mp, save_node_size); info(p)=hash_end+q;
6729     link(p)=mp->save_ptr; value(p)=mp->internal[q]; mp->save_ptr=p;
6730   }
6731 }
6732
6733 @ At the end of a group, the |unsave| routine restores all of the saved
6734 equivalents in reverse order. This routine will be called only when there
6735 is at least one boundary item on the save stack.
6736
6737 @c 
6738 void mp_unsave (MP mp) {
6739   pointer q; /* index to saved item */
6740   pointer p; /* temporary register */
6741   while ( info(mp->save_ptr)!=0 ) {
6742     q=info(mp->save_ptr);
6743     if ( q>hash_end ) {
6744       if ( mp->internal[mp_tracing_restores]>0 ) {
6745         mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{restoring ");
6746         mp_print(mp, mp->int_name[q-(hash_end)]); mp_print_char(mp, '=');
6747         mp_print_scaled(mp, value(mp->save_ptr)); mp_print_char(mp, '}');
6748         mp_end_diagnostic(mp, false);
6749       }
6750       mp->internal[q-(hash_end)]=value(mp->save_ptr);
6751     } else { 
6752       if ( mp->internal[mp_tracing_restores]>0 ) {
6753         mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{restoring ");
6754         mp_print_text(q); mp_print_char(mp, '}');
6755         mp_end_diagnostic(mp, false);
6756       }
6757       mp_clear_symbol(mp, q,false);
6758       mp->eqtb[q]=saved_equiv(mp->save_ptr);
6759       if ( eq_type(q) % outer_tag==tag_token ) {
6760         p=equiv(q);
6761         if ( p!=null ) name_type(p)=mp_root;
6762       }
6763     }
6764     p=link(mp->save_ptr); 
6765     mp_free_node(mp, mp->save_ptr,save_node_size); mp->save_ptr=p;
6766   }
6767   p=link(mp->save_ptr); free_avail(mp->save_ptr); mp->save_ptr=p;
6768 }
6769
6770 @* \[17] Data structures for paths.
6771 When a \MP\ user specifies a path, \MP\ will create a list of knots
6772 and control points for the associated cubic spline curves. If the
6773 knots are $z_0$, $z_1$, \dots, $z_n$, there are control points
6774 $z_k^+$ and $z_{k+1}^-$ such that the cubic splines between knots
6775 $z_k$ and $z_{k+1}$ are defined by B\'ezier's formula
6776 @:Bezier}{B\'ezier, Pierre Etienne@>
6777 $$\eqalign{z(t)&=B(z_k,z_k^+,z_{k+1}^-,z_{k+1};t)\cr
6778 &=(1-t)^3z_k+3(1-t)^2tz_k^++3(1-t)t^2z_{k+1}^-+t^3z_{k+1}\cr}$$
6779 for |0<=t<=1|.
6780
6781 There is a 8-word node for each knot $z_k$, containing one word of
6782 control information and six words for the |x| and |y| coordinates of
6783 $z_k^-$ and $z_k$ and~$z_k^+$. The control information appears in the
6784 |left_type| and |right_type| fields, which each occupy a quarter of
6785 the first word in the node; they specify properties of the curve as it
6786 enters and leaves the knot. There's also a halfword |link| field,
6787 which points to the following knot, and a final supplementary word (of
6788 which only a quarter is used).
6789
6790 If the path is a closed contour, knots 0 and |n| are identical;
6791 i.e., the |link| in knot |n-1| points to knot~0. But if the path
6792 is not closed, the |left_type| of knot~0 and the |right_type| of knot~|n|
6793 are equal to |endpoint|. In the latter case the |link| in knot~|n| points
6794 to knot~0, and the control points $z_0^-$ and $z_n^+$ are not used.
6795
6796 @d left_type(A)   mp->mem[(A)].hh.b0 /* characterizes the path entering this knot */
6797 @d right_type(A)   mp->mem[(A)].hh.b1 /* characterizes the path leaving this knot */
6798 @d x_coord(A)   mp->mem[(A)+1].sc /* the |x| coordinate of this knot */
6799 @d y_coord(A)   mp->mem[(A)+2].sc /* the |y| coordinate of this knot */
6800 @d left_x(A)   mp->mem[(A)+3].sc /* the |x| coordinate of previous control point */
6801 @d left_y(A)   mp->mem[(A)+4].sc /* the |y| coordinate of previous control point */
6802 @d right_x(A)   mp->mem[(A)+5].sc /* the |x| coordinate of next control point */
6803 @d right_y(A)   mp->mem[(A)+6].sc /* the |y| coordinate of next control point */
6804 @d x_loc(A)   ((A)+1) /* where the |x| coordinate is stored in a knot */
6805 @d y_loc(A)   ((A)+2) /* where the |y| coordinate is stored in a knot */
6806 @d knot_coord(A)   mp->mem[(A)].sc /* |x| or |y| coordinate given |x_loc| or |y_loc| */
6807 @d left_coord(A)   mp->mem[(A)+2].sc
6808   /* coordinate of previous control point given |x_loc| or |y_loc| */
6809 @d right_coord(A)   mp->mem[(A)+4].sc
6810   /* coordinate of next control point given |x_loc| or |y_loc| */
6811 @d knot_node_size 8 /* number of words in a knot node */
6812
6813 @<Types...@>=
6814 enum mp_knot_type {
6815  mp_endpoint=0, /* |left_type| at path beginning and |right_type| at path end */
6816  mp_explicit, /* |left_type| or |right_type| when control points are known */
6817  mp_given, /* |left_type| or |right_type| when a direction is given */
6818  mp_curl, /* |left_type| or |right_type| when a curl is desired */
6819  mp_open, /* |left_type| or |right_type| when \MP\ should choose the direction */
6820  mp_end_cycle
6821 } ;
6822
6823 @ Before the B\'ezier control points have been calculated, the memory
6824 space they will ultimately occupy is taken up by information that can be
6825 used to compute them. There are four cases:
6826
6827 \yskip
6828 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_open|, the curve should leave
6829 the knot in the same direction it entered; \MP\ will figure out a
6830 suitable direction.
6831
6832 \yskip
6833 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_curl|, the curve should leave the
6834 knot in a direction depending on the angle at which it enters the next
6835 knot and on the curl parameter stored in |right_curl|.
6836
6837 \yskip
6838 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_given|, the curve should leave the
6839 knot in a nonzero direction stored as an |angle| in |right_given|.
6840
6841 \yskip
6842 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_explicit|, the B\'ezier control
6843 point for leaving this knot has already been computed; it is in the
6844 |right_x| and |right_y| fields.
6845
6846 \yskip\noindent
6847 The rules for |left_type| are similar, but they refer to the curve entering
6848 the knot, and to \\{left} fields instead of \\{right} fields.
6849
6850 Non-|explicit| control points will be chosen based on ``tension'' parameters
6851 in the |left_tension| and |right_tension| fields. The
6852 `\&{atleast}' option is represented by negative tension values.
6853 @:at_least_}{\&{atleast} primitive@>
6854
6855 For example, the \MP\ path specification
6856 $$\.{z0..z1..tension atleast 1..\{curl 2\}z2..z3\{-1,-2\}..tension
6857   3 and 4..p},$$
6858 where \.p is the path `\.{z4..controls z45 and z54..z5}', will be represented
6859 by the six knots
6860 \def\lodash{\hbox to 1.1em{\thinspace\hrulefill\thinspace}}
6861 $$\vbox{\halign{#\hfil&&\qquad#\hfil\cr
6862 |left_type|&\\{left} info&|x_coord,y_coord|&|right_type|&\\{right} info\cr
6863 \noalign{\yskip}
6864 |endpoint|&\lodash$,\,$\lodash&$x_0,y_0$&|curl|&$1.0,1.0$\cr
6865 |open|&\lodash$,1.0$&$x_1,y_1$&|open|&\lodash$,-1.0$\cr
6866 |curl|&$2.0,-1.0$&$x_2,y_2$&|curl|&$2.0,1.0$\cr
6867 |given|&$d,1.0$&$x_3,y_3$&|given|&$d,3.0$\cr
6868 |open|&\lodash$,4.0$&$x_4,y_4$&|explicit|&$x_{45},y_{45}$\cr
6869 |explicit|&$x_{54},y_{54}$&$x_5,y_5$&|endpoint|&\lodash$,\,$\lodash\cr}}$$
6870 Here |d| is the |angle| obtained by calling |n_arg(-unity,-two)|.
6871 Of course, this example is more complicated than anything a normal user
6872 would ever write.
6873
6874 These types must satisfy certain restrictions because of the form of \MP's
6875 path syntax:
6876 (i)~|open| type never appears in the same node together with |endpoint|,
6877 |given|, or |curl|.
6878 (ii)~The |right_type| of a node is |explicit| if and only if the
6879 |left_type| of the following node is |explicit|.
6880 (iii)~|endpoint| types occur only at the ends, as mentioned above.
6881
6882 @d left_curl left_x /* curl information when entering this knot */
6883 @d left_given left_x /* given direction when entering this knot */
6884 @d left_tension left_y /* tension information when entering this knot */
6885 @d right_curl right_x /* curl information when leaving this knot */
6886 @d right_given right_x /* given direction when leaving this knot */
6887 @d right_tension right_y /* tension information when leaving this knot */
6888
6889 @ Knots can be user-supplied, or they can be created by program code,
6890 like the |split_cubic| function, or |copy_path|. The distinction is
6891 needed for the cleanup routine that runs after |split_cubic|, because
6892 it should only delete knots it has previously inserted, and never
6893 anything that was user-supplied. In order to be able to differentiate
6894 one knot from another, we will set |originator(p):=mp_metapost_user| when
6895 it appeared in the actual metapost program, and
6896 |originator(p):=mp_program_code| in all other cases.
6897
6898 @d originator(A)   mp->mem[(A)+7].hh.b0 /* the creator of this knot */
6899
6900 @<Types...@>=
6901 enum {
6902   mp_program_code=0, /* not created by a user */
6903   mp_metapost_user, /* created by a user */
6904 };
6905
6906 @ Here is a routine that prints a given knot list
6907 in symbolic form. It illustrates the conventions discussed above,
6908 and checks for anomalies that might arise while \MP\ is being debugged.
6909
6910 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
6911 void mp_pr_path (MP mp,pointer h);
6912
6913 @ @c
6914 void mp_pr_path (MP mp,pointer h) {
6915   pointer p,q; /* for list traversal */
6916   p=h;
6917   do {  
6918     q=link(p);
6919     if ( (p==null)||(q==null) ) { 
6920       mp_print_nl(mp, "???"); return; /* this won't happen */
6921 @.???@>
6922     }
6923     @<Print information for adjacent knots |p| and |q|@>;
6924   DONE1:
6925     p=q;
6926     if ( (p!=h)||(left_type(h)!=mp_endpoint) ) {
6927       @<Print two dots, followed by |given| or |curl| if present@>;
6928     }
6929   } while (p!=h);
6930   if ( left_type(h)!=mp_endpoint ) 
6931     mp_print(mp, "cycle");
6932 }
6933
6934 @ @<Print information for adjacent knots...@>=
6935 mp_print_two(mp, x_coord(p),y_coord(p));
6936 switch (right_type(p)) {
6937 case mp_endpoint: 
6938   if ( left_type(p)==mp_open ) mp_print(mp, "{open?}"); /* can't happen */
6939 @.open?@>
6940   if ( (left_type(q)!=mp_endpoint)||(q!=h) ) q=null; /* force an error */
6941   goto DONE1;
6942   break;
6943 case mp_explicit: 
6944   @<Print control points between |p| and |q|, then |goto done1|@>;
6945   break;
6946 case mp_open: 
6947   @<Print information for a curve that begins |open|@>;
6948   break;
6949 case mp_curl:
6950 case mp_given: 
6951   @<Print information for a curve that begins |curl| or |given|@>;
6952   break;
6953 default:
6954   mp_print(mp, "???"); /* can't happen */
6955 @.???@>
6956   break;
6957 }
6958 if ( left_type(q)<=mp_explicit ) {
6959   mp_print(mp, "..control?"); /* can't happen */
6960 @.control?@>
6961 } else if ( (right_tension(p)!=unity)||(left_tension(q)!=unity) ) {
6962   @<Print tension between |p| and |q|@>;
6963 }
6964
6965 @ Since |n_sin_cos| produces |fraction| results, which we will print as if they
6966 were |scaled|, the magnitude of a |given| direction vector will be~4096.
6967
6968 @<Print two dots...@>=
6969
6970   mp_print_nl(mp, " ..");
6971   if ( left_type(p)==mp_given ) { 
6972     mp_n_sin_cos(mp, left_given(p)); mp_print_char(mp, '{');
6973     mp_print_scaled(mp, mp->n_cos); mp_print_char(mp, ',');
6974     mp_print_scaled(mp, mp->n_sin); mp_print_char(mp, '}');
6975   } else if ( left_type(p)==mp_curl ){ 
6976     mp_print(mp, "{curl "); 
6977     mp_print_scaled(mp, left_curl(p)); mp_print_char(mp, '}');
6978   }
6979 }
6980
6981 @ @<Print tension between |p| and |q|@>=
6982
6983   mp_print(mp, "..tension ");
6984   if ( right_tension(p)<0 ) mp_print(mp, "atleast");
6985   mp_print_scaled(mp, abs(right_tension(p)));
6986   if ( right_tension(p)!=left_tension(q) ){ 
6987     mp_print(mp, " and ");
6988     if ( left_tension(q)<0 ) mp_print(mp, "atleast");
6989     mp_print_scaled(mp, abs(left_tension(q)));
6990   }
6991 }
6992
6993 @ @<Print control points between |p| and |q|, then |goto done1|@>=
6994
6995   mp_print(mp, "..controls "); 
6996   mp_print_two(mp, right_x(p),right_y(p)); 
6997   mp_print(mp, " and ");
6998   if ( left_type(q)!=mp_explicit ) { 
6999     mp_print(mp, "??"); /* can't happen */
7000 @.??@>
7001   } else {
7002     mp_print_two(mp, left_x(q),left_y(q));
7003   }
7004   goto DONE1;
7005 }
7006
7007 @ @<Print information for a curve that begins |open|@>=
7008 if ( (left_type(p)!=mp_explicit)&&(left_type(p)!=mp_open) ) {
7009   mp_print(mp, "{open?}"); /* can't happen */
7010 @.open?@>
7011 }
7012
7013 @ A curl of 1 is shown explicitly, so that the user sees clearly that
7014 \MP's default curl is present.
7015
7016 The code here uses the fact that |left_curl==left_given| and
7017 |right_curl==right_given|.
7018
7019 @<Print information for a curve that begins |curl|...@>=
7020
7021   if ( left_type(p)==mp_open )  
7022     mp_print(mp, "??"); /* can't happen */
7023 @.??@>
7024   if ( right_type(p)==mp_curl ) { 
7025     mp_print(mp, "{curl "); mp_print_scaled(mp, right_curl(p));
7026   } else { 
7027     mp_n_sin_cos(mp, right_given(p)); mp_print_char(mp, '{');
7028     mp_print_scaled(mp, mp->n_cos); mp_print_char(mp, ','); 
7029     mp_print_scaled(mp, mp->n_sin);
7030   }
7031   mp_print_char(mp, '}');
7032 }
7033
7034 @ It is convenient to have another version of |pr_path| that prints the path
7035 as a diagnostic message.
7036
7037 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
7038 void mp_print_path (MP mp,pointer h, char *s, boolean nuline) { 
7039   mp_print_diagnostic(mp, "Path", s, nuline); mp_print_ln(mp);
7040 @.Path at line...@>
7041   mp_pr_path(mp, h);
7042   mp_end_diagnostic(mp, true);
7043 }
7044
7045 @ If we want to duplicate a knot node, we can say |copy_knot|:
7046
7047 @c 
7048 pointer mp_copy_knot (MP mp,pointer p) {
7049   pointer q; /* the copy */
7050   int k; /* runs through the words of a knot node */
7051   q=mp_get_node(mp, knot_node_size);
7052   for (k=0;k<knot_node_size;k++) {
7053     mp->mem[q+k]=mp->mem[p+k];
7054   }
7055   originator(q)=originator(p);
7056   return q;
7057 }
7058
7059 @ The |copy_path| routine makes a clone of a given path.
7060
7061 @c 
7062 pointer mp_copy_path (MP mp, pointer p) {
7063   pointer q,pp,qq; /* for list manipulation */
7064   q=mp_copy_knot(mp, p);
7065   qq=q; pp=link(p);
7066   while ( pp!=p ) { 
7067     link(qq)=mp_copy_knot(mp, pp);
7068     qq=link(qq);
7069     pp=link(pp);
7070   }
7071   link(qq)=q;
7072   return q;
7073 }
7074
7075
7076 @ Just before |ship_out|, knot lists are exported for printing.
7077
7078 @d gr_left_type(A)  (A)->left_type_field 
7079 @d gr_right_type(A) (A)->right_type_field
7080 @d gr_x_coord(A)    (A)->x_coord_field   
7081 @d gr_y_coord(A)    (A)->y_coord_field   
7082 @d gr_left_x(A)     (A)->left_x_field    
7083 @d gr_left_y(A)     (A)->left_y_field    
7084 @d gr_right_x(A)    (A)->right_x_field   
7085 @d gr_right_y(A)    (A)->right_y_field   
7086 @d gr_next_knot(A)  (A)->next_field
7087 @d gr_originator(A) (A)->originator_field
7088
7089 @c 
7090 struct mp_knot *mp_export_knot (MP mp,pointer p) {
7091   struct mp_knot *q; /* the copy */
7092   if (p==null)
7093      return NULL;
7094   q = mp_xmalloc(mp, 1, sizeof (struct mp_knot));
7095   memset(q,0,sizeof (struct mp_knot));
7096   gr_left_type(q)  = left_type(p);
7097   gr_right_type(q) = right_type(p);
7098   gr_x_coord(q)    = x_coord(p);
7099   gr_y_coord(q)    = y_coord(p);
7100   gr_left_x(q)     = left_x(p);
7101   gr_left_y(q)     = left_y(p);
7102   gr_right_x(q)    = right_x(p);
7103   gr_right_y(q)    = right_y(p);
7104   gr_originator(q) = originator(p);
7105   return q;
7106 }
7107
7108 @ The |export_knot_list| routine therefore also makes a clone 
7109 of a given path.
7110
7111 @c 
7112 struct mp_knot *mp_export_knot_list (MP mp, pointer p) {
7113   struct mp_knot *q, *qq; /* for list manipulation */
7114   pointer pp; /* for list manipulation */
7115   if (p==null)
7116      return NULL;
7117   q=mp_export_knot(mp, p);
7118   qq=q; pp=link(p);
7119   while ( pp!=p ) { 
7120     gr_next_knot(qq)=mp_export_knot(mp, pp);
7121     qq=gr_next_knot(qq);
7122     pp=link(pp);
7123   }
7124   gr_next_knot(qq)=q;
7125   return q;
7126 }
7127
7128
7129 @ Similarly, there's a way to copy the {\sl reverse\/} of a path. This procedure
7130 returns a pointer to the first node of the copy, if the path is a cycle,
7131 but to the final node of a non-cyclic copy. The global
7132 variable |path_tail| will point to the final node of the original path;
7133 this trick makes it easier to implement `\&{doublepath}'.
7134
7135 All node types are assumed to be |endpoint| or |explicit| only.
7136
7137 @c 
7138 pointer mp_htap_ypoc (MP mp,pointer p) {
7139   pointer q,pp,qq,rr; /* for list manipulation */
7140   q=mp_get_node(mp, knot_node_size); /* this will correspond to |p| */
7141   qq=q; pp=p;
7142   while (1) { 
7143     right_type(qq)=left_type(pp); left_type(qq)=right_type(pp);
7144     x_coord(qq)=x_coord(pp); y_coord(qq)=y_coord(pp);
7145     right_x(qq)=left_x(pp); right_y(qq)=left_y(pp);
7146     left_x(qq)=right_x(pp); left_y(qq)=right_y(pp);
7147     originator(qq)=originator(pp);
7148     if ( link(pp)==p ) { 
7149       link(q)=qq; mp->path_tail=pp; return q;
7150     }
7151     rr=mp_get_node(mp, knot_node_size); link(rr)=qq; qq=rr; pp=link(pp);
7152   }
7153 }
7154
7155 @ @<Glob...@>=
7156 pointer path_tail; /* the node that links to the beginning of a path */
7157
7158 @ When a cyclic list of knot nodes is no longer needed, it can be recycled by
7159 calling the following subroutine.
7160
7161 @<Declare the recycling subroutines@>=
7162 void mp_toss_knot_list (MP mp,pointer p) ;
7163
7164 @ @c
7165 void mp_toss_knot_list (MP mp,pointer p) {
7166   pointer q; /* the node being freed */
7167   pointer r; /* the next node */
7168   q=p;
7169   do {  
7170     r=link(q); 
7171     mp_free_node(mp, q,knot_node_size); q=r;
7172   } while (q!=p);
7173 }
7174
7175 @* \[18] Choosing control points.
7176 Now we must actually delve into one of \MP's more difficult routines,
7177 the |make_choices| procedure that chooses angles and control points for
7178 the splines of a curve when the user has not specified them explicitly.
7179 The parameter to |make_choices| points to a list of knots and
7180 path information, as described above.
7181
7182 A path decomposes into independent segments at ``breakpoint'' knots,
7183 which are knots whose left and right angles are both prespecified in
7184 some way (i.e., their |left_type| and |right_type| aren't both open).
7185
7186 @c 
7187 @<Declare the procedure called |solve_choices|@>;
7188 void mp_make_choices (MP mp,pointer knots) {
7189   pointer h; /* the first breakpoint */
7190   pointer p,q; /* consecutive breakpoints being processed */
7191   @<Other local variables for |make_choices|@>;
7192   check_arith; /* make sure that |arith_error=false| */
7193   if ( mp->internal[mp_tracing_choices]>0 )
7194     mp_print_path(mp, knots,", before choices",true);
7195   @<If consecutive knots are equal, join them explicitly@>;
7196   @<Find the first breakpoint, |h|, on the path;
7197     insert an artificial breakpoint if the path is an unbroken cycle@>;
7198   p=h;
7199   do {  
7200     @<Fill in the control points between |p| and the next breakpoint,
7201       then advance |p| to that breakpoint@>;
7202   } while (p!=h);
7203   if ( mp->internal[mp_tracing_choices]>0 )
7204     mp_print_path(mp, knots,", after choices",true);
7205   if ( mp->arith_error ) {
7206     @<Report an unexpected problem during the choice-making@>;
7207   }
7208 }
7209
7210 @ @<Report an unexpected problem during the choice...@>=
7211
7212   print_err("Some number got too big");
7213 @.Some number got too big@>
7214   help2("The path that I just computed is out of range.")
7215        ("So it will probably look funny. Proceed, for a laugh.");
7216   mp_put_get_error(mp); mp->arith_error=false;
7217 }
7218
7219 @ Two knots in a row with the same coordinates will always be joined
7220 by an explicit ``curve'' whose control points are identical with the
7221 knots.
7222
7223 @<If consecutive knots are equal, join them explicitly@>=
7224 p=knots;
7225 do {  
7226   q=link(p);
7227   if ( x_coord(p)==x_coord(q) && y_coord(p)==y_coord(q) && right_type(p)>mp_explicit ) { 
7228     right_type(p)=mp_explicit;
7229     if ( left_type(p)==mp_open ) { 
7230       left_type(p)=mp_curl; left_curl(p)=unity;
7231     }
7232     left_type(q)=mp_explicit;
7233     if ( right_type(q)==mp_open ) { 
7234       right_type(q)=mp_curl; right_curl(q)=unity;
7235     }
7236     right_x(p)=x_coord(p); left_x(q)=x_coord(p);
7237     right_y(p)=y_coord(p); left_y(q)=y_coord(p);
7238   }
7239   p=q;
7240 } while (p!=knots)
7241
7242 @ If there are no breakpoints, it is necessary to compute the direction
7243 angles around an entire cycle. In this case the |left_type| of the first
7244 node is temporarily changed to |end_cycle|.
7245
7246 @<Find the first breakpoint, |h|, on the path...@>=
7247 h=knots;
7248 while (1) { 
7249   if ( left_type(h)!=mp_open ) break;
7250   if ( right_type(h)!=mp_open ) break;
7251   h=link(h);
7252   if ( h==knots ) { 
7253     left_type(h)=mp_end_cycle; break;
7254   }
7255 }
7256
7257 @ If |right_type(p)<given| and |q=link(p)|, we must have
7258 |right_type(p)=left_type(q)=mp_explicit| or |endpoint|.
7259
7260 @<Fill in the control points between |p| and the next breakpoint...@>=
7261 q=link(p);
7262 if ( right_type(p)>=mp_given ) { 
7263   while ( (left_type(q)==mp_open)&&(right_type(q)==mp_open) ) q=link(q);
7264   @<Fill in the control information between
7265     consecutive breakpoints |p| and |q|@>;
7266 } else if ( right_type(p)==mp_endpoint ) {
7267   @<Give reasonable values for the unused control points between |p| and~|q|@>;
7268 }
7269 p=q
7270
7271 @ This step makes it possible to transform an explicitly computed path without
7272 checking the |left_type| and |right_type| fields.
7273
7274 @<Give reasonable values for the unused control points between |p| and~|q|@>=
7275
7276   right_x(p)=x_coord(p); right_y(p)=y_coord(p);
7277   left_x(q)=x_coord(q); left_y(q)=y_coord(q);
7278 }
7279
7280 @ Before we can go further into the way choices are made, we need to
7281 consider the underlying theory. The basic ideas implemented in |make_choices|
7282 are due to John Hobby, who introduced the notion of ``mock curvature''
7283 @^Hobby, John Douglas@>
7284 at a knot. Angles are chosen so that they preserve mock curvature when
7285 a knot is passed, and this has been found to produce excellent results.
7286
7287 It is convenient to introduce some notations that simplify the necessary
7288 formulas. Let $d_{k,k+1}=\vert z\k-z_k\vert$ be the (nonzero) distance
7289 between knots |k| and |k+1|; and let
7290 $${z\k-z_k\over z_k-z_{k-1}}={d_{k,k+1}\over d_{k-1,k}}e^{i\psi_k}$$
7291 so that a polygonal line from $z_{k-1}$ to $z_k$ to $z\k$ turns left
7292 through an angle of~$\psi_k$. We assume that $\vert\psi_k\vert\L180^\circ$.
7293 The control points for the spline from $z_k$ to $z\k$ will be denoted by
7294 $$\eqalign{z_k^+&=z_k+
7295   \textstyle{1\over3}\rho_k e^{i\theta_k}(z\k-z_k),\cr
7296  z\k^-&=z\k-
7297   \textstyle{1\over3}\sigma\k e^{-i\phi\k}(z\k-z_k),\cr}$$
7298 where $\rho_k$ and $\sigma\k$ are nonnegative ``velocity ratios'' at the
7299 beginning and end of the curve, while $\theta_k$ and $\phi\k$ are the
7300 corresponding ``offset angles.'' These angles satisfy the condition
7301 $$\theta_k+\phi_k+\psi_k=0,\eqno(*)$$
7302 whenever the curve leaves an intermediate knot~|k| in the direction that
7303 it enters.
7304
7305 @ Let $\alpha_k$ and $\beta\k$ be the reciprocals of the ``tension'' of
7306 the curve at its beginning and ending points. This means that
7307 $\rho_k=\alpha_k f(\theta_k,\phi\k)$ and $\sigma\k=\beta\k f(\phi\k,\theta_k)$,
7308 where $f(\theta,\phi)$ is \MP's standard velocity function defined in
7309 the |velocity| subroutine. The cubic spline $B(z_k^{\phantom+},z_k^+,
7310 z\k^-,z\k^{\phantom+};t)$
7311 has curvature
7312 @^curvature@>
7313 $${2\sigma\k\sin(\theta_k+\phi\k)-6\sin\theta_k\over\rho_k^2d_{k,k+1}}
7314 \qquad{\rm and}\qquad
7315 {2\rho_k\sin(\theta_k+\phi\k)-6\sin\phi\k\over\sigma\k^2d_{k,k+1}}$$
7316 at |t=0| and |t=1|, respectively. The mock curvature is the linear
7317 @^mock curvature@>
7318 approximation to this true curvature that arises in the limit for
7319 small $\theta_k$ and~$\phi\k$, if second-order terms are discarded.
7320 The standard velocity function satisfies
7321 $$f(\theta,\phi)=1+O(\theta^2+\theta\phi+\phi^2);$$
7322 hence the mock curvatures are respectively
7323 $${2\beta\k(\theta_k+\phi\k)-6\theta_k\over\alpha_k^2d_{k,k+1}}
7324 \qquad{\rm and}\qquad
7325 {2\alpha_k(\theta_k+\phi\k)-6\phi\k\over\beta\k^2d_{k,k+1}}.\eqno(**)$$
7326
7327 @ The turning angles $\psi_k$ are given, and equation $(*)$ above
7328 determines $\phi_k$ when $\theta_k$ is known, so the task of
7329 angle selection is essentially to choose appropriate values for each
7330 $\theta_k$. When equation~$(*)$ is used to eliminate $\phi$~variables
7331 from $(**)$, we obtain a system of linear equations of the form
7332 $$A_k\theta_{k-1}+(B_k+C_k)\theta_k+D_k\theta\k=-B_k\psi_k-D_k\psi\k,$$
7333 where
7334 $$A_k={\alpha_{k-1}\over\beta_k^2d_{k-1,k}},
7335 \qquad B_k={3-\alpha_{k-1}\over\beta_k^2d_{k-1,k}},
7336 \qquad C_k={3-\beta\k\over\alpha_k^2d_{k,k+1}},
7337 \qquad D_k={\beta\k\over\alpha_k^2d_{k,k+1}}.$$
7338 The tensions are always $3\over4$ or more, hence each $\alpha$ and~$\beta$
7339 will be at most $4\over3$. It follows that $B_k\G{5\over4}A_k$ and
7340 $C_k\G{5\over4}D_k$; hence the equations are diagonally dominant;
7341 hence they have a unique solution. Moreover, in most cases the tensions
7342 are equal to~1, so that $B_k=2A_k$ and $C_k=2D_k$. This makes the
7343 solution numerically stable, and there is an exponential damping
7344 effect: The data at knot $k\pm j$ affects the angle at knot~$k$ by
7345 a factor of~$O(2^{-j})$.
7346
7347 @ However, we still must consider the angles at the starting and ending
7348 knots of a non-cyclic path. These angles might be given explicitly, or
7349 they might be specified implicitly in terms of an amount of ``curl.''
7350
7351 Let's assume that angles need to be determined for a non-cyclic path
7352 starting at $z_0$ and ending at~$z_n$. Then equations of the form
7353 $$A_k\theta_{k-1}+(B_k+C_k)\theta_k+D_k\theta_{k+1}=R_k$$
7354 have been given for $0<k<n$, and it will be convenient to introduce
7355 equations of the same form for $k=0$ and $k=n$, where
7356 $$A_0=B_0=C_n=D_n=0.$$
7357 If $\theta_0$ is supposed to have a given value $E_0$, we simply
7358 define $C_0=0$, $D_0=0$, and $R_0=E_0$. Otherwise a curl
7359 parameter, $\gamma_0$, has been specified at~$z_0$; this means
7360 that the mock curvature at $z_0$ should be $\gamma_0$ times the
7361 mock curvature at $z_1$; i.e.,
7362 $${2\beta_1(\theta_0+\phi_1)-6\theta_0\over\alpha_0^2d_{01}}
7363 =\gamma_0{2\alpha_0(\theta_0+\phi_1)-6\phi_1\over\beta_1^2d_{01}}.$$
7364 This equation simplifies to
7365 $$(\alpha_0\chi_0+3-\beta_1)\theta_0+
7366  \bigl((3-\alpha_0)\chi_0+\beta_1\bigr)\theta_1=
7367  -\bigl((3-\alpha_0)\chi_0+\beta_1\bigr)\psi_1,$$
7368 where $\chi_0=\alpha_0^2\gamma_0/\beta_1^2$; so we can set $C_0=
7369 \chi_0\alpha_0+3-\beta_1$, $D_0=(3-\alpha_0)\chi_0+\beta_1$, $R_0=-D_0\psi_1$.
7370 It can be shown that $C_0>0$ and $C_0B_1-A_1D_0>0$ when $\gamma_0\G0$,
7371 hence the linear equations remain nonsingular.
7372
7373 Similar considerations apply at the right end, when the final angle $\phi_n$
7374 may or may not need to be determined. It is convenient to let $\psi_n=0$,
7375 hence $\theta_n=-\phi_n$. We either have an explicit equation $\theta_n=E_n$,
7376 or we have
7377 $$\bigl((3-\beta_n)\chi_n+\alpha_{n-1}\bigr)\theta_{n-1}+
7378 (\beta_n\chi_n+3-\alpha_{n-1})\theta_n=0,\qquad
7379   \chi_n={\beta_n^2\gamma_n\over\alpha_{n-1}^2}.$$
7380
7381 When |make_choices| chooses angles, it must compute the coefficients of
7382 these linear equations, then solve the equations. To compute the coefficients,
7383 it is necessary to compute arctangents of the given turning angles~$\psi_k$.
7384 When the equations are solved, the chosen directions $\theta_k$ are put
7385 back into the form of control points by essentially computing sines and
7386 cosines.
7387
7388 @ OK, we are ready to make the hard choices of |make_choices|.
7389 Most of the work is relegated to an auxiliary procedure
7390 called |solve_choices|, which has been introduced to keep
7391 |make_choices| from being extremely long.
7392
7393 @<Fill in the control information between...@>=
7394 @<Calculate the turning angles $\psi_k$ and the distances $d_{k,k+1}$;
7395   set $n$ to the length of the path@>;
7396 @<Remove |open| types at the breakpoints@>;
7397 mp_solve_choices(mp, p,q,n)
7398
7399 @ It's convenient to precompute quantities that will be needed several
7400 times later. The values of |delta_x[k]| and |delta_y[k]| will be the
7401 coordinates of $z\k-z_k$, and the magnitude of this vector will be
7402 |delta[k]=@t$d_{k,k+1}$@>|. The path angle $\psi_k$ between $z_k-z_{k-1}$
7403 and $z\k-z_k$ will be stored in |psi[k]|.
7404
7405 @<Glob...@>=
7406 int path_size; /* maximum number of knots between breakpoints of a path */
7407 scaled *delta_x;
7408 scaled *delta_y;
7409 scaled *delta; /* knot differences */
7410 angle  *psi; /* turning angles */
7411
7412 @ @<Allocate or initialize ...@>=
7413 mp->delta_x = NULL;
7414 mp->delta_y = NULL;
7415 mp->delta = NULL;
7416 mp->psi = NULL;
7417
7418 @ @<Dealloc variables@>=
7419 xfree(mp->delta_x);
7420 xfree(mp->delta_y);
7421 xfree(mp->delta);
7422 xfree(mp->psi);
7423
7424 @ @<Other local variables for |make_choices|@>=
7425   int k,n; /* current and final knot numbers */
7426   pointer s,t; /* registers for list traversal */
7427   scaled delx,dely; /* directions where |open| meets |explicit| */
7428   fraction sine,cosine; /* trig functions of various angles */
7429
7430 @ @<Calculate the turning angles...@>=
7431 {
7432 RESTART:
7433   k=0; s=p; n=mp->path_size;
7434   do {  
7435     t=link(s);
7436     mp->delta_x[k]=x_coord(t)-x_coord(s);
7437     mp->delta_y[k]=y_coord(t)-y_coord(s);
7438     mp->delta[k]=mp_pyth_add(mp, mp->delta_x[k],mp->delta_y[k]);
7439     if ( k>0 ) { 
7440       sine=mp_make_fraction(mp, mp->delta_y[k-1],mp->delta[k-1]);
7441       cosine=mp_make_fraction(mp, mp->delta_x[k-1],mp->delta[k-1]);
7442       mp->psi[k]=mp_n_arg(mp, mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],cosine)+
7443         mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],sine),
7444         mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],cosine)-
7445           mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],sine));
7446     }
7447     incr(k); s=t;
7448     if ( k==mp->path_size ) {
7449       mp_reallocate_paths(mp, mp->path_size+(mp->path_size>>2));
7450       goto RESTART; /* retry, loop size has changed */
7451     }
7452     if ( s==q ) n=k;
7453   } while (!((k>=n)&&(left_type(s)!=mp_end_cycle)));
7454   if ( k==n ) mp->psi[n]=0; else mp->psi[k]=mp->psi[1];
7455 }
7456
7457 @ When we get to this point of the code, |right_type(p)| is either
7458 |given| or |curl| or |open|. If it is |open|, we must have
7459 |left_type(p)=mp_end_cycle| or |left_type(p)=mp_explicit|. In the latter
7460 case, the |open| type is converted to |given|; however, if the
7461 velocity coming into this knot is zero, the |open| type is
7462 converted to a |curl|, since we don't know the incoming direction.
7463
7464 Similarly, |left_type(q)| is either |given| or |curl| or |open| or
7465 |mp_end_cycle|. The |open| possibility is reduced either to |given| or to |curl|.
7466
7467 @<Remove |open| types at the breakpoints@>=
7468 if ( left_type(q)==mp_open ) { 
7469   delx=right_x(q)-x_coord(q); dely=right_y(q)-y_coord(q);
7470   if ( (delx==0)&&(dely==0) ) { 
7471     left_type(q)=mp_curl; left_curl(q)=unity;
7472   } else { 
7473     left_type(q)=mp_given; left_given(q)=mp_n_arg(mp, delx,dely);
7474   }
7475 }
7476 if ( (right_type(p)==mp_open)&&(left_type(p)==mp_explicit) ) { 
7477   delx=x_coord(p)-left_x(p); dely=y_coord(p)-left_y(p);
7478   if ( (delx==0)&&(dely==0) ) { 
7479     right_type(p)=mp_curl; right_curl(p)=unity;
7480   } else { 
7481     right_type(p)=mp_given; right_given(p)=mp_n_arg(mp, delx,dely);
7482   }
7483 }
7484
7485 @ Linear equations need to be solved whenever |n>1|; and also when |n=1|
7486 and exactly one of the breakpoints involves a curl. The simplest case occurs
7487 when |n=1| and there is a curl at both breakpoints; then we simply draw
7488 a straight line.
7489
7490 But before coding up the simple cases, we might as well face the general case,
7491 since we must deal with it sooner or later, and since the general case
7492 is likely to give some insight into the way simple cases can be handled best.
7493
7494 When there is no cycle, the linear equations to be solved form a tridiagonal
7495 system, and we can apply the standard technique of Gaussian elimination
7496 to convert that system to a sequence of equations of the form
7497 $$\theta_0+u_0\theta_1=v_0,\quad
7498 \theta_1+u_1\theta_2=v_1,\quad\ldots,\quad
7499 \theta_{n-1}+u_{n-1}\theta_n=v_{n-1},\quad
7500 \theta_n=v_n.$$
7501 It is possible to do this diagonalization while generating the equations.
7502 Once $\theta_n$ is known, it is easy to determine $\theta_{n-1}$, \dots,
7503 $\theta_1$, $\theta_0$; thus, the equations will be solved.
7504
7505 The procedure is slightly more complex when there is a cycle, but the
7506 basic idea will be nearly the same. In the cyclic case the right-hand
7507 sides will be $v_k+w_k\theta_0$ instead of simply $v_k$, and we will start
7508 the process off with $u_0=v_0=0$, $w_0=1$. The final equation will be not
7509 $\theta_n=v_n$ but $\theta_n+u_n\theta_1=v_n+w_n\theta_0$; an appropriate
7510 ending routine will take account of the fact that $\theta_n=\theta_0$ and
7511 eliminate the $w$'s from the system, after which the solution can be
7512 obtained as before.
7513
7514 When $u_k$, $v_k$, and $w_k$ are being computed, the three pointer
7515 variables |r|, |s|,~|t| will point respectively to knots |k-1|, |k|,
7516 and~|k+1|. The $u$'s and $w$'s are scaled by $2^{28}$, i.e., they are
7517 of type |fraction|; the $\theta$'s and $v$'s are of type |angle|.
7518
7519 @<Glob...@>=
7520 angle *theta; /* values of $\theta_k$ */
7521 fraction *uu; /* values of $u_k$ */
7522 angle *vv; /* values of $v_k$ */
7523 fraction *ww; /* values of $w_k$ */
7524
7525 @ @<Allocate or initialize ...@>=
7526 mp->theta = NULL;
7527 mp->uu = NULL;
7528 mp->vv = NULL;
7529 mp->ww = NULL;
7530
7531 @ @<Dealloc variables@>=
7532 xfree(mp->theta);
7533 xfree(mp->uu);
7534 xfree(mp->vv);
7535 xfree(mp->ww);
7536
7537 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
7538 void mp_reallocate_paths (MP mp, int l);
7539
7540 @ @c
7541 void mp_reallocate_paths (MP mp, int l) {
7542   XREALLOC (mp->delta_x, l, scaled);
7543   XREALLOC (mp->delta_y, l, scaled);
7544   XREALLOC (mp->delta,   l, scaled);
7545   XREALLOC (mp->psi,     l, angle);
7546   XREALLOC (mp->theta,   l, angle);
7547   XREALLOC (mp->uu,      l, fraction);
7548   XREALLOC (mp->vv,      l, angle);
7549   XREALLOC (mp->ww,      l, fraction);
7550   mp->path_size = l;
7551 }
7552
7553 @ Our immediate problem is to get the ball rolling by setting up the
7554 first equation or by realizing that no equations are needed, and to fit
7555 this initialization into a framework suitable for the overall computation.
7556
7557 @<Declare the procedure called |solve_choices|@>=
7558 @<Declare subroutines needed by |solve_choices|@>;
7559 void mp_solve_choices (MP mp,pointer p, pointer q, halfword n) {
7560   int k; /* current knot number */
7561   pointer r,s,t; /* registers for list traversal */
7562   @<Other local variables for |solve_choices|@>;
7563   k=0; s=p; r=0;
7564   while (1) { 
7565     t=link(s);
7566     if ( k==0 ) {
7567       @<Get the linear equations started; or |return|
7568         with the control points in place, if linear equations
7569         needn't be solved@>
7570     } else  { 
7571       switch (left_type(s)) {
7572       case mp_end_cycle: case mp_open:
7573         @<Set up equation to match mock curvatures
7574           at $z_k$; then |goto found| with $\theta_n$
7575           adjusted to equal $\theta_0$, if a cycle has ended@>;
7576         break;
7577       case mp_curl:
7578         @<Set up equation for a curl at $\theta_n$
7579           and |goto found|@>;
7580         break;
7581       case mp_given:
7582         @<Calculate the given value of $\theta_n$
7583           and |goto found|@>;
7584         break;
7585       } /* there are no other cases */
7586     }
7587     r=s; s=t; incr(k);
7588   }
7589 FOUND:
7590   @<Finish choosing angles and assigning control points@>;
7591 }
7592
7593 @ On the first time through the loop, we have |k=0| and |r| is not yet
7594 defined. The first linear equation, if any, will have $A_0=B_0=0$.
7595
7596 @<Get the linear equations started...@>=
7597 switch (right_type(s)) {
7598 case mp_given: 
7599   if ( left_type(t)==mp_given ) {
7600     @<Reduce to simple case of two givens  and |return|@>
7601   } else {
7602     @<Set up the equation for a given value of $\theta_0$@>;
7603   }
7604   break;
7605 case mp_curl: 
7606   if ( left_type(t)==mp_curl ) {
7607     @<Reduce to simple case of straight line and |return|@>
7608   } else {
7609     @<Set up the equation for a curl at $\theta_0$@>;
7610   }
7611   break;
7612 case mp_open: 
7613   mp->uu[0]=0; mp->vv[0]=0; mp->ww[0]=fraction_one;
7614   /* this begins a cycle */
7615   break;
7616 } /* there are no other cases */
7617
7618 @ The general equation that specifies equality of mock curvature at $z_k$ is
7619 $$A_k\theta_{k-1}+(B_k+C_k)\theta_k+D_k\theta\k=-B_k\psi_k-D_k\psi\k,$$
7620 as derived above. We want to combine this with the already-derived equation
7621 $\theta_{k-1}+u_{k-1}\theta_k=v_{k-1}+w_{k-1}\theta_0$ in order to obtain
7622 a new equation
7623 $\theta_k+u_k\theta\k=v_k+w_k\theta_0$. This can be done by dividing the
7624 equation
7625 $$(B_k-u_{k-1}A_k+C_k)\theta_k+D_k\theta\k=-B_k\psi_k-D_k\psi\k-A_kv_{k-1}
7626     -A_kw_{k-1}\theta_0$$
7627 by $B_k-u_{k-1}A_k+C_k$. The trick is to do this carefully with
7628 fixed-point arithmetic, avoiding the chance of overflow while retaining
7629 suitable precision.
7630
7631 The calculations will be performed in several registers that
7632 provide temporary storage for intermediate quantities.
7633
7634 @<Other local variables for |solve_choices|@>=
7635 fraction aa,bb,cc,ff,acc; /* temporary registers */
7636 scaled dd,ee; /* likewise, but |scaled| */
7637 scaled lt,rt; /* tension values */
7638
7639 @ @<Set up equation to match mock curvatures...@>=
7640 { @<Calculate the values $\\{aa}=A_k/B_k$, $\\{bb}=D_k/C_k$,
7641     $\\{dd}=(3-\alpha_{k-1})d_{k,k+1}$, $\\{ee}=(3-\beta\k)d_{k-1,k}$,
7642     and $\\{cc}=(B_k-u_{k-1}A_k)/B_k$@>;
7643   @<Calculate the ratio $\\{ff}=C_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)$@>;
7644   mp->uu[k]=mp_take_fraction(mp, ff,bb);
7645   @<Calculate the values of $v_k$ and $w_k$@>;
7646   if ( left_type(s)==mp_end_cycle ) {
7647     @<Adjust $\theta_n$ to equal $\theta_0$ and |goto found|@>;
7648   }
7649 }
7650
7651 @ Since tension values are never less than 3/4, the values |aa| and
7652 |bb| computed here are never more than 4/5.
7653
7654 @<Calculate the values $\\{aa}=...@>=
7655 if ( abs(right_tension(r))==unity) { 
7656   aa=fraction_half; dd=2*mp->delta[k];
7657 } else { 
7658   aa=mp_make_fraction(mp, unity,3*abs(right_tension(r))-unity);
7659   dd=mp_take_fraction(mp, mp->delta[k],
7660     fraction_three-mp_make_fraction(mp, unity,abs(right_tension(r))));
7661 }
7662 if ( abs(left_tension(t))==unity ){ 
7663   bb=fraction_half; ee=2*mp->delta[k-1];
7664 } else { 
7665   bb=mp_make_fraction(mp, unity,3*abs(left_tension(t))-unity);
7666   ee=mp_take_fraction(mp, mp->delta[k-1],
7667     fraction_three-mp_make_fraction(mp, unity,abs(left_tension(t))));
7668 }
7669 cc=fraction_one-mp_take_fraction(mp, mp->uu[k-1],aa)
7670
7671 @ The ratio to be calculated in this step can be written in the form
7672 $$\beta_k^2\cdot\\{ee}\over\beta_k^2\cdot\\{ee}+\alpha_k^2\cdot
7673   \\{cc}\cdot\\{dd},$$
7674 because of the quantities just calculated. The values of |dd| and |ee|
7675 will not be needed after this step has been performed.
7676
7677 @<Calculate the ratio $\\{ff}=C_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)$@>=
7678 dd=mp_take_fraction(mp, dd,cc); lt=abs(left_tension(s)); rt=abs(right_tension(s));
7679 if ( lt!=rt ) { /* $\beta_k^{-1}\ne\alpha_k^{-1}$ */
7680   if ( lt<rt ) { 
7681     ff=mp_make_fraction(mp, lt,rt);
7682     ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff); /* $\alpha_k^2/\beta_k^2$ */
7683     dd=mp_take_fraction(mp, dd,ff);
7684   } else { 
7685     ff=mp_make_fraction(mp, rt,lt);
7686     ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff); /* $\beta_k^2/\alpha_k^2$ */
7687     ee=mp_take_fraction(mp, ee,ff);
7688   }
7689 }
7690 ff=mp_make_fraction(mp, ee,ee+dd)
7691
7692 @ The value of $u_{k-1}$ will be |<=1| except when $k=1$ and the previous
7693 equation was specified by a curl. In that case we must use a special
7694 method of computation to prevent overflow.
7695
7696 Fortunately, the calculations turn out to be even simpler in this ``hard''
7697 case. The curl equation makes $w_0=0$ and $v_0=-u_0\psi_1$, hence
7698 $-B_1\psi_1-A_1v_0=-(B_1-u_0A_1)\psi_1=-\\{cc}\cdot B_1\psi_1$.
7699
7700 @<Calculate the values of $v_k$ and $w_k$@>=
7701 acc=-mp_take_fraction(mp, mp->psi[k+1],mp->uu[k]);
7702 if ( right_type(r)==mp_curl ) { 
7703   mp->ww[k]=0;
7704   mp->vv[k]=acc-mp_take_fraction(mp, mp->psi[1],fraction_one-ff);
7705 } else { 
7706   ff=mp_make_fraction(mp, fraction_one-ff,cc); /* this is
7707     $B_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)<5$ */
7708   acc=acc-mp_take_fraction(mp, mp->psi[k],ff);
7709   ff=mp_take_fraction(mp, ff,aa); /* this is $A_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)$ */
7710   mp->vv[k]=acc-mp_take_fraction(mp, mp->vv[k-1],ff);
7711   if ( mp->ww[k-1]==0 ) mp->ww[k]=0;
7712   else mp->ww[k]=-mp_take_fraction(mp, mp->ww[k-1],ff);
7713 }
7714
7715 @ When a complete cycle has been traversed, we have $\theta_k+u_k\theta\k=
7716 v_k+w_k\theta_0$, for |1<=k<=n|. We would like to determine the value of
7717 $\theta_n$ and reduce the system to the form $\theta_k+u_k\theta\k=v_k$
7718 for |0<=k<n|, so that the cyclic case can be finished up just as if there
7719 were no cycle.
7720
7721 The idea in the following code is to observe that
7722 $$\eqalign{\theta_n&=v_n+w_n\theta_0-u_n\theta_1=\cdots\cr
7723 &=v_n+w_n\theta_0-u_n\bigl(v_1+w_1\theta_0-u_1(v_2+\cdots
7724   -u_{n-2}(v_{n-1}+w_{n-1}\theta_0-u_{n-1}\theta_0))\bigr),\cr}$$
7725 so we can solve for $\theta_n=\theta_0$.
7726
7727 @<Adjust $\theta_n$ to equal $\theta_0$ and |goto found|@>=
7728
7729 aa=0; bb=fraction_one; /* we have |k=n| */
7730 do {  decr(k);
7731 if ( k==0 ) k=n;
7732   aa=mp->vv[k]-mp_take_fraction(mp, aa,mp->uu[k]);
7733   bb=mp->ww[k]-mp_take_fraction(mp, bb,mp->uu[k]);
7734 } while (k!=n); /* now $\theta_n=\\{aa}+\\{bb}\cdot\theta_n$ */
7735 aa=mp_make_fraction(mp, aa,fraction_one-bb);
7736 mp->theta[n]=aa; mp->vv[0]=aa;
7737 for (k=1;k<=n-1;k++) {
7738   mp->vv[k]=mp->vv[k]+mp_take_fraction(mp, aa,mp->ww[k]);
7739 }
7740 goto FOUND;
7741 }
7742
7743 @ @d reduce_angle(A) if ( abs((A))>one_eighty_deg ) {
7744   if ( (A)>0 ) (A)=(A)-three_sixty_deg; else (A)=(A)+three_sixty_deg; }
7745
7746 @<Calculate the given value of $\theta_n$...@>=
7747
7748   mp->theta[n]=left_given(s)-mp_n_arg(mp, mp->delta_x[n-1],mp->delta_y[n-1]);
7749   reduce_angle(mp->theta[n]);
7750   goto FOUND;
7751 }
7752
7753 @ @<Set up the equation for a given value of $\theta_0$@>=
7754
7755   mp->vv[0]=right_given(s)-mp_n_arg(mp, mp->delta_x[0],mp->delta_y[0]);
7756   reduce_angle(mp->vv[0]);
7757   mp->uu[0]=0; mp->ww[0]=0;
7758 }
7759
7760 @ @<Set up the equation for a curl at $\theta_0$@>=
7761 { cc=right_curl(s); lt=abs(left_tension(t)); rt=abs(right_tension(s));
7762   if ( (rt==unity)&&(lt==unity) )
7763     mp->uu[0]=mp_make_fraction(mp, cc+cc+unity,cc+two);
7764   else 
7765     mp->uu[0]=mp_curl_ratio(mp, cc,rt,lt);
7766   mp->vv[0]=-mp_take_fraction(mp, mp->psi[1],mp->uu[0]); mp->ww[0]=0;
7767 }
7768
7769 @ @<Set up equation for a curl at $\theta_n$...@>=
7770 { cc=left_curl(s); lt=abs(left_tension(s)); rt=abs(right_tension(r));
7771   if ( (rt==unity)&&(lt==unity) )
7772     ff=mp_make_fraction(mp, cc+cc+unity,cc+two);
7773   else 
7774     ff=mp_curl_ratio(mp, cc,lt,rt);
7775   mp->theta[n]=-mp_make_fraction(mp, mp_take_fraction(mp, mp->vv[n-1],ff),
7776     fraction_one-mp_take_fraction(mp, ff,mp->uu[n-1]));
7777   goto FOUND;
7778 }
7779
7780 @ The |curl_ratio| subroutine has three arguments, which our previous notation
7781 encourages us to call $\gamma$, $\alpha^{-1}$, and $\beta^{-1}$. It is
7782 a somewhat tedious program to calculate
7783 $${(3-\alpha)\alpha^2\gamma+\beta^3\over
7784   \alpha^3\gamma+(3-\beta)\beta^2},$$
7785 with the result reduced to 4 if it exceeds 4. (This reduction of curl
7786 is necessary only if the curl and tension are both large.)
7787 The values of $\alpha$ and $\beta$ will be at most~4/3.
7788
7789 @<Declare subroutines needed by |solve_choices|@>=
7790 fraction mp_curl_ratio (MP mp,scaled gamma, scaled a_tension, 
7791                         scaled b_tension) {
7792   fraction alpha,beta,num,denom,ff; /* registers */
7793   alpha=mp_make_fraction(mp, unity,a_tension);
7794   beta=mp_make_fraction(mp, unity,b_tension);
7795   if ( alpha<=beta ) {
7796     ff=mp_make_fraction(mp, alpha,beta); ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff);
7797     gamma=mp_take_fraction(mp, gamma,ff);
7798     beta=beta / 010000; /* convert |fraction| to |scaled| */
7799     denom=mp_take_fraction(mp, gamma,alpha)+three-beta;
7800     num=mp_take_fraction(mp, gamma,fraction_three-alpha)+beta;
7801   } else { 
7802     ff=mp_make_fraction(mp, beta,alpha); ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff);
7803     beta=mp_take_fraction(mp, beta,ff) / 010000; /* convert |fraction| to |scaled| */
7804     denom=mp_take_fraction(mp, gamma,alpha)+(ff / 1365)-beta;
7805       /* $1365\approx 2^{12}/3$ */
7806     num=mp_take_fraction(mp, gamma,fraction_three-alpha)+beta;
7807   }
7808   if ( num>=denom+denom+denom+denom ) return fraction_four;
7809   else return mp_make_fraction(mp, num,denom);
7810 }
7811
7812 @ We're in the home stretch now.
7813
7814 @<Finish choosing angles and assigning control points@>=
7815 for (k=n-1;k>=0;k--) {
7816   mp->theta[k]=mp->vv[k]-mp_take_fraction(mp,mp->theta[k+1],mp->uu[k]);
7817 }
7818 s=p; k=0;
7819 do {  
7820   t=link(s);
7821   mp_n_sin_cos(mp, mp->theta[k]); mp->st=mp->n_sin; mp->ct=mp->n_cos;
7822   mp_n_sin_cos(mp, -mp->psi[k+1]-mp->theta[k+1]); mp->sf=mp->n_sin; mp->cf=mp->n_cos;
7823   mp_set_controls(mp, s,t,k);
7824   incr(k); s=t;
7825 } while (k!=n)
7826
7827 @ The |set_controls| routine actually puts the control points into
7828 a pair of consecutive nodes |p| and~|q|. Global variables are used to
7829 record the values of $\sin\theta$, $\cos\theta$, $\sin\phi$, and
7830 $\cos\phi$ needed in this calculation.
7831
7832 @<Glob...@>=
7833 fraction st;
7834 fraction ct;
7835 fraction sf;
7836 fraction cf; /* sines and cosines */
7837
7838 @ @<Declare subroutines needed by |solve_choices|@>=
7839 void mp_set_controls (MP mp,pointer p, pointer q, integer k) {
7840   fraction rr,ss; /* velocities, divided by thrice the tension */
7841   scaled lt,rt; /* tensions */
7842   fraction sine; /* $\sin(\theta+\phi)$ */
7843   lt=abs(left_tension(q)); rt=abs(right_tension(p));
7844   rr=mp_velocity(mp, mp->st,mp->ct,mp->sf,mp->cf,rt);
7845   ss=mp_velocity(mp, mp->sf,mp->cf,mp->st,mp->ct,lt);
7846   if ( (right_tension(p)<0)||(left_tension(q)<0) ) {
7847     @<Decrease the velocities,
7848       if necessary, to stay inside the bounding triangle@>;
7849   }
7850   right_x(p)=x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, 
7851                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->ct)-
7852                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->st),rr);
7853   right_y(p)=y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, 
7854                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->ct)+
7855                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->st),rr);
7856   left_x(q)=x_coord(q)-mp_take_fraction(mp, 
7857                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->cf)+
7858                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->sf),ss);
7859   left_y(q)=y_coord(q)-mp_take_fraction(mp, 
7860                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->cf)-
7861                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->sf),ss);
7862   right_type(p)=mp_explicit; left_type(q)=mp_explicit;
7863 }
7864
7865 @ The boundedness conditions $\\{rr}\L\sin\phi\,/\sin(\theta+\phi)$ and
7866 $\\{ss}\L\sin\theta\,/\sin(\theta+\phi)$ are to be enforced if $\sin\theta$,
7867 $\sin\phi$, and $\sin(\theta+\phi)$ all have the same sign. Otherwise
7868 there is no ``bounding triangle.''
7869 @:at_least_}{\&{atleast} primitive@>
7870
7871 @<Decrease the velocities, if necessary...@>=
7872 if (((mp->st>=0)&&(mp->sf>=0))||((mp->st<=0)&&(mp->sf<=0)) ) {
7873   sine=mp_take_fraction(mp, abs(mp->st),mp->cf)+
7874                             mp_take_fraction(mp, abs(mp->sf),mp->ct);
7875   if ( sine>0 ) {
7876     sine=mp_take_fraction(mp, sine,fraction_one+unity); /* safety factor */
7877     if ( right_tension(p)<0 )
7878      if ( mp_ab_vs_cd(mp, abs(mp->sf),fraction_one,rr,sine)<0 )
7879       rr=mp_make_fraction(mp, abs(mp->sf),sine);
7880     if ( left_tension(q)<0 )
7881      if ( mp_ab_vs_cd(mp, abs(mp->st),fraction_one,ss,sine)<0 )
7882       ss=mp_make_fraction(mp, abs(mp->st),sine);
7883   }
7884 }
7885
7886 @ Only the simple cases remain to be handled.
7887
7888 @<Reduce to simple case of two givens and |return|@>=
7889
7890   aa=mp_n_arg(mp, mp->delta_x[0],mp->delta_y[0]);
7891   mp_n_sin_cos(mp, right_given(p)-aa); mp->ct=mp->n_cos; mp->st=mp->n_sin;
7892   mp_n_sin_cos(mp, left_given(q)-aa); mp->cf=mp->n_cos; mp->sf=-mp->n_sin;
7893   mp_set_controls(mp, p,q,0); return;
7894 }
7895
7896 @ @<Reduce to simple case of straight line and |return|@>=
7897
7898   right_type(p)=mp_explicit; left_type(q)=mp_explicit;
7899   lt=abs(left_tension(q)); rt=abs(right_tension(p));
7900   if ( rt==unity ) {
7901     if ( mp->delta_x[0]>=0 ) right_x(p)=x_coord(p)+((mp->delta_x[0]+1) / 3);
7902     else right_x(p)=x_coord(p)+((mp->delta_x[0]-1) / 3);
7903     if ( mp->delta_y[0]>=0 ) right_y(p)=y_coord(p)+((mp->delta_y[0]+1) / 3);
7904     else right_y(p)=y_coord(p)+((mp->delta_y[0]-1) / 3);
7905   } else { 
7906     ff=mp_make_fraction(mp, unity,3*rt); /* $\alpha/3$ */
7907     right_x(p)=x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[0],ff);
7908     right_y(p)=y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[0],ff);
7909   }
7910   if ( lt==unity ) {
7911     if ( mp->delta_x[0]>=0 ) left_x(q)=x_coord(q)-((mp->delta_x[0]+1) / 3);
7912     else left_x(q)=x_coord(q)-((mp->delta_x[0]-1) / 3);
7913     if ( mp->delta_y[0]>=0 ) left_y(q)=y_coord(q)-((mp->delta_y[0]+1) / 3);
7914     else left_y(q)=y_coord(q)-((mp->delta_y[0]-1) / 3);
7915   } else  { 
7916     ff=mp_make_fraction(mp, unity,3*lt); /* $\beta/3$ */
7917     left_x(q)=x_coord(q)-mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[0],ff);
7918     left_y(q)=y_coord(q)-mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[0],ff);
7919   }
7920   return;
7921 }
7922
7923 @* \[19] Measuring paths.
7924 \MP's \&{llcorner}, \&{lrcorner}, \&{ulcorner}, and \&{urcorner} operators
7925 allow the user to measure the bounding box of anything that can go into a
7926 picture.  It's easy to get rough bounds on the $x$ and $y$ extent of a path
7927 by just finding the bounding box of the knots and the control points. We
7928 need a more accurate version of the bounding box, but we can still use the
7929 easy estimate to save time by focusing on the interesting parts of the path.
7930
7931 @ Computing an accurate bounding box involves a theme that will come up again
7932 and again. Given a Bernshte{\u\i}n polynomial
7933 @^Bernshte{\u\i}n, Serge{\u\i} Natanovich@>
7934 $$B(z_0,z_1,\ldots,z_n;t)=\sum_k{n\choose k}t^k(1-t)^{n-k}z_k,$$
7935 we can conveniently bisect its range as follows:
7936
7937 \smallskip
7938 \textindent{1)} Let $z_k^{(0)}=z_k$, for |0<=k<=n|.
7939
7940 \smallskip
7941 \textindent{2)} Let $z_k^{(j+1)}={1\over2}(z_k^{(j)}+z\k^{(j)})$, for
7942 |0<=k<n-j|, for |0<=j<n|.
7943
7944 \smallskip\noindent
7945 Then
7946 $$B(z_0,z_1,\ldots,z_n;t)=B(z_0^{(0)},z_0^{(1)},\ldots,z_0^{(n)};2t)
7947  =B(z_0^{(n)},z_1^{(n-1)},\ldots,z_n^{(0)};2t-1).$$
7948 This formula gives us the coefficients of polynomials to use over the ranges
7949 $0\L t\L{1\over2}$ and ${1\over2}\L t\L1$.
7950
7951 @ Now here's a subroutine that's handy for all sorts of path computations:
7952 Given a quadratic polynomial $B(a,b,c;t)$, the |crossing_point| function
7953 returns the unique |fraction| value |t| between 0 and~1 at which
7954 $B(a,b,c;t)$ changes from positive to negative, or returns
7955 |t=fraction_one+1| if no such value exists. If |a<0| (so that $B(a,b,c;t)$
7956 is already negative at |t=0|), |crossing_point| returns the value zero.
7957
7958 @d no_crossing {  return (fraction_one+1); }
7959 @d one_crossing { return fraction_one; }
7960 @d zero_crossing { return 0; }
7961 @d mp_crossing_point(M,A,B,C) mp_do_crossing_point(A,B,C)
7962
7963 @c fraction mp_do_crossing_point (integer a, integer b, integer c) {
7964   integer d; /* recursive counter */
7965   integer x,xx,x0,x1,x2; /* temporary registers for bisection */
7966   if ( a<0 ) zero_crossing;
7967   if ( c>=0 ) { 
7968     if ( b>=0 ) {
7969       if ( c>0 ) { no_crossing; }
7970       else if ( (a==0)&&(b==0) ) { no_crossing;} 
7971       else { one_crossing; } 
7972     }
7973     if ( a==0 ) zero_crossing;
7974   } else if ( a==0 ) {
7975     if ( b<=0 ) zero_crossing;
7976   }
7977   @<Use bisection to find the crossing point, if one exists@>;
7978 }
7979
7980 @ The general bisection method is quite simple when $n=2$, hence
7981 |crossing_point| does not take much time. At each stage in the
7982 recursion we have a subinterval defined by |l| and~|j| such that
7983 $B(a,b,c;2^{-l}(j+t))=B(x_0,x_1,x_2;t)$, and we want to ``zero in'' on
7984 the subinterval where $x_0\G0$ and $\min(x_1,x_2)<0$.
7985
7986 It is convenient for purposes of calculation to combine the values
7987 of |l| and~|j| in a single variable $d=2^l+j$, because the operation
7988 of bisection then corresponds simply to doubling $d$ and possibly
7989 adding~1. Furthermore it proves to be convenient to modify
7990 our previous conventions for bisection slightly, maintaining the
7991 variables $X_0=2^lx_0$, $X_1=2^l(x_0-x_1)$, and $X_2=2^l(x_1-x_2)$.
7992 With these variables the conditions $x_0\ge0$ and $\min(x_1,x_2)<0$ are
7993 equivalent to $\max(X_1,X_1+X_2)>X_0\ge0$.
7994
7995 The following code maintains the invariant relations
7996 $0\L|x0|<\max(|x1|,|x1|+|x2|)$,
7997 $\vert|x1|\vert<2^{30}$, $\vert|x2|\vert<2^{30}$;
7998 it has been constructed in such a way that no arithmetic overflow
7999 will occur if the inputs satisfy
8000 $a<2^{30}$, $\vert a-b\vert<2^{30}$, and $\vert b-c\vert<2^{30}$.
8001
8002 @<Use bisection to find the crossing point...@>=
8003 d=1; x0=a; x1=a-b; x2=b-c;
8004 do {  
8005   x=half(x1+x2);
8006   if ( x1-x0>x0 ) { 
8007     x2=x; x0+=x0; d+=d;  
8008   } else { 
8009     xx=x1+x-x0;
8010     if ( xx>x0 ) { 
8011       x2=x; x0+=x0; d+=d;
8012     }  else { 
8013       x0=x0-xx;
8014       if ( x<=x0 ) { if ( x+x2<=x0 ) no_crossing; }
8015       x1=x; d=d+d+1;
8016     }
8017   }
8018 } while (d<fraction_one);
8019 return (d-fraction_one)
8020
8021 @ Here is a routine that computes the $x$ or $y$ coordinate of the point on
8022 a cubic corresponding to the |fraction| value~|t|.
8023
8024 It is convenient to define a \.{WEB} macro |t_of_the_way| such that
8025 |t_of_the_way(a,b)| expands to |a-(a-b)*t|, i.e., to |t[a,b]|.
8026
8027 @d t_of_the_way(A,B) ((A)-mp_take_fraction(mp,((A)-(B)),t))
8028
8029 @c scaled mp_eval_cubic (MP mp,pointer p, pointer q, fraction t) {
8030   scaled x1,x2,x3; /* intermediate values */
8031   x1=t_of_the_way(knot_coord(p),right_coord(p));
8032   x2=t_of_the_way(right_coord(p),left_coord(q));
8033   x3=t_of_the_way(left_coord(q),knot_coord(q));
8034   x1=t_of_the_way(x1,x2);
8035   x2=t_of_the_way(x2,x3);
8036   return t_of_the_way(x1,x2);
8037 }
8038
8039 @ The actual bounding box information is stored in global variables.
8040 Since it is convenient to address the $x$ and $y$ information
8041 separately, we define arrays indexed by |x_code..y_code| and use
8042 macros to give them more convenient names.
8043
8044 @<Types...@>=
8045 enum mp_bb_code  {
8046   mp_x_code=0, /* index for |minx| and |maxx| */
8047   mp_y_code /* index for |miny| and |maxy| */
8048 } ;
8049
8050
8051 @d minx mp->bbmin[mp_x_code]
8052 @d maxx mp->bbmax[mp_x_code]
8053 @d miny mp->bbmin[mp_y_code]
8054 @d maxy mp->bbmax[mp_y_code]
8055
8056 @<Glob...@>=
8057 scaled bbmin[mp_y_code+1];
8058 scaled bbmax[mp_y_code+1]; 
8059 /* the result of procedures that compute bounding box information */
8060
8061 @ Now we're ready for the key part of the bounding box computation.
8062 The |bound_cubic| procedure updates |bbmin[c]| and |bbmax[c]| based on
8063 $$B(\hbox{|knot_coord(p)|}, \hbox{|right_coord(p)|},
8064     \hbox{|left_coord(q)|}, \hbox{|knot_coord(q)|};t)
8065 $$
8066 for $0<t\le1$.  In other words, the procedure adjusts the bounds to
8067 accommodate |knot_coord(q)| and any extremes over the range $0<t<1$.
8068 The |c| parameter is |x_code| or |y_code|.
8069
8070 @c void mp_bound_cubic (MP mp,pointer p, pointer q, small_number c) {
8071   boolean wavy; /* whether we need to look for extremes */
8072   scaled del1,del2,del3,del,dmax; /* proportional to the control
8073      points of a quadratic derived from a cubic */
8074   fraction t,tt; /* where a quadratic crosses zero */
8075   scaled x; /* a value that |bbmin[c]| and |bbmax[c]| must accommodate */
8076   x=knot_coord(q);
8077   @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>;
8078   @<Check the control points against the bounding box and set |wavy:=true|
8079     if any of them lie outside@>;
8080   if ( wavy ) {
8081     del1=right_coord(p)-knot_coord(p);
8082     del2=left_coord(q)-right_coord(p);
8083     del3=knot_coord(q)-left_coord(q);
8084     @<Scale up |del1|, |del2|, and |del3| for greater accuracy;
8085       also set |del| to the first nonzero element of |(del1,del2,del3)|@>;
8086     if ( del<0 ) {
8087       negate(del1); negate(del2); negate(del3);
8088     };
8089     t=mp_crossing_point(mp, del1,del2,del3);
8090     if ( t<fraction_one ) {
8091       @<Test the extremes of the cubic against the bounding box@>;
8092     }
8093   }
8094 }
8095
8096 @ @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>=
8097 if ( x<mp->bbmin[c] ) mp->bbmin[c]=x;
8098 if ( x>mp->bbmax[c] ) mp->bbmax[c]=x
8099
8100 @ @<Check the control points against the bounding box and set...@>=
8101 wavy=true;
8102 if ( mp->bbmin[c]<=right_coord(p) )
8103   if ( right_coord(p)<=mp->bbmax[c] )
8104     if ( mp->bbmin[c]<=left_coord(q) )
8105       if ( left_coord(q)<=mp->bbmax[c] )
8106         wavy=false
8107
8108 @ If |del1=del2=del3=0|, it's impossible to obey the title of this
8109 section. We just set |del=0| in that case.
8110
8111 @<Scale up |del1|, |del2|, and |del3| for greater accuracy...@>=
8112 if ( del1!=0 ) del=del1;
8113 else if ( del2!=0 ) del=del2;
8114 else del=del3;
8115 if ( del!=0 ) {
8116   dmax=abs(del1);
8117   if ( abs(del2)>dmax ) dmax=abs(del2);
8118   if ( abs(del3)>dmax ) dmax=abs(del3);
8119   while ( dmax<fraction_half ) {
8120     dmax+=dmax; del1+=del1; del2+=del2; del3+=del3;
8121   }
8122 }
8123
8124 @ Since |crossing_point| has tried to choose |t| so that
8125 $B(|del1|,|del2|,|del3|;\tau)$ crosses zero at $\tau=|t|$ with negative
8126 slope, the value of |del2| computed below should not be positive.
8127 But rounding error could make it slightly positive in which case we
8128 must cut it to zero to avoid confusion.
8129
8130 @<Test the extremes of the cubic against the bounding box@>=
8131
8132   x=mp_eval_cubic(mp, p,q,t);
8133   @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>;
8134   del2=t_of_the_way(del2,del3);
8135     /* now |0,del2,del3| represent the derivative on the remaining interval */
8136   if ( del2>0 ) del2=0;
8137   tt=mp_crossing_point(mp, 0,-del2,-del3);
8138   if ( tt<fraction_one ) {
8139     @<Test the second extreme against the bounding box@>;
8140   }
8141 }
8142
8143 @ @<Test the second extreme against the bounding box@>=
8144 {
8145    x=mp_eval_cubic(mp, p,q,t_of_the_way(tt,fraction_one));
8146   @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>;
8147 }
8148
8149 @ Finding the bounding box of a path is basically a matter of applying
8150 |bound_cubic| twice for each pair of adjacent knots.
8151
8152 @c void mp_path_bbox (MP mp,pointer h) {
8153   pointer p,q; /* a pair of adjacent knots */
8154    minx=x_coord(h); miny=y_coord(h);
8155   maxx=minx; maxy=miny;
8156   p=h;
8157   do {  
8158     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) return;
8159     q=link(p);
8160     mp_bound_cubic(mp, x_loc(p),x_loc(q),mp_x_code);
8161     mp_bound_cubic(mp, y_loc(p),y_loc(q),mp_y_code);
8162     p=q;
8163   } while (p!=h);
8164 }
8165
8166 @ Another important way to measure a path is to find its arc length.  This
8167 is best done by using the general bisection algorithm to subdivide the path
8168 until obtaining ``well behaved'' subpaths whose arc lengths can be approximated
8169 by simple means.
8170
8171 Since the arc length is the integral with respect to time of the magnitude of
8172 the velocity, it is natural to use Simpson's rule for the approximation.
8173 @^Simpson's rule@>
8174 If $\dot B(t)$ is the spline velocity, Simpson's rule gives
8175 $$ \vb\dot B(0)\vb + 4\vb\dot B({1\over2})\vb + \vb\dot B(1)\vb \over 6 $$
8176 for the arc length of a path of length~1.  For a cubic spline
8177 $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$, the time derivative $\dot B(t)$ is
8178 $3B(dz_0,dz_1,dz_2;t)$, where $dz_i=z_{i+1}-z_i$.  Hence the arc length
8179 approximation is
8180 $$ {\vb dz_0\vb \over 2} + 2\vb dz_{02}\vb + {\vb dz_2\vb \over 2}, $$
8181 where
8182 $$ dz_{02}={1\over2}\left({dz_0+dz_1\over 2}+{dz_1+dz_2\over 2}\right)$$
8183 is the result of the bisection algorithm.
8184
8185 @ The remaining problem is how to decide when a subpath is ``well behaved.''
8186 This could be done via the theoretical error bound for Simpson's rule,
8187 @^Simpson's rule@>
8188 but this is impractical because it requires an estimate of the fourth
8189 derivative of the quantity being integrated.  It is much easier to just perform
8190 a bisection step and see how much the arc length estimate changes.  Since the
8191 error for Simpson's rule is proportional to the fourth power of the sample
8192 spacing, the remaining error is typically about $1\over16$ of the amount of
8193 the change.  We say ``typically'' because the error has a pseudo-random behavior
8194 that could cause the two estimates to agree when each contain large errors.
8195
8196 To protect against disasters such as undetected cusps, the bisection process
8197 should always continue until all the $dz_i$ vectors belong to a single
8198 $90^\circ$ sector.  This ensures that no point on the spline can have velocity
8199 less than 70\% of the minimum of $\vb dz_0\vb$, $\vb dz_1\vb$ and $\vb dz_2\vb$.
8200 If such a spline happens to produce an erroneous arc length estimate that
8201 is little changed by bisection, the amount of the error is likely to be fairly
8202 small.  We will try to arrange things so that freak accidents of this type do
8203 not destroy the inverse relationship between the \&{arclength} and
8204 \&{arctime} operations.
8205 @:arclength_}{\&{arclength} primitive@>
8206 @:arctime_}{\&{arctime} primitive@>
8207
8208 @ The \&{arclength} and \&{arctime} operations are both based on a recursive
8209 @^recursion@>
8210 function that finds the arc length of a cubic spline given $dz_0$, $dz_1$,
8211 $dz_2$. This |arc_test| routine also takes an arc length goal |a_goal| and
8212 returns the time when the arc length reaches |a_goal| if there is such a time.
8213 Thus the return value is either an arc length less than |a_goal| or, if the
8214 arc length would be at least |a_goal|, it returns a time value decreased by
8215 |two|.  This allows the caller to use the sign of the result to distinguish
8216 between arc lengths and time values.  On certain types of overflow, it is
8217 possible for |a_goal| and the result of |arc_test| both to be |el_gordo|.
8218 Otherwise, the result is always less than |a_goal|.
8219
8220 Rather than halving the control point coordinates on each recursive call to
8221 |arc_test|, it is better to keep them proportional to velocity on the original
8222 curve and halve the results instead.  This means that recursive calls can
8223 potentially use larger error tolerances in their arc length estimates.  How
8224 much larger depends on to what extent the errors behave as though they are
8225 independent of each other.  To save computing time, we use optimistic assumptions
8226 and increase the tolerance by a factor of about $\sqrt2$ for each recursive
8227 call.
8228
8229 In addition to the tolerance parameter, |arc_test| should also have parameters
8230 for ${1\over3}\vb\dot B(0)\vb$, ${2\over3}\vb\dot B({1\over2})\vb$, and
8231 ${1\over3}\vb\dot B(1)\vb$.  These quantities are relatively expensive to compute
8232 and they are needed in different instances of |arc_test|.
8233
8234 @c @t\4@>@<Declare subroutines needed by |arc_test|@>;
8235 scaled mp_arc_test (MP mp, scaled dx0, scaled dy0, scaled dx1, scaled dy1, 
8236                     scaled dx2, scaled dy2, scaled  v0, scaled v02, 
8237                     scaled v2, scaled a_goal, scaled tol) {
8238   boolean simple; /* are the control points confined to a $90^\circ$ sector? */
8239   scaled dx01, dy01, dx12, dy12, dx02, dy02;  /* bisection results */
8240   scaled v002, v022;
8241     /* twice the velocity magnitudes at $t={1\over4}$ and $t={3\over4}$ */
8242   scaled arc; /* best arc length estimate before recursion */
8243   @<Other local variables in |arc_test|@>;
8244   @<Bisect the B\'ezier quadratic given by |dx0|, |dy0|, |dx1|, |dy1|,
8245     |dx2|, |dy2|@>;
8246   @<Initialize |v002|, |v022|, and the arc length estimate |arc|; if it overflows
8247     set |arc_test| and |return|@>;
8248   @<Test if the control points are confined to one quadrant or rotating them
8249     $45^\circ$ would put them in one quadrant.  Then set |simple| appropriately@>;
8250   if ( simple && (abs(arc-v02-halfp(v0+v2)) <= tol) ) {
8251     if ( arc < a_goal ) {
8252       return arc;
8253     } else {
8254        @<Estimate when the arc length reaches |a_goal| and set |arc_test| to
8255          that time minus |two|@>;
8256     }
8257   } else {
8258     @<Use one or two recursive calls to compute the |arc_test| function@>;
8259   }
8260 }
8261
8262 @ The |tol| value should by multiplied by $\sqrt 2$ before making recursive
8263 calls, but $1.5$ is an adequate approximation.  It is best to avoid using
8264 |make_fraction| in this inner loop.
8265 @^inner loop@>
8266
8267 @<Use one or two recursive calls to compute the |arc_test| function@>=
8268
8269   @<Set |a_new| and |a_aux| so their sum is |2*a_goal| and |a_new| is as
8270     large as possible@>;
8271   tol = tol + halfp(tol);
8272   a = mp_arc_test(mp, dx0,dy0, dx01,dy01, dx02,dy02, v0, v002, 
8273                   halfp(v02), a_new, tol);
8274   if ( a<0 )  {
8275      return (-halfp(two-a));
8276   } else { 
8277     @<Update |a_new| to reduce |a_new+a_aux| by |a|@>;
8278     b = mp_arc_test(mp, dx02,dy02, dx12,dy12, dx2,dy2,
8279                     halfp(v02), v022, v2, a_new, tol);
8280     if ( b<0 )  
8281       return (-halfp(-b) - half_unit);
8282     else  
8283       return (a + half(b-a));
8284   }
8285 }
8286
8287 @ @<Other local variables in |arc_test|@>=
8288 scaled a,b; /* results of recursive calls */
8289 scaled a_new,a_aux; /* the sum of these gives the |a_goal| */
8290
8291 @ @<Set |a_new| and |a_aux| so their sum is |2*a_goal| and |a_new| is...@>=
8292 a_aux = el_gordo - a_goal;
8293 if ( a_goal > a_aux ) {
8294   a_aux = a_goal - a_aux;
8295   a_new = el_gordo;
8296 } else { 
8297   a_new = a_goal + a_goal;
8298   a_aux = 0;
8299 }
8300
8301 @ There is no need to maintain |a_aux| at this point so we use it as a temporary
8302 to force the additions and subtractions to be done in an order that avoids
8303 overflow.
8304
8305 @<Update |a_new| to reduce |a_new+a_aux| by |a|@>=
8306 if ( a > a_aux ) {
8307   a_aux = a_aux - a;
8308   a_new = a_new + a_aux;
8309 }
8310
8311 @ This code assumes all {\it dx} and {\it dy} variables have magnitude less than
8312 |fraction_four|.  To simplify the rest of the |arc_test| routine, we strengthen
8313 this assumption by requiring the norm of each $({\it dx},{\it dy})$ pair to obey
8314 this bound.  Note that recursive calls will maintain this invariant.
8315
8316 @<Bisect the B\'ezier quadratic given by |dx0|, |dy0|, |dx1|, |dy1|,...@>=
8317 dx01 = half(dx0 + dx1);
8318 dx12 = half(dx1 + dx2);
8319 dx02 = half(dx01 + dx12);
8320 dy01 = half(dy0 + dy1);
8321 dy12 = half(dy1 + dy2);
8322 dy02 = half(dy01 + dy12)
8323
8324 @ We should be careful to keep |arc<el_gordo| so that calling |arc_test| with
8325 |a_goal=el_gordo| is guaranteed to yield the arc length.
8326
8327 @<Initialize |v002|, |v022|, and the arc length estimate |arc|;...@>=
8328 v002 = mp_pyth_add(mp, dx01+half(dx0+dx02), dy01+half(dy0+dy02));
8329 v022 = mp_pyth_add(mp, dx12+half(dx02+dx2), dy12+half(dy02+dy2));
8330 tmp = halfp(v02+2);
8331 arc1 = v002 + half(halfp(v0+tmp) - v002);
8332 arc = v022 + half(halfp(v2+tmp) - v022);
8333 if ( (arc < el_gordo-arc1) )  {
8334   arc = arc+arc1;
8335 } else { 
8336   mp->arith_error = true;
8337   if ( a_goal==el_gordo )  return (el_gordo);
8338   else return (-two);
8339 }
8340
8341 @ @<Other local variables in |arc_test|@>=
8342 scaled tmp, tmp2; /* all purpose temporary registers */
8343 scaled arc1; /* arc length estimate for the first half */
8344
8345 @ @<Test if the control points are confined to one quadrant or rotating...@>=
8346 simple = ((dx0>=0) && (dx1>=0) && (dx2>=0)) ||
8347          ((dx0<=0) && (dx1<=0) && (dx2<=0));
8348 if ( simple )
8349   simple = ((dy0>=0) && (dy1>=0) && (dy2>=0)) ||
8350            ((dy0<=0) && (dy1<=0) && (dy2<=0));
8351 if ( ! simple ) {
8352   simple = ((dx0>=dy0) && (dx1>=dy1) && (dx2>=dy2)) ||
8353            ((dx0<=dy0) && (dx1<=dy1) && (dx2<=dy2));
8354   if ( simple ) 
8355     simple = ((-dx0>=dy0) && (-dx1>=dy1) && (-dx2>=dy2)) ||
8356              ((-dx0<=dy0) && (-dx1<=dy1) && (-dx2<=dy2));
8357 }
8358
8359 @ Since Simpson's rule is based on approximating the integrand by a parabola,
8360 @^Simpson's rule@>
8361 it is appropriate to use the same approximation to decide when the integral
8362 reaches the intermediate value |a_goal|.  At this point
8363 $$\eqalign{
8364     {\vb\dot B(0)\vb\over 3} &= \hbox{|v0|}, \qquad
8365     {\vb\dot B({1\over4})\vb\over 3} = {\hbox{|v002|}\over 2}, \qquad
8366     {\vb\dot B({1\over2})\vb\over 3} = {\hbox{|v02|}\over 2}, \cr
8367     {\vb\dot B({3\over4})\vb\over 3} &= {\hbox{|v022|}\over 2}, \qquad
8368     {\vb\dot B(1)\vb\over 3} = \hbox{|v2|} \cr
8369 }
8370 $$
8371 and
8372 $$ {\vb\dot B(t)\vb\over 3} \approx
8373   \cases{B\left(\hbox{|v0|},
8374       \hbox{|v002|}-{1\over 2}\hbox{|v0|}-{1\over 4}\hbox{|v02|},
8375       {1\over 2}\hbox{|v02|}; 2t \right)&
8376     if $t\le{1\over 2}$\cr
8377   B\left({1\over 2}\hbox{|v02|},
8378       \hbox{|v022|}-{1\over 4}\hbox{|v02|}-{1\over 2}\hbox{|v2|},
8379       \hbox{|v2|}; 2t-1 \right)&
8380     if $t\ge{1\over 2}$.\cr}
8381  \eqno (*)
8382 $$
8383 We can integrate $\vb\dot B(t)\vb$ by using
8384 $$\int 3B(a,b,c;\tau)\,dt =
8385   {B(0,a,a+b,a+b+c;\tau) + {\rm constant} \over {d\tau\over dt}}.
8386 $$
8387
8388 This construction allows us to find the time when the arc length reaches
8389 |a_goal| by solving a cubic equation of the form
8390 $$ B(0,a,a+b,a+b+c;\tau) = x, $$
8391 where $\tau$ is $2t$ or $2t+1$, $x$ is |a_goal| or |a_goal-arc1|, and $a$, $b$,
8392 and $c$ are the Bernshte{\u\i}n coefficients from $(*)$ divided by
8393 @^Bernshte{\u\i}n, Serge{\u\i} Natanovich@>
8394 $d\tau\over dt$.  We shall define a function |solve_rising_cubic| that finds
8395 $\tau$ given $a$, $b$, $c$, and $x$.
8396
8397 @<Estimate when the arc length reaches |a_goal| and set |arc_test| to...@>=
8398
8399   tmp = (v02 + 2) / 4;
8400   if ( a_goal<=arc1 ) {
8401     tmp2 = halfp(v0);
8402     return 
8403       (halfp(mp_solve_rising_cubic(mp, tmp2, arc1-tmp2-tmp, tmp, a_goal))- two);
8404   } else { 
8405     tmp2 = halfp(v2);
8406     return ((half_unit - two) +
8407       halfp(mp_solve_rising_cubic(mp, tmp, arc-arc1-tmp-tmp2, tmp2, a_goal-arc1)));
8408   }
8409 }
8410
8411 @ Here is the |solve_rising_cubic| routine that finds the time~$t$ when
8412 $$ B(0, a, a+b, a+b+c; t) = x. $$
8413 This routine is based on |crossing_point| but is simplified by the
8414 assumptions that $B(a,b,c;t)\ge0$ for $0\le t\le1$ and that |0<=x<=a+b+c|.
8415 If rounding error causes this condition to be violated slightly, we just ignore
8416 it and proceed with binary search.  This finds a time when the function value
8417 reaches |x| and the slope is positive.
8418
8419 @<Declare subroutines needed by |arc_test|@>=
8420 scaled mp_solve_rising_cubic (MP mp,scaled a, scaled b,  scaled c, scaled x) {
8421   scaled ab, bc, ac; /* bisection results */
8422   integer t; /* $2^k+q$ where unscaled answer is in $[q2^{-k},(q+1)2^{-k})$ */
8423   integer xx; /* temporary for updating |x| */
8424   if ( (a<0) || (c<0) ) mp_confusion(mp, "rising?");
8425 @:this can't happen rising?}{\quad rising?@>
8426   if ( x<=0 ) {
8427         return 0;
8428   } else if ( x >= a+b+c ) {
8429     return unity;
8430   } else { 
8431     t = 1;
8432     @<Rescale if necessary to make sure |a|, |b|, and |c| are all less than
8433       |el_gordo div 3|@>;
8434     do {  
8435       t+=t;
8436       @<Subdivide the B\'ezier quadratic defined by |a|, |b|, |c|@>;
8437       xx = x - a - ab - ac;
8438       if ( xx < -x ) { x+=x; b=ab; c=ac;  }
8439       else { x = x + xx;  a=ac; b=mp->bc; t = t+1; };
8440     } while (t < unity);
8441     return (t - unity);
8442   }
8443 }
8444
8445 @ @<Subdivide the B\'ezier quadratic defined by |a|, |b|, |c|@>=
8446 ab = half(a+b);
8447 bc = half(b+c);
8448 ac = half(ab+bc)
8449
8450 @ @d one_third_el_gordo 05252525252 /* upper bound on |a|, |b|, and |c| */
8451
8452 @<Rescale if necessary to make sure |a|, |b|, and |c| are all less than...@>=
8453 while ((a>one_third_el_gordo)||(b>one_third_el_gordo)||(c>one_third_el_gordo)) { 
8454   a = halfp(a);
8455   b = half(b);
8456   c = halfp(c);
8457   x = halfp(x);
8458 }
8459
8460 @ It is convenient to have a simpler interface to |arc_test| that requires no
8461 unnecessary arguments and ensures that each $({\it dx},{\it dy})$ pair has
8462 length less than |fraction_four|.
8463
8464 @d arc_tol   16  /* quit when change in arc length estimate reaches this */
8465
8466 @c scaled mp_do_arc_test (MP mp,scaled dx0, scaled dy0, scaled dx1, 
8467                           scaled dy1, scaled dx2, scaled dy2, scaled a_goal) {
8468   scaled v0,v1,v2; /* length of each $({\it dx},{\it dy})$ pair */
8469   scaled v02; /* twice the norm of the quadratic at $t={1\over2}$ */
8470   v0 = mp_pyth_add(mp, dx0,dy0);
8471   v1 = mp_pyth_add(mp, dx1,dy1);
8472   v2 = mp_pyth_add(mp, dx2,dy2);
8473   if ( (v0>=fraction_four) || (v1>=fraction_four) || (v2>=fraction_four) ) { 
8474     mp->arith_error = true;
8475     if ( a_goal==el_gordo )  return el_gordo;
8476     else return (-two);
8477   } else { 
8478     v02 = mp_pyth_add(mp, dx1+half(dx0+dx2), dy1+half(dy0+dy2));
8479     return (mp_arc_test(mp, dx0,dy0, dx1,dy1, dx2,dy2,
8480                                  v0, v02, v2, a_goal, arc_tol));
8481   }
8482 }
8483
8484 @ Now it is easy to find the arc length of an entire path.
8485
8486 @c scaled mp_get_arc_length (MP mp,pointer h) {
8487   pointer p,q; /* for traversing the path */
8488   scaled a,a_tot; /* current and total arc lengths */
8489   a_tot = 0;
8490   p = h;
8491   while ( right_type(p)!=mp_endpoint ){ 
8492     q = link(p);
8493     a = mp_do_arc_test(mp, right_x(p)-x_coord(p), right_y(p)-y_coord(p),
8494       left_x(q)-right_x(p), left_y(q)-right_y(p),
8495       x_coord(q)-left_x(q), y_coord(q)-left_y(q), el_gordo);
8496     a_tot = mp_slow_add(mp, a, a_tot);
8497     if ( q==h ) break;  else p=q;
8498   }
8499   check_arith;
8500   return a_tot;
8501 }
8502
8503 @ The inverse operation of finding the time on a path~|h| when the arc length
8504 reaches some value |arc0| can also be accomplished via |do_arc_test|.  Some care
8505 is required to handle very large times or negative times on cyclic paths.  For
8506 non-cyclic paths, |arc0| values that are negative or too large cause
8507 |get_arc_time| to return 0 or the length of path~|h|.
8508
8509 If |arc0| is greater than the arc length of a cyclic path~|h|, the result is a
8510 time value greater than the length of the path.  Since it could be much greater,
8511 we must be prepared to compute the arc length of path~|h| and divide this into
8512 |arc0| to find how many multiples of the length of path~|h| to add.
8513
8514 @c scaled mp_get_arc_time (MP mp,pointer h, scaled  arc0) {
8515   pointer p,q; /* for traversing the path */
8516   scaled t_tot; /* accumulator for the result */
8517   scaled t; /* the result of |do_arc_test| */
8518   scaled arc; /* portion of |arc0| not used up so far */
8519   integer n; /* number of extra times to go around the cycle */
8520   if ( arc0<0 ) {
8521     @<Deal with a negative |arc0| value and |return|@>;
8522   }
8523   if ( arc0==el_gordo ) decr(arc0);
8524   t_tot = 0;
8525   arc = arc0;
8526   p = h;
8527   while ( (right_type(p)!=mp_endpoint) && (arc>0) ) {
8528     q = link(p);
8529     t = mp_do_arc_test(mp, right_x(p)-x_coord(p), right_y(p)-y_coord(p),
8530       left_x(q)-right_x(p), left_y(q)-right_y(p),
8531       x_coord(q)-left_x(q), y_coord(q)-left_y(q), arc);
8532     @<Update |arc| and |t_tot| after |do_arc_test| has just returned |t|@>;
8533     if ( q==h ) {
8534       @<Update |t_tot| and |arc| to avoid going around the cyclic
8535         path too many times but set |arith_error:=true| and |goto done| on
8536         overflow@>;
8537     }
8538     p = q;
8539   }
8540   check_arith;
8541   return t_tot;
8542 }
8543
8544 @ @<Update |arc| and |t_tot| after |do_arc_test| has just returned |t|@>=
8545 if ( t<0 ) { t_tot = t_tot + t + two;  arc = 0;  }
8546 else { t_tot = t_tot + unity;  arc = arc - t;  }
8547
8548 @ @<Deal with a negative |arc0| value and |return|@>=
8549
8550   if ( left_type(h)==mp_endpoint ) {
8551     t_tot=0;
8552   } else { 
8553     p = mp_htap_ypoc(mp, h);
8554     t_tot = -mp_get_arc_time(mp, p, -arc0);
8555     mp_toss_knot_list(mp, p);
8556   }
8557   check_arith;
8558   return t_tot;
8559 }
8560
8561 @ @<Update |t_tot| and |arc| to avoid going around the cyclic...@>=
8562 if ( arc>0 ) { 
8563   n = arc / (arc0 - arc);
8564   arc = arc - n*(arc0 - arc);
8565   if ( t_tot > el_gordo / (n+1) ) { 
8566     mp->arith_error = true;
8567     t_tot = el_gordo;
8568     break;
8569   }
8570   t_tot = (n + 1)*t_tot;
8571 }
8572
8573 @* \[20] Data structures for pens.
8574 A Pen in \MP\ can be either elliptical or polygonal.  Elliptical pens result
8575 in \ps\ \&{stroke} commands, while anything drawn with a polygonal pen is
8576 @:stroke}{\&{stroke} command@>
8577 converted into an area fill as described in the next part of this program.
8578 The mathematics behind this process is based on simple aspects of the theory
8579 of tracings developed by Leo Guibas, Lyle Ramshaw, and Jorge Stolfi
8580 [``A kinematic framework for computational geometry,'' Proc.\ IEEE Symp.\
8581 Foundations of Computer Science {\bf 24} (1983), 100--111].
8582
8583 Polygonal pens are created from paths via \MP's \&{makepen} primitive.
8584 @:makepen_}{\&{makepen} primitive@>
8585 This path representation is almost sufficient for our purposes except that
8586 a pen path should always be a convex polygon with the vertices in
8587 counter-clockwise order.
8588 Since we will need to scan pen polygons both forward and backward, a pen
8589 should be represented as a doubly linked ring of knot nodes.  There is
8590 room for the extra back pointer because we do not need the
8591 |left_type| or |right_type| fields.  In fact, we don't need the |left_x|,
8592 |left_y|, |right_x|, or |right_y| fields either but we leave these alone
8593 so that certain procedures can operate on both pens and paths.  In particular,
8594 pens can be copied using |copy_path| and recycled using |toss_knot_list|.
8595
8596 @d knil info
8597   /* this replaces the |left_type| and |right_type| fields in a pen knot */
8598
8599 @ The |make_pen| procedure turns a path into a pen by initializing
8600 the |knil| pointers and making sure the knots form a convex polygon.
8601 Thus each cubic in the given path becomes a straight line and the control
8602 points are ignored.  If the path is not cyclic, the ends are connected by a
8603 straight line.
8604
8605 @d copy_pen(A) mp_make_pen(mp, mp_copy_path(mp, (A)),false)
8606
8607 @c @<Declare a function called |convex_hull|@>;
8608 pointer mp_make_pen (MP mp,pointer h, boolean need_hull) {
8609   pointer p,q; /* two consecutive knots */
8610   q=h;
8611   do {  
8612     p=q; q=link(q);
8613     knil(q)=p;
8614   } while (q!=h);
8615   if ( need_hull ){ 
8616     h=mp_convex_hull(mp, h);
8617     @<Make sure |h| isn't confused with an elliptical pen@>;
8618   }
8619   return h;
8620 }
8621
8622 @ The only information required about an elliptical pen is the overall
8623 transformation that has been applied to the original \&{pencircle}.
8624 @:pencircle_}{\&{pencircle} primitive@>
8625 Since it suffices to keep track of how the three points $(0,0)$, $(1,0)$,
8626 and $(0,1)$ are transformed, an elliptical pen can be stored in a single
8627 knot node and transformed as if it were a path.
8628
8629 @d pen_is_elliptical(A) ((A)==link((A)))
8630
8631 @c pointer mp_get_pen_circle (MP mp,scaled diam) {
8632   pointer h; /* the knot node to return */
8633   h=mp_get_node(mp, knot_node_size);
8634   link(h)=h; knil(h)=h;
8635   originator(h)=mp_program_code;
8636   x_coord(h)=0; y_coord(h)=0;
8637   left_x(h)=diam; left_y(h)=0;
8638   right_x(h)=0; right_y(h)=diam;
8639   return h;
8640 }
8641
8642 @ If the polygon being returned by |make_pen| has only one vertex, it will
8643 be interpreted as an elliptical pen.  This is no problem since a degenerate
8644 polygon can equally well be thought of as a degenerate ellipse.  We need only
8645 initialize the |left_x|, |left_y|, |right_x|, and |right_y| fields.
8646
8647 @<Make sure |h| isn't confused with an elliptical pen@>=
8648 if ( pen_is_elliptical( h) ){ 
8649   left_x(h)=x_coord(h); left_y(h)=y_coord(h);
8650   right_x(h)=x_coord(h); right_y(h)=y_coord(h);
8651 }
8652
8653 @ We have to cheat a little here but most operations on pens only use
8654 the first three words in each knot node.
8655 @^data structure assumptions@>
8656
8657 @<Initialize a pen at |test_pen| so that it fits in nine words@>=
8658 x_coord(test_pen)=-half_unit;
8659 y_coord(test_pen)=0;
8660 x_coord(test_pen+3)=half_unit;
8661 y_coord(test_pen+3)=0;
8662 x_coord(test_pen+6)=0;
8663 y_coord(test_pen+6)=unity;
8664 link(test_pen)=test_pen+3;
8665 link(test_pen+3)=test_pen+6;
8666 link(test_pen+6)=test_pen;
8667 knil(test_pen)=test_pen+6;
8668 knil(test_pen+3)=test_pen;
8669 knil(test_pen+6)=test_pen+3
8670
8671 @ Printing a polygonal pen is very much like printing a path
8672
8673 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
8674 void mp_pr_pen (MP mp,pointer h) {
8675   pointer p,q; /* for list traversal */
8676   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8677     @<Print the elliptical pen |h|@>;
8678   } else { 
8679     p=h;
8680     do {  
8681       mp_print_two(mp, x_coord(p),y_coord(p));
8682       mp_print_nl(mp, " .. ");
8683       @<Advance |p| making sure the links are OK and |return| if there is
8684         a problem@>;
8685      } while (p!=h);
8686      mp_print(mp, "cycle");
8687   }
8688 }
8689
8690 @ @<Advance |p| making sure the links are OK and |return| if there is...@>=
8691 q=link(p);
8692 if ( (q==null) || (knil(q)!=p) ) { 
8693   mp_print_nl(mp, "???"); return; /* this won't happen */
8694 @.???@>
8695 }
8696 p=q
8697
8698 @ @<Print the elliptical pen |h|@>=
8699
8700 mp_print(mp, "pencircle transformed (");
8701 mp_print_scaled(mp, x_coord(h));
8702 mp_print_char(mp, ',');
8703 mp_print_scaled(mp, y_coord(h));
8704 mp_print_char(mp, ',');
8705 mp_print_scaled(mp, left_x(h)-x_coord(h));
8706 mp_print_char(mp, ',');
8707 mp_print_scaled(mp, right_x(h)-x_coord(h));
8708 mp_print_char(mp, ',');
8709 mp_print_scaled(mp, left_y(h)-y_coord(h));
8710 mp_print_char(mp, ',');
8711 mp_print_scaled(mp, right_y(h)-y_coord(h));
8712 mp_print_char(mp, ')');
8713 }
8714
8715 @ Here us another version of |pr_pen| that prints the pen as a diagnostic
8716 message.
8717
8718 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
8719 void mp_print_pen (MP mp,pointer h, char *s, boolean nuline) { 
8720   mp_print_diagnostic(mp, "Pen",s,nuline); mp_print_ln(mp);
8721 @.Pen at line...@>
8722   mp_pr_pen(mp, h);
8723   mp_end_diagnostic(mp, true);
8724 }
8725
8726 @ Making a polygonal pen into a path involves restoring the |left_type| and
8727 |right_type| fields and setting the control points so as to make a polygonal
8728 path.
8729
8730 @c 
8731 void mp_make_path (MP mp,pointer h) {
8732   pointer p; /* for traversing the knot list */
8733   small_number k; /* a loop counter */
8734   @<Other local variables in |make_path|@>;
8735   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8736     @<Make the elliptical pen |h| into a path@>;
8737   } else { 
8738     p=h;
8739     do {  
8740       left_type(p)=mp_explicit;
8741       right_type(p)=mp_explicit;
8742       @<copy the coordinates of knot |p| into its control points@>;
8743        p=link(p);
8744     } while (p!=h);
8745   }
8746 }
8747
8748 @ @<copy the coordinates of knot |p| into its control points@>=
8749 left_x(p)=x_coord(p);
8750 left_y(p)=y_coord(p);
8751 right_x(p)=x_coord(p);
8752 right_y(p)=y_coord(p)
8753
8754 @ We need an eight knot path to get a good approximation to an ellipse.
8755
8756 @<Make the elliptical pen |h| into a path@>=
8757
8758   @<Extract the transformation parameters from the elliptical pen~|h|@>;
8759   p=h;
8760   for (k=0;k<=7;k++ ) { 
8761     @<Initialize |p| as the |k|th knot of a circle of unit diameter,
8762       transforming it appropriately@>;
8763     if ( k==7 ) link(p)=h;  else link(p)=mp_get_node(mp, knot_node_size);
8764     p=link(p);
8765   }
8766 }
8767
8768 @ @<Extract the transformation parameters from the elliptical pen~|h|@>=
8769 center_x=x_coord(h);
8770 center_y=y_coord(h);
8771 width_x=left_x(h)-center_x;
8772 width_y=left_y(h)-center_y;
8773 height_x=right_x(h)-center_x;
8774 height_y=right_y(h)-center_y
8775
8776 @ @<Other local variables in |make_path|@>=
8777 scaled center_x,center_y; /* translation parameters for an elliptical pen */
8778 scaled width_x,width_y; /* the effect of a unit change in $x$ */
8779 scaled height_x,height_y; /* the effect of a unit change in $y$ */
8780 scaled dx,dy; /* the vector from knot |p| to its right control point */
8781 integer kk;
8782   /* |k| advanced $270^\circ$ around the ring (cf. $\sin\theta=\cos(\theta+270)$) */
8783
8784 @ The only tricky thing here are the tables |half_cos| and |d_cos| used to
8785 find the point $k/8$ of the way around the circle and the direction vector
8786 to use there.
8787
8788 @<Initialize |p| as the |k|th knot of a circle of unit diameter,...@>=
8789 kk=(k+6)% 8;
8790 x_coord(p)=center_x+mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[k],width_x)
8791            +mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[kk],height_x);
8792 y_coord(p)=center_y+mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[k],width_y)
8793            +mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[kk],height_y);
8794 dx=-mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[kk],width_x)
8795    +mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[k],height_x);
8796 dy=-mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[kk],width_y)
8797    +mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[k],height_y);
8798 right_x(p)=x_coord(p)+dx;
8799 right_y(p)=y_coord(p)+dy;
8800 left_x(p)=x_coord(p)-dx;
8801 left_y(p)=y_coord(p)-dy;
8802 left_type(p)=mp_explicit;
8803 right_type(p)=mp_explicit;
8804 originator(p)=mp_program_code
8805
8806 @ @<Glob...@>=
8807 fraction half_cos[8]; /* ${1\over2}\cos(45k)$ */
8808 fraction d_cos[8]; /* a magic constant times $\cos(45k)$ */
8809
8810 @ The magic constant for |d_cos| is the distance between $({1\over2},0)$ and
8811 $({1\over4}\sqrt2,{1\over4}\sqrt2)$ times the result of the |velocity|
8812 function for $\theta=\phi=22.5^\circ$.  This comes out to be
8813 $$ d = {\sqrt{2-\sqrt2}\over 3+3\cos22.5^\circ}
8814   \approx 0.132608244919772.
8815 $$
8816
8817 @<Set init...@>=
8818 mp->half_cos[0]=fraction_half;
8819 mp->half_cos[1]=94906266; /* $2^{26}\sqrt2\approx94906265.62$ */
8820 mp->half_cos[2]=0;
8821 mp->d_cos[0]=35596755; /* $2^{28}d\approx35596754.69$ */
8822 mp->d_cos[1]=25170707; /* $2^{27}\sqrt2\,d\approx25170706.63$ */
8823 mp->d_cos[2]=0;
8824 for (k=3;k<= 4;k++ ) { 
8825   mp->half_cos[k]=-mp->half_cos[4-k];
8826   mp->d_cos[k]=-mp->d_cos[4-k];
8827 }
8828 for (k=5;k<= 7;k++ ) { 
8829   mp->half_cos[k]=mp->half_cos[8-k];
8830   mp->d_cos[k]=mp->d_cos[8-k];
8831 }
8832
8833 @ The |convex_hull| function forces a pen polygon to be convex when it is
8834 returned by |make_pen| and after any subsequent transformation where rounding
8835 error might allow the convexity to be lost.
8836 The convex hull algorithm used here is described by F.~P. Preparata and
8837 M.~I. Shamos [{\sl Computational Geometry}, Springer-Verlag, 1985].
8838
8839 @<Declare a function called |convex_hull|@>=
8840 @<Declare a procedure called |move_knot|@>;
8841 pointer mp_convex_hull (MP mp,pointer h) { /* Make a polygonal pen convex */
8842   pointer l,r; /* the leftmost and rightmost knots */
8843   pointer p,q; /* knots being scanned */
8844   pointer s; /* the starting point for an upcoming scan */
8845   scaled dx,dy; /* a temporary pointer */
8846   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8847      return h;
8848   } else { 
8849     @<Set |l| to the leftmost knot in polygon~|h|@>;
8850     @<Set |r| to the rightmost knot in polygon~|h|@>;
8851     if ( l!=r ) { 
8852       s=link(r);
8853       @<Find any knots on the path from |l| to |r| above the |l|-|r| line and
8854         move them past~|r|@>;
8855       @<Find any knots on the path from |s| to |l| below the |l|-|r| line and
8856         move them past~|l|@>;
8857       @<Sort the path from |l| to |r| by increasing $x$@>;
8858       @<Sort the path from |r| to |l| by decreasing $x$@>;
8859     }
8860     if ( l!=link(l) ) {
8861       @<Do a Gramm scan and remove vertices where there is no left turn@>;
8862     }
8863     return l;
8864   }
8865 }
8866
8867 @ All comparisons are done primarily on $x$ and secondarily on $y$.
8868
8869 @<Set |l| to the leftmost knot in polygon~|h|@>=
8870 l=h;
8871 p=link(h);
8872 while ( p!=h ) { 
8873   if ( x_coord(p)<=x_coord(l) )
8874     if ( (x_coord(p)<x_coord(l)) || (y_coord(p)<y_coord(l)) )
8875       l=p;
8876   p=link(p);
8877 }
8878
8879 @ @<Set |r| to the rightmost knot in polygon~|h|@>=
8880 r=h;
8881 p=link(h);
8882 while ( p!=h ) { 
8883   if ( x_coord(p)>=x_coord(r) )
8884     if ( (x_coord(p)>x_coord(r)) || (y_coord(p)>y_coord(r)) )
8885       r=p;
8886   p=link(p);
8887 }
8888
8889 @ @<Find any knots on the path from |l| to |r| above the |l|-|r| line...@>=
8890 dx=x_coord(r)-x_coord(l);
8891 dy=y_coord(r)-y_coord(l);
8892 p=link(l);
8893 while ( p!=r ) { 
8894   q=link(p);
8895   if ( mp_ab_vs_cd(mp, dx,y_coord(p)-y_coord(l),dy,x_coord(p)-x_coord(l))>0 )
8896     mp_move_knot(mp, p, r);
8897   p=q;
8898 }
8899
8900 @ The |move_knot| procedure removes |p| from a doubly linked list and inserts
8901 it after |q|.
8902
8903 @ @<Declare a procedure called |move_knot|@>=
8904 void mp_move_knot (MP mp,pointer p, pointer q) { 
8905   link(knil(p))=link(p);
8906   knil(link(p))=knil(p);
8907   knil(p)=q;
8908   link(p)=link(q);
8909   link(q)=p;
8910   knil(link(p))=p;
8911 }
8912
8913 @ @<Find any knots on the path from |s| to |l| below the |l|-|r| line...@>=
8914 p=s;
8915 while ( p!=l ) { 
8916   q=link(p);
8917   if ( mp_ab_vs_cd(mp, dx,y_coord(p)-y_coord(l),dy,x_coord(p)-x_coord(l))<0 )
8918     mp_move_knot(mp, p,l);
8919   p=q;
8920 }
8921
8922 @ The list is likely to be in order already so we just do linear insertions.
8923 Secondary comparisons on $y$ ensure that the sort is consistent with the
8924 choice of |l| and |r|.
8925
8926 @<Sort the path from |l| to |r| by increasing $x$@>=
8927 p=link(l);
8928 while ( p!=r ) { 
8929   q=knil(p);
8930   while ( x_coord(q)>x_coord(p) ) q=knil(q);
8931   while ( x_coord(q)==x_coord(p) ) {
8932     if ( y_coord(q)>y_coord(p) ) q=knil(q); else break;
8933   }
8934   if ( q==knil(p) ) p=link(p);
8935   else { p=link(p); mp_move_knot(mp, knil(p),q); };
8936 }
8937
8938 @ @<Sort the path from |r| to |l| by decreasing $x$@>=
8939 p=link(r);
8940 while ( p!=l ){ 
8941   q=knil(p);
8942   while ( x_coord(q)<x_coord(p) ) q=knil(q);
8943   while ( x_coord(q)==x_coord(p) ) {
8944     if ( y_coord(q)<y_coord(p) ) q=knil(q); else break;
8945   }
8946   if ( q==knil(p) ) p=link(p);
8947   else { p=link(p); mp_move_knot(mp, knil(p),q); };
8948 }
8949
8950 @ The condition involving |ab_vs_cd| tests if there is not a left turn
8951 at knot |q|.  There usually will be a left turn so we streamline the case
8952 where the |then| clause is not executed.
8953
8954 @<Do a Gramm scan and remove vertices where there...@>=
8955
8956 p=l; q=link(l);
8957 while (1) { 
8958   dx=x_coord(q)-x_coord(p);
8959   dy=y_coord(q)-y_coord(p);
8960   p=q; q=link(q);
8961   if ( p==l ) break;
8962   if ( p!=r )
8963     if ( mp_ab_vs_cd(mp, dx,y_coord(q)-y_coord(p),dy,x_coord(q)-x_coord(p))<=0 ) {
8964       @<Remove knot |p| and back up |p| and |q| but don't go past |l|@>;
8965     }
8966   }
8967 }
8968
8969 @ @<Remove knot |p| and back up |p| and |q| but don't go past |l|@>=
8970
8971 s=knil(p);
8972 mp_free_node(mp, p,knot_node_size);
8973 link(s)=q; knil(q)=s;
8974 if ( s==l ) p=s;
8975 else { p=knil(s); q=s; };
8976 }
8977
8978 @ The |find_offset| procedure sets global variables |(cur_x,cur_y)| to the
8979 offset associated with the given direction |(x,y)|.  If two different offsets
8980 apply, it chooses one of them.
8981
8982 @c 
8983 void mp_find_offset (MP mp,scaled x, scaled y, pointer h) {
8984   pointer p,q; /* consecutive knots */
8985   scaled wx,wy,hx,hy;
8986   /* the transformation matrix for an elliptical pen */
8987   fraction xx,yy; /* untransformed offset for an elliptical pen */
8988   fraction d; /* a temporary register */
8989   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8990     @<Find the offset for |(x,y)| on the elliptical pen~|h|@>
8991   } else { 
8992     q=h;
8993     do {  
8994       p=q; q=link(q);
8995     } while (!(mp_ab_vs_cd(mp, x_coord(q)-x_coord(p),y, y_coord(q)-y_coord(p),x)>=0));
8996     do {  
8997       p=q; q=link(q);
8998     } while (!(mp_ab_vs_cd(mp, x_coord(q)-x_coord(p),y, y_coord(q)-y_coord(p),x)<=0));
8999     mp->cur_x=x_coord(p);
9000     mp->cur_y=y_coord(p);
9001   }
9002 }
9003
9004 @ @<Glob...@>=
9005 scaled cur_x;
9006 scaled cur_y; /* all-purpose return value registers */
9007
9008 @ @<Find the offset for |(x,y)| on the elliptical pen~|h|@>=
9009 if ( (x==0) && (y==0) ) {
9010   mp->cur_x=x_coord(h); mp->cur_y=y_coord(h);  
9011 } else { 
9012   @<Find the non-constant part of the transformation for |h|@>;
9013   while ( (abs(x)<fraction_half) && (abs(y)<fraction_half) ){ 
9014     x+=x; y+=y;  
9015   };
9016   @<Make |(xx,yy)| the offset on the untransformed \&{pencircle} for the
9017     untransformed version of |(x,y)|@>;
9018   mp->cur_x=x_coord(h)+mp_take_fraction(mp, xx,wx)+mp_take_fraction(mp, yy,hx);
9019   mp->cur_y=y_coord(h)+mp_take_fraction(mp, xx,wy)+mp_take_fraction(mp, yy,hy);
9020 }
9021
9022 @ @<Find the non-constant part of the transformation for |h|@>=
9023 wx=left_x(h)-x_coord(h);
9024 wy=left_y(h)-y_coord(h);
9025 hx=right_x(h)-x_coord(h);
9026 hy=right_y(h)-y_coord(h)
9027
9028 @ @<Make |(xx,yy)| the offset on the untransformed \&{pencircle} for the...@>=
9029 yy=-(mp_take_fraction(mp, x,hy)+mp_take_fraction(mp, y,-hx));
9030 xx=mp_take_fraction(mp, x,-wy)+mp_take_fraction(mp, y,wx);
9031 d=mp_pyth_add(mp, xx,yy);
9032 if ( d>0 ) { 
9033   xx=half(mp_make_fraction(mp, xx,d));
9034   yy=half(mp_make_fraction(mp, yy,d));
9035 }
9036
9037 @ Finding the bounding box of a pen is easy except if the pen is elliptical.
9038 But we can handle that case by just calling |find_offset| twice.  The answer
9039 is stored in the global variables |minx|, |maxx|, |miny|, and |maxy|.
9040
9041 @c 
9042 void mp_pen_bbox (MP mp,pointer h) {
9043   pointer p; /* for scanning the knot list */
9044   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
9045     @<Find the bounding box of an elliptical pen@>;
9046   } else { 
9047     minx=x_coord(h); maxx=minx;
9048     miny=y_coord(h); maxy=miny;
9049     p=link(h);
9050     while ( p!=h ) {
9051       if ( x_coord(p)<minx ) minx=x_coord(p);
9052       if ( y_coord(p)<miny ) miny=y_coord(p);
9053       if ( x_coord(p)>maxx ) maxx=x_coord(p);
9054       if ( y_coord(p)>maxy ) maxy=y_coord(p);
9055       p=link(p);
9056     }
9057   }
9058 }
9059
9060 @ @<Find the bounding box of an elliptical pen@>=
9061
9062 mp_find_offset(mp, 0,fraction_one,h);
9063 maxx=mp->cur_x;
9064 minx=2*x_coord(h)-mp->cur_x;
9065 mp_find_offset(mp, -fraction_one,0,h);
9066 maxy=mp->cur_y;
9067 miny=2*y_coord(h)-mp->cur_y;
9068 }
9069
9070 @* \[21] Edge structures.
9071 Now we come to \MP's internal scheme for representing pictures.
9072 The representation is very different from \MF's edge structures
9073 because \MP\ pictures contain \ps\ graphics objects instead of pixel
9074 images.  However, the basic idea is somewhat similar in that shapes
9075 are represented via their boundaries.
9076
9077 The main purpose of edge structures is to keep track of graphical objects
9078 until it is time to translate them into \ps.  Since \MP\ does not need to
9079 know anything about an edge structure other than how to translate it into
9080 \ps\ and how to find its bounding box, edge structures can be just linked
9081 lists of graphical objects.  \MP\ has no easy way to determine whether
9082 two such objects overlap, but it suffices to draw the first one first and
9083 let the second one overwrite it if necessary.
9084
9085 @<Types...@>=
9086 enum mp_graphical_object_code {
9087   @<Graphical object codes@>
9088 };
9089
9090 @ Let's consider the types of graphical objects one at a time.
9091 First of all, a filled contour is represented by a eight-word node.  The first
9092 word contains |type| and |link| fields, and the next six words contain a
9093 pointer to a cyclic path and the value to use for \ps' \&{currentrgbcolor}
9094 parameter.  If a pen is used for filling |pen_p|, |ljoin_val| and |miterlim_val|
9095 give the relevant information.
9096
9097 @d path_p(A) link((A)+1)
9098   /* a pointer to the path that needs filling */
9099 @d pen_p(A) info((A)+1)
9100   /* a pointer to the pen to fill or stroke with */
9101 @d color_model(A) type((A)+2) /*  the color model  */
9102 @d obj_red_loc(A) ((A)+3)  /* the first of three locations for the color */
9103 @d obj_cyan_loc obj_red_loc  /* the first of four locations for the color */
9104 @d obj_grey_loc obj_red_loc  /* the location for the color */
9105 @d red_val(A) mp->mem[(A)+3].sc
9106   /* the red component of the color in the range $0\ldots1$ */
9107 @d cyan_val red_val
9108 @d grey_val red_val
9109 @d green_val(A) mp->mem[(A)+4].sc
9110   /* the green component of the color in the range $0\ldots1$ */
9111 @d magenta_val green_val
9112 @d blue_val(A) mp->mem[(A)+5].sc
9113   /* the blue component of the color in the range $0\ldots1$ */
9114 @d yellow_val blue_val
9115 @d black_val(A) mp->mem[(A)+6].sc
9116   /* the blue component of the color in the range $0\ldots1$ */
9117 @d ljoin_val(A) name_type((A))  /* the value of \&{linejoin} */
9118 @:mp_linejoin_}{\&{linejoin} primitive@>
9119 @d miterlim_val(A) mp->mem[(A)+7].sc  /* the value of \&{miterlimit} */
9120 @:mp_miterlimit_}{\&{miterlimit} primitive@>
9121 @d obj_color_part(A) mp->mem[(A)+3-red_part].sc
9122   /* interpret an object pointer that has been offset by |red_part..blue_part| */
9123 @d pre_script(A) mp->mem[(A)+8].hh.lh
9124 @d post_script(A) mp->mem[(A)+8].hh.rh
9125 @d fill_node_size 9
9126
9127 @ @<Graphical object codes@>=
9128 mp_fill_code=1,
9129
9130 @ @c 
9131 pointer mp_new_fill_node (MP mp,pointer p) {
9132   /* make a fill node for cyclic path |p| and color black */
9133   pointer t; /* the new node */
9134   t=mp_get_node(mp, fill_node_size);
9135   type(t)=mp_fill_code;
9136   path_p(t)=p;
9137   pen_p(t)=null; /* |null| means don't use a pen */
9138   red_val(t)=0;
9139   green_val(t)=0;
9140   blue_val(t)=0;
9141   black_val(t)=0;
9142   color_model(t)=mp_uninitialized_model;
9143   pre_script(t)=null;
9144   post_script(t)=null;
9145   @<Set the |ljoin_val| and |miterlim_val| fields in object |t|@>;
9146   return t;
9147 }
9148
9149 @ @<Set the |ljoin_val| and |miterlim_val| fields in object |t|@>=
9150 if ( mp->internal[mp_linejoin]>unity ) ljoin_val(t)=2;
9151 else if ( mp->internal[mp_linejoin]>0 ) ljoin_val(t)=1;
9152 else ljoin_val(t)=0;
9153 if ( mp->internal[mp_miterlimit]<unity )
9154   miterlim_val(t)=unity;
9155 else
9156   miterlim_val(t)=mp->internal[mp_miterlimit]
9157
9158 @ A stroked path is represented by an eight-word node that is like a filled
9159 contour node except that it contains the current \&{linecap} value, a scale
9160 factor for the dash pattern, and a pointer that is non-null if the stroke
9161 is to be dashed.  The purpose of the scale factor is to allow a picture to
9162 be transformed without touching the picture that |dash_p| points to.
9163
9164 @d dash_p(A) link((A)+9)
9165   /* a pointer to the edge structure that gives the dash pattern */
9166 @d lcap_val(A) type((A)+9)
9167   /* the value of \&{linecap} */
9168 @:mp_linecap_}{\&{linecap} primitive@>
9169 @d dash_scale(A) mp->mem[(A)+10].sc /* dash lengths are scaled by this factor */
9170 @d stroked_node_size 11
9171
9172 @ @<Graphical object codes@>=
9173 mp_stroked_code=2,
9174
9175 @ @c 
9176 pointer mp_new_stroked_node (MP mp,pointer p) {
9177   /* make a stroked node for path |p| with |pen_p(p)| temporarily |null| */
9178   pointer t; /* the new node */
9179   t=mp_get_node(mp, stroked_node_size);
9180   type(t)=mp_stroked_code;
9181   path_p(t)=p; pen_p(t)=null;
9182   dash_p(t)=null;
9183   dash_scale(t)=unity;
9184   red_val(t)=0;
9185   green_val(t)=0;
9186   blue_val(t)=0;
9187   black_val(t)=0;
9188   color_model(t)=mp_uninitialized_model;
9189   pre_script(t)=null;
9190   post_script(t)=null;
9191   @<Set the |ljoin_val| and |miterlim_val| fields in object |t|@>;
9192   if ( mp->internal[mp_linecap]>unity ) lcap_val(t)=2;
9193   else if ( mp->internal[mp_linecap]>0 ) lcap_val(t)=1;
9194   else lcap_val(t)=0;
9195   return t;
9196 }
9197
9198 @ When a dashed line is computed in a transformed coordinate system, the dash
9199 lengths get scaled like the pen shape and we need to compensate for this.  Since
9200 there is no unique scale factor for an arbitrary transformation, we use the
9201 the square root of the determinant.  The properties of the determinant make it
9202 easier to maintain the |dash_scale|.  The computation is fairly straight-forward
9203 except for the initialization of the scale factor |s|.  The factor of 64 is
9204 needed because |square_rt| scales its result by $2^8$ while we need $2^{14}$
9205 to counteract the effect of |take_fraction|.
9206
9207 @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>=
9208 scaled mp_sqrt_det (MP mp,scaled a, scaled b, scaled c, scaled d) {
9209   scaled maxabs; /* $max(|a|,|b|,|c|,|d|)$ */
9210   integer s; /* amount by which the result of |square_rt| needs to be scaled */
9211   @<Initialize |maxabs|@>;
9212   s=64;
9213   while ( (maxabs<fraction_one) && (s>1) ){ 
9214     a+=a; b+=b; c+=c; d+=d;
9215     maxabs+=maxabs; s=halfp(s);
9216   }
9217   return s*mp_square_rt(mp, abs(mp_take_fraction(mp, a,d)-mp_take_fraction(mp, b,c)));
9218 }
9219 @#
9220 scaled mp_get_pen_scale (MP mp,pointer p) { 
9221   return mp_sqrt_det(mp, 
9222     left_x(p)-x_coord(p), right_x(p)-x_coord(p),
9223     left_y(p)-y_coord(p), right_y(p)-y_coord(p));
9224 }
9225
9226 @ @<Internal library ...@>=
9227 scaled mp_sqrt_det (MP mp,scaled a, scaled b, scaled c, scaled d) ;
9228
9229
9230 @ @<Initialize |maxabs|@>=
9231 maxabs=abs(a);
9232 if ( abs(b)>maxabs ) maxabs=abs(b);
9233 if ( abs(c)>maxabs ) maxabs=abs(c);
9234 if ( abs(d)>maxabs ) maxabs=abs(d)
9235
9236 @ When a picture contains text, this is represented by a fourteen-word node
9237 where the color information and |type| and |link| fields are augmented by
9238 additional fields that describe the text and  how it is transformed.
9239 The |path_p| and |pen_p| pointers are replaced by a number that identifies
9240 the font and a string number that gives the text to be displayed.
9241 The |width|, |height|, and |depth| fields
9242 give the dimensions of the text at its design size, and the remaining six
9243 words give a transformation to be applied to the text.  The |new_text_node|
9244 function initializes everything to default values so that the text comes out
9245 black with its reference point at the origin.
9246
9247 @d text_p(A) link((A)+1)  /* a string pointer for the text to display */
9248 @d font_n(A) info((A)+1)  /* the font number */
9249 @d width_val(A) mp->mem[(A)+7].sc  /* unscaled width of the text */
9250 @d height_val(A) mp->mem[(A)+9].sc  /* unscaled height of the text */
9251 @d depth_val(A) mp->mem[(A)+10].sc  /* unscaled depth of the text */
9252 @d text_tx_loc(A) ((A)+11)
9253   /* the first of six locations for transformation parameters */
9254 @d tx_val(A) mp->mem[(A)+11].sc  /* $x$ shift amount */
9255 @d ty_val(A) mp->mem[(A)+12].sc  /* $y$ shift amount */
9256 @d txx_val(A) mp->mem[(A)+13].sc  /* |txx| transformation parameter */
9257 @d txy_val(A) mp->mem[(A)+14].sc  /* |txy| transformation parameter */
9258 @d tyx_val(A) mp->mem[(A)+15].sc  /* |tyx| transformation parameter */
9259 @d tyy_val(A) mp->mem[(A)+16].sc  /* |tyy| transformation parameter */
9260 @d text_trans_part(A) mp->mem[(A)+11-x_part].sc
9261     /* interpret a text node pointer that has been offset by |x_part..yy_part| */
9262 @d text_node_size 17
9263
9264 @ @<Graphical object codes@>=
9265 mp_text_code=3,
9266
9267 @ @c @<Declare text measuring subroutines@>;
9268 pointer mp_new_text_node (MP mp,char *f,str_number s) {
9269   /* make a text node for font |f| and text string |s| */
9270   pointer t; /* the new node */
9271   t=mp_get_node(mp, text_node_size);
9272   type(t)=mp_text_code;
9273   text_p(t)=s;
9274   font_n(t)=mp_find_font(mp, f); /* this identifies the font */
9275   red_val(t)=0;
9276   green_val(t)=0;
9277   blue_val(t)=0;
9278   black_val(t)=0;
9279   color_model(t)=mp_uninitialized_model;
9280   pre_script(t)=null;
9281   post_script(t)=null;
9282   tx_val(t)=0; ty_val(t)=0;
9283   txx_val(t)=unity; txy_val(t)=0;
9284   tyx_val(t)=0; tyy_val(t)=unity;
9285   mp_set_text_box(mp, t); /* this finds the bounding box */
9286   return t;
9287 }
9288
9289 @ The last two types of graphical objects that can occur in an edge structure
9290 are clipping paths and \&{setbounds} paths.  These are slightly more difficult
9291 @:set_bounds_}{\&{setbounds} primitive@>
9292 to implement because we must keep track of exactly what is being clipped or
9293 bounded when pictures get merged together.  For this reason, each clipping or
9294 \&{setbounds} operation is represented by a pair of nodes:  first comes a
9295 two-word node whose |path_p| gives the relevant path, then there is the list
9296 of objects to clip or bound followed by a two-word node whose second word is
9297 unused.
9298
9299 Using at least two words for each graphical object node allows them all to be
9300 allocated and deallocated similarly with a global array |gr_object_size| to
9301 give the size in words for each object type.
9302
9303 @d start_clip_size 2
9304 @d start_bounds_size 2
9305 @d stop_clip_size 2 /* the second word is not used here */
9306 @d stop_bounds_size 2 /* the second word is not used here */
9307 @#
9308 @d stop_type(A) ((A)+2)
9309   /* matching |type| for |start_clip_code| or |start_bounds_code| */
9310 @d has_color(A) (type((A))<mp_start_clip_code)
9311   /* does a graphical object have color fields? */
9312 @d has_pen(A) (type((A))<mp_text_code)
9313   /* does a graphical object have a |pen_p| field? */
9314 @d is_start_or_stop(A) (type((A))>=mp_start_clip_code)
9315 @d is_stop(A) (type((A))>=mp_stop_clip_code)
9316
9317 @ @<Graphical object codes@>=
9318 mp_start_clip_code=4, /* |type| of a node that starts clipping */
9319 mp_start_bounds_code=5, /* |type| of a node that gives a \&{setbounds} path */
9320 mp_stop_clip_code=6, /* |type| of a node that stops clipping */
9321 mp_stop_bounds_code=7, /* |type| of a node that stops \&{setbounds} */
9322
9323
9324 @ @c 
9325 pointer mp_new_bounds_node (MP mp,pointer p, small_number  c) {
9326   /* make a node of type |c| where |p| is the clipping or \&{setbounds} path */
9327   pointer t; /* the new node */
9328   t=mp_get_node(mp, mp->gr_object_size[c]);
9329   type(t)=c;
9330   path_p(t)=p;
9331   return t;
9332 };
9333
9334 @ We need an array to keep track of the sizes of graphical objects.
9335
9336 @<Glob...@>=
9337 small_number gr_object_size[mp_stop_bounds_code+1];
9338
9339 @ @<Set init...@>=
9340 mp->gr_object_size[mp_fill_code]=fill_node_size;
9341 mp->gr_object_size[mp_stroked_code]=stroked_node_size;
9342 mp->gr_object_size[mp_text_code]=text_node_size;
9343 mp->gr_object_size[mp_start_clip_code]=start_clip_size;
9344 mp->gr_object_size[mp_stop_clip_code]=stop_clip_size;
9345 mp->gr_object_size[mp_start_bounds_code]=start_bounds_size;
9346 mp->gr_object_size[mp_stop_bounds_code]=stop_bounds_size;
9347
9348 @ All the essential information in an edge structure is encoded as a linked list
9349 of graphical objects as we have just seen, but it is helpful to add some
9350 redundant information.  A single edge structure might be used as a dash pattern
9351 many times, and it would be nice to avoid scanning the same structure
9352 repeatedly.  Thus, an edge structure known to be a suitable dash pattern
9353 has a header that gives a list of dashes in a sorted order designed for rapid
9354 translation into \ps.
9355
9356 Each dash is represented by a three-word node containing the initial and final
9357 $x$~coordinates as well as the usual |link| field.  The |link| fields points to
9358 the dash node with the next higher $x$-coordinates and the final link points
9359 to a special location called |null_dash|.  (There should be no overlap between
9360 dashes).  Since the $y$~coordinate of the dash pattern is needed to determine
9361 the period of repetition, this needs to be stored in the edge header along
9362 with a pointer to the list of dash nodes.
9363
9364 @d start_x(A) mp->mem[(A)+1].sc  /* the starting $x$~coordinate in a dash node */
9365 @d stop_x(A) mp->mem[(A)+2].sc  /* the ending $x$~coordinate in a dash node */
9366 @d dash_node_size 3
9367 @d dash_list link
9368   /* in an edge header this points to the first dash node */
9369 @d dash_y(A) mp->mem[(A)+1].sc  /* $y$ value for the dash list in an edge header */
9370
9371 @ It is also convenient for an edge header to contain the bounding
9372 box information needed by the \&{llcorner} and \&{urcorner} operators
9373 so that this does not have to be recomputed unnecessarily.  This is done by
9374 adding fields for the $x$~and $y$ extremes as well as a pointer that indicates
9375 how far the bounding box computation has gotten.  Thus if the user asks for
9376 the bounding box and then adds some more text to the picture before asking
9377 for more bounding box information, the second computation need only look at
9378 the additional text.
9379
9380 When the bounding box has not been computed, the |bblast| pointer points
9381 to a dummy link at the head of the graphical object list while the |minx_val|
9382 and |miny_val| fields contain |el_gordo| and the |maxx_val| and |maxy_val|
9383 fields contain |-el_gordo|.
9384
9385 Since the bounding box of pictures containing objects of type
9386 |mp_start_bounds_code| depends on the value of \&{truecorners}, the bounding box
9387 @:mp_true_corners_}{\&{truecorners} primitive@>
9388 data might not be valid for all values of this parameter.  Hence, the |bbtype|
9389 field is needed to keep track of this.
9390
9391 @d minx_val(A) mp->mem[(A)+2].sc
9392 @d miny_val(A) mp->mem[(A)+3].sc
9393 @d maxx_val(A) mp->mem[(A)+4].sc
9394 @d maxy_val(A) mp->mem[(A)+5].sc
9395 @d bblast(A) link((A)+6)  /* last item considered in bounding box computation */
9396 @d bbtype(A) info((A)+6)  /* tells how bounding box data depends on \&{truecorners} */
9397 @d dummy_loc(A) ((A)+7)  /* where the object list begins in an edge header */
9398 @d no_bounds 0
9399   /* |bbtype| value when bounding box data is valid for all \&{truecorners} values */
9400 @d bounds_set 1
9401   /* |bbtype| value when bounding box data is for \&{truecorners}${}\le 0$ */
9402 @d bounds_unset 2
9403   /* |bbtype| value when bounding box data is for \&{truecorners}${}>0$ */
9404
9405 @c 
9406 void mp_init_bbox (MP mp,pointer h) {
9407   /* Initialize the bounding box information in edge structure |h| */
9408   bblast(h)=dummy_loc(h);
9409   bbtype(h)=no_bounds;
9410   minx_val(h)=el_gordo;
9411   miny_val(h)=el_gordo;
9412   maxx_val(h)=-el_gordo;
9413   maxy_val(h)=-el_gordo;
9414 }
9415
9416 @ The only other entries in an edge header are a reference count in the first
9417 word and a pointer to the tail of the object list in the last word.
9418
9419 @d obj_tail(A) info((A)+7)  /* points to the last entry in the object list */
9420 @d edge_header_size 8
9421
9422 @c 
9423 void mp_init_edges (MP mp,pointer h) {
9424   /* initialize an edge header to null values */
9425   dash_list(h)=null_dash;
9426   obj_tail(h)=dummy_loc(h);
9427   link(dummy_loc(h))=null;
9428   ref_count(h)=null;
9429   mp_init_bbox(mp, h);
9430 }
9431
9432 @ Here is how edge structures are deleted.  The process can be recursive because
9433 of the need to dereference edge structures that are used as dash patterns.
9434 @^recursion@>
9435
9436 @d add_edge_ref(A) incr(ref_count(A))
9437 @d delete_edge_ref(A) { 
9438    if ( ref_count((A))==null ) 
9439      mp_toss_edges(mp, A);
9440    else 
9441      decr(ref_count(A)); 
9442    }
9443
9444 @<Declare the recycling subroutines@>=
9445 void mp_flush_dash_list (MP mp,pointer h);
9446 pointer mp_toss_gr_object (MP mp,pointer p) ;
9447 void mp_toss_edges (MP mp,pointer h) ;
9448
9449 @ @c void mp_toss_edges (MP mp,pointer h) {
9450   pointer p,q;  /* pointers that scan the list being recycled */
9451   pointer r; /* an edge structure that object |p| refers to */
9452   mp_flush_dash_list(mp, h);
9453   q=link(dummy_loc(h));
9454   while ( (q!=null) ) { 
9455     p=q; q=link(q);
9456     r=mp_toss_gr_object(mp, p);
9457     if ( r!=null ) delete_edge_ref(r);
9458   }
9459   mp_free_node(mp, h,edge_header_size);
9460 }
9461 void mp_flush_dash_list (MP mp,pointer h) {
9462   pointer p,q;  /* pointers that scan the list being recycled */
9463   q=dash_list(h);
9464   while ( q!=null_dash ) { 
9465     p=q; q=link(q);
9466     mp_free_node(mp, p,dash_node_size);
9467   }
9468   dash_list(h)=null_dash;
9469 }
9470 pointer mp_toss_gr_object (MP mp,pointer p) {
9471   /* returns an edge structure that needs to be dereferenced */
9472   pointer e; /* the edge structure to return */
9473   e=null;
9474   @<Prepare to recycle graphical object |p|@>;
9475   mp_free_node(mp, p,mp->gr_object_size[type(p)]);
9476   return e;
9477 }
9478
9479 @ @<Prepare to recycle graphical object |p|@>=
9480 switch (type(p)) {
9481 case mp_fill_code: 
9482   mp_toss_knot_list(mp, path_p(p));
9483   if ( pen_p(p)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(p));
9484   if ( pre_script(p)!=null ) delete_str_ref(pre_script(p));
9485   if ( post_script(p)!=null ) delete_str_ref(post_script(p));
9486   break;
9487 case mp_stroked_code: 
9488   mp_toss_knot_list(mp, path_p(p));
9489   if ( pen_p(p)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(p));
9490   if ( pre_script(p)!=null ) delete_str_ref(pre_script(p));
9491   if ( post_script(p)!=null ) delete_str_ref(post_script(p));
9492   e=dash_p(p);
9493   break;
9494 case mp_text_code: 
9495   delete_str_ref(text_p(p));
9496   if ( pre_script(p)!=null ) delete_str_ref(pre_script(p));
9497   if ( post_script(p)!=null ) delete_str_ref(post_script(p));
9498   break;
9499 case mp_start_clip_code:
9500 case mp_start_bounds_code: 
9501   mp_toss_knot_list(mp, path_p(p));
9502   break;
9503 case mp_stop_clip_code:
9504 case mp_stop_bounds_code: 
9505   break;
9506 } /* there are no other cases */
9507
9508 @ If we use |add_edge_ref| to ``copy'' edge structures, the real copying needs
9509 to be done before making a significant change to an edge structure.  Much of
9510 the work is done in a separate routine |copy_objects| that copies a list of
9511 graphical objects into a new edge header.
9512
9513 @c @<Declare a function called |copy_objects|@>;
9514 pointer mp_private_edges (MP mp,pointer h) {
9515   /* make a private copy of the edge structure headed by |h| */
9516   pointer hh;  /* the edge header for the new copy */
9517   pointer p,pp;  /* pointers for copying the dash list */
9518   if ( ref_count(h)==null ) {
9519     return h;
9520   } else { 
9521     decr(ref_count(h));
9522     hh=mp_copy_objects(mp, link(dummy_loc(h)),null);
9523     @<Copy the dash list from |h| to |hh|@>;
9524     @<Copy the bounding box information from |h| to |hh| and make |bblast(hh)|
9525       point into the new object list@>;
9526     return hh;
9527   }
9528 }
9529
9530 @ Here we use the fact that |dash_list(hh)=link(hh)|.
9531 @^data structure assumptions@>
9532
9533 @<Copy the dash list from |h| to |hh|@>=
9534 pp=hh; p=dash_list(h);
9535 while ( (p!=null_dash) ) { 
9536   link(pp)=mp_get_node(mp, dash_node_size);
9537   pp=link(pp);
9538   start_x(pp)=start_x(p);
9539   stop_x(pp)=stop_x(p);
9540   p=link(p);
9541 }
9542 link(pp)=null_dash;
9543 dash_y(hh)=dash_y(h)
9544
9545
9546 @ |h| is an edge structure
9547
9548 @d gr_start_x(A)    (A)->start_x_field
9549 @d gr_stop_x(A)     (A)->stop_x_field
9550 @d gr_dash_link(A)  (A)->next_field
9551
9552 @d gr_dash_list(A)  (A)->list_field
9553 @d gr_dash_y(A)     (A)->y_field
9554
9555 @c
9556 struct mp_dash_list *mp_export_dashes (MP mp, pointer h) {
9557   struct mp_dash_list *dl;
9558   struct mp_dash_item *dh, *di;
9559   pointer p;
9560   if (h==null ||  dash_list(h)==null_dash) 
9561         return NULL;
9562   p = dash_list(h);
9563   dl = mp_xmalloc(mp,1,sizeof(struct mp_dash_list));
9564   gr_dash_list(dl) = NULL;
9565   gr_dash_y(dl) = dash_y(h);
9566   dh = NULL;
9567   while (p != null_dash) { 
9568     di=mp_xmalloc(mp,1,sizeof(struct mp_dash_item));
9569     gr_dash_link(di) = NULL;
9570     gr_start_x(di) = start_x(p);
9571     gr_stop_x(di) = stop_x(p);
9572     if (dh==NULL) {
9573       gr_dash_list(dl) = di;
9574     } else {
9575       gr_dash_link(dh) = di;
9576     }
9577     dh = di;
9578     p=link(p);
9579   }
9580   return dl;
9581 }
9582
9583
9584 @ @<Copy the bounding box information from |h| to |hh|...@>=
9585 minx_val(hh)=minx_val(h);
9586 miny_val(hh)=miny_val(h);
9587 maxx_val(hh)=maxx_val(h);
9588 maxy_val(hh)=maxy_val(h);
9589 bbtype(hh)=bbtype(h);
9590 p=dummy_loc(h); pp=dummy_loc(hh);
9591 while ((p!=bblast(h)) ) { 
9592   if ( p==null ) mp_confusion(mp, "bblast");
9593 @:this can't happen bblast}{\quad bblast@>
9594   p=link(p); pp=link(pp);
9595 }
9596 bblast(hh)=pp
9597
9598 @ Here is the promised routine for copying graphical objects into a new edge
9599 structure.  It starts copying at object~|p| and stops just before object~|q|.
9600 If |q| is null, it copies the entire sublist headed at |p|.  The resulting edge
9601 structure requires further initialization by |init_bbox|.
9602
9603 @<Declare a function called |copy_objects|@>=
9604 pointer mp_copy_objects (MP mp, pointer p, pointer q) {
9605   pointer hh;  /* the new edge header */
9606   pointer pp;  /* the last newly copied object */
9607   small_number k;  /* temporary register */
9608   hh=mp_get_node(mp, edge_header_size);
9609   dash_list(hh)=null_dash;
9610   ref_count(hh)=null;
9611   pp=dummy_loc(hh);
9612   while ( (p!=q) ) {
9613     @<Make |link(pp)| point to a copy of object |p|, and update |p| and |pp|@>;
9614   }
9615   obj_tail(hh)=pp;
9616   link(pp)=null;
9617   return hh;
9618 }
9619
9620 @ @<Make |link(pp)| point to a copy of object |p|, and update |p| and |pp|@>=
9621 { k=mp->gr_object_size[type(p)];
9622   link(pp)=mp_get_node(mp, k);
9623   pp=link(pp);
9624   while ( (k>0) ) { decr(k); mp->mem[pp+k]=mp->mem[p+k];  };
9625   @<Fix anything in graphical object |pp| that should differ from the
9626     corresponding field in |p|@>;
9627   p=link(p);
9628 }
9629
9630 @ @<Fix anything in graphical object |pp| that should differ from the...@>=
9631 switch (type(p)) {
9632 case mp_start_clip_code:
9633 case mp_start_bounds_code: 
9634   path_p(pp)=mp_copy_path(mp, path_p(p));
9635   break;
9636 case mp_fill_code: 
9637   path_p(pp)=mp_copy_path(mp, path_p(p));
9638   if ( pen_p(p)!=null ) pen_p(pp)=copy_pen(pen_p(p));
9639   break;
9640 case mp_stroked_code: 
9641   path_p(pp)=mp_copy_path(mp, path_p(p));
9642   pen_p(pp)=copy_pen(pen_p(p));
9643   if ( dash_p(p)!=null ) add_edge_ref(dash_p(pp));
9644   break;
9645 case mp_text_code: 
9646   add_str_ref(text_p(pp));
9647   break;
9648 case mp_stop_clip_code:
9649 case mp_stop_bounds_code: 
9650   break;
9651 }  /* there are no other cases */
9652
9653 @ Here is one way to find an acceptable value for the second argument to
9654 |copy_objects|.  Given a non-null graphical object list, |skip_1component|
9655 skips past one picture component, where a ``picture component'' is a single
9656 graphical object, or a start bounds or start clip object and everything up
9657 through the matching stop bounds or stop clip object.  The macro version avoids
9658 procedure call overhead and error handling: |skip_component(p)(e)| advances |p|
9659 unless |p| points to a stop bounds or stop clip node, in which case it executes
9660 |e| instead.
9661
9662 @d skip_component(A)
9663     if ( ! is_start_or_stop((A)) ) (A)=link((A));
9664     else if ( ! is_stop((A)) ) (A)=mp_skip_1component(mp, (A));
9665     else 
9666
9667 @c 
9668 pointer mp_skip_1component (MP mp,pointer p) {
9669   integer lev; /* current nesting level */
9670   lev=0;
9671   do {  
9672    if ( is_start_or_stop(p) ) {
9673      if ( is_stop(p) ) decr(lev);  else incr(lev);
9674    }
9675    p=link(p);
9676   } while (lev!=0);
9677   return p;
9678 }
9679
9680 @ Here is a diagnostic routine for printing an edge structure in symbolic form.
9681
9682 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
9683 @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>;
9684 void mp_print_edges (MP mp,pointer h, char *s, boolean nuline) {
9685   pointer p;  /* a graphical object to be printed */
9686   pointer hh,pp;  /* temporary pointers */
9687   scaled scf;  /* a scale factor for the dash pattern */
9688   boolean ok_to_dash;  /* |false| for polygonal pen strokes */
9689   mp_print_diagnostic(mp, "Edge structure",s,nuline);
9690   p=dummy_loc(h);
9691   while ( link(p)!=null ) { 
9692     p=link(p);
9693     mp_print_ln(mp);
9694     switch (type(p)) {
9695       @<Cases for printing graphical object node |p|@>;
9696     default: 
9697           mp_print(mp, "[unknown object type!]");
9698           break;
9699     }
9700   }
9701   mp_print_nl(mp, "End edges");
9702   if ( p!=obj_tail(h) ) mp_print(mp, "?");
9703 @.End edges?@>
9704   mp_end_diagnostic(mp, true);
9705 }
9706
9707 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9708 case mp_fill_code: 
9709   mp_print(mp, "Filled contour ");
9710   mp_print_obj_color(mp, p);
9711   mp_print_char(mp, ':'); mp_print_ln(mp);
9712   mp_pr_path(mp, path_p(p)); mp_print_ln(mp);
9713   if ( (pen_p(p)!=null) ) {
9714     @<Print join type for graphical object |p|@>;
9715     mp_print(mp, " with pen"); mp_print_ln(mp);
9716     mp_pr_pen(mp, pen_p(p));
9717   }
9718   break;
9719
9720 @ @<Print join type for graphical object |p|@>=
9721 switch (ljoin_val(p)) {
9722 case 0:
9723   mp_print(mp, "mitered joins limited ");
9724   mp_print_scaled(mp, miterlim_val(p));
9725   break;
9726 case 1:
9727   mp_print(mp, "round joins");
9728   break;
9729 case 2:
9730   mp_print(mp, "beveled joins");
9731   break;
9732 default: 
9733   mp_print(mp, "?? joins");
9734 @.??@>
9735   break;
9736 }
9737
9738 @ For stroked nodes, we need to print |lcap_val(p)| as well.
9739
9740 @<Print join and cap types for stroked node |p|@>=
9741 switch (lcap_val(p)) {
9742 case 0:mp_print(mp, "butt"); break;
9743 case 1:mp_print(mp, "round"); break;
9744 case 2:mp_print(mp, "square"); break;
9745 default: mp_print(mp, "??"); break;
9746 @.??@>
9747 }
9748 mp_print(mp, " ends, ");
9749 @<Print join type for graphical object |p|@>
9750
9751 @ Here is a routine that prints the color of a graphical object if it isn't
9752 black (the default color).
9753
9754 @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>=
9755 @<Declare a procedure called |print_compact_node|@>;
9756 void mp_print_obj_color (MP mp,pointer p) { 
9757   if ( color_model(p)==mp_grey_model ) {
9758     if ( grey_val(p)>0 ) { 
9759       mp_print(mp, "greyed ");
9760       mp_print_compact_node(mp, obj_grey_loc(p),1);
9761     };
9762   } else if ( color_model(p)==mp_cmyk_model ) {
9763     if ( (cyan_val(p)>0) || (magenta_val(p)>0) || 
9764          (yellow_val(p)>0) || (black_val(p)>0) ) { 
9765       mp_print(mp, "processcolored ");
9766       mp_print_compact_node(mp, obj_cyan_loc(p),4);
9767     };
9768   } else if ( color_model(p)==mp_rgb_model ) {
9769     if ( (red_val(p)>0) || (green_val(p)>0) || (blue_val(p)>0) ) { 
9770       mp_print(mp, "colored "); 
9771       mp_print_compact_node(mp, obj_red_loc(p),3);
9772     };
9773   }
9774 }
9775
9776 @ We also need a procedure for printing consecutive scaled values as if they
9777 were a known big node.
9778
9779 @<Declare a procedure called |print_compact_node|@>=
9780 void mp_print_compact_node (MP mp,pointer p, small_number k) {
9781   pointer q;  /* last location to print */
9782   q=p+k-1;
9783   mp_print_char(mp, '(');
9784   while ( p<=q ){ 
9785     mp_print_scaled(mp, mp->mem[p].sc);
9786     if ( p<q ) mp_print_char(mp, ',');
9787     incr(p);
9788   }
9789   mp_print_char(mp, ')');
9790 }
9791
9792 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9793 case mp_stroked_code: 
9794   mp_print(mp, "Filled pen stroke ");
9795   mp_print_obj_color(mp, p);
9796   mp_print_char(mp, ':'); mp_print_ln(mp);
9797   mp_pr_path(mp, path_p(p));
9798   if ( dash_p(p)!=null ) { 
9799     mp_print_nl(mp, "dashed (");
9800     @<Finish printing the dash pattern that |p| refers to@>;
9801   }
9802   mp_print_ln(mp);
9803   @<Print join and cap types for stroked node |p|@>;
9804   mp_print(mp, " with pen"); mp_print_ln(mp);
9805   if ( pen_p(p)==null ) mp_print(mp, "???"); /* shouldn't happen */
9806 @.???@>
9807   else mp_pr_pen(mp, pen_p(p));
9808   break;
9809
9810 @ Normally, the  |dash_list| field in an edge header is set to |null_dash|
9811 when it is not known to define a suitable dash pattern.  This is disallowed
9812 here because the |dash_p| field should never point to such an edge header.
9813 Note that memory is allocated for |start_x(null_dash)| and we are free to
9814 give it any convenient value.
9815
9816 @<Finish printing the dash pattern that |p| refers to@>=
9817 ok_to_dash=pen_is_elliptical(pen_p(p));
9818 if ( ! ok_to_dash ) scf=unity; else scf=dash_scale(p);
9819 hh=dash_p(p);
9820 pp=dash_list(hh);
9821 if ( (pp==null_dash) || (dash_y(hh)<0) ) {
9822   mp_print(mp, " ??");
9823 } else { start_x(null_dash)=start_x(pp)+dash_y(hh);
9824   while ( pp!=null_dash ) { 
9825     mp_print(mp, "on ");
9826     mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, stop_x(pp)-start_x(pp),scf));
9827     mp_print(mp, " off ");
9828     mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, start_x(link(pp))-stop_x(pp),scf));
9829     pp = link(pp);
9830     if ( pp!=null_dash ) mp_print_char(mp, ' ');
9831   }
9832   mp_print(mp, ") shifted ");
9833   mp_print_scaled(mp, -mp_take_scaled(mp, mp_dash_offset(mp, hh),scf));
9834   if ( ! ok_to_dash || (dash_y(hh)==0) ) mp_print(mp, " (this will be ignored)");
9835 }
9836
9837 @ @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>=
9838 scaled mp_dash_offset (MP mp,pointer h) {
9839   scaled x;  /* the answer */
9840   if (dash_list(h)==null_dash || dash_y(h)<0) mp_confusion(mp, "dash0");
9841 @:this can't happen dash0}{\quad dash0@>
9842   if ( dash_y(h)==0 ) {
9843     x=0; 
9844   } else { 
9845     x=-(start_x(dash_list(h)) % dash_y(h));
9846     if ( x<0 ) x=x+dash_y(h);
9847   }
9848   return x;
9849 }
9850
9851 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9852 case mp_text_code: 
9853   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp,text_p(p));
9854   mp_print(mp, "\" infont \""); mp_print(mp, mp->font_name[font_n(p)]);
9855   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_ln(mp);
9856   mp_print_obj_color(mp, p);
9857   mp_print(mp, "transformed ");
9858   mp_print_compact_node(mp, text_tx_loc(p),6);
9859   break;
9860
9861 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9862 case mp_start_clip_code: 
9863   mp_print(mp, "clipping path:");
9864   mp_print_ln(mp);
9865   mp_pr_path(mp, path_p(p));
9866   break;
9867 case mp_stop_clip_code: 
9868   mp_print(mp, "stop clipping");
9869   break;
9870
9871 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9872 case mp_start_bounds_code: 
9873   mp_print(mp, "setbounds path:");
9874   mp_print_ln(mp);
9875   mp_pr_path(mp, path_p(p));
9876   break;
9877 case mp_stop_bounds_code: 
9878   mp_print(mp, "end of setbounds");
9879   break;
9880
9881 @ To initialize the |dash_list| field in an edge header~|h|, we need a
9882 subroutine that scans an edge structure and tries to interpret it as a dash
9883 pattern.  This can only be done when there are no filled regions or clipping
9884 paths and all the pen strokes have the same color.  The first step is to let
9885 $y_0$ be the initial $y$~coordinate of the first pen stroke.  Then we implicitly
9886 project all the pen stroke paths onto the line $y=y_0$ and require that there
9887 be no retracing.  If the resulting paths cover a range of $x$~coordinates of
9888 length $\Delta x$, we set |dash_y(h)| to the length of the dash pattern by
9889 finding the maximum of $\Delta x$ and the absolute value of~$y_0$.
9890
9891 @c @<Declare a procedure called |x_retrace_error|@>;
9892 pointer mp_make_dashes (MP mp,pointer h) { /* returns |h| or |null| */
9893   pointer p;  /* this scans the stroked nodes in the object list */
9894   pointer p0;  /* if not |null| this points to the first stroked node */
9895   pointer pp,qq,rr;  /* pointers into |path_p(p)| */
9896   pointer d,dd;  /* pointers used to create the dash list */
9897   @<Other local variables in |make_dashes|@>;
9898   scaled y0=0;  /* the initial $y$ coordinate */
9899   if ( dash_list(h)!=null_dash ) 
9900         return h;
9901   p0=null;
9902   p=link(dummy_loc(h));
9903   while ( p!=null ) { 
9904     if ( type(p)!=mp_stroked_code ) {
9905       @<Compain that the edge structure contains a node of the wrong type
9906         and |goto not_found|@>;
9907     }
9908     pp=path_p(p);
9909     if ( p0==null ){ p0=p; y0=y_coord(pp);  };
9910     @<Make |d| point to a new dash node created from stroke |p| and path |pp|
9911       or |goto not_found| if there is an error@>;
9912     @<Insert |d| into the dash list and |goto not_found| if there is an error@>;
9913     p=link(p);
9914   }
9915   if ( dash_list(h)==null_dash ) 
9916     goto NOT_FOUND; /* No error message */
9917   @<Scan |dash_list(h)| and deal with any dashes that are themselves dashed@>;
9918   @<Set |dash_y(h)| and merge the first and last dashes if necessary@>;
9919   return h;
9920 NOT_FOUND: 
9921   @<Flush the dash list, recycle |h| and return |null|@>;
9922 };
9923
9924 @ @<Compain that the edge structure contains a node of the wrong type...@>=
9925
9926 print_err("Picture is too complicated to use as a dash pattern");
9927 help3("When you say `dashed p', picture p should not contain any")
9928   ("text, filled regions, or clipping paths.  This time it did")
9929   ("so I'll just make it a solid line instead.");
9930 mp_put_get_error(mp);
9931 goto NOT_FOUND;
9932 }
9933
9934 @ A similar error occurs when monotonicity fails.
9935
9936 @<Declare a procedure called |x_retrace_error|@>=
9937 void mp_x_retrace_error (MP mp) { 
9938 print_err("Picture is too complicated to use as a dash pattern");
9939 help3("When you say `dashed p', every path in p should be monotone")
9940   ("in x and there must be no overlapping.  This failed")
9941   ("so I'll just make it a solid line instead.");
9942 mp_put_get_error(mp);
9943 }
9944
9945 @ We stash |p| in |info(d)| if |dash_p(p)<>0| so that subsequent processing can
9946 handle the case where the pen stroke |p| is itself dashed.
9947
9948 @<Make |d| point to a new dash node created from stroke |p| and path...@>=
9949 @<Make sure |p| and |p0| are the same color and |goto not_found| if there is
9950   an error@>;
9951 rr=pp;
9952 if ( link(pp)!=pp ) {
9953   do {  
9954     qq=rr; rr=link(rr);
9955     @<Check for retracing between knots |qq| and |rr| and |goto not_found|
9956       if there is a problem@>;
9957   } while (right_type(rr)!=mp_endpoint);
9958 }
9959 d=mp_get_node(mp, dash_node_size);
9960 if ( dash_p(p)==0 ) info(d)=0;  else info(d)=p;
9961 if ( x_coord(pp)<x_coord(rr) ) { 
9962   start_x(d)=x_coord(pp);
9963   stop_x(d)=x_coord(rr);
9964 } else { 
9965   start_x(d)=x_coord(rr);
9966   stop_x(d)=x_coord(pp);
9967 }
9968
9969 @ We also need to check for the case where the segment from |qq| to |rr| is
9970 monotone in $x$ but is reversed relative to the path from |pp| to |qq|.
9971
9972 @<Check for retracing between knots |qq| and |rr| and |goto not_found|...@>=
9973 x0=x_coord(qq);
9974 x1=right_x(qq);
9975 x2=left_x(rr);
9976 x3=x_coord(rr);
9977 if ( (x0>x1) || (x1>x2) || (x2>x3) ) {
9978   if ( (x0<x1) || (x1<x2) || (x2<x3) ) {
9979     if ( mp_ab_vs_cd(mp, x2-x1,x2-x1,x1-x0,x3-x2)>0 ) {
9980       mp_x_retrace_error(mp); goto NOT_FOUND;
9981     }
9982   }
9983 }
9984 if ( (x_coord(pp)>x0) || (x0>x3) ) {
9985   if ( (x_coord(pp)<x0) || (x0<x3) ) {
9986     mp_x_retrace_error(mp); goto NOT_FOUND;
9987   }
9988 }
9989
9990 @ @<Other local variables in |make_dashes|@>=
9991   scaled x0,x1,x2,x3;  /* $x$ coordinates of the segment from |qq| to |rr| */
9992
9993 @ @<Make sure |p| and |p0| are the same color and |goto not_found|...@>=
9994 if ( (red_val(p)!=red_val(p0)) || (black_val(p)!=black_val(p0)) ||
9995   (green_val(p)!=green_val(p0)) || (blue_val(p)!=blue_val(p0)) ) {
9996   print_err("Picture is too complicated to use as a dash pattern");
9997   help3("When you say `dashed p', everything in picture p should")
9998     ("be the same color.  I can\'t handle your color changes")
9999     ("so I'll just make it a solid line instead.");
10000   mp_put_get_error(mp);
10001   goto NOT_FOUND;
10002 }
10003
10004 @ @<Insert |d| into the dash list and |goto not_found| if there is an error@>=
10005 start_x(null_dash)=stop_x(d);
10006 dd=h; /* this makes |link(dd)=dash_list(h)| */
10007 while ( start_x(link(dd))<stop_x(d) )
10008   dd=link(dd);
10009 if ( dd!=h ) {
10010   if ( (stop_x(dd)>start_x(d)) )
10011     { mp_x_retrace_error(mp); goto NOT_FOUND;  };
10012 }
10013 link(d)=link(dd);
10014 link(dd)=d
10015
10016 @ @<Set |dash_y(h)| and merge the first and last dashes if necessary@>=
10017 d=dash_list(h);
10018 while ( (link(d)!=null_dash) )
10019   d=link(d);
10020 dd=dash_list(h);
10021 dash_y(h)=stop_x(d)-start_x(dd);
10022 if ( abs(y0)>dash_y(h) ) {
10023   dash_y(h)=abs(y0);
10024 } else if ( d!=dd ) { 
10025   dash_list(h)=link(dd);
10026   stop_x(d)=stop_x(dd)+dash_y(h);
10027   mp_free_node(mp, dd,dash_node_size);
10028 }
10029
10030 @ We get here when the argument is a null picture or when there is an error.
10031 Recovering from an error involves making |dash_list(h)| empty to indicate
10032 that |h| is not known to be a valid dash pattern.  We also dereference |h|
10033 since it is not being used for the return value.
10034
10035 @<Flush the dash list, recycle |h| and return |null|@>=
10036 mp_flush_dash_list(mp, h);
10037 delete_edge_ref(h);
10038 return null
10039
10040 @ Having carefully saved the dashed stroked nodes in the
10041 corresponding dash nodes, we must be prepared to break up these dashes into
10042 smaller dashes.
10043
10044 @<Scan |dash_list(h)| and deal with any dashes that are themselves dashed@>=
10045 d=h;  /* now |link(d)=dash_list(h)| */
10046 while ( link(d)!=null_dash ) {
10047   ds=info(link(d));
10048   if ( ds==null ) { 
10049     d=link(d);
10050   } else {
10051     hh=dash_p(ds);
10052     hsf=dash_scale(ds);
10053     if ( (hh==null) ) mp_confusion(mp, "dash1");
10054 @:this can't happen dash0}{\quad dash1@>
10055     if ( dash_y(hh)==0 ) {
10056       d=link(d);
10057     } else { 
10058       if ( dash_list(hh)==null ) mp_confusion(mp, "dash1");
10059 @:this can't happen dash0}{\quad dash1@>
10060       @<Replace |link(d)| by a dashed version as determined by edge header
10061           |hh| and scale factor |ds|@>;
10062     }
10063   }
10064 }
10065
10066 @ @<Other local variables in |make_dashes|@>=
10067 pointer dln;  /* |link(d)| */
10068 pointer hh;  /* an edge header that tells how to break up |dln| */
10069 scaled hsf;  /* the dash pattern from |hh| gets scaled by this */
10070 pointer ds;  /* the stroked node from which |hh| and |hsf| are derived */
10071 scaled xoff;  /* added to $x$ values in |dash_list(hh)| to match |dln| */
10072
10073 @ @<Replace |link(d)| by a dashed version as determined by edge header...@>=
10074 dln=link(d);
10075 dd=dash_list(hh);
10076 xoff=start_x(dln)-mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd))-
10077         mp_take_scaled(mp, hsf,mp_dash_offset(mp, hh));
10078 start_x(null_dash)=mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd))
10079                    +mp_take_scaled(mp, hsf,dash_y(hh));
10080 stop_x(null_dash)=start_x(null_dash);
10081 @<Advance |dd| until finding the first dash that overlaps |dln| when
10082   offset by |xoff|@>;
10083 while ( start_x(dln)<=stop_x(dln) ) {
10084   @<If |dd| has `fallen off the end', back up to the beginning and fix |xoff|@>;
10085   @<Insert a dash between |d| and |dln| for the overlap with the offset version
10086     of |dd|@>;
10087   dd=link(dd);
10088   start_x(dln)=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd));
10089 }
10090 link(d)=link(dln);
10091 mp_free_node(mp, dln,dash_node_size)
10092
10093 @ The name of this module is a bit of a lie because we actually just find the
10094 first |dd| where |take_scaled (hsf, stop_x(dd))| is large enough to make an
10095 overlap possible.  It could be that the unoffset version of dash |dln| falls
10096 in the gap between |dd| and its predecessor.
10097
10098 @<Advance |dd| until finding the first dash that overlaps |dln| when...@>=
10099 while ( xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,stop_x(dd))<start_x(dln) ) {
10100   dd=link(dd);
10101 }
10102
10103 @ @<If |dd| has `fallen off the end', back up to the beginning and fix...@>=
10104 if ( dd==null_dash ) { 
10105   dd=dash_list(hh);
10106   xoff=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,dash_y(hh));
10107 }
10108
10109 @ At this point we already know that
10110 |start_x(dln)<=xoff+take_scaled(hsf,stop_x(dd))|.
10111
10112 @<Insert a dash between |d| and |dln| for the overlap with the offset...@>=
10113 if ( (xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd)))<=stop_x(dln) ) {
10114   link(d)=mp_get_node(mp, dash_node_size);
10115   d=link(d);
10116   link(d)=dln;
10117   if ( start_x(dln)>(xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd))))
10118     start_x(d)=start_x(dln);
10119   else 
10120     start_x(d)=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd));
10121   if ( stop_x(dln)<(xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,stop_x(dd)))) 
10122     stop_x(d)=stop_x(dln);
10123   else 
10124     stop_x(d)=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,stop_x(dd));
10125 }
10126
10127 @ The next major task is to update the bounding box information in an edge
10128 header~|h|. This is done via a procedure |adjust_bbox| that enlarges an edge
10129 header's bounding box to accommodate the box computed by |path_bbox| or
10130 |pen_bbox|. (This is stored in global variables |minx|, |miny|, |maxx|, and
10131 |maxy|.)
10132
10133 @c void mp_adjust_bbox (MP mp,pointer h) { 
10134   if ( minx<minx_val(h) ) minx_val(h)=minx;
10135   if ( miny<miny_val(h) ) miny_val(h)=miny;
10136   if ( maxx>maxx_val(h) ) maxx_val(h)=maxx;
10137   if ( maxy>maxy_val(h) ) maxy_val(h)=maxy;
10138 }
10139
10140 @ Here is a special routine for updating the bounding box information in
10141 edge header~|h| to account for the squared-off ends of a non-cyclic path~|p|
10142 that is to be stroked with the pen~|pp|.
10143
10144 @c void mp_box_ends (MP mp, pointer p, pointer pp, pointer h) {
10145   pointer q;  /* a knot node adjacent to knot |p| */
10146   fraction dx,dy;  /* a unit vector in the direction out of the path at~|p| */
10147   scaled d;  /* a factor for adjusting the length of |(dx,dy)| */
10148   scaled z;  /* a coordinate being tested against the bounding box */
10149   scaled xx,yy;  /* the extreme pen vertex in the |(dx,dy)| direction */
10150   integer i; /* a loop counter */
10151   if ( right_type(p)!=mp_endpoint ) { 
10152     q=link(p);
10153     while (1) { 
10154       @<Make |(dx,dy)| the final direction for the path segment from
10155         |q| to~|p|; set~|d|@>;
10156       d=mp_pyth_add(mp, dx,dy);
10157       if ( d>0 ) { 
10158          @<Normalize the direction |(dx,dy)| and find the pen offset |(xx,yy)|@>;
10159          for (i=1;i<= 2;i++) { 
10160            @<Use |(dx,dy)| to generate a vertex of the square end cap and
10161              update the bounding box to accommodate it@>;
10162            dx=-dx; dy=-dy; 
10163         }
10164       }
10165       if ( right_type(p)==mp_endpoint ) {
10166          return;
10167       } else {
10168         @<Advance |p| to the end of the path and make |q| the previous knot@>;
10169       } 
10170     }
10171   }
10172 }
10173
10174 @ @<Make |(dx,dy)| the final direction for the path segment from...@>=
10175 if ( q==link(p) ) { 
10176   dx=x_coord(p)-right_x(p);
10177   dy=y_coord(p)-right_y(p);
10178   if ( (dx==0)&&(dy==0) ) {
10179     dx=x_coord(p)-left_x(q);
10180     dy=y_coord(p)-left_y(q);
10181   }
10182 } else { 
10183   dx=x_coord(p)-left_x(p);
10184   dy=y_coord(p)-left_y(p);
10185   if ( (dx==0)&&(dy==0) ) {
10186     dx=x_coord(p)-right_x(q);
10187     dy=y_coord(p)-right_y(q);
10188   }
10189 }
10190 dx=x_coord(p)-x_coord(q);
10191 dy=y_coord(p)-y_coord(q)
10192
10193 @ @<Normalize the direction |(dx,dy)| and find the pen offset |(xx,yy)|@>=
10194 dx=mp_make_fraction(mp, dx,d);
10195 dy=mp_make_fraction(mp, dy,d);
10196 mp_find_offset(mp, -dy,dx,pp);
10197 xx=mp->cur_x; yy=mp->cur_y
10198
10199 @ @<Use |(dx,dy)| to generate a vertex of the square end cap and...@>=
10200 mp_find_offset(mp, dx,dy,pp);
10201 d=mp_take_fraction(mp, xx-mp->cur_x,dx)+mp_take_fraction(mp, yy-mp->cur_y,dy);
10202 if ( ((d<0)&&(i==1)) || ((d>0)&&(i==2))) 
10203   mp_confusion(mp, "box_ends");
10204 @:this can't happen box ends}{\quad\\{box\_ends}@>
10205 z=x_coord(p)+mp->cur_x+mp_take_fraction(mp, d,dx);
10206 if ( z<minx_val(h) ) minx_val(h)=z;
10207 if ( z>maxx_val(h) ) maxx_val(h)=z;
10208 z=y_coord(p)+mp->cur_y+mp_take_fraction(mp, d,dy);
10209 if ( z<miny_val(h) ) miny_val(h)=z;
10210 if ( z>maxy_val(h) ) maxy_val(h)=z
10211
10212 @ @<Advance |p| to the end of the path and make |q| the previous knot@>=
10213 do {  
10214   q=p;
10215   p=link(p);
10216 } while (right_type(p)!=mp_endpoint)
10217
10218 @ The major difficulty in finding the bounding box of an edge structure is the
10219 effect of clipping paths.  We treat them conservatively by only clipping to the
10220 clipping path's bounding box, but this still
10221 requires recursive calls to |set_bbox| in order to find the bounding box of
10222 @^recursion@>
10223 the objects to be clipped.  Such calls are distinguished by the fact that the
10224 boolean parameter |top_level| is false.
10225
10226 @c void mp_set_bbox (MP mp,pointer h, boolean top_level) {
10227   pointer p;  /* a graphical object being considered */
10228   scaled sminx,sminy,smaxx,smaxy;
10229   /* for saving the bounding box during recursive calls */
10230   scaled x0,x1,y0,y1;  /* temporary registers */
10231   integer lev;  /* nesting level for |mp_start_bounds_code| nodes */
10232   @<Wipe out any existing bounding box information if |bbtype(h)| is
10233   incompatible with |internal[mp_true_corners]|@>;
10234   while ( link(bblast(h))!=null ) { 
10235     p=link(bblast(h));
10236     bblast(h)=p;
10237     switch (type(p)) {
10238     case mp_stop_clip_code: 
10239       if ( top_level ) mp_confusion(mp, "bbox");  else return;
10240 @:this can't happen bbox}{\quad bbox@>
10241       break;
10242     @<Other cases for updating the bounding box based on the type of object |p|@>;
10243     } /* all cases are enumerated above */
10244   }
10245   if ( ! top_level ) mp_confusion(mp, "bbox");
10246 }
10247
10248 @ @<Internal library declarations@>=
10249 void mp_set_bbox (MP mp,pointer h, boolean top_level);
10250
10251 @ @<Wipe out any existing bounding box information if |bbtype(h)| is...@>=
10252 switch (bbtype(h)) {
10253 case no_bounds: 
10254   break;
10255 case bounds_set: 
10256   if ( mp->internal[mp_true_corners]>0 ) mp_init_bbox(mp, h);
10257   break;
10258 case bounds_unset: 
10259   if ( mp->internal[mp_true_corners]<=0 ) mp_init_bbox(mp, h);
10260   break;
10261 } /* there are no other cases */
10262
10263 @ @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10264 case mp_fill_code: 
10265   mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10266   if ( pen_p(p)!=null ) { 
10267     x0=minx; y0=miny;
10268     x1=maxx; y1=maxy;
10269     mp_pen_bbox(mp, pen_p(p));
10270     minx=minx+x0;
10271     miny=miny+y0;
10272     maxx=maxx+x1;
10273     maxy=maxy+y1;
10274   }
10275   mp_adjust_bbox(mp, h);
10276   break;
10277
10278 @ @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10279 case mp_start_bounds_code: 
10280   if ( mp->internal[mp_true_corners]>0 ) {
10281     bbtype(h)=bounds_unset;
10282   } else { 
10283     bbtype(h)=bounds_set;
10284     mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10285     mp_adjust_bbox(mp, h);
10286     @<Scan to the matching |mp_stop_bounds_code| node and update |p| and
10287       |bblast(h)|@>;
10288   }
10289   break;
10290 case mp_stop_bounds_code: 
10291   if ( mp->internal[mp_true_corners]<=0 ) mp_confusion(mp, "bbox2");
10292 @:this can't happen bbox2}{\quad bbox2@>
10293   break;
10294
10295 @ @<Scan to the matching |mp_stop_bounds_code| node and update |p| and...@>=
10296 lev=1;
10297 while ( lev!=0 ) { 
10298   if ( link(p)==null ) mp_confusion(mp, "bbox2");
10299 @:this can't happen bbox2}{\quad bbox2@>
10300   p=link(p);
10301   if ( type(p)==mp_start_bounds_code ) incr(lev);
10302   else if ( type(p)==mp_stop_bounds_code ) decr(lev);
10303 }
10304 bblast(h)=p
10305
10306 @ It saves a lot of grief here to be slightly conservative and not account for
10307 omitted parts of dashed lines.  We also don't worry about the material omitted
10308 when using butt end caps.  The basic computation is for round end caps and
10309 |box_ends| augments it for square end caps.
10310
10311 @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10312 case mp_stroked_code: 
10313   mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10314   x0=minx; y0=miny;
10315   x1=maxx; y1=maxy;
10316   mp_pen_bbox(mp, pen_p(p));
10317   minx=minx+x0;
10318   miny=miny+y0;
10319   maxx=maxx+x1;
10320   maxy=maxy+y1;
10321   mp_adjust_bbox(mp, h);
10322   if ( (left_type(path_p(p))==mp_endpoint)&&(lcap_val(p)==2) )
10323     mp_box_ends(mp, path_p(p), pen_p(p), h);
10324   break;
10325
10326 @ The height width and depth information stored in a text node determines a
10327 rectangle that needs to be transformed according to the transformation
10328 parameters stored in the text node.
10329
10330 @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10331 case mp_text_code: 
10332   x1=mp_take_scaled(mp, txx_val(p),width_val(p));
10333   y0=mp_take_scaled(mp, txy_val(p),-depth_val(p));
10334   y1=mp_take_scaled(mp, txy_val(p),height_val(p));
10335   minx=tx_val(p);
10336   maxx=minx;
10337   if ( y0<y1 ) { minx=minx+y0; maxx=maxx+y1;  }
10338   else         { minx=minx+y1; maxx=maxx+y0;  }
10339   if ( x1<0 ) minx=minx+x1;  else maxx=maxx+x1;
10340   x1=mp_take_scaled(mp, tyx_val(p),width_val(p));
10341   y0=mp_take_scaled(mp, tyy_val(p),-depth_val(p));
10342   y1=mp_take_scaled(mp, tyy_val(p),height_val(p));
10343   miny=ty_val(p);
10344   maxy=miny;
10345   if ( y0<y1 ) { miny=miny+y0; maxy=maxy+y1;  }
10346   else         { miny=miny+y1; maxy=maxy+y0;  }
10347   if ( x1<0 ) miny=miny+x1;  else maxy=maxy+x1;
10348   mp_adjust_bbox(mp, h);
10349   break;
10350
10351 @ This case involves a recursive call that advances |bblast(h)| to the node of
10352 type |mp_stop_clip_code| that matches |p|.
10353
10354 @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10355 case mp_start_clip_code: 
10356   mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10357   x0=minx; y0=miny;
10358   x1=maxx; y1=maxy;
10359   sminx=minx_val(h); sminy=miny_val(h);
10360   smaxx=maxx_val(h); smaxy=maxy_val(h);
10361   @<Reinitialize the bounding box in header |h| and call |set_bbox| recursively
10362     starting at |link(p)|@>;
10363   @<Clip the bounding box in |h| to the rectangle given by |x0|, |x1|,
10364     |y0|, |y1|@>;
10365   minx=sminx; miny=sminy;
10366   maxx=smaxx; maxy=smaxy;
10367   mp_adjust_bbox(mp, h);
10368   break;
10369
10370 @ @<Reinitialize the bounding box in header |h| and call |set_bbox|...@>=
10371 minx_val(h)=el_gordo;
10372 miny_val(h)=el_gordo;
10373 maxx_val(h)=-el_gordo;
10374 maxy_val(h)=-el_gordo;
10375 mp_set_bbox(mp, h,false)
10376
10377 @ @<Clip the bounding box in |h| to the rectangle given by |x0|, |x1|,...@>=
10378 if ( minx_val(h)<x0 ) minx_val(h)=x0;
10379 if ( miny_val(h)<y0 ) miny_val(h)=y0;
10380 if ( maxx_val(h)>x1 ) maxx_val(h)=x1;
10381 if ( maxy_val(h)>y1 ) maxy_val(h)=y1
10382
10383 @* \[22] Finding an envelope.
10384 When \MP\ has a path and a polygonal pen, it needs to express the desired
10385 shape in terms of things \ps\ can understand.  The present task is to compute
10386 a new path that describes the region to be filled.  It is convenient to
10387 define this as a two step process where the first step is determining what
10388 offset to use for each segment of the path.
10389
10390 @ Given a pointer |c| to a cyclic path,
10391 and a pointer~|h| to the first knot of a pen polygon,
10392 the |offset_prep| routine changes the path into cubics that are
10393 associated with particular pen offsets. Thus if the cubic between |p|
10394 and~|q| is associated with the |k|th offset and the cubic between |q| and~|r|
10395 has offset |l| then |info(q)=zero_off+l-k|. (The constant |zero_off| is added
10396 to because |l-k| could be negative.)
10397
10398 After overwriting the type information with offset differences, we no longer
10399 have a true path so we refer to the knot list returned by |offset_prep| as an
10400 ``envelope spec.''
10401 @^envelope spec@>
10402 Since an envelope spec only determines relative changes in pen offsets,
10403 |offset_prep| sets a global variable |spec_offset| to the relative change from
10404 |h| to the first offset.
10405
10406 @d zero_off 16384 /* added to offset changes to make them positive */
10407
10408 @<Glob...@>=
10409 integer spec_offset; /* number of pen edges between |h| and the initial offset */
10410
10411 @ @c @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>;
10412 pointer mp_offset_prep (MP mp,pointer c, pointer h) {
10413   halfword n; /* the number of vertices in the pen polygon */
10414   pointer p,q,q0,r,w, ww; /* for list manipulation */
10415   integer k_needed; /* amount to be added to |info(p)| when it is computed */
10416   pointer w0; /* a pointer to pen offset to use just before |p| */
10417   scaled dxin,dyin; /* the direction into knot |p| */
10418   integer turn_amt; /* change in pen offsets for the current cubic */
10419   @<Other local variables for |offset_prep|@>;
10420   dx0=0; dy0=0;
10421   @<Initialize the pen size~|n|@>;
10422   @<Initialize the incoming direction and pen offset at |c|@>;
10423   p=c; k_needed=0;
10424   do {  
10425     q=link(p);
10426     @<Split the cubic between |p| and |q|, if necessary, into cubics
10427       associated with single offsets, after which |q| should
10428       point to the end of the final such cubic@>;
10429   NOT_FOUND:
10430     @<Advance |p| to node |q|, removing any ``dead'' cubics that
10431       might have been introduced by the splitting process@>;
10432   } while (q!=c);
10433   @<Fix the offset change in |info(c)| and set |c| to the return value of
10434     |offset_prep|@>;
10435   return c;
10436 }
10437
10438 @ We shall want to keep track of where certain knots on the cyclic path
10439 wind up in the envelope spec.  It doesn't suffice just to keep pointers to
10440 knot nodes because some nodes are deleted while removing dead cubics.  Thus
10441 |offset_prep| updates the following pointers
10442
10443 @<Glob...@>=
10444 pointer spec_p1;
10445 pointer spec_p2; /* pointers to distinguished knots */
10446
10447 @ @<Set init...@>=
10448 mp->spec_p1=null; mp->spec_p2=null;
10449
10450 @ @<Initialize the pen size~|n|@>=
10451 n=0; p=h;
10452 do {  
10453   incr(n);
10454   p=link(p);
10455 } while (p!=h)
10456
10457 @ Since the true incoming direction isn't known yet, we just pick a direction
10458 consistent with the pen offset~|h|.  If this is wrong, it can be corrected
10459 later.
10460
10461 @<Initialize the incoming direction and pen offset at |c|@>=
10462 dxin=x_coord(link(h))-x_coord(knil(h));
10463 dyin=y_coord(link(h))-y_coord(knil(h));
10464 if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
10465   dxin=y_coord(knil(h))-y_coord(h);
10466   dyin=x_coord(h)-x_coord(knil(h));
10467 }
10468 w0=h
10469
10470 @ We must be careful not to remove the only cubic in a cycle.
10471
10472 But we must also be careful for another reason. If the user-supplied
10473 path starts with a set of degenerate cubics, the target node |q| can
10474 be collapsed to the initial node |p| which might be the same as the
10475 initial node |c| of the curve. This would cause the |offset_prep| routine
10476 to bail out too early, causing distress later on. (See for example
10477 the testcase reported by Bogus\l{}aw Jackowski in tracker id 267, case 52c
10478 on Sarovar.)
10479
10480 @<Advance |p| to node |q|, removing any ``dead'' cubics...@>=
10481 q0=q;
10482 do { 
10483   r=link(p);
10484   if ( x_coord(p)==right_x(p) && y_coord(p)==right_y(p) &&
10485        x_coord(p)==left_x(r)  && y_coord(p)==left_y(r) &&
10486        x_coord(p)==x_coord(r) && y_coord(p)==y_coord(r) &&
10487        r!=p ) {
10488       @<Remove the cubic following |p| and update the data structures
10489         to merge |r| into |p|@>;
10490   }
10491   p=r;
10492 } while (p!=q);
10493 /* Check if we removed too much */
10494 if(q!=q0)
10495   q = link(q)
10496
10497 @ @<Remove the cubic following |p| and update the data structures...@>=
10498 { k_needed=info(p)-zero_off;
10499   if ( r==q ) { 
10500     q=p;
10501   } else { 
10502     info(p)=k_needed+info(r);
10503     k_needed=0;
10504   };
10505   if ( r==c ) { info(p)=info(c); c=p; };
10506   if ( r==mp->spec_p1 ) mp->spec_p1=p;
10507   if ( r==mp->spec_p2 ) mp->spec_p2=p;
10508   r=p; mp_remove_cubic(mp, p);
10509 }
10510
10511 @ Not setting the |info| field of the newly created knot allows the splitting
10512 routine to work for paths.
10513
10514 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10515 void mp_split_cubic (MP mp,pointer p, fraction t) { /* splits the cubic after |p| */
10516   scaled v; /* an intermediate value */
10517   pointer q,r; /* for list manipulation */
10518   q=link(p); r=mp_get_node(mp, knot_node_size); link(p)=r; link(r)=q;
10519   originator(r)=mp_program_code;
10520   left_type(r)=mp_explicit; right_type(r)=mp_explicit;
10521   v=t_of_the_way(right_x(p),left_x(q));
10522   right_x(p)=t_of_the_way(x_coord(p),right_x(p));
10523   left_x(q)=t_of_the_way(left_x(q),x_coord(q));
10524   left_x(r)=t_of_the_way(right_x(p),v);
10525   right_x(r)=t_of_the_way(v,left_x(q));
10526   x_coord(r)=t_of_the_way(left_x(r),right_x(r));
10527   v=t_of_the_way(right_y(p),left_y(q));
10528   right_y(p)=t_of_the_way(y_coord(p),right_y(p));
10529   left_y(q)=t_of_the_way(left_y(q),y_coord(q));
10530   left_y(r)=t_of_the_way(right_y(p),v);
10531   right_y(r)=t_of_the_way(v,left_y(q));
10532   y_coord(r)=t_of_the_way(left_y(r),right_y(r));
10533 }
10534
10535 @ This does not set |info(p)| or |right_type(p)|.
10536
10537 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10538 void mp_remove_cubic (MP mp,pointer p) { /* removes the dead cubic following~|p| */
10539   pointer q; /* the node that disappears */
10540   q=link(p); link(p)=link(q);
10541   right_x(p)=right_x(q); right_y(p)=right_y(q);
10542   mp_free_node(mp, q,knot_node_size);
10543 }
10544
10545 @ Let $d\prec d'$ mean that the counter-clockwise angle from $d$ to~$d'$ is
10546 strictly between zero and $180^\circ$.  Then we can define $d\preceq d'$ to
10547 mean that the angle could be zero or $180^\circ$. If $w_k=(u_k,v_k)$ is the
10548 $k$th pen offset, the $k$th pen edge direction is defined by the formula
10549 $$d_k=(u\k-u_k,\,v\k-v_k).$$
10550 When listed by increasing $k$, these directions occur in counter-clockwise
10551 order so that $d_k\preceq d\k$ for all~$k$.
10552 The goal of |offset_prep| is to find an offset index~|k| to associate with
10553 each cubic, such that the direction $d(t)$ of the cubic satisfies
10554 $$d_{k-1}\preceq d(t)\preceq d_k\qquad\hbox{for $0\le t\le 1$.}\eqno(*)$$
10555 We may have to split a cubic into many pieces before each
10556 piece corresponds to a unique offset.
10557
10558 @<Split the cubic between |p| and |q|, if necessary, into cubics...@>=
10559 info(p)=zero_off+k_needed;
10560 k_needed=0;
10561 @<Prepare for derivative computations;
10562   |goto not_found| if the current cubic is dead@>;
10563 @<Find the initial direction |(dx,dy)|@>;
10564 @<Update |info(p)| and find the offset $w_k$ such that
10565   $d_{k-1}\preceq(\\{dx},\\{dy})\prec d_k$; also advance |w0| for
10566   the direction change at |p|@>;
10567 @<Find the final direction |(dxin,dyin)|@>;
10568 @<Decide on the net change in pen offsets and set |turn_amt|@>;
10569 @<Complete the offset splitting process@>;
10570 w0=mp_pen_walk(mp, w0,turn_amt)
10571
10572 @ @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10573 pointer mp_pen_walk (MP mp,pointer w, integer k) {
10574   /* walk |k| steps around a pen from |w| */
10575   while ( k>0 ) { w=link(w); decr(k);  };
10576   while ( k<0 ) { w=knil(w); incr(k);  };
10577   return w;
10578 }
10579
10580 @ The direction of a cubic $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)=\bigl(x(t),y(t)\bigr)$ can be
10581 calculated from the quadratic polynomials
10582 ${1\over3}x'(t)=B(x_1-x_0,x_2-x_1,x_3-x_2;t)$ and
10583 ${1\over3}y'(t)=B(y_1-y_0,y_2-y_1,y_3-y_2;t)$.
10584 Since we may be calculating directions from several cubics
10585 split from the current one, it is desirable to do these calculations
10586 without losing too much precision. ``Scaled up'' values of the
10587 derivatives, which will be less tainted by accumulated errors than
10588 derivatives found from the cubics themselves, are maintained in
10589 local variables |x0|, |x1|, and |x2|, representing $X_0=2^l(x_1-x_0)$,
10590 $X_1=2^l(x_2-x_1)$, and $X_2=2^l(x_3-x_2)$; similarly |y0|, |y1|, and~|y2|
10591 represent $Y_0=2^l(y_1-y_0)$, $Y_1=2^l(y_2-y_1)$, and $Y_2=2^l(y_3-y_2)$.
10592
10593 @<Other local variables for |offset_prep|@>=
10594 integer x0,x1,x2,y0,y1,y2; /* representatives of derivatives */
10595 integer t0,t1,t2; /* coefficients of polynomial for slope testing */
10596 integer du,dv,dx,dy; /* for directions of the pen and the curve */
10597 integer dx0,dy0; /* initial direction for the first cubic in the curve */
10598 integer max_coef; /* used while scaling */
10599 integer x0a,x1a,x2a,y0a,y1a,y2a; /* intermediate values */
10600 fraction t; /* where the derivative passes through zero */
10601 fraction s; /* a temporary value */
10602
10603 @ @<Prepare for derivative computations...@>=
10604 x0=right_x(p)-x_coord(p);
10605 x2=x_coord(q)-left_x(q);
10606 x1=left_x(q)-right_x(p);
10607 y0=right_y(p)-y_coord(p); y2=y_coord(q)-left_y(q);
10608 y1=left_y(q)-right_y(p);
10609 max_coef=abs(x0);
10610 if ( abs(x1)>max_coef ) max_coef=abs(x1);
10611 if ( abs(x2)>max_coef ) max_coef=abs(x2);
10612 if ( abs(y0)>max_coef ) max_coef=abs(y0);
10613 if ( abs(y1)>max_coef ) max_coef=abs(y1);
10614 if ( abs(y2)>max_coef ) max_coef=abs(y2);
10615 if ( max_coef==0 ) goto NOT_FOUND;
10616 while ( max_coef<fraction_half ) {
10617   double(max_coef);
10618   double(x0); double(x1); double(x2);
10619   double(y0); double(y1); double(y2);
10620 }
10621
10622 @ Let us first solve a special case of the problem: Suppose we
10623 know an index~$k$ such that either (i)~$d(t)\succeq d_{k-1}$ for all~$t$
10624 and $d(0)\prec d_k$, or (ii)~$d(t)\preceq d_k$ for all~$t$ and
10625 $d(0)\succ d_{k-1}$.
10626 Then, in a sense, we're halfway done, since one of the two relations
10627 in $(*)$ is satisfied, and the other couldn't be satisfied for
10628 any other value of~|k|.
10629
10630 Actually, the conditions can be relaxed somewhat since a relation such as
10631 $d(t)\succeq d_{k-1}$ restricts $d(t)$ to a half plane when all that really
10632 matters is whether $d(t)$ crosses the ray in the $d_{k-1}$ direction from
10633 the origin.  The condition for case~(i) becomes $d_{k-1}\preceq d(0)\prec d_k$
10634 and $d(t)$ never crosses the $d_{k-1}$ ray in the clockwise direction.
10635 Case~(ii) is similar except $d(t)$ cannot cross the $d_k$ ray in the
10636 counterclockwise direction.
10637
10638 The |fin_offset_prep| subroutine solves the stated subproblem.
10639 It has a parameter called |rise| that is |1| in
10640 case~(i), |-1| in case~(ii). Parameters |x0| through |y2| represent
10641 the derivative of the cubic following |p|.
10642 The |w| parameter should point to offset~$w_k$ and |info(p)| should already
10643 be set properly.  The |turn_amt| parameter gives the absolute value of the
10644 overall net change in pen offsets.
10645
10646 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10647 void mp_fin_offset_prep (MP mp,pointer p, pointer w, integer 
10648   x0,integer x1, integer x2, integer y0, integer y1, integer y2, 
10649   integer rise, integer turn_amt)  {
10650   pointer ww; /* for list manipulation */
10651   scaled du,dv; /* for slope calculation */
10652   integer t0,t1,t2; /* test coefficients */
10653   fraction t; /* place where the derivative passes a critical slope */
10654   fraction s; /* slope or reciprocal slope */
10655   integer v; /* intermediate value for updating |x0..y2| */
10656   pointer q; /* original |link(p)| */
10657   q=link(p);
10658   while (1)  { 
10659     if ( rise>0 ) ww=link(w); /* a pointer to $w\k$ */
10660     else  ww=knil(w); /* a pointer to $w_{k-1}$ */
10661     @<Compute test coefficients |(t0,t1,t2)|
10662       for $d(t)$ versus $d_k$ or $d_{k-1}$@>;
10663     t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,t2);
10664     if ( t>=fraction_one ) {
10665       if ( turn_amt>0 ) t=fraction_one;  else return;
10666     }
10667     @<Split the cubic at $t$,
10668       and split off another cubic if the derivative crosses back@>;
10669     w=ww;
10670   }
10671 }
10672
10673 @ We want $B(\\{t0},\\{t1},\\{t2};t)$ to be the dot product of $d(t)$ with a
10674 $-90^\circ$ rotation of the vector from |w| to |ww|.  This makes the resulting
10675 function cross from positive to negative when $d_{k-1}\preceq d(t)\preceq d_k$
10676 begins to fail.
10677
10678 @<Compute test coefficients |(t0,t1,t2)| for $d(t)$ versus...@>=
10679 du=x_coord(ww)-x_coord(w); dv=y_coord(ww)-y_coord(w);
10680 if ( abs(du)>=abs(dv) ) {
10681   s=mp_make_fraction(mp, dv,du);
10682   t0=mp_take_fraction(mp, x0,s)-y0;
10683   t1=mp_take_fraction(mp, x1,s)-y1;
10684   t2=mp_take_fraction(mp, x2,s)-y2;
10685   if ( du<0 ) { negate(t0); negate(t1); negate(t2);  }
10686 } else { 
10687   s=mp_make_fraction(mp, du,dv);
10688   t0=x0-mp_take_fraction(mp, y0,s);
10689   t1=x1-mp_take_fraction(mp, y1,s);
10690   t2=x2-mp_take_fraction(mp, y2,s);
10691   if ( dv<0 ) { negate(t0); negate(t1); negate(t2);  }
10692 }
10693 if ( t0<0 ) t0=0 /* should be positive without rounding error */
10694
10695 @ The curve has crossed $d_k$ or $d_{k-1}$; its initial segment satisfies
10696 $(*)$, and it might cross again, yielding another solution of $(*)$.
10697
10698 @<Split the cubic at $t$, and split off another...@>=
10699
10700 mp_split_cubic(mp, p,t); p=link(p); info(p)=zero_off+rise;
10701 decr(turn_amt);
10702 v=t_of_the_way(x0,x1); x1=t_of_the_way(x1,x2);
10703 x0=t_of_the_way(v,x1);
10704 v=t_of_the_way(y0,y1); y1=t_of_the_way(y1,y2);
10705 y0=t_of_the_way(v,y1);
10706 if ( turn_amt<0 ) {
10707   t1=t_of_the_way(t1,t2);
10708   if ( t1>0 ) t1=0; /* without rounding error, |t1| would be |<=0| */
10709   t=mp_crossing_point(mp, 0,-t1,-t2);
10710   if ( t>fraction_one ) t=fraction_one;
10711   incr(turn_amt);
10712   if ( (t==fraction_one)&&(link(p)!=q) ) {
10713     info(link(p))=info(link(p))-rise;
10714   } else { 
10715     mp_split_cubic(mp, p,t); info(link(p))=zero_off-rise;
10716     v=t_of_the_way(x1,x2); x1=t_of_the_way(x0,x1);
10717     x2=t_of_the_way(x1,v);
10718     v=t_of_the_way(y1,y2); y1=t_of_the_way(y0,y1);
10719     y2=t_of_the_way(y1,v);
10720   }
10721 }
10722 }
10723
10724 @ Now we must consider the general problem of |offset_prep|, when
10725 nothing is known about a given cubic. We start by finding its
10726 direction in the vicinity of |t=0|.
10727
10728 If $z'(t)=0$, the given cubic is numerically unstable but |offset_prep|
10729 has not yet introduced any more numerical errors.  Thus we can compute
10730 the true initial direction for the given cubic, even if it is almost
10731 degenerate.
10732
10733 @<Find the initial direction |(dx,dy)|@>=
10734 dx=x0; dy=y0;
10735 if ( dx==0 && dy==0 ) { 
10736   dx=x1; dy=y1;
10737   if ( dx==0 && dy==0 ) { 
10738     dx=x2; dy=y2;
10739   }
10740 }
10741 if ( p==c ) { dx0=dx; dy0=dy;  }
10742
10743 @ @<Find the final direction |(dxin,dyin)|@>=
10744 dxin=x2; dyin=y2;
10745 if ( dxin==0 && dyin==0 ) {
10746   dxin=x1; dyin=y1;
10747   if ( dxin==0 && dyin==0 ) {
10748     dxin=x0; dyin=y0;
10749   }
10750 }
10751
10752 @ The next step is to bracket the initial direction between consecutive
10753 edges of the pen polygon.  We must be careful to turn clockwise only if
10754 this makes the turn less than $180^\circ$. (A $180^\circ$ turn must be
10755 counter-clockwise in order to make \&{doublepath} envelopes come out
10756 @:double_path_}{\&{doublepath} primitive@>
10757 right.) This code depends on |w0| being the offset for |(dxin,dyin)|.
10758
10759 @<Update |info(p)| and find the offset $w_k$ such that...@>=
10760 turn_amt=mp_get_turn_amt(mp,w0,dx,dy,(mp_ab_vs_cd(mp, dy,dxin,dx,dyin)>=0));
10761 w=mp_pen_walk(mp, w0, turn_amt);
10762 w0=w;
10763 info(p)=info(p)+turn_amt
10764
10765 @ Decide how many pen offsets to go away from |w| in order to find the offset
10766 for |(dx,dy)|, going counterclockwise if |ccw| is |true|.  This assumes that
10767 |w| is the offset for some direction $(x',y')$ from which the angle to |(dx,dy)|
10768 in the sense determined by |ccw| is less than or equal to $180^\circ$.
10769
10770 If the pen polygon has only two edges, they could both be parallel
10771 to |(dx,dy)|.  In this case, we must be careful to stop after crossing the first
10772 such edge in order to avoid an infinite loop.
10773
10774 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10775 integer mp_get_turn_amt (MP mp,pointer w, scaled  dx,
10776                          scaled dy, boolean  ccw) {
10777   pointer ww; /* a neighbor of knot~|w| */
10778   integer s; /* turn amount so far */
10779   integer t; /* |ab_vs_cd| result */
10780   s=0;
10781   if ( ccw ) { 
10782     ww=link(w);
10783     do {  
10784       t=mp_ab_vs_cd(mp, dy,(x_coord(ww)-x_coord(w)),
10785                         dx,(y_coord(ww)-y_coord(w)));
10786       if ( t<0 ) break;
10787       incr(s);
10788       w=ww; ww=link(ww);
10789     } while (t>0);
10790   } else { 
10791     ww=knil(w);
10792     while ( mp_ab_vs_cd(mp, dy,(x_coord(w)-x_coord(ww)),
10793                             dx,(y_coord(w)-y_coord(ww))) < 0) { 
10794       decr(s);
10795       w=ww; ww=knil(ww);
10796     }
10797   }
10798   return s;
10799 }
10800
10801 @ When we're all done, the final offset is |w0| and the final curve direction
10802 is |(dxin,dyin)|.  With this knowledge of the incoming direction at |c|, we
10803 can correct |info(c)| which was erroneously based on an incoming offset
10804 of~|h|.
10805
10806 @d fix_by(A) info(c)=info(c)+(A)
10807
10808 @<Fix the offset change in |info(c)| and set |c| to the return value of...@>=
10809 mp->spec_offset=info(c)-zero_off;
10810 if ( link(c)==c ) {
10811   info(c)=zero_off+n;
10812 } else { 
10813   fix_by(k_needed);
10814   while ( w0!=h ) { fix_by(1); w0=link(w0);  };
10815   while ( info(c)<=zero_off-n ) fix_by(n);
10816   while ( info(c)>zero_off ) fix_by(-n);
10817   if ( (info(c)!=zero_off)&&(mp_ab_vs_cd(mp, dy0,dxin,dx0,dyin)>=0) ) fix_by(n);
10818 }
10819 return c
10820
10821 @ Finally we want to reduce the general problem to situations that
10822 |fin_offset_prep| can handle. We split the cubic into at most three parts
10823 with respect to $d_{k-1}$, and apply |fin_offset_prep| to each part.
10824
10825 @<Complete the offset splitting process@>=
10826 ww=knil(w);
10827 @<Compute test coeff...@>;
10828 @<Find the first |t| where $d(t)$ crosses $d_{k-1}$ or set
10829   |t:=fraction_one+1|@>;
10830 if ( t>fraction_one ) {
10831   mp_fin_offset_prep(mp, p,w,x0,x1,x2,y0,y1,y2,1,turn_amt);
10832 } else {
10833   mp_split_cubic(mp, p,t); r=link(p);
10834   x1a=t_of_the_way(x0,x1); x1=t_of_the_way(x1,x2);
10835   x2a=t_of_the_way(x1a,x1);
10836   y1a=t_of_the_way(y0,y1); y1=t_of_the_way(y1,y2);
10837   y2a=t_of_the_way(y1a,y1);
10838   mp_fin_offset_prep(mp, p,w,x0,x1a,x2a,y0,y1a,y2a,1,0); x0=x2a; y0=y2a;
10839   info(r)=zero_off-1;
10840   if ( turn_amt>=0 ) {
10841     t1=t_of_the_way(t1,t2);
10842     if ( t1>0 ) t1=0;
10843     t=mp_crossing_point(mp, 0,-t1,-t2);
10844     if ( t>fraction_one ) t=fraction_one;
10845     @<Split off another rising cubic for |fin_offset_prep|@>;
10846     mp_fin_offset_prep(mp, r,ww,x0,x1,x2,y0,y1,y2,-1,0);
10847   } else {
10848     mp_fin_offset_prep(mp, r,ww,x0,x1,x2,y0,y1,y2,-1,(-1-turn_amt));
10849   }
10850 }
10851
10852 @ @<Split off another rising cubic for |fin_offset_prep|@>=
10853 mp_split_cubic(mp, r,t); info(link(r))=zero_off+1;
10854 x1a=t_of_the_way(x1,x2); x1=t_of_the_way(x0,x1);
10855 x0a=t_of_the_way(x1,x1a);
10856 y1a=t_of_the_way(y1,y2); y1=t_of_the_way(y0,y1);
10857 y0a=t_of_the_way(y1,y1a);
10858 mp_fin_offset_prep(mp, link(r),w,x0a,x1a,x2,y0a,y1a,y2,1,turn_amt);
10859 x2=x0a; y2=y0a
10860
10861 @ At this point, the direction of the incoming pen edge is |(-du,-dv)|.
10862 When the component of $d(t)$ perpendicular to |(-du,-dv)| crosses zero, we
10863 need to decide whether the directions are parallel or antiparallel.  We
10864 can test this by finding the dot product of $d(t)$ and |(-du,-dv)|, but this
10865 should be avoided when the value of |turn_amt| already determines the
10866 answer.  If |t2<0|, there is one crossing and it is antiparallel only if
10867 |turn_amt>=0|.  If |turn_amt<0|, there should always be at least one
10868 crossing and the first crossing cannot be antiparallel.
10869
10870 @<Find the first |t| where $d(t)$ crosses $d_{k-1}$ or set...@>=
10871 t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,t2);
10872 if ( turn_amt>=0 ) {
10873   if ( t2<0 ) {
10874     t=fraction_one+1;
10875   } else { 
10876     u0=t_of_the_way(x0,x1);
10877     u1=t_of_the_way(x1,x2);
10878     ss=mp_take_fraction(mp, -du,t_of_the_way(u0,u1));
10879     v0=t_of_the_way(y0,y1);
10880     v1=t_of_the_way(y1,y2);
10881     ss=ss+mp_take_fraction(mp, -dv,t_of_the_way(v0,v1));
10882     if ( ss<0 ) t=fraction_one+1;
10883   }
10884 } else if ( t>fraction_one ) {
10885   t=fraction_one;
10886 }
10887
10888 @ @<Other local variables for |offset_prep|@>=
10889 integer u0,u1,v0,v1; /* intermediate values for $d(t)$ calculation */
10890 integer ss = 0; /* the part of the dot product computed so far */
10891 int d_sign; /* sign of overall change in direction for this cubic */
10892
10893 @ If the cubic almost has a cusp, it is a numerically ill-conditioned
10894 problem to decide which way it loops around but that's OK as long we're
10895 consistent.  To make \&{doublepath} envelopes work properly, reversing
10896 the path should always change the sign of |turn_amt|.
10897
10898 @<Decide on the net change in pen offsets and set |turn_amt|@>=
10899 d_sign=mp_ab_vs_cd(mp, dx,dyin, dxin,dy);
10900 if ( d_sign==0 ) {
10901   @<Check rotation direction based on node position@>
10902 }
10903 if ( d_sign==0 ) {
10904   if ( dx==0 ) {
10905     if ( dy>0 ) d_sign=1;  else d_sign=-1;
10906   } else {
10907     if ( dx>0 ) d_sign=1;  else d_sign=-1; 
10908   }
10909 }
10910 @<Make |ss| negative if and only if the total change in direction is
10911   more than $180^\circ$@>;
10912 turn_amt=mp_get_turn_amt(mp, w, dxin, dyin, (d_sign>0));
10913 if ( ss<0 ) turn_amt=turn_amt-d_sign*n
10914
10915 @ We check rotation direction by looking at the vector connecting the current
10916 node with the next. If its angle with incoming and outgoing tangents has the
10917 same sign, we pick this as |d_sign|, since it means we have a flex, not a cusp.
10918 Otherwise we proceed to the cusp code.
10919
10920 @<Check rotation direction based on node position@>=
10921 u0=x_coord(q)-x_coord(p);
10922 u1=y_coord(q)-y_coord(p);
10923 d_sign = half(mp_ab_vs_cd(mp, dx, u1, u0, dy)+
10924   mp_ab_vs_cd(mp, u0, dyin, dxin, u1));
10925
10926 @ In order to be invariant under path reversal, the result of this computation
10927 should not change when |x0|, |y0|, $\ldots$ are all negated and |(x0,y0)| is
10928 then swapped with |(x2,y2)|.  We make use of the identities
10929 |take_fraction(-a,-b)=take_fraction(a,b)| and
10930 |t_of_the_way(-a,-b)=-(t_of_the_way(a,b))|.
10931
10932 @<Make |ss| negative if and only if the total change in direction is...@>=
10933 t0=half(mp_take_fraction(mp, x0,y2))-half(mp_take_fraction(mp, x2,y0));
10934 t1=half(mp_take_fraction(mp, x1,(y0+y2)))-half(mp_take_fraction(mp, y1,(x0+x2)));
10935 if ( t0==0 ) t0=d_sign; /* path reversal always negates |d_sign| */
10936 if ( t0>0 ) {
10937   t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,-t0);
10938   u0=t_of_the_way(x0,x1);
10939   u1=t_of_the_way(x1,x2);
10940   v0=t_of_the_way(y0,y1);
10941   v1=t_of_the_way(y1,y2);
10942 } else { 
10943   t=mp_crossing_point(mp, -t0,t1,t0);
10944   u0=t_of_the_way(x2,x1);
10945   u1=t_of_the_way(x1,x0);
10946   v0=t_of_the_way(y2,y1);
10947   v1=t_of_the_way(y1,y0);
10948 }
10949 ss=mp_take_fraction(mp, (x0+x2),t_of_the_way(u0,u1))+
10950    mp_take_fraction(mp, (y0+y2),t_of_the_way(v0,v1))
10951
10952 @ Here's a routine that prints an envelope spec in symbolic form.  It assumes
10953 that the |cur_pen| has not been walked around to the first offset.
10954
10955 @c 
10956 void mp_print_spec (MP mp,pointer cur_spec, pointer cur_pen, char *s) {
10957   pointer p,q; /* list traversal */
10958   pointer w; /* the current pen offset */
10959   mp_print_diagnostic(mp, "Envelope spec",s,true);
10960   p=cur_spec; w=mp_pen_walk(mp, cur_pen,mp->spec_offset);
10961   mp_print_ln(mp);
10962   mp_print_two(mp, x_coord(cur_spec),y_coord(cur_spec));
10963   mp_print(mp, " % beginning with offset ");
10964   mp_print_two(mp, x_coord(w),y_coord(w));
10965   do { 
10966     while (1) {  
10967       q=link(p);
10968       @<Print the cubic between |p| and |q|@>;
10969       p=q;
10970           if ((p==cur_spec) || (info(p)!=zero_off)) 
10971         break;
10972     }
10973     if ( info(p)!=zero_off ) {
10974       @<Update |w| as indicated by |info(p)| and print an explanation@>;
10975     }
10976   } while (p!=cur_spec);
10977   mp_print_nl(mp, " & cycle");
10978   mp_end_diagnostic(mp, true);
10979 }
10980
10981 @ @<Update |w| as indicated by |info(p)| and print an explanation@>=
10982
10983   w=mp_pen_walk(mp, w, (info(p)-zero_off));
10984   mp_print(mp, " % ");
10985   if ( info(p)>zero_off ) mp_print(mp, "counter");
10986   mp_print(mp, "clockwise to offset ");
10987   mp_print_two(mp, x_coord(w),y_coord(w));
10988 }
10989
10990 @ @<Print the cubic between |p| and |q|@>=
10991
10992   mp_print_nl(mp, "   ..controls ");
10993   mp_print_two(mp, right_x(p),right_y(p));
10994   mp_print(mp, " and ");
10995   mp_print_two(mp, left_x(q),left_y(q));
10996   mp_print_nl(mp, " ..");
10997   mp_print_two(mp, x_coord(q),y_coord(q));
10998 }
10999
11000 @ Once we have an envelope spec, the remaining task to construct the actual
11001 envelope by offsetting each cubic as determined by the |info| fields in
11002 the knots.  First we use |offset_prep| to convert the |c| into an envelope
11003 spec. Then we add the offsets so that |c| becomes a cyclic path that represents
11004 the envelope.
11005
11006 The |ljoin| and |miterlim| parameters control the treatment of points where the
11007 pen offset changes, and |lcap| controls the endpoints of a \&{doublepath}.
11008 The endpoints are easily located because |c| is given in undoubled form
11009 and then doubled in this procedure.  We use |spec_p1| and |spec_p2| to keep
11010 track of the endpoints and treat them like very sharp corners.
11011 Butt end caps are treated like beveled joins; round end caps are treated like
11012 round joins; and square end caps are achieved by setting |join_type:=3|.
11013
11014 None of these parameters apply to inside joins where the convolution tracing
11015 has retrograde lines.  In such cases we use a simple connect-the-endpoints
11016 approach that is achieved by setting |join_type:=2|.
11017
11018 @c @<Declare a function called |insert_knot|@>;
11019 pointer mp_make_envelope (MP mp,pointer c, pointer h, small_number ljoin,
11020   small_number lcap, scaled miterlim) {
11021   pointer p,q,r,q0; /* for manipulating the path */
11022   int join_type=0; /* codes |0..3| for mitered, round, beveled, or square */
11023   pointer w,w0; /* the pen knot for the current offset */
11024   scaled qx,qy; /* unshifted coordinates of |q| */
11025   halfword k,k0; /* controls pen edge insertion */
11026   @<Other local variables for |make_envelope|@>;
11027   dxin=0; dyin=0; dxout=0; dyout=0;
11028   mp->spec_p1=null; mp->spec_p2=null;
11029   @<If endpoint, double the path |c|, and set |spec_p1| and |spec_p2|@>;
11030   @<Use |offset_prep| to compute the envelope spec then walk |h| around to
11031     the initial offset@>;
11032   w=h;
11033   p=c;
11034   do {  
11035     q=link(p); q0=q;
11036     qx=x_coord(q); qy=y_coord(q);
11037     k=info(q);
11038     k0=k; w0=w;
11039     if ( k!=zero_off ) {
11040       @<Set |join_type| to indicate how to handle offset changes at~|q|@>;
11041     }
11042     @<Add offset |w| to the cubic from |p| to |q|@>;
11043     while ( k!=zero_off ) { 
11044       @<Step |w| and move |k| one step closer to |zero_off|@>;
11045       if ( (join_type==1)||(k==zero_off) )
11046          q=mp_insert_knot(mp, q,qx+x_coord(w),qy+y_coord(w));
11047     };
11048     if ( q!=link(p) ) {
11049       @<Set |p=link(p)| and add knots between |p| and |q| as
11050         required by |join_type|@>;
11051     }
11052     p=q;
11053   } while (q0!=c);
11054   return c;
11055 }
11056
11057 @ @<Use |offset_prep| to compute the envelope spec then walk |h| around to...@>=
11058 c=mp_offset_prep(mp, c,h);
11059 if ( mp->internal[mp_tracing_specs]>0 ) 
11060   mp_print_spec(mp, c,h,"");
11061 h=mp_pen_walk(mp, h,mp->spec_offset)
11062
11063 @ Mitered and squared-off joins depend on path directions that are difficult to
11064 compute for degenerate cubics.  The envelope spec computed by |offset_prep| can
11065 have degenerate cubics only if the entire cycle collapses to a single
11066 degenerate cubic.  Setting |join_type:=2| in this case makes the computed
11067 envelope degenerate as well.
11068
11069 @<Set |join_type| to indicate how to handle offset changes at~|q|@>=
11070 if ( k<zero_off ) {
11071   join_type=2;
11072 } else {
11073   if ( (q!=mp->spec_p1)&&(q!=mp->spec_p2) ) join_type=ljoin;
11074   else if ( lcap==2 ) join_type=3;
11075   else join_type=2-lcap;
11076   if ( (join_type==0)||(join_type==3) ) {
11077     @<Set the incoming and outgoing directions at |q|; in case of
11078       degeneracy set |join_type:=2|@>;
11079     if ( join_type==0 ) {
11080       @<If |miterlim| is less than the secant of half the angle at |q|
11081         then set |join_type:=2|@>;
11082     }
11083   }
11084 }
11085
11086 @ @<If |miterlim| is less than the secant of half the angle at |q|...@>=
11087
11088   tmp=mp_take_fraction(mp, miterlim,fraction_half+
11089       half(mp_take_fraction(mp, dxin,dxout)+mp_take_fraction(mp, dyin,dyout)));
11090   if ( tmp<unity )
11091     if ( mp_take_scaled(mp, miterlim,tmp)<unity ) join_type=2;
11092 }
11093
11094 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
11095 fraction dxin,dyin,dxout,dyout; /* directions at |q| when square or mitered */
11096 scaled tmp; /* a temporary value */
11097
11098 @ The coordinates of |p| have already been shifted unless |p| is the first
11099 knot in which case they get shifted at the very end.
11100
11101 @<Add offset |w| to the cubic from |p| to |q|@>=
11102 right_x(p)=right_x(p)+x_coord(w);
11103 right_y(p)=right_y(p)+y_coord(w);
11104 left_x(q)=left_x(q)+x_coord(w);
11105 left_y(q)=left_y(q)+y_coord(w);
11106 x_coord(q)=x_coord(q)+x_coord(w);
11107 y_coord(q)=y_coord(q)+y_coord(w);
11108 left_type(q)=mp_explicit;
11109 right_type(q)=mp_explicit
11110
11111 @ @<Step |w| and move |k| one step closer to |zero_off|@>=
11112 if ( k>zero_off ){ w=link(w); decr(k);  }
11113 else { w=knil(w); incr(k);  }
11114
11115 @ The cubic from |q| to the new knot at |(x,y)| becomes a line segment and
11116 the |right_x| and |right_y| fields of |r| are set from |q|.  This is done in
11117 case the cubic containing these control points is ``yet to be examined.''
11118
11119 @<Declare a function called |insert_knot|@>=
11120 pointer mp_insert_knot (MP mp,pointer q, scaled x, scaled y) {
11121   /* returns the inserted knot */
11122   pointer r; /* the new knot */
11123   r=mp_get_node(mp, knot_node_size);
11124   link(r)=link(q); link(q)=r;
11125   right_x(r)=right_x(q);
11126   right_y(r)=right_y(q);
11127   x_coord(r)=x;
11128   y_coord(r)=y;
11129   right_x(q)=x_coord(q);
11130   right_y(q)=y_coord(q);
11131   left_x(r)=x_coord(r);
11132   left_y(r)=y_coord(r);
11133   left_type(r)=mp_explicit;
11134   right_type(r)=mp_explicit;
11135   originator(r)=mp_program_code;
11136   return r;
11137 }
11138
11139 @ After setting |p:=link(p)|, either |join_type=1| or |q=link(p)|.
11140
11141 @<Set |p=link(p)| and add knots between |p| and |q| as...@>=
11142
11143   p=link(p);
11144   if ( (join_type==0)||(join_type==3) ) {
11145     if ( join_type==0 ) {
11146       @<Insert a new knot |r| between |p| and |q| as required for a mitered join@>
11147     } else {
11148       @<Make |r| the last of two knots inserted between |p| and |q| to form a
11149         squared join@>;
11150     }
11151     if ( r!=null ) { 
11152       right_x(r)=x_coord(r);
11153       right_y(r)=y_coord(r);
11154     }
11155   }
11156 }
11157
11158 @ For very small angles, adding a knot is unnecessary and would cause numerical
11159 problems, so we just set |r:=null| in that case.
11160
11161 @<Insert a new knot |r| between |p| and |q| as required for a mitered join@>=
11162
11163   det=mp_take_fraction(mp, dyout,dxin)-mp_take_fraction(mp, dxout,dyin);
11164   if ( abs(det)<26844 ) { 
11165      r=null; /* sine $<10^{-4}$ */
11166   } else { 
11167     tmp=mp_take_fraction(mp, x_coord(q)-x_coord(p),dyout)-
11168         mp_take_fraction(mp, y_coord(q)-y_coord(p),dxout);
11169     tmp=mp_make_fraction(mp, tmp,det);
11170     r=mp_insert_knot(mp, p,x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxin),
11171       y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyin));
11172   }
11173 }
11174
11175 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
11176 fraction det; /* a determinant used for mitered join calculations */
11177
11178 @ @<Make |r| the last of two knots inserted between |p| and |q| to form a...@>=
11179
11180   ht_x=y_coord(w)-y_coord(w0);
11181   ht_y=x_coord(w0)-x_coord(w);
11182   while ( (abs(ht_x)<fraction_half)&&(abs(ht_y)<fraction_half) ) { 
11183     ht_x+=ht_x; ht_y+=ht_y;
11184   }
11185   @<Scan the pen polygon between |w0| and |w| and make |max_ht| the range dot
11186     product with |(ht_x,ht_y)|@>;
11187   tmp=mp_make_fraction(mp, max_ht,mp_take_fraction(mp, dxin,ht_x)+
11188                                   mp_take_fraction(mp, dyin,ht_y));
11189   r=mp_insert_knot(mp, p,x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxin),
11190                          y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyin));
11191   tmp=mp_make_fraction(mp, max_ht,mp_take_fraction(mp, dxout,ht_x)+
11192                                   mp_take_fraction(mp, dyout,ht_y));
11193   r=mp_insert_knot(mp, r,x_coord(q)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxout),
11194                          y_coord(q)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyout));
11195 }
11196
11197 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
11198 fraction ht_x,ht_y; /* perpendicular to the segment from |p| to |q| */
11199 scaled max_ht; /* maximum height of the pen polygon above the |w0|-|w| line */
11200 halfword kk; /* keeps track of the pen vertices being scanned */
11201 pointer ww; /* the pen vertex being tested */
11202
11203 @ The dot product of the vector from |w0| to |ww| with |(ht_x,ht_y)| ranges
11204 from zero to |max_ht|.
11205
11206 @<Scan the pen polygon between |w0| and |w| and make |max_ht| the range...@>=
11207 max_ht=0;
11208 kk=zero_off;
11209 ww=w;
11210 while (1)  { 
11211   @<Step |ww| and move |kk| one step closer to |k0|@>;
11212   if ( kk==k0 ) break;
11213   tmp=mp_take_fraction(mp, (x_coord(ww)-x_coord(w0)),ht_x)+
11214       mp_take_fraction(mp, (y_coord(ww)-y_coord(w0)),ht_y);
11215   if ( tmp>max_ht ) max_ht=tmp;
11216 }
11217
11218
11219 @ @<Step |ww| and move |kk| one step closer to |k0|@>=
11220 if ( kk>k0 ) { ww=link(ww); decr(kk);  }
11221 else { ww=knil(ww); incr(kk);  }
11222
11223 @ @<If endpoint, double the path |c|, and set |spec_p1| and |spec_p2|@>=
11224 if ( left_type(c)==mp_endpoint ) { 
11225   mp->spec_p1=mp_htap_ypoc(mp, c);
11226   mp->spec_p2=mp->path_tail;
11227   originator(mp->spec_p1)=mp_program_code;
11228   link(mp->spec_p2)=link(mp->spec_p1);
11229   link(mp->spec_p1)=c;
11230   mp_remove_cubic(mp, mp->spec_p1);
11231   c=mp->spec_p1;
11232   if ( c!=link(c) ) {
11233     originator(mp->spec_p2)=mp_program_code;
11234     mp_remove_cubic(mp, mp->spec_p2);
11235   } else {
11236     @<Make |c| look like a cycle of length one@>;
11237   }
11238 }
11239
11240 @ @<Make |c| look like a cycle of length one@>=
11241
11242   left_type(c)=mp_explicit; right_type(c)=mp_explicit;
11243   left_x(c)=x_coord(c); left_y(c)=y_coord(c);
11244   right_x(c)=x_coord(c); right_y(c)=y_coord(c);
11245 }
11246
11247 @ In degenerate situations we might have to look at the knot preceding~|q|.
11248 That knot is |p| but if |p<>c|, its coordinates have already been offset by |w|.
11249
11250 @<Set the incoming and outgoing directions at |q|; in case of...@>=
11251 dxin=x_coord(q)-left_x(q);
11252 dyin=y_coord(q)-left_y(q);
11253 if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
11254   dxin=x_coord(q)-right_x(p);
11255   dyin=y_coord(q)-right_y(p);
11256   if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
11257     dxin=x_coord(q)-x_coord(p);
11258     dyin=y_coord(q)-y_coord(p);
11259     if ( p!=c ) { /* the coordinates of |p| have been offset by |w| */
11260       dxin=dxin+x_coord(w);
11261       dyin=dyin+y_coord(w);
11262     }
11263   }
11264 }
11265 tmp=mp_pyth_add(mp, dxin,dyin);
11266 if ( tmp==0 ) {
11267   join_type=2;
11268 } else { 
11269   dxin=mp_make_fraction(mp, dxin,tmp);
11270   dyin=mp_make_fraction(mp, dyin,tmp);
11271   @<Set the outgoing direction at |q|@>;
11272 }
11273
11274 @ If |q=c| then the coordinates of |r| and the control points between |q|
11275 and~|r| have already been offset by |h|.
11276
11277 @<Set the outgoing direction at |q|@>=
11278 dxout=right_x(q)-x_coord(q);
11279 dyout=right_y(q)-y_coord(q);
11280 if ( (dxout==0)&&(dyout==0) ) {
11281   r=link(q);
11282   dxout=left_x(r)-x_coord(q);
11283   dyout=left_y(r)-y_coord(q);
11284   if ( (dxout==0)&&(dyout==0) ) {
11285     dxout=x_coord(r)-x_coord(q);
11286     dyout=y_coord(r)-y_coord(q);
11287   }
11288 }
11289 if ( q==c ) {
11290   dxout=dxout-x_coord(h);
11291   dyout=dyout-y_coord(h);
11292 }
11293 tmp=mp_pyth_add(mp, dxout,dyout);
11294 if ( tmp==0 ) mp_confusion(mp, "degenerate spec");
11295 @:this can't happen degerate spec}{\quad degenerate spec@>
11296 dxout=mp_make_fraction(mp, dxout,tmp);
11297 dyout=mp_make_fraction(mp, dyout,tmp)
11298
11299 @* \[23] Direction and intersection times.
11300 A path of length $n$ is defined parametrically by functions $x(t)$ and
11301 $y(t)$, for |0<=t<=n|; we can regard $t$ as the ``time'' at which the path
11302 reaches the point $\bigl(x(t),y(t)\bigr)$.  In this section of the program
11303 we shall consider operations that determine special times associated with
11304 given paths: the first time that a path travels in a given direction, and
11305 a pair of times at which two paths cross each other.
11306
11307 @ Let's start with the easier task. The function |find_direction_time| is
11308 given a direction |(x,y)| and a path starting at~|h|. If the path never
11309 travels in direction |(x,y)|, the direction time will be~|-1|; otherwise
11310 it will be nonnegative.
11311
11312 Certain anomalous cases can arise: If |(x,y)=(0,0)|, so that the given
11313 direction is undefined, the direction time will be~0. If $\bigl(x'(t),
11314 y'(t)\bigr)=(0,0)$, so that the path direction is undefined, it will be
11315 assumed to match any given direction at time~|t|.
11316
11317 The routine solves this problem in nondegenerate cases by rotating the path
11318 and the given direction so that |(x,y)=(1,0)|; i.e., the main task will be
11319 to find when a given path first travels ``due east.''
11320
11321 @c 
11322 scaled mp_find_direction_time (MP mp,scaled x, scaled y, pointer h) {
11323   scaled max; /* $\max\bigl(\vert x\vert,\vert y\vert\bigr)$ */
11324   pointer p,q; /* for list traversal */
11325   scaled n; /* the direction time at knot |p| */
11326   scaled tt; /* the direction time within a cubic */
11327   @<Other local variables for |find_direction_time|@>;
11328   @<Normalize the given direction for better accuracy;
11329     but |return| with zero result if it's zero@>;
11330   n=0; p=h; phi=0;
11331   while (1) { 
11332     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) break;
11333     q=link(p);
11334     @<Rotate the cubic between |p| and |q|; then
11335       |goto found| if the rotated cubic travels due east at some time |tt|;
11336       but |break| if an entire cyclic path has been traversed@>;
11337     p=q; n=n+unity;
11338   }
11339   return (-unity);
11340 FOUND: 
11341   return (n+tt);
11342 }
11343
11344 @ @<Normalize the given direction for better accuracy...@>=
11345 if ( abs(x)<abs(y) ) { 
11346   x=mp_make_fraction(mp, x,abs(y));
11347   if ( y>0 ) y=fraction_one; else y=-fraction_one;
11348 } else if ( x==0 ) { 
11349   return 0;
11350 } else  { 
11351   y=mp_make_fraction(mp, y,abs(x));
11352   if ( x>0 ) x=fraction_one; else x=-fraction_one;
11353 }
11354
11355 @ Since we're interested in the tangent directions, we work with the
11356 derivative $${\textstyle1\over3}B'(x_0,x_1,x_2,x_3;t)=
11357 B(x_1-x_0,x_2-x_1,x_3-x_2;t)$$ instead of
11358 $B(x_0,x_1,x_2,x_3;t)$ itself. The derived coefficients are also scaled up
11359 in order to achieve better accuracy.
11360
11361 The given path may turn abruptly at a knot, and it might pass the critical
11362 tangent direction at such a time. Therefore we remember the direction |phi|
11363 in which the previous rotated cubic was traveling. (The value of |phi| will be
11364 undefined on the first cubic, i.e., when |n=0|.)
11365
11366 @<Rotate the cubic between |p| and |q|; then...@>=
11367 tt=0;
11368 @<Set local variables |x1,x2,x3| and |y1,y2,y3| to multiples of the control
11369   points of the rotated derivatives@>;
11370 if ( y1==0 ) if ( x1>=0 ) goto FOUND;
11371 if ( n>0 ) { 
11372   @<Exit to |found| if an eastward direction occurs at knot |p|@>;
11373   if ( p==h ) break;
11374   };
11375 if ( (x3!=0)||(y3!=0) ) phi=mp_n_arg(mp, x3,y3);
11376 @<Exit to |found| if the curve whose derivatives are specified by
11377   |x1,x2,x3,y1,y2,y3| travels eastward at some time~|tt|@>
11378
11379 @ @<Other local variables for |find_direction_time|@>=
11380 scaled x1,x2,x3,y1,y2,y3;  /* multiples of rotated derivatives */
11381 angle theta,phi; /* angles of exit and entry at a knot */
11382 fraction t; /* temp storage */
11383
11384 @ @<Set local variables |x1,x2,x3| and |y1,y2,y3| to multiples...@>=
11385 x1=right_x(p)-x_coord(p); x2=left_x(q)-right_x(p);
11386 x3=x_coord(q)-left_x(q);
11387 y1=right_y(p)-y_coord(p); y2=left_y(q)-right_y(p);
11388 y3=y_coord(q)-left_y(q);
11389 max=abs(x1);
11390 if ( abs(x2)>max ) max=abs(x2);
11391 if ( abs(x3)>max ) max=abs(x3);
11392 if ( abs(y1)>max ) max=abs(y1);
11393 if ( abs(y2)>max ) max=abs(y2);
11394 if ( abs(y3)>max ) max=abs(y3);
11395 if ( max==0 ) goto FOUND;
11396 while ( max<fraction_half ){ 
11397   max+=max; x1+=x1; x2+=x2; x3+=x3;
11398   y1+=y1; y2+=y2; y3+=y3;
11399 }
11400 t=x1; x1=mp_take_fraction(mp, x1,x)+mp_take_fraction(mp, y1,y);
11401 y1=mp_take_fraction(mp, y1,x)-mp_take_fraction(mp, t,y);
11402 t=x2; x2=mp_take_fraction(mp, x2,x)+mp_take_fraction(mp, y2,y);
11403 y2=mp_take_fraction(mp, y2,x)-mp_take_fraction(mp, t,y);
11404 t=x3; x3=mp_take_fraction(mp, x3,x)+mp_take_fraction(mp, y3,y);
11405 y3=mp_take_fraction(mp, y3,x)-mp_take_fraction(mp, t,y)
11406
11407 @ @<Exit to |found| if an eastward direction occurs at knot |p|@>=
11408 theta=mp_n_arg(mp, x1,y1);
11409 if ( theta>=0 ) if ( phi<=0 ) if ( phi>=theta-one_eighty_deg ) goto FOUND;
11410 if ( theta<=0 ) if ( phi>=0 ) if ( phi<=theta+one_eighty_deg ) goto FOUND
11411
11412 @ In this step we want to use the |crossing_point| routine to find the
11413 roots of the quadratic equation $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$.
11414 Several complications arise: If the quadratic equation has a double root,
11415 the curve never crosses zero, and |crossing_point| will find nothing;
11416 this case occurs iff $y_1y_3=y_2^2$ and $y_1y_2<0$. If the quadratic
11417 equation has simple roots, or only one root, we may have to negate it
11418 so that $B(y_1,y_2,y_3;t)$ crosses from positive to negative at its first root.
11419 And finally, we need to do special things if $B(y_1,y_2,y_3;t)$ is
11420 identically zero.
11421
11422 @ @<Exit to |found| if the curve whose derivatives are specified by...@>=
11423 if ( x1<0 ) if ( x2<0 ) if ( x3<0 ) goto DONE;
11424 if ( mp_ab_vs_cd(mp, y1,y3,y2,y2)==0 ) {
11425   @<Handle the test for eastward directions when $y_1y_3=y_2^2$;
11426     either |goto found| or |goto done|@>;
11427 }
11428 if ( y1<=0 ) {
11429   if ( y1<0 ) { y1=-y1; y2=-y2; y3=-y3; }
11430   else if ( y2>0 ){ y2=-y2; y3=-y3; };
11431 }
11432 @<Check the places where $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$ to see if
11433   $B(x_1,x_2,x_3;t)\ge0$@>;
11434 DONE:
11435
11436 @ The quadratic polynomial $B(y_1,y_2,y_3;t)$ begins |>=0| and has at most
11437 two roots, because we know that it isn't identically zero.
11438
11439 It must be admitted that the |crossing_point| routine is not perfectly accurate;
11440 rounding errors might cause it to find a root when $y_1y_3>y_2^2$, or to
11441 miss the roots when $y_1y_3<y_2^2$. The rotation process is itself
11442 subject to rounding errors. Yet this code optimistically tries to
11443 do the right thing.
11444
11445 @d we_found_it { tt=(t+04000) / 010000; goto FOUND; }
11446
11447 @<Check the places where $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$...@>=
11448 t=mp_crossing_point(mp, y1,y2,y3);
11449 if ( t>fraction_one ) goto DONE;
11450 y2=t_of_the_way(y2,y3);
11451 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11452 x2=t_of_the_way(x2,x3);
11453 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11454 if ( x1>=0 ) we_found_it;
11455 if ( y2>0 ) y2=0;
11456 tt=t; t=mp_crossing_point(mp, 0,-y2,-y3);
11457 if ( t>fraction_one ) goto DONE;
11458 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11459 x2=t_of_the_way(x2,x3);
11460 if ( t_of_the_way(x1,x2)>=0 ) { 
11461   t=t_of_the_way(tt,fraction_one); we_found_it;
11462 }
11463
11464 @ @<Handle the test for eastward directions when $y_1y_3=y_2^2$;
11465     either |goto found| or |goto done|@>=
11466
11467   if ( mp_ab_vs_cd(mp, y1,y2,0,0)<0 ) {
11468     t=mp_make_fraction(mp, y1,y1-y2);
11469     x1=t_of_the_way(x1,x2);
11470     x2=t_of_the_way(x2,x3);
11471     if ( t_of_the_way(x1,x2)>=0 ) we_found_it;
11472   } else if ( y3==0 ) {
11473     if ( y1==0 ) {
11474       @<Exit to |found| if the derivative $B(x_1,x_2,x_3;t)$ becomes |>=0|@>;
11475     } else if ( x3>=0 ) {
11476       tt=unity; goto FOUND;
11477     }
11478   }
11479   goto DONE;
11480 }
11481
11482 @ At this point we know that the derivative of |y(t)| is identically zero,
11483 and that |x1<0|; but either |x2>=0| or |x3>=0|, so there's some hope of
11484 traveling east.
11485
11486 @<Exit to |found| if the derivative $B(x_1,x_2,x_3;t)$ becomes |>=0|...@>=
11487
11488   t=mp_crossing_point(mp, -x1,-x2,-x3);
11489   if ( t<=fraction_one ) we_found_it;
11490   if ( mp_ab_vs_cd(mp, x1,x3,x2,x2)<=0 ) { 
11491     t=mp_make_fraction(mp, x1,x1-x2); we_found_it;
11492   }
11493 }
11494
11495 @ The intersection of two cubics can be found by an interesting variant
11496 of the general bisection scheme described in the introduction to
11497 |crossing_point|.\
11498 Given $w(t)=B(w_0,w_1,w_2,w_3;t)$ and $z(t)=B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$,
11499 we wish to find a pair of times $(t_1,t_2)$ such that $w(t_1)=z(t_2)$,
11500 if an intersection exists. First we find the smallest rectangle that
11501 encloses the points $\{w_0,w_1,w_2,w_3\}$ and check that it overlaps
11502 the smallest rectangle that encloses
11503 $\{z_0,z_1,z_2,z_3\}$; if not, the cubics certainly don't intersect.
11504 But if the rectangles do overlap, we bisect the intervals, getting
11505 new cubics $w'$ and~$w''$, $z'$~and~$z''$; the intersection routine first
11506 tries for an intersection between $w'$ and~$z'$, then (if unsuccessful)
11507 between $w'$ and~$z''$, then (if still unsuccessful) between $w''$ and~$z'$,
11508 finally (if thrice unsuccessful) between $w''$ and~$z''$. After $l$~successful
11509 levels of bisection we will have determined the intersection times $t_1$
11510 and~$t_2$ to $l$~bits of accuracy.
11511
11512 \def\submin{_{\rm min}} \def\submax{_{\rm max}}
11513 As before, it is better to work with the numbers $W_k=2^l(w_k-w_{k-1})$
11514 and $Z_k=2^l(z_k-z_{k-1})$ rather than the coefficients $w_k$ and $z_k$
11515 themselves. We also need one other quantity, $\Delta=2^l(w_0-z_0)$,
11516 to determine when the enclosing rectangles overlap. Here's why:
11517 The $x$~coordinates of~$w(t)$ are between $u\submin$ and $u\submax$,
11518 and the $x$~coordinates of~$z(t)$ are between $x\submin$ and $x\submax$,
11519 if we write $w_k=(u_k,v_k)$ and $z_k=(x_k,y_k)$ and $u\submin=
11520 \min(u_0,u_1,u_2,u_3)$, etc. These intervals of $x$~coordinates
11521 overlap if and only if $u\submin\L x\submax$ and
11522 $x\submin\L u\submax$. Letting
11523 $$U\submin=\min(0,U_1,U_1+U_2,U_1+U_2+U_3),\;
11524   U\submax=\max(0,U_1,U_1+U_2,U_1+U_2+U_3),$$
11525 we have $u\submin=2^lu_0+U\submin$, etc.; the condition for overlap
11526 reduces to
11527 $$X\submin-U\submax\L 2^l(u_0-x_0)\L X\submax-U\submin.$$
11528 Thus we want to maintain the quantity $2^l(u_0-x_0)$; similarly,
11529 the quantity $2^l(v_0-y_0)$ accounts for the $y$~coordinates. The
11530 coordinates of $\Delta=2^l(w_0-z_0)$ must stay bounded as $l$ increases,
11531 because of the overlap condition; i.e., we know that $X\submin$,
11532 $X\submax$, and their relatives are bounded, hence $X\submax-
11533 U\submin$ and $X\submin-U\submax$ are bounded.
11534
11535 @ Incidentally, if the given cubics intersect more than once, the process
11536 just sketched will not necessarily find the lexicographically smallest pair
11537 $(t_1,t_2)$. The solution actually obtained will be smallest in ``shuffled
11538 order''; i.e., if $t_1=(.a_1a_2\ldots a_{16})_2$ and
11539 $t_2=(.b_1b_2\ldots b_{16})_2$, then we will minimize
11540 $a_1b_1a_2b_2\ldots a_{16}b_{16}$, not
11541 $a_1a_2\ldots a_{16}b_1b_2\ldots b_{16}$.
11542 Shuffled order agrees with lexicographic order if all pairs of solutions
11543 $(t_1,t_2)$ and $(t_1',t_2')$ have the property that $t_1<t_1'$ iff
11544 $t_2<t_2'$; but in general, lexicographic order can be quite different,
11545 and the bisection algorithm would be substantially less efficient if it were
11546 constrained by lexicographic order.
11547
11548 For example, suppose that an overlap has been found for $l=3$ and
11549 $(t_1,t_2)= (.101,.011)$ in binary, but that no overlap is produced by
11550 either of the alternatives $(.1010,.0110)$, $(.1010,.0111)$ at level~4.
11551 Then there is probably an intersection in one of the subintervals
11552 $(.1011,.011x)$; but lexicographic order would require us to explore
11553 $(.1010,.1xxx)$ and $(.1011,.00xx)$ and $(.1011,.010x)$ first. We wouldn't
11554 want to store all of the subdivision data for the second path, so the
11555 subdivisions would have to be regenerated many times. Such inefficiencies
11556 would be associated with every `1' in the binary representation of~$t_1$.
11557
11558 @ The subdivision process introduces rounding errors, hence we need to
11559 make a more liberal test for overlap. It is not hard to show that the
11560 computed values of $U_i$ differ from the truth by at most~$l$, on
11561 level~$l$, hence $U\submin$ and $U\submax$ will be at most $3l$ in error.
11562 If $\beta$ is an upper bound on the absolute error in the computed
11563 components of $\Delta=(|delx|,|dely|)$ on level~$l$, we will replace
11564 the test `$X\submin-U\submax\L|delx|$' by the more liberal test
11565 `$X\submin-U\submax\L|delx|+|tol|$', where $|tol|=6l+\beta$.
11566
11567 More accuracy is obtained if we try the algorithm first with |tol=0|;
11568 the more liberal tolerance is used only if an exact approach fails.
11569 It is convenient to do this double-take by letting `3' in the preceding
11570 paragraph be a parameter, which is first 0, then 3.
11571
11572 @<Glob...@>=
11573 unsigned int tol_step; /* either 0 or 3, usually */
11574
11575 @ We shall use an explicit stack to implement the recursive bisection
11576 method described above. The |bisect_stack| array will contain numerous 5-word
11577 packets like $(U_1,U_2,U_3,U\submin,U\submax)$, as well as 20-word packets
11578 comprising the 5-word packets for $U$, $V$, $X$, and~$Y$.
11579
11580 The following macros define the allocation of stack positions to
11581 the quantities needed for bisection-intersection.
11582
11583 @d stack_1(A) mp->bisect_stack[(A)] /* $U_1$, $V_1$, $X_1$, or $Y_1$ */
11584 @d stack_2(A) mp->bisect_stack[(A)+1] /* $U_2$, $V_2$, $X_2$, or $Y_2$ */
11585 @d stack_3(A) mp->bisect_stack[(A)+2] /* $U_3$, $V_3$, $X_3$, or $Y_3$ */
11586 @d stack_min(A) mp->bisect_stack[(A)+3]
11587   /* $U\submin$, $V\submin$, $X\submin$, or $Y\submin$ */
11588 @d stack_max(A) mp->bisect_stack[(A)+4]
11589   /* $U\submax$, $V\submax$, $X\submax$, or $Y\submax$ */
11590 @d int_packets 20 /* number of words to represent $U_k$, $V_k$, $X_k$, and $Y_k$ */
11591 @#
11592 @d u_packet(A) ((A)-5)
11593 @d v_packet(A) ((A)-10)
11594 @d x_packet(A) ((A)-15)
11595 @d y_packet(A) ((A)-20)
11596 @d l_packets (mp->bisect_ptr-int_packets)
11597 @d r_packets mp->bisect_ptr
11598 @d ul_packet u_packet(l_packets) /* base of $U'_k$ variables */
11599 @d vl_packet v_packet(l_packets) /* base of $V'_k$ variables */
11600 @d xl_packet x_packet(l_packets) /* base of $X'_k$ variables */
11601 @d yl_packet y_packet(l_packets) /* base of $Y'_k$ variables */
11602 @d ur_packet u_packet(r_packets) /* base of $U''_k$ variables */
11603 @d vr_packet v_packet(r_packets) /* base of $V''_k$ variables */
11604 @d xr_packet x_packet(r_packets) /* base of $X''_k$ variables */
11605 @d yr_packet y_packet(r_packets) /* base of $Y''_k$ variables */
11606 @#
11607 @d u1l stack_1(ul_packet) /* $U'_1$ */
11608 @d u2l stack_2(ul_packet) /* $U'_2$ */
11609 @d u3l stack_3(ul_packet) /* $U'_3$ */
11610 @d v1l stack_1(vl_packet) /* $V'_1$ */
11611 @d v2l stack_2(vl_packet) /* $V'_2$ */
11612 @d v3l stack_3(vl_packet) /* $V'_3$ */
11613 @d x1l stack_1(xl_packet) /* $X'_1$ */
11614 @d x2l stack_2(xl_packet) /* $X'_2$ */
11615 @d x3l stack_3(xl_packet) /* $X'_3$ */
11616 @d y1l stack_1(yl_packet) /* $Y'_1$ */
11617 @d y2l stack_2(yl_packet) /* $Y'_2$ */
11618 @d y3l stack_3(yl_packet) /* $Y'_3$ */
11619 @d u1r stack_1(ur_packet) /* $U''_1$ */
11620 @d u2r stack_2(ur_packet) /* $U''_2$ */
11621 @d u3r stack_3(ur_packet) /* $U''_3$ */
11622 @d v1r stack_1(vr_packet) /* $V''_1$ */
11623 @d v2r stack_2(vr_packet) /* $V''_2$ */
11624 @d v3r stack_3(vr_packet) /* $V''_3$ */
11625 @d x1r stack_1(xr_packet) /* $X''_1$ */
11626 @d x2r stack_2(xr_packet) /* $X''_2$ */
11627 @d x3r stack_3(xr_packet) /* $X''_3$ */
11628 @d y1r stack_1(yr_packet) /* $Y''_1$ */
11629 @d y2r stack_2(yr_packet) /* $Y''_2$ */
11630 @d y3r stack_3(yr_packet) /* $Y''_3$ */
11631 @#
11632 @d stack_dx mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr] /* stacked value of |delx| */
11633 @d stack_dy mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+1] /* stacked value of |dely| */
11634 @d stack_tol mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+2] /* stacked value of |tol| */
11635 @d stack_uv mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+3] /* stacked value of |uv| */
11636 @d stack_xy mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+4] /* stacked value of |xy| */
11637 @d int_increment (int_packets+int_packets+5) /* number of stack words per level */
11638
11639 @<Glob...@>=
11640 integer *bisect_stack;
11641 unsigned int bisect_ptr;
11642
11643 @ @<Allocate or initialize ...@>=
11644 mp->bisect_stack = xmalloc((bistack_size+1),sizeof(integer));
11645
11646 @ @<Dealloc variables@>=
11647 xfree(mp->bisect_stack);
11648
11649 @ @<Check the ``constant''...@>=
11650 if ( int_packets+17*int_increment>bistack_size ) mp->bad=19;
11651
11652 @ Computation of the min and max is a tedious but fairly fast sequence of
11653 instructions; exactly four comparisons are made in each branch.
11654
11655 @d set_min_max(A) 
11656   if ( stack_1((A))<0 ) {
11657     if ( stack_3((A))>=0 ) {
11658       if ( stack_2((A))<0 ) stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11659       else stack_min((A))=stack_1((A));
11660       stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11661       if ( stack_max((A))<0 ) stack_max((A))=0;
11662     } else { 
11663       stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11664       if ( stack_min((A))>stack_1((A)) ) stack_min((A))=stack_1((A));
11665       stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11666       if ( stack_max((A))<0 ) stack_max((A))=0;
11667     }
11668   } else if ( stack_3((A))<=0 ) {
11669     if ( stack_2((A))>0 ) stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11670     else stack_max((A))=stack_1((A));
11671     stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11672     if ( stack_min((A))>0 ) stack_min((A))=0;
11673   } else  { 
11674     stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11675     if ( stack_max((A))<stack_1((A)) ) stack_max((A))=stack_1((A));
11676     stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11677     if ( stack_min((A))>0 ) stack_min((A))=0;
11678   }
11679
11680 @ It's convenient to keep the current values of $l$, $t_1$, and $t_2$ in
11681 the integer form $2^l+2^lt_1$ and $2^l+2^lt_2$. The |cubic_intersection|
11682 routine uses global variables |cur_t| and |cur_tt| for this purpose;
11683 after successful completion, |cur_t| and |cur_tt| will contain |unity|
11684 plus the |scaled| values of $t_1$ and~$t_2$.
11685
11686 The values of |cur_t| and |cur_tt| will be set to zero if |cubic_intersection|
11687 finds no intersection. The routine gives up and gives an approximate answer
11688 if it has backtracked
11689 more than 5000 times (otherwise there are cases where several minutes
11690 of fruitless computation would be possible).
11691
11692 @d max_patience 5000
11693
11694 @<Glob...@>=
11695 integer cur_t;integer cur_tt; /* controls and results of |cubic_intersection| */
11696 integer time_to_go; /* this many backtracks before giving up */
11697 integer max_t; /* maximum of $2^{l+1}$ so far achieved */
11698
11699 @ The given cubics $B(w_0,w_1,w_2,w_3;t)$ and
11700 $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$ are specified in adjacent knot nodes |(p,link(p))|
11701 and |(pp,link(pp))|, respectively.
11702
11703 @c void mp_cubic_intersection (MP mp,pointer p, pointer pp) {
11704   pointer q,qq; /* |link(p)|, |link(pp)| */
11705   mp->time_to_go=max_patience; mp->max_t=2;
11706   @<Initialize for intersections at level zero@>;
11707 CONTINUE:
11708   while (1) { 
11709     if ( mp->delx-mp->tol<=stack_max(x_packet(mp->xy))-stack_min(u_packet(mp->uv)))
11710     if ( mp->delx+mp->tol>=stack_min(x_packet(mp->xy))-stack_max(u_packet(mp->uv)))
11711     if ( mp->dely-mp->tol<=stack_max(y_packet(mp->xy))-stack_min(v_packet(mp->uv)))
11712     if ( mp->dely+mp->tol>=stack_min(y_packet(mp->xy))-stack_max(v_packet(mp->uv))) 
11713     { 
11714       if ( mp->cur_t>=mp->max_t ){ 
11715         if ( mp->max_t==two ) { /* we've done 17 bisections */ 
11716            mp->cur_t=halfp(mp->cur_t+1); mp->cur_tt=halfp(mp->cur_tt+1); return;
11717         }
11718         mp->max_t+=mp->max_t; mp->appr_t=mp->cur_t; mp->appr_tt=mp->cur_tt;
11719       }
11720       @<Subdivide for a new level of intersection@>;
11721       goto CONTINUE;
11722     }
11723     if ( mp->time_to_go>0 ) {
11724       decr(mp->time_to_go);
11725     } else { 
11726       while ( mp->appr_t<unity ) { 
11727         mp->appr_t+=mp->appr_t; mp->appr_tt+=mp->appr_tt;
11728       }
11729       mp->cur_t=mp->appr_t; mp->cur_tt=mp->appr_tt; return;
11730     }
11731     @<Advance to the next pair |(cur_t,cur_tt)|@>;
11732   }
11733 }
11734
11735 @ The following variables are global, although they are used only by
11736 |cubic_intersection|, because it is necessary on some machines to
11737 split |cubic_intersection| up into two procedures.
11738
11739 @<Glob...@>=
11740 integer delx;integer dely; /* the components of $\Delta=2^l(w_0-z_0)$ */
11741 integer tol; /* bound on the uncertainly in the overlap test */
11742 unsigned int uv;
11743 unsigned int xy; /* pointers to the current packets of interest */
11744 integer three_l; /* |tol_step| times the bisection level */
11745 integer appr_t;integer appr_tt; /* best approximations known to the answers */
11746
11747 @ We shall assume that the coordinates are sufficiently non-extreme that
11748 integer overflow will not occur.
11749
11750 @<Initialize for intersections at level zero@>=
11751 q=link(p); qq=link(pp); mp->bisect_ptr=int_packets;
11752 u1r=right_x(p)-x_coord(p); u2r=left_x(q)-right_x(p);
11753 u3r=x_coord(q)-left_x(q); set_min_max(ur_packet);
11754 v1r=right_y(p)-y_coord(p); v2r=left_y(q)-right_y(p);
11755 v3r=y_coord(q)-left_y(q); set_min_max(vr_packet);
11756 x1r=right_x(pp)-x_coord(pp); x2r=left_x(qq)-right_x(pp);
11757 x3r=x_coord(qq)-left_x(qq); set_min_max(xr_packet);
11758 y1r=right_y(pp)-y_coord(pp); y2r=left_y(qq)-right_y(pp);
11759 y3r=y_coord(qq)-left_y(qq); set_min_max(yr_packet);
11760 mp->delx=x_coord(p)-x_coord(pp); mp->dely=y_coord(p)-y_coord(pp);
11761 mp->tol=0; mp->uv=r_packets; mp->xy=r_packets; 
11762 mp->three_l=0; mp->cur_t=1; mp->cur_tt=1
11763
11764 @ @<Subdivide for a new level of intersection@>=
11765 stack_dx=mp->delx; stack_dy=mp->dely; stack_tol=mp->tol; 
11766 stack_uv=mp->uv; stack_xy=mp->xy;
11767 mp->bisect_ptr=mp->bisect_ptr+int_increment;
11768 mp->cur_t+=mp->cur_t; mp->cur_tt+=mp->cur_tt;
11769 u1l=stack_1(u_packet(mp->uv)); u3r=stack_3(u_packet(mp->uv));
11770 u2l=half(u1l+stack_2(u_packet(mp->uv)));
11771 u2r=half(u3r+stack_2(u_packet(mp->uv)));
11772 u3l=half(u2l+u2r); u1r=u3l;
11773 set_min_max(ul_packet); set_min_max(ur_packet);
11774 v1l=stack_1(v_packet(mp->uv)); v3r=stack_3(v_packet(mp->uv));
11775 v2l=half(v1l+stack_2(v_packet(mp->uv)));
11776 v2r=half(v3r+stack_2(v_packet(mp->uv)));
11777 v3l=half(v2l+v2r); v1r=v3l;
11778 set_min_max(vl_packet); set_min_max(vr_packet);
11779 x1l=stack_1(x_packet(mp->xy)); x3r=stack_3(x_packet(mp->xy));
11780 x2l=half(x1l+stack_2(x_packet(mp->xy)));
11781 x2r=half(x3r+stack_2(x_packet(mp->xy)));
11782 x3l=half(x2l+x2r); x1r=x3l;
11783 set_min_max(xl_packet); set_min_max(xr_packet);
11784 y1l=stack_1(y_packet(mp->xy)); y3r=stack_3(y_packet(mp->xy));
11785 y2l=half(y1l+stack_2(y_packet(mp->xy)));
11786 y2r=half(y3r+stack_2(y_packet(mp->xy)));
11787 y3l=half(y2l+y2r); y1r=y3l;
11788 set_min_max(yl_packet); set_min_max(yr_packet);
11789 mp->uv=l_packets; mp->xy=l_packets;
11790 mp->delx+=mp->delx; mp->dely+=mp->dely;
11791 mp->tol=mp->tol-mp->three_l+mp->tol_step; 
11792 mp->tol+=mp->tol; mp->three_l=mp->three_l+mp->tol_step
11793
11794 @ @<Advance to the next pair |(cur_t,cur_tt)|@>=
11795 NOT_FOUND: 
11796 if ( odd(mp->cur_tt) ) {
11797   if ( odd(mp->cur_t) ) {
11798      @<Descend to the previous level and |goto not_found|@>;
11799   } else { 
11800     incr(mp->cur_t);
11801     mp->delx=mp->delx+stack_1(u_packet(mp->uv))+stack_2(u_packet(mp->uv))
11802       +stack_3(u_packet(mp->uv));
11803     mp->dely=mp->dely+stack_1(v_packet(mp->uv))+stack_2(v_packet(mp->uv))
11804       +stack_3(v_packet(mp->uv));
11805     mp->uv=mp->uv+int_packets; /* switch from |l_packet| to |r_packet| */
11806     decr(mp->cur_tt); mp->xy=mp->xy-int_packets; 
11807          /* switch from |r_packet| to |l_packet| */
11808     mp->delx=mp->delx+stack_1(x_packet(mp->xy))+stack_2(x_packet(mp->xy))
11809       +stack_3(x_packet(mp->xy));
11810     mp->dely=mp->dely+stack_1(y_packet(mp->xy))+stack_2(y_packet(mp->xy))
11811       +stack_3(y_packet(mp->xy));
11812   }
11813 } else { 
11814   incr(mp->cur_tt); mp->tol=mp->tol+mp->three_l;
11815   mp->delx=mp->delx-stack_1(x_packet(mp->xy))-stack_2(x_packet(mp->xy))
11816     -stack_3(x_packet(mp->xy));
11817   mp->dely=mp->dely-stack_1(y_packet(mp->xy))-stack_2(y_packet(mp->xy))
11818     -stack_3(y_packet(mp->xy));
11819   mp->xy=mp->xy+int_packets; /* switch from |l_packet| to |r_packet| */
11820 }
11821
11822 @ @<Descend to the previous level...@>=
11823
11824   mp->cur_t=halfp(mp->cur_t); mp->cur_tt=halfp(mp->cur_tt);
11825   if ( mp->cur_t==0 ) return;
11826   mp->bisect_ptr=mp->bisect_ptr-int_increment; 
11827   mp->three_l=mp->three_l-mp->tol_step;
11828   mp->delx=stack_dx; mp->dely=stack_dy; mp->tol=stack_tol; 
11829   mp->uv=stack_uv; mp->xy=stack_xy;
11830   goto NOT_FOUND;
11831 }
11832
11833 @ The |path_intersection| procedure is much simpler.
11834 It invokes |cubic_intersection| in lexicographic order until finding a
11835 pair of cubics that intersect. The final intersection times are placed in
11836 |cur_t| and~|cur_tt|.
11837
11838 @c void mp_path_intersection (MP mp,pointer h, pointer hh) {
11839   pointer p,pp; /* link registers that traverse the given paths */
11840   integer n,nn; /* integer parts of intersection times, minus |unity| */
11841   @<Change one-point paths into dead cycles@>;
11842   mp->tol_step=0;
11843   do {  
11844     n=-unity; p=h;
11845     do {  
11846       if ( right_type(p)!=mp_endpoint ) { 
11847         nn=-unity; pp=hh;
11848         do {  
11849           if ( right_type(pp)!=mp_endpoint )  { 
11850             mp_cubic_intersection(mp, p,pp);
11851             if ( mp->cur_t>0 ) { 
11852               mp->cur_t=mp->cur_t+n; mp->cur_tt=mp->cur_tt+nn; 
11853               return;
11854             }
11855           }
11856           nn=nn+unity; pp=link(pp);
11857         } while (pp!=hh);
11858       }
11859       n=n+unity; p=link(p);
11860     } while (p!=h);
11861     mp->tol_step=mp->tol_step+3;
11862   } while (mp->tol_step<=3);
11863   mp->cur_t=-unity; mp->cur_tt=-unity;
11864 }
11865
11866 @ @<Change one-point paths...@>=
11867 if ( right_type(h)==mp_endpoint ) {
11868   right_x(h)=x_coord(h); left_x(h)=x_coord(h);
11869   right_y(h)=y_coord(h); left_y(h)=y_coord(h); right_type(h)=mp_explicit;
11870 }
11871 if ( right_type(hh)==mp_endpoint ) {
11872   right_x(hh)=x_coord(hh); left_x(hh)=x_coord(hh);
11873   right_y(hh)=y_coord(hh); left_y(hh)=y_coord(hh); right_type(hh)=mp_explicit;
11874 }
11875
11876 @* \[24] Dynamic linear equations.
11877 \MP\ users define variables implicitly by stating equations that should be
11878 satisfied; the computer is supposed to be smart enough to solve those equations.
11879 And indeed, the computer tries valiantly to do so, by distinguishing five
11880 different types of numeric values:
11881
11882 \smallskip\hang
11883 |type(p)=mp_known| is the nice case, when |value(p)| is the |scaled| value
11884 of the variable whose address is~|p|.
11885
11886 \smallskip\hang
11887 |type(p)=mp_dependent| means that |value(p)| is not present, but |dep_list(p)|
11888 points to a {\sl dependency list\/} that expresses the value of variable~|p|
11889 as a |scaled| number plus a sum of independent variables with |fraction|
11890 coefficients.
11891
11892 \smallskip\hang
11893 |type(p)=mp_independent| means that |value(p)=64s+m|, where |s>0| is a ``serial
11894 number'' reflecting the time this variable was first used in an equation;
11895 also |0<=m<64|, and each dependent variable
11896 that refers to this one is actually referring to the future value of
11897 this variable times~$2^m$. (Usually |m=0|, but higher degrees of
11898 scaling are sometimes needed to keep the coefficients in dependency lists
11899 from getting too large. The value of~|m| will always be even.)
11900
11901 \smallskip\hang
11902 |type(p)=mp_numeric_type| means that variable |p| hasn't appeared in an
11903 equation before, but it has been explicitly declared to be numeric.
11904
11905 \smallskip\hang
11906 |type(p)=undefined| means that variable |p| hasn't appeared before.
11907
11908 \smallskip\noindent
11909 We have actually discussed these five types in the reverse order of their
11910 history during a computation: Once |known|, a variable never again
11911 becomes |dependent|; once |dependent|, it almost never again becomes
11912 |mp_independent|; once |mp_independent|, it never again becomes |mp_numeric_type|;
11913 and once |mp_numeric_type|, it never again becomes |undefined| (except
11914 of course when the user specifically decides to scrap the old value
11915 and start again). A backward step may, however, take place: Sometimes
11916 a |dependent| variable becomes |mp_independent| again, when one of the
11917 independent variables it depends on is reverting to |undefined|.
11918
11919
11920 The next patch detects overflow of independent-variable serial
11921 numbers. Diagnosed and patched by Thorsten Dahlheimer.
11922
11923 @d s_scale 64 /* the serial numbers are multiplied by this factor */
11924 @d max_indep_vars 0177777777 /* $2^{25}-1$ */
11925 @d max_serial_no 017777777700 /* |max_indep_vars*s_scale| */
11926 @d new_indep(A)  /* create a new independent variable */
11927   { if ( mp->serial_no==max_serial_no )
11928     mp_fatal_error(mp, "variable instance identifiers exhausted");
11929   type((A))=mp_independent; mp->serial_no=mp->serial_no+s_scale;
11930   value((A))=mp->serial_no;
11931   }
11932
11933 @<Glob...@>=
11934 integer serial_no; /* the most recent serial number, times |s_scale| */
11935
11936 @ @<Make variable |q+s| newly independent@>=new_indep(q+s)
11937
11938 @ But how are dependency lists represented? It's simple: The linear combination
11939 $\alpha_1v_1+\cdots+\alpha_kv_k+\beta$ appears in |k+1| value nodes. If
11940 |q=dep_list(p)| points to this list, and if |k>0|, then |value(q)=
11941 @t$\alpha_1$@>| (which is a |fraction|); |info(q)| points to the location
11942 of $\alpha_1$; and |link(p)| points to the dependency list
11943 $\alpha_2v_2+\cdots+\alpha_kv_k+\beta$. On the other hand if |k=0|,
11944 then |value(q)=@t$\beta$@>| (which is |scaled|) and |info(q)=null|.
11945 The independent variables $v_1$, \dots,~$v_k$ have been sorted so that
11946 they appear in decreasing order of their |value| fields (i.e., of
11947 their serial numbers). \ (It is convenient to use decreasing order,
11948 since |value(null)=0|. If the independent variables were not sorted by
11949 serial number but by some other criterion, such as their location in |mem|,
11950 the equation-solving mechanism would be too system-dependent, because
11951 the ordering can affect the computed results.)
11952
11953 The |link| field in the node that contains the constant term $\beta$ is
11954 called the {\sl final link\/} of the dependency list. \MP\ maintains
11955 a doubly-linked master list of all dependency lists, in terms of a permanently
11956 allocated node
11957 in |mem| called |dep_head|. If there are no dependencies, we have
11958 |link(dep_head)=dep_head| and |prev_dep(dep_head)=dep_head|;
11959 otherwise |link(dep_head)| points to the first dependent variable, say~|p|,
11960 and |prev_dep(p)=dep_head|. We have |type(p)=mp_dependent|, and |dep_list(p)|
11961 points to its dependency list. If the final link of that dependency list
11962 occurs in location~|q|, then |link(q)| points to the next dependent
11963 variable (say~|r|); and we have |prev_dep(r)=q|, etc.
11964
11965 @d dep_list(A) link(value_loc((A)))
11966   /* half of the |value| field in a |dependent| variable */
11967 @d prev_dep(A) info(value_loc((A)))
11968   /* the other half; makes a doubly linked list */
11969 @d dep_node_size 2 /* the number of words per dependency node */
11970
11971 @<Initialize table entries...@>= mp->serial_no=0;
11972 link(dep_head)=dep_head; prev_dep(dep_head)=dep_head;
11973 info(dep_head)=null; dep_list(dep_head)=null;
11974
11975 @ Actually the description above contains a little white lie. There's
11976 another kind of variable called |mp_proto_dependent|, which is
11977 just like a |dependent| one except that the $\alpha$ coefficients
11978 in its dependency list are |scaled| instead of being fractions.
11979 Proto-dependency lists are mixed with dependency lists in the
11980 nodes reachable from |dep_head|.
11981
11982 @ Here is a procedure that prints a dependency list in symbolic form.
11983 The second parameter should be either |dependent| or |mp_proto_dependent|,
11984 to indicate the scaling of the coefficients.
11985
11986 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
11987 void mp_print_dependency (MP mp,pointer p, small_number t) {
11988   integer v; /* a coefficient */
11989   pointer pp,q; /* for list manipulation */
11990   pp=p;
11991   while (1) { 
11992     v=abs(value(p)); q=info(p);
11993     if ( q==null ) { /* the constant term */
11994       if ( (v!=0)||(p==pp) ) {
11995          if ( value(p)>0 ) if ( p!=pp ) mp_print_char(mp, '+');
11996          mp_print_scaled(mp, value(p));
11997       }
11998       return;
11999     }
12000     @<Print the coefficient, unless it's $\pm1.0$@>;
12001     if ( type(q)!=mp_independent ) mp_confusion(mp, "dep");
12002 @:this can't happen dep}{\quad dep@>
12003     mp_print_variable_name(mp, q); v=value(q) % s_scale;
12004     while ( v>0 ) { mp_print(mp, "*4"); v=v-2; }
12005     p=link(p);
12006   }
12007 }
12008
12009 @ @<Print the coefficient, unless it's $\pm1.0$@>=
12010 if ( value(p)<0 ) mp_print_char(mp, '-');
12011 else if ( p!=pp ) mp_print_char(mp, '+');
12012 if ( t==mp_dependent ) v=mp_round_fraction(mp, v);
12013 if ( v!=unity ) mp_print_scaled(mp, v)
12014
12015 @ The maximum absolute value of a coefficient in a given dependency list
12016 is returned by the following simple function.
12017
12018 @c fraction mp_max_coef (MP mp,pointer p) {
12019   fraction x; /* the maximum so far */
12020   x=0;
12021   while ( info(p)!=null ) {
12022     if ( abs(value(p))>x ) x=abs(value(p));
12023     p=link(p);
12024   }
12025   return x;
12026 }
12027
12028 @ One of the main operations needed on dependency lists is to add a multiple
12029 of one list to the other; we call this |p_plus_fq|, where |p| and~|q| point
12030 to dependency lists and |f| is a fraction.
12031
12032 If the coefficient of any independent variable becomes |coef_bound| or
12033 more, in absolute value, this procedure changes the type of that variable
12034 to `|independent_needing_fix|', and sets the global variable |fix_needed|
12035 to~|true|. The value of $|coef_bound|=\mu$ is chosen so that
12036 $\mu^2+\mu<8$; this means that the numbers we deal with won't
12037 get too large. (Instead of the ``optimum'' $\mu=(\sqrt{33}-1)/2\approx
12038 2.3723$, the safer value 7/3 is taken as the threshold.)
12039
12040 The changes mentioned in the preceding paragraph are actually done only if
12041 the global variable |watch_coefs| is |true|. But it usually is; in fact,
12042 it is |false| only when \MP\ is making a dependency list that will soon
12043 be equated to zero.
12044
12045 Several procedures that act on dependency lists, including |p_plus_fq|,
12046 set the global variable |dep_final| to the final (constant term) node of
12047 the dependency list that they produce.
12048
12049 @d coef_bound 04525252525 /* |fraction| approximation to 7/3 */
12050 @d independent_needing_fix 0
12051
12052 @<Glob...@>=
12053 boolean fix_needed; /* does at least one |independent| variable need scaling? */
12054 boolean watch_coefs; /* should we scale coefficients that exceed |coef_bound|? */
12055 pointer dep_final; /* location of the constant term and final link */
12056
12057 @ @<Set init...@>=
12058 mp->fix_needed=false; mp->watch_coefs=true;
12059
12060 @ The |p_plus_fq| procedure has a fourth parameter, |t|, that should be
12061 set to |mp_proto_dependent| if |p| is a proto-dependency list. In this
12062 case |f| will be |scaled|, not a |fraction|. Similarly, the fifth parameter~|tt|
12063 should be |mp_proto_dependent| if |q| is a proto-dependency list.
12064
12065 List |q| is unchanged by the operation; but list |p| is totally destroyed.
12066
12067 The final link of the dependency list or proto-dependency list returned
12068 by |p_plus_fq| is the same as the original final link of~|p|. Indeed, the
12069 constant term of the result will be located in the same |mem| location
12070 as the original constant term of~|p|.
12071
12072 Coefficients of the result are assumed to be zero if they are less than
12073 a certain threshold. This compensates for inevitable rounding errors,
12074 and tends to make more variables `|known|'. The threshold is approximately
12075 $10^{-5}$ in the case of normal dependency lists, $10^{-4}$ for
12076 proto-dependencies.
12077
12078 @d fraction_threshold 2685 /* a |fraction| coefficient less than this is zeroed */
12079 @d half_fraction_threshold 1342 /* half of |fraction_threshold| */
12080 @d scaled_threshold 8 /* a |scaled| coefficient less than this is zeroed */
12081 @d half_scaled_threshold 4 /* half of |scaled_threshold| */
12082
12083 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12084 pointer mp_p_plus_fq ( MP mp, pointer p, integer f, 
12085                       pointer q, small_number t, small_number tt) ;
12086
12087 @ @c
12088 pointer mp_p_plus_fq ( MP mp, pointer p, integer f, 
12089                       pointer q, small_number t, small_number tt) {
12090   pointer pp,qq; /* |info(p)| and |info(q)|, respectively */
12091   pointer r,s; /* for list manipulation */
12092   integer mp_threshold; /* defines a neighborhood of zero */
12093   integer v; /* temporary register */
12094   if ( t==mp_dependent ) mp_threshold=fraction_threshold;
12095   else mp_threshold=scaled_threshold;
12096   r=temp_head; pp=info(p); qq=info(q);
12097   while (1) {
12098     if ( pp==qq ) {
12099       if ( pp==null ) {
12100        break;
12101       } else {
12102         @<Contribute a term from |p|, plus |f| times the
12103           corresponding term from |q|@>
12104       }
12105     } else if ( value(pp)<value(qq) ) {
12106       @<Contribute a term from |q|, multiplied by~|f|@>
12107     } else { 
12108      link(r)=p; r=p; p=link(p); pp=info(p);
12109     }
12110   }
12111   if ( t==mp_dependent )
12112     value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),mp_take_fraction(mp, value(q),f));
12113   else  
12114     value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),mp_take_scaled(mp, value(q),f));
12115   link(r)=p; mp->dep_final=p; 
12116   return link(temp_head);
12117 }
12118
12119 @ @<Contribute a term from |p|, plus |f|...@>=
12120
12121   if ( tt==mp_dependent ) v=value(p)+mp_take_fraction(mp, f,value(q));
12122   else v=value(p)+mp_take_scaled(mp, f,value(q));
12123   value(p)=v; s=p; p=link(p);
12124   if ( abs(v)<mp_threshold ) {
12125     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
12126   } else {
12127     if ( (abs(v)>=coef_bound)  && mp->watch_coefs ) { 
12128       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
12129     }
12130     link(r)=s; r=s;
12131   };
12132   pp=info(p); q=link(q); qq=info(q);
12133 }
12134
12135 @ @<Contribute a term from |q|, multiplied by~|f|@>=
12136
12137   if ( tt==mp_dependent ) v=mp_take_fraction(mp, f,value(q));
12138   else v=mp_take_scaled(mp, f,value(q));
12139   if ( abs(v)>halfp(mp_threshold) ) { 
12140     s=mp_get_node(mp, dep_node_size); info(s)=qq; value(s)=v;
12141     if ( (abs(v)>=coef_bound) && mp->watch_coefs ) { 
12142       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
12143     }
12144     link(r)=s; r=s;
12145   }
12146   q=link(q); qq=info(q);
12147 }
12148
12149 @ It is convenient to have another subroutine for the special case
12150 of |p_plus_fq| when |f=1.0|. In this routine lists |p| and |q| are
12151 both of the same type~|t| (either |dependent| or |mp_proto_dependent|).
12152
12153 @c pointer mp_p_plus_q (MP mp,pointer p, pointer q, small_number t) {
12154   pointer pp,qq; /* |info(p)| and |info(q)|, respectively */
12155   pointer r,s; /* for list manipulation */
12156   integer mp_threshold; /* defines a neighborhood of zero */
12157   integer v; /* temporary register */
12158   if ( t==mp_dependent ) mp_threshold=fraction_threshold;
12159   else mp_threshold=scaled_threshold;
12160   r=temp_head; pp=info(p); qq=info(q);
12161   while (1) {
12162     if ( pp==qq ) {
12163       if ( pp==null ) {
12164         break;
12165       } else {
12166         @<Contribute a term from |p|, plus the
12167           corresponding term from |q|@>
12168       }
12169     } else if ( value(pp)<value(qq) ) {
12170       s=mp_get_node(mp, dep_node_size); info(s)=qq; value(s)=value(q);
12171       q=link(q); qq=info(q); link(r)=s; r=s;
12172     } else { 
12173       link(r)=p; r=p; p=link(p); pp=info(p);
12174     }
12175   }
12176   value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),value(q));
12177   link(r)=p; mp->dep_final=p; 
12178   return link(temp_head);
12179 }
12180
12181 @ @<Contribute a term from |p|, plus the...@>=
12182
12183   v=value(p)+value(q);
12184   value(p)=v; s=p; p=link(p); pp=info(p);
12185   if ( abs(v)<mp_threshold ) {
12186     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
12187   } else { 
12188     if ( (abs(v)>=coef_bound ) && mp->watch_coefs ) {
12189       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
12190     }
12191     link(r)=s; r=s;
12192   }
12193   q=link(q); qq=info(q);
12194 }
12195
12196 @ A somewhat simpler routine will multiply a dependency list
12197 by a given constant~|v|. The constant is either a |fraction| less than
12198 |fraction_one|, or it is |scaled|. In the latter case we might be forced to
12199 convert a dependency list to a proto-dependency list.
12200 Parameters |t0| and |t1| are the list types before and after;
12201 they should agree unless |t0=mp_dependent| and |t1=mp_proto_dependent|
12202 and |v_is_scaled=true|.
12203
12204 @c pointer mp_p_times_v (MP mp,pointer p, integer v, small_number t0,
12205                          small_number t1, boolean v_is_scaled) {
12206   pointer r,s; /* for list manipulation */
12207   integer w; /* tentative coefficient */
12208   integer mp_threshold;
12209   boolean scaling_down;
12210   if ( t0!=t1 ) scaling_down=true; else scaling_down=! v_is_scaled;
12211   if ( t1==mp_dependent ) mp_threshold=half_fraction_threshold;
12212   else mp_threshold=half_scaled_threshold;
12213   r=temp_head;
12214   while ( info(p)!=null ) {    
12215     if ( scaling_down ) w=mp_take_fraction(mp, v,value(p));
12216     else w=mp_take_scaled(mp, v,value(p));
12217     if ( abs(w)<=mp_threshold ) { 
12218       s=link(p); mp_free_node(mp, p,dep_node_size); p=s;
12219     } else {
12220       if ( abs(w)>=coef_bound ) { 
12221         mp->fix_needed=true; type(info(p))=independent_needing_fix;
12222       }
12223       link(r)=p; r=p; value(p)=w; p=link(p);
12224     }
12225   }
12226   link(r)=p;
12227   if ( v_is_scaled ) value(p)=mp_take_scaled(mp, value(p),v);
12228   else value(p)=mp_take_fraction(mp, value(p),v);
12229   return link(temp_head);
12230 };
12231
12232 @ Similarly, we sometimes need to divide a dependency list
12233 by a given |scaled| constant.
12234
12235 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12236 pointer mp_p_over_v (MP mp,pointer p, scaled v, small_number 
12237   t0, small_number t1) ;
12238
12239 @ @c
12240 pointer mp_p_over_v (MP mp,pointer p, scaled v, small_number 
12241   t0, small_number t1) {
12242   pointer r,s; /* for list manipulation */
12243   integer w; /* tentative coefficient */
12244   integer mp_threshold;
12245   boolean scaling_down;
12246   if ( t0!=t1 ) scaling_down=true; else scaling_down=false;
12247   if ( t1==mp_dependent ) mp_threshold=half_fraction_threshold;
12248   else mp_threshold=half_scaled_threshold;
12249   r=temp_head;
12250   while ( info( p)!=null ) {
12251     if ( scaling_down ) {
12252       if ( abs(v)<02000000 ) w=mp_make_scaled(mp, value(p),v*010000);
12253       else w=mp_make_scaled(mp, mp_round_fraction(mp, value(p)),v);
12254     } else {
12255       w=mp_make_scaled(mp, value(p),v);
12256     }
12257     if ( abs(w)<=mp_threshold ) {
12258       s=link(p); mp_free_node(mp, p,dep_node_size); p=s;
12259     } else { 
12260       if ( abs(w)>=coef_bound ) {
12261          mp->fix_needed=true; type(info(p))=independent_needing_fix;
12262       }
12263       link(r)=p; r=p; value(p)=w; p=link(p);
12264     }
12265   }
12266   link(r)=p; value(p)=mp_make_scaled(mp, value(p),v);
12267   return link(temp_head);
12268 };
12269
12270 @ Here's another utility routine for dependency lists. When an independent
12271 variable becomes dependent, we want to remove it from all existing
12272 dependencies. The |p_with_x_becoming_q| function computes the
12273 dependency list of~|p| after variable~|x| has been replaced by~|q|.
12274
12275 This procedure has basically the same calling conventions as |p_plus_fq|:
12276 List~|q| is unchanged; list~|p| is destroyed; the constant node and the
12277 final link are inherited from~|p|; and the fourth parameter tells whether
12278 or not |p| is |mp_proto_dependent|. However, the global variable |dep_final|
12279 is not altered if |x| does not occur in list~|p|.
12280
12281 @c pointer mp_p_with_x_becoming_q (MP mp,pointer p,
12282            pointer x, pointer q, small_number t) {
12283   pointer r,s; /* for list manipulation */
12284   integer v; /* coefficient of |x| */
12285   integer sx; /* serial number of |x| */
12286   s=p; r=temp_head; sx=value(x);
12287   while ( value(info(s))>sx ) { r=s; s=link(s); };
12288   if ( info(s)!=x ) { 
12289     return p;
12290   } else { 
12291     link(temp_head)=p; link(r)=link(s); v=value(s);
12292     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
12293     return mp_p_plus_fq(mp, link(temp_head),v,q,t,mp_dependent);
12294   }
12295 }
12296
12297 @ Here's a simple procedure that reports an error when a variable
12298 has just received a known value that's out of the required range.
12299
12300 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12301 void mp_val_too_big (MP mp,scaled x) ;
12302
12303 @ @c void mp_val_too_big (MP mp,scaled x) { 
12304   if ( mp->internal[mp_warning_check]>0 ) { 
12305     print_err("Value is too large ("); mp_print_scaled(mp, x); mp_print_char(mp, ')');
12306 @.Value is too large@>
12307     help4("The equation I just processed has given some variable")
12308       ("a value of 4096 or more. Continue and I'll try to cope")
12309       ("with that big value; but it might be dangerous.")
12310       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
12311     mp_error(mp);
12312   }
12313 }
12314
12315 @ When a dependent variable becomes known, the following routine
12316 removes its dependency list. Here |p| points to the variable, and
12317 |q| points to the dependency list (which is one node long).
12318
12319 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12320 void mp_make_known (MP mp,pointer p, pointer q) ;
12321
12322 @ @c void mp_make_known (MP mp,pointer p, pointer q) {
12323   int t; /* the previous type */
12324   prev_dep(link(q))=prev_dep(p);
12325   link(prev_dep(p))=link(q); t=type(p);
12326   type(p)=mp_known; value(p)=value(q); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
12327   if ( abs(value(p))>=fraction_one ) mp_val_too_big(mp, value(p));
12328   if (( mp->internal[mp_tracing_equations]>0) && mp_interesting(mp, p) ) {
12329     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "#### ");
12330 @:]]]\#\#\#\#_}{\.{\#\#\#\#}@>
12331     mp_print_variable_name(mp, p); 
12332     mp_print_char(mp, '='); mp_print_scaled(mp, value(p));
12333     mp_end_diagnostic(mp, false);
12334   }
12335   if (( mp->cur_exp==p ) && mp->cur_type==t ) {
12336     mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=value(p);
12337     mp_free_node(mp, p,value_node_size);
12338   }
12339 }
12340
12341 @ The |fix_dependencies| routine is called into action when |fix_needed|
12342 has been triggered. The program keeps a list~|s| of independent variables
12343 whose coefficients must be divided by~4.
12344
12345 In unusual cases, this fixup process might reduce one or more coefficients
12346 to zero, so that a variable will become known more or less by default.
12347
12348 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12349 void mp_fix_dependencies (MP mp);
12350
12351 @ @c void mp_fix_dependencies (MP mp) {
12352   pointer p,q,r,s,t; /* list manipulation registers */
12353   pointer x; /* an independent variable */
12354   r=link(dep_head); s=null;
12355   while ( r!=dep_head ){ 
12356     t=r;
12357     @<Run through the dependency list for variable |t|, fixing
12358       all nodes, and ending with final link~|q|@>;
12359     r=link(q);
12360     if ( q==dep_list(t) ) mp_make_known(mp, t,q);
12361   }
12362   while ( s!=null ) { 
12363     p=link(s); x=info(s); free_avail(s); s=p;
12364     type(x)=mp_independent; value(x)=value(x)+2;
12365   }
12366   mp->fix_needed=false;
12367 }
12368
12369 @ @d independent_being_fixed 1 /* this variable already appears in |s| */
12370
12371 @<Run through the dependency list for variable |t|...@>=
12372 r=value_loc(t); /* |link(r)=dep_list(t)| */
12373 while (1) { 
12374   q=link(r); x=info(q);
12375   if ( x==null ) break;
12376   if ( type(x)<=independent_being_fixed ) {
12377     if ( type(x)<independent_being_fixed ) {
12378       p=mp_get_avail(mp); link(p)=s; s=p;
12379       info(s)=x; type(x)=independent_being_fixed;
12380     }
12381     value(q)=value(q) / 4;
12382     if ( value(q)==0 ) {
12383       link(r)=link(q); mp_free_node(mp, q,dep_node_size); q=r;
12384     }
12385   }
12386   r=q;
12387 }
12388
12389
12390 @ The |new_dep| routine installs a dependency list~|p| into the value node~|q|,
12391 linking it into the list of all known dependencies. We assume that
12392 |dep_final| points to the final node of list~|p|.
12393
12394 @c void mp_new_dep (MP mp,pointer q, pointer p) {
12395   pointer r; /* what used to be the first dependency */
12396   dep_list(q)=p; prev_dep(q)=dep_head;
12397   r=link(dep_head); link(mp->dep_final)=r; prev_dep(r)=mp->dep_final;
12398   link(dep_head)=q;
12399 }
12400
12401 @ Here is one of the ways a dependency list gets started.
12402 The |const_dependency| routine produces a list that has nothing but
12403 a constant term.
12404
12405 @c pointer mp_const_dependency (MP mp, scaled v) {
12406   mp->dep_final=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12407   value(mp->dep_final)=v; info(mp->dep_final)=null;
12408   return mp->dep_final;
12409 }
12410
12411 @ And here's a more interesting way to start a dependency list from scratch:
12412 The parameter to |single_dependency| is the location of an
12413 independent variable~|x|, and the result is the simple dependency list
12414 `|x+0|'.
12415
12416 In the unlikely event that the given independent variable has been doubled so
12417 often that we can't refer to it with a nonzero coefficient,
12418 |single_dependency| returns the simple list `0'.  This case can be
12419 recognized by testing that the returned list pointer is equal to
12420 |dep_final|.
12421
12422 @c pointer mp_single_dependency (MP mp,pointer p) {
12423   pointer q; /* the new dependency list */
12424   integer m; /* the number of doublings */
12425   m=value(p) % s_scale;
12426   if ( m>28 ) {
12427     return mp_const_dependency(mp, 0);
12428   } else { 
12429     q=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12430     value(q)=two_to_the(28-m); info(q)=p;
12431     link(q)=mp_const_dependency(mp, 0);
12432     return q;
12433   }
12434 }
12435
12436 @ We sometimes need to make an exact copy of a dependency list.
12437
12438 @c pointer mp_copy_dep_list (MP mp,pointer p) {
12439   pointer q; /* the new dependency list */
12440   q=mp_get_node(mp, dep_node_size); mp->dep_final=q;
12441   while (1) { 
12442     info(mp->dep_final)=info(p); value(mp->dep_final)=value(p);
12443     if ( info(mp->dep_final)==null ) break;
12444     link(mp->dep_final)=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12445     mp->dep_final=link(mp->dep_final); p=link(p);
12446   }
12447   return q;
12448 }
12449
12450 @ But how do variables normally become known? Ah, now we get to the heart of the
12451 equation-solving mechanism. The |linear_eq| procedure is given a |dependent|
12452 or |mp_proto_dependent| list,~|p|, in which at least one independent variable
12453 appears. It equates this list to zero, by choosing an independent variable
12454 with the largest coefficient and making it dependent on the others. The
12455 newly dependent variable is eliminated from all current dependencies,
12456 thereby possibly making other dependent variables known.
12457
12458 The given list |p| is, of course, totally destroyed by all this processing.
12459
12460 @c void mp_linear_eq (MP mp, pointer p, small_number t) {
12461   pointer q,r,s; /* for link manipulation */
12462   pointer x; /* the variable that loses its independence */
12463   integer n; /* the number of times |x| had been halved */
12464   integer v; /* the coefficient of |x| in list |p| */
12465   pointer prev_r; /* lags one step behind |r| */
12466   pointer final_node; /* the constant term of the new dependency list */
12467   integer w; /* a tentative coefficient */
12468    @<Find a node |q| in list |p| whose coefficient |v| is largest@>;
12469   x=info(q); n=value(x) % s_scale;
12470   @<Divide list |p| by |-v|, removing node |q|@>;
12471   if ( mp->internal[mp_tracing_equations]>0 ) {
12472     @<Display the new dependency@>;
12473   }
12474   @<Simplify all existing dependencies by substituting for |x|@>;
12475   @<Change variable |x| from |independent| to |dependent| or |known|@>;
12476   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
12477 }
12478
12479 @ @<Find a node |q| in list |p| whose coefficient |v| is largest@>=
12480 q=p; r=link(p); v=value(q);
12481 while ( info(r)!=null ) { 
12482   if ( abs(value(r))>abs(v) ) { q=r; v=value(r); };
12483   r=link(r);
12484 }
12485
12486 @ Here we want to change the coefficients from |scaled| to |fraction|,
12487 except in the constant term. In the common case of a trivial equation
12488 like `\.{x=3.14}', we will have |v=-fraction_one|, |q=p|, and |t=mp_dependent|.
12489
12490 @<Divide list |p| by |-v|, removing node |q|@>=
12491 s=temp_head; link(s)=p; r=p;
12492 do { 
12493   if ( r==q ) {
12494     link(s)=link(r); mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12495   } else  { 
12496     w=mp_make_fraction(mp, value(r),v);
12497     if ( abs(w)<=half_fraction_threshold ) {
12498       link(s)=link(r); mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12499     } else { 
12500       value(r)=-w; s=r;
12501     }
12502   }
12503   r=link(s);
12504 } while (info(r)!=null);
12505 if ( t==mp_proto_dependent ) {
12506   value(r)=-mp_make_scaled(mp, value(r),v);
12507 } else if ( v!=-fraction_one ) {
12508   value(r)=-mp_make_fraction(mp, value(r),v);
12509 }
12510 final_node=r; p=link(temp_head)
12511
12512 @ @<Display the new dependency@>=
12513 if ( mp_interesting(mp, x) ) {
12514   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "## "); 
12515   mp_print_variable_name(mp, x);
12516 @:]]]\#\#_}{\.{\#\#}@>
12517   w=n;
12518   while ( w>0 ) { mp_print(mp, "*4"); w=w-2;  };
12519   mp_print_char(mp, '='); mp_print_dependency(mp, p,mp_dependent); 
12520   mp_end_diagnostic(mp, false);
12521 }
12522
12523 @ @<Simplify all existing dependencies by substituting for |x|@>=
12524 prev_r=dep_head; r=link(dep_head);
12525 while ( r!=dep_head ) {
12526   s=dep_list(r); q=mp_p_with_x_becoming_q(mp, s,x,p,type(r));
12527   if ( info(q)==null ) {
12528     mp_make_known(mp, r,q);
12529   } else { 
12530     dep_list(r)=q;
12531     do {  q=link(q); } while (info(q)!=null);
12532     prev_r=q;
12533   }
12534   r=link(prev_r);
12535 }
12536
12537 @ @<Change variable |x| from |independent| to |dependent| or |known|@>=
12538 if ( n>0 ) @<Divide list |p| by $2^n$@>;
12539 if ( info(p)==null ) {
12540   type(x)=mp_known;
12541   value(x)=value(p);
12542   if ( abs(value(x))>=fraction_one ) mp_val_too_big(mp, value(x));
12543   mp_free_node(mp, p,dep_node_size);
12544   if ( mp->cur_exp==x ) if ( mp->cur_type==mp_independent ) {
12545     mp->cur_exp=value(x); mp->cur_type=mp_known;
12546     mp_free_node(mp, x,value_node_size);
12547   }
12548 } else { 
12549   type(x)=mp_dependent; mp->dep_final=final_node; mp_new_dep(mp, x,p);
12550   if ( mp->cur_exp==x ) if ( mp->cur_type==mp_independent ) mp->cur_type=mp_dependent;
12551 }
12552
12553 @ @<Divide list |p| by $2^n$@>=
12554
12555   s=temp_head; link(temp_head)=p; r=p;
12556   do {  
12557     if ( n>30 ) w=0;
12558     else w=value(r) / two_to_the(n);
12559     if ( (abs(w)<=half_fraction_threshold)&&(info(r)!=null) ) {
12560       link(s)=link(r);
12561       mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12562     } else { 
12563       value(r)=w; s=r;
12564     }
12565     r=link(s);
12566   } while (info(s)!=null);
12567   p=link(temp_head);
12568 }
12569
12570 @ The |check_mem| procedure, which is used only when \MP\ is being
12571 debugged, makes sure that the current dependency lists are well formed.
12572
12573 @<Check the list of linear dependencies@>=
12574 q=dep_head; p=link(q);
12575 while ( p!=dep_head ) {
12576   if ( prev_dep(p)!=q ) {
12577     mp_print_nl(mp, "Bad PREVDEP at "); mp_print_int(mp, p);
12578 @.Bad PREVDEP...@>
12579   }
12580   p=dep_list(p);
12581   while (1) {
12582     r=info(p); q=p; p=link(q);
12583     if ( r==null ) break;
12584     if ( value(info(p))>=value(r) ) {
12585       mp_print_nl(mp, "Out of order at "); mp_print_int(mp, p);
12586 @.Out of order...@>
12587     }
12588   }
12589 }
12590
12591 @* \[25] Dynamic nonlinear equations.
12592 Variables of numeric type are maintained by the general scheme of
12593 independent, dependent, and known values that we have just studied;
12594 and the components of pair and transform variables are handled in the
12595 same way. But \MP\ also has five other types of values: \&{boolean},
12596 \&{string}, \&{pen}, \&{path}, and \&{picture}; what about them?
12597
12598 Equations are allowed between nonlinear quantities, but only in a
12599 simple form. Two variables that haven't yet been assigned values are
12600 either equal to each other, or they're not.
12601
12602 Before a boolean variable has received a value, its type is |mp_unknown_boolean|;
12603 similarly, there are variables whose type is |mp_unknown_string|, |mp_unknown_pen|,
12604 |mp_unknown_path|, and |mp_unknown_picture|. In such cases the value is either
12605 |null| (which means that no other variables are equivalent to this one), or
12606 it points to another variable of the same undefined type. The pointers in the
12607 latter case form a cycle of nodes, which we shall call a ``ring.''
12608 Rings of undefined variables may include capsules, which arise as
12609 intermediate results within expressions or as \&{expr} parameters to macros.
12610
12611 When one member of a ring receives a value, the same value is given to
12612 all the other members. In the case of paths and pictures, this implies
12613 making separate copies of a potentially large data structure; users should
12614 restrain their enthusiasm for such generality, unless they have lots and
12615 lots of memory space.
12616
12617 @ The following procedure is called when a capsule node is being
12618 added to a ring (e.g., when an unknown variable is mentioned in an expression).
12619
12620 @c pointer mp_new_ring_entry (MP mp,pointer p) {
12621   pointer q; /* the new capsule node */
12622   q=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(q)=mp_capsule;
12623   type(q)=type(p);
12624   if ( value(p)==null ) value(q)=p; else value(q)=value(p);
12625   value(p)=q;
12626   return q;
12627 }
12628
12629 @ Conversely, we might delete a capsule or a variable before it becomes known.
12630 The following procedure simply detaches a quantity from its ring,
12631 without recycling the storage.
12632
12633 @<Declare the recycling subroutines@>=
12634 void mp_ring_delete (MP mp,pointer p) {
12635   pointer q; 
12636   q=value(p);
12637   if ( q!=null ) if ( q!=p ){ 
12638     while ( value(q)!=p ) q=value(q);
12639     value(q)=value(p);
12640   }
12641 }
12642
12643 @ Eventually there might be an equation that assigns values to all of the
12644 variables in a ring. The |nonlinear_eq| subroutine does the necessary
12645 propagation of values.
12646
12647 If the parameter |flush_p| is |true|, node |p| itself needn't receive a
12648 value, it will soon be recycled.
12649
12650 @c void mp_nonlinear_eq (MP mp,integer v, pointer p, boolean flush_p) {
12651   small_number t; /* the type of ring |p| */
12652   pointer q,r; /* link manipulation registers */
12653   t=type(p)-unknown_tag; q=value(p);
12654   if ( flush_p ) type(p)=mp_vacuous; else p=q;
12655   do {  
12656     r=value(q); type(q)=t;
12657     switch (t) {
12658     case mp_boolean_type: value(q)=v; break;
12659     case mp_string_type: value(q)=v; add_str_ref(v); break;
12660     case mp_pen_type: value(q)=copy_pen(v); break;
12661     case mp_path_type: value(q)=mp_copy_path(mp, v); break;
12662     case mp_picture_type: value(q)=v; add_edge_ref(v); break;
12663     } /* there ain't no more cases */
12664     q=r;
12665   } while (q!=p);
12666 }
12667
12668 @ If two members of rings are equated, and if they have the same type,
12669 the |ring_merge| procedure is called on to make them equivalent.
12670
12671 @c void mp_ring_merge (MP mp,pointer p, pointer q) {
12672   pointer r; /* traverses one list */
12673   r=value(p);
12674   while ( r!=p ) {
12675     if ( r==q ) {
12676       @<Exclaim about a redundant equation@>;
12677       return;
12678     };
12679     r=value(r);
12680   }
12681   r=value(p); value(p)=value(q); value(q)=r;
12682 }
12683
12684 @ @<Exclaim about a redundant equation@>=
12685
12686   print_err("Redundant equation");
12687 @.Redundant equation@>
12688   help2("I already knew that this equation was true.")
12689    ("But perhaps no harm has been done; let's continue.");
12690   mp_put_get_error(mp);
12691 }
12692
12693 @* \[26] Introduction to the syntactic routines.
12694 Let's pause a moment now and try to look at the Big Picture.
12695 The \MP\ program consists of three main parts: syntactic routines,
12696 semantic routines, and output routines. The chief purpose of the
12697 syntactic routines is to deliver the user's input to the semantic routines,
12698 while parsing expressions and locating operators and operands. The
12699 semantic routines act as an interpreter responding to these operators,
12700 which may be regarded as commands. And the output routines are
12701 periodically called on to produce compact font descriptions that can be
12702 used for typesetting or for making interim proof drawings. We have
12703 discussed the basic data structures and many of the details of semantic
12704 operations, so we are good and ready to plunge into the part of \MP\ that
12705 actually controls the activities.
12706
12707 Our current goal is to come to grips with the |get_next| procedure,
12708 which is the keystone of \MP's input mechanism. Each call of |get_next|
12709 sets the value of three variables |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|,
12710 representing the next input token.
12711 $$\vbox{\halign{#\hfil\cr
12712   \hbox{|cur_cmd| denotes a command code from the long list of codes
12713    given earlier;}\cr
12714   \hbox{|cur_mod| denotes a modifier of the command code;}\cr
12715   \hbox{|cur_sym| is the hash address of the symbolic token that was
12716    just scanned,}\cr
12717   \hbox{\qquad or zero in the case of a numeric or string
12718    or capsule token.}\cr}}$$
12719 Underlying this external behavior of |get_next| is all the machinery
12720 necessary to convert from character files to tokens. At a given time we
12721 may be only partially finished with the reading of several files (for
12722 which \&{input} was specified), and partially finished with the expansion
12723 of some user-defined macros and/or some macro parameters, and partially
12724 finished reading some text that the user has inserted online,
12725 and so on. When reading a character file, the characters must be
12726 converted to tokens; comments and blank spaces must
12727 be removed, numeric and string tokens must be evaluated.
12728
12729 To handle these situations, which might all be present simultaneously,
12730 \MP\ uses various stacks that hold information about the incomplete
12731 activities, and there is a finite state control for each level of the
12732 input mechanism. These stacks record the current state of an implicitly
12733 recursive process, but the |get_next| procedure is not recursive.
12734
12735 @<Glob...@>=
12736 eight_bits cur_cmd; /* current command set by |get_next| */
12737 integer cur_mod; /* operand of current command */
12738 halfword cur_sym; /* hash address of current symbol */
12739
12740 @ The |print_cmd_mod| routine prints a symbolic interpretation of a
12741 command code and its modifier.
12742 It consists of a rather tedious sequence of print
12743 commands, and most of it is essentially an inverse to the |primitive|
12744 routine that enters a \MP\ primitive into |hash| and |eqtb|. Therefore almost
12745 all of this procedure appears elsewhere in the program, together with the
12746 corresponding |primitive| calls.
12747
12748 @<Declare the procedure called |print_cmd_mod|@>=
12749 void mp_print_cmd_mod (MP mp,integer c, integer m) { 
12750  switch (c) {
12751   @<Cases of |print_cmd_mod| for symbolic printing of primitives@>
12752   default: mp_print(mp, "[unknown command code!]"); break;
12753   }
12754 }
12755
12756 @ Here is a procedure that displays a given command in braces, in the
12757 user's transcript file.
12758
12759 @d show_cur_cmd_mod mp_show_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod)
12760
12761 @c 
12762 void mp_show_cmd_mod (MP mp,integer c, integer m) { 
12763   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{");
12764   mp_print_cmd_mod(mp, c,m); mp_print_char(mp, '}');
12765   mp_end_diagnostic(mp, false);
12766 }
12767
12768 @* \[27] Input stacks and states.
12769 The state of \MP's input mechanism appears in the input stack, whose
12770 entries are records with five fields, called |index|, |start|, |loc|,
12771 |limit|, and |name|. The top element of this stack is maintained in a
12772 global variable for which no subscripting needs to be done; the other
12773 elements of the stack appear in an array. Hence the stack is declared thus:
12774
12775 @<Types...@>=
12776 typedef struct {
12777   quarterword index_field;
12778   halfword start_field, loc_field, limit_field, name_field;
12779 } in_state_record;
12780
12781 @ @<Glob...@>=
12782 in_state_record *input_stack;
12783 integer input_ptr; /* first unused location of |input_stack| */
12784 integer max_in_stack; /* largest value of |input_ptr| when pushing */
12785 in_state_record cur_input; /* the ``top'' input state */
12786 int stack_size; /* maximum number of simultaneous input sources */
12787
12788 @ @<Allocate or initialize ...@>=
12789 mp->stack_size = 300;
12790 mp->input_stack = xmalloc((mp->stack_size+1),sizeof(in_state_record));
12791
12792 @ @<Dealloc variables@>=
12793 xfree(mp->input_stack);
12794
12795 @ We've already defined the special variable |loc==cur_input.loc_field|
12796 in our discussion of basic input-output routines. The other components of
12797 |cur_input| are defined in the same way:
12798
12799 @d index mp->cur_input.index_field /* reference for buffer information */
12800 @d start mp->cur_input.start_field /* starting position in |buffer| */
12801 @d limit mp->cur_input.limit_field /* end of current line in |buffer| */
12802 @d name mp->cur_input.name_field /* name of the current file */
12803
12804 @ Let's look more closely now at the five control variables
12805 (|index|,~|start|,~|loc|,~|limit|,~|name|),
12806 assuming that \MP\ is reading a line of characters that have been input
12807 from some file or from the user's terminal. There is an array called
12808 |buffer| that acts as a stack of all lines of characters that are
12809 currently being read from files, including all lines on subsidiary
12810 levels of the input stack that are not yet completed. \MP\ will return to
12811 the other lines when it is finished with the present input file.
12812
12813 (Incidentally, on a machine with byte-oriented addressing, it would be
12814 appropriate to combine |buffer| with the |str_pool| array,
12815 letting the buffer entries grow downward from the top of the string pool
12816 and checking that these two tables don't bump into each other.)
12817
12818 The line we are currently working on begins in position |start| of the
12819 buffer; the next character we are about to read is |buffer[loc]|; and
12820 |limit| is the location of the last character present. We always have
12821 |loc<=limit|. For convenience, |buffer[limit]| has been set to |"%"|, so
12822 that the end of a line is easily sensed.
12823
12824 The |name| variable is a string number that designates the name of
12825 the current file, if we are reading an ordinary text file.  Special codes
12826 |is_term..max_spec_src| indicate other sources of input text.
12827
12828 @d is_term 0 /* |name| value when reading from the terminal for normal input */
12829 @d is_read 1 /* |name| value when executing a \&{readstring} or \&{readfrom} */
12830 @d is_scantok 2 /* |name| value when reading text generated by \&{scantokens} */
12831 @d max_spec_src is_scantok
12832
12833 @ Additional information about the current line is available via the
12834 |index| variable, which counts how many lines of characters are present
12835 in the buffer below the current level. We have |index=0| when reading
12836 from the terminal and prompting the user for each line; then if the user types,
12837 e.g., `\.{input figs}', we will have |index=1| while reading
12838 the file \.{figs.mp}. However, it does not follow that |index| is the
12839 same as the input stack pointer, since many of the levels on the input
12840 stack may come from token lists and some |index| values may correspond
12841 to \.{MPX} files that are not currently on the stack.
12842
12843 The global variable |in_open| is equal to the highest |index| value counting
12844 \.{MPX} files but excluding token-list input levels.  Thus, the number of
12845 partially read lines in the buffer is |in_open+1| and we have |in_open>=index|
12846 when we are not reading a token list.
12847
12848 If we are not currently reading from the terminal,
12849 we are reading from the file variable |input_file[index]|. We use
12850 the notation |terminal_input| as a convenient abbreviation for |name=is_term|,
12851 and |cur_file| as an abbreviation for |input_file[index]|.
12852
12853 When \MP\ is not reading from the terminal, the global variable |line| contains
12854 the line number in the current file, for use in error messages. More precisely,
12855 |line| is a macro for |line_stack[index]| and the |line_stack| array gives
12856 the line number for each file in the |input_file| array.
12857
12858 When an \.{MPX} file is opened the file name is stored in the |mpx_name|
12859 array so that the name doesn't get lost when the file is temporarily removed
12860 from the input stack.
12861 Thus when |input_file[k]| is an \.{MPX} file, its name is |mpx_name[k]|
12862 and it contains translated \TeX\ pictures for |input_file[k-1]|.
12863 Since this is not an \.{MPX} file, we have
12864 $$ \hbox{|mpx_name[k-1]<=absent|}. $$
12865 This |name| field is set to |finished| when |input_file[k]| is completely
12866 read.
12867
12868 If more information about the input state is needed, it can be
12869 included in small arrays like those shown here. For example,
12870 the current page or segment number in the input file might be put
12871 into a variable |page|, that is really a macro for the current entry
12872 in `\ignorespaces|page_stack:array[0..max_in_open] of integer|\unskip'
12873 by analogy with |line_stack|.
12874 @^system dependencies@>
12875
12876 @d terminal_input (name==is_term) /* are we reading from the terminal? */
12877 @d cur_file mp->input_file[index] /* the current |FILE *| variable */
12878 @d line mp->line_stack[index] /* current line number in the current source file */
12879 @d in_name mp->iname_stack[index] /* a string used to construct \.{MPX} file names */
12880 @d in_area mp->iarea_stack[index] /* another string for naming \.{MPX} files */
12881 @d absent 1 /* |name_field| value for unused |mpx_in_stack| entries */
12882 @d mpx_reading (mp->mpx_name[index]>absent)
12883   /* when reading a file, is it an \.{MPX} file? */
12884 @d finished 0
12885   /* |name_field| value when the corresponding \.{MPX} file is finished */
12886
12887 @<Glob...@>=
12888 integer in_open; /* the number of lines in the buffer, less one */
12889 unsigned int open_parens; /* the number of open text files */
12890 FILE  * *input_file ;
12891 integer *line_stack ; /* the line number for each file */
12892 char *  *iname_stack; /* used for naming \.{MPX} files */
12893 char *  *iarea_stack; /* used for naming \.{MPX} files */
12894 halfword*mpx_name  ;
12895
12896 @ @<Allocate or ...@>=
12897 mp->input_file  = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(FILE *));
12898 mp->line_stack  = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(integer));
12899 mp->iname_stack = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(char *));
12900 mp->iarea_stack = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(char *));
12901 mp->mpx_name    = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(halfword));
12902 {
12903   int k;
12904   for (k=0;k<=mp->max_in_open;k++) {
12905     mp->iname_stack[k] =NULL;
12906     mp->iarea_stack[k] =NULL;
12907   }
12908 }
12909
12910 @ @<Dealloc variables@>=
12911 {
12912   int l;
12913   for (l=0;l<=mp->max_in_open;l++) {
12914     xfree(mp->iname_stack[l]);
12915     xfree(mp->iarea_stack[l]);
12916   }
12917 }
12918 xfree(mp->input_file);
12919 xfree(mp->line_stack);
12920 xfree(mp->iname_stack);
12921 xfree(mp->iarea_stack);
12922 xfree(mp->mpx_name);
12923
12924
12925 @ However, all this discussion about input state really applies only to the
12926 case that we are inputting from a file. There is another important case,
12927 namely when we are currently getting input from a token list. In this case
12928 |index>max_in_open|, and the conventions about the other state variables
12929 are different:
12930
12931 \yskip\hang|loc| is a pointer to the current node in the token list, i.e.,
12932 the node that will be read next. If |loc=null|, the token list has been
12933 fully read.
12934
12935 \yskip\hang|start| points to the first node of the token list; this node
12936 may or may not contain a reference count, depending on the type of token
12937 list involved.
12938
12939 \yskip\hang|token_type|, which takes the place of |index| in the
12940 discussion above, is a code number that explains what kind of token list
12941 is being scanned.
12942
12943 \yskip\hang|name| points to the |eqtb| address of the control sequence
12944 being expanded, if the current token list is a macro not defined by
12945 \&{vardef}. Macros defined by \&{vardef} have |name=null|; their name
12946 can be deduced by looking at their first two parameters.
12947
12948 \yskip\hang|param_start|, which takes the place of |limit|, tells where
12949 the parameters of the current macro or loop text begin in the |param_stack|.
12950
12951 \yskip\noindent The |token_type| can take several values, depending on
12952 where the current token list came from:
12953
12954 \yskip
12955 \indent|forever_text|, if the token list being scanned is the body of
12956 a \&{forever} loop;
12957
12958 \indent|loop_text|, if the token list being scanned is the body of
12959 a \&{for} or \&{forsuffixes} loop;
12960
12961 \indent|parameter|, if a \&{text} or \&{suffix} parameter is being scanned;
12962
12963 \indent|backed_up|, if the token list being scanned has been inserted as
12964 `to be read again'.
12965
12966 \indent|inserted|, if the token list being scanned has been inserted as
12967 part of error recovery;
12968
12969 \indent|macro|, if the expansion of a user-defined symbolic token is being
12970 scanned.
12971
12972 \yskip\noindent
12973 The token list begins with a reference count if and only if |token_type=
12974 macro|.
12975 @^reference counts@>
12976
12977 @d token_type index /* type of current token list */
12978 @d token_state (index>(int)mp->max_in_open) /* are we scanning a token list? */
12979 @d file_state (index<=(int)mp->max_in_open) /* are we scanning a file line? */
12980 @d param_start limit /* base of macro parameters in |param_stack| */
12981 @d forever_text (mp->max_in_open+1) /* |token_type| code for loop texts */
12982 @d loop_text (mp->max_in_open+2) /* |token_type| code for loop texts */
12983 @d parameter (mp->max_in_open+3) /* |token_type| code for parameter texts */
12984 @d backed_up (mp->max_in_open+4) /* |token_type| code for texts to be reread */
12985 @d inserted (mp->max_in_open+5) /* |token_type| code for inserted texts */
12986 @d macro (mp->max_in_open+6) /* |token_type| code for macro replacement texts */
12987
12988 @ The |param_stack| is an auxiliary array used to hold pointers to the token
12989 lists for parameters at the current level and subsidiary levels of input.
12990 This stack grows at a different rate from the others.
12991
12992 @<Glob...@>=
12993 pointer *param_stack;  /* token list pointers for parameters */
12994 integer param_ptr; /* first unused entry in |param_stack| */
12995 integer max_param_stack;  /* largest value of |param_ptr| */
12996
12997 @ @<Allocate or initialize ...@>=
12998 mp->param_stack = xmalloc((mp->param_size+1),sizeof(pointer));
12999
13000 @ @<Dealloc variables@>=
13001 xfree(mp->param_stack);
13002
13003 @ Notice that the |line| isn't valid when |token_state| is true because it
13004 depends on |index|.  If we really need to know the line number for the
13005 topmost file in the index stack we use the following function.  If a page
13006 number or other information is needed, this routine should be modified to
13007 compute it as well.
13008 @^system dependencies@>
13009
13010 @<Declare a function called |true_line|@>=
13011 integer mp_true_line (MP mp) {
13012   int k; /* an index into the input stack */
13013   if ( file_state && (name>max_spec_src) ) {
13014      return line;
13015   } else { 
13016     k=mp->input_ptr;
13017     while ((k>0) &&
13018            ((mp->input_stack[(k-1)].index_field>mp->max_in_open)||
13019             (mp->input_stack[(k-1)].name_field<=max_spec_src))) {
13020       decr(k);
13021     }
13022     return mp->line_stack[(k-1)];
13023   }
13024   return 0; 
13025 }
13026
13027 @ Thus, the ``current input state'' can be very complicated indeed; there
13028 can be many levels and each level can arise in a variety of ways. The
13029 |show_context| procedure, which is used by \MP's error-reporting routine to
13030 print out the current input state on all levels down to the most recent
13031 line of characters from an input file, illustrates most of these conventions.
13032 The global variable |file_ptr| contains the lowest level that was
13033 displayed by this procedure.
13034
13035 @<Glob...@>=
13036 integer file_ptr; /* shallowest level shown by |show_context| */
13037
13038 @ The status at each level is indicated by printing two lines, where the first
13039 line indicates what was read so far and the second line shows what remains
13040 to be read. The context is cropped, if necessary, so that the first line
13041 contains at most |half_error_line| characters, and the second contains
13042 at most |error_line|. Non-current input levels whose |token_type| is
13043 `|backed_up|' are shown only if they have not been fully read.
13044
13045 @c void mp_show_context (MP mp) { /* prints where the scanner is */
13046   int old_setting; /* saved |selector| setting */
13047   @<Local variables for formatting calculations@>
13048   mp->file_ptr=mp->input_ptr; mp->input_stack[mp->file_ptr]=mp->cur_input;
13049   /* store current state */
13050   while (1) { 
13051     mp->cur_input=mp->input_stack[mp->file_ptr]; /* enter into the context */
13052     @<Display the current context@>;
13053     if ( file_state )
13054       if ( (name>max_spec_src) || (mp->file_ptr==0) ) break;
13055     decr(mp->file_ptr);
13056   }
13057   mp->cur_input=mp->input_stack[mp->input_ptr]; /* restore original state */
13058 }
13059
13060 @ @<Display the current context@>=
13061 if ( (mp->file_ptr==mp->input_ptr) || file_state ||
13062    (token_type!=backed_up) || (loc!=null) ) {
13063     /* we omit backed-up token lists that have already been read */
13064   mp->tally=0; /* get ready to count characters */
13065   old_setting=mp->selector;
13066   if ( file_state ) {
13067     @<Print location of current line@>;
13068     @<Pseudoprint the line@>;
13069   } else { 
13070     @<Print type of token list@>;
13071     @<Pseudoprint the token list@>;
13072   }
13073   mp->selector=old_setting; /* stop pseudoprinting */
13074   @<Print two lines using the tricky pseudoprinted information@>;
13075 }
13076
13077 @ This routine should be changed, if necessary, to give the best possible
13078 indication of where the current line resides in the input file.
13079 For example, on some systems it is best to print both a page and line number.
13080 @^system dependencies@>
13081
13082 @<Print location of current line@>=
13083 if ( name>max_spec_src ) {
13084   mp_print_nl(mp, "l."); mp_print_int(mp, mp_true_line(mp));
13085 } else if ( terminal_input ) {
13086   if ( mp->file_ptr==0 ) mp_print_nl(mp, "<*>");
13087   else mp_print_nl(mp, "<insert>");
13088 } else if ( name==is_scantok ) {
13089   mp_print_nl(mp, "<scantokens>");
13090 } else {
13091   mp_print_nl(mp, "<read>");
13092 }
13093 mp_print_char(mp, ' ')
13094
13095 @ Can't use case statement here because the |token_type| is not
13096 a constant expression.
13097
13098 @<Print type of token list@>=
13099 {
13100   if(token_type==forever_text) {
13101     mp_print_nl(mp, "<forever> ");
13102   } else if (token_type==loop_text) {
13103     @<Print the current loop value@>;
13104   } else if (token_type==parameter) {
13105     mp_print_nl(mp, "<argument> "); 
13106   } else if (token_type==backed_up) { 
13107     if ( loc==null ) mp_print_nl(mp, "<recently read> ");
13108     else mp_print_nl(mp, "<to be read again> ");
13109   } else if (token_type==inserted) {
13110     mp_print_nl(mp, "<inserted text> ");
13111   } else if (token_type==macro) {
13112     mp_print_ln(mp);
13113     if ( name!=null ) mp_print_text(name);
13114     else @<Print the name of a \&{vardef}'d macro@>;
13115     mp_print(mp, "->");
13116   } else {
13117     mp_print_nl(mp, "?");/* this should never happen */
13118 @.?\relax@>
13119   }
13120 }
13121
13122 @ The parameter that corresponds to a loop text is either a token list
13123 (in the case of \&{forsuffixes}) or a ``capsule'' (in the case of \&{for}).
13124 We'll discuss capsules later; for now, all we need to know is that
13125 the |link| field in a capsule parameter is |void| and that
13126 |print_exp(p,0)| displays the value of capsule~|p| in abbreviated form.
13127
13128 @<Print the current loop value@>=
13129 { mp_print_nl(mp, "<for("); p=mp->param_stack[param_start];
13130   if ( p!=null ) {
13131     if ( link(p)==mp_void ) mp_print_exp(mp, p,0); /* we're in a \&{for} loop */
13132     else mp_show_token_list(mp, p,null,20,mp->tally);
13133   }
13134   mp_print(mp, ")> ");
13135 }
13136
13137 @ The first two parameters of a macro defined by \&{vardef} will be token
13138 lists representing the macro's prefix and ``at point.'' By putting these
13139 together, we get the macro's full name.
13140
13141 @<Print the name of a \&{vardef}'d macro@>=
13142 { p=mp->param_stack[param_start];
13143   if ( p==null ) {
13144     mp_show_token_list(mp, mp->param_stack[param_start+1],null,20,mp->tally);
13145   } else { 
13146     q=p;
13147     while ( link(q)!=null ) q=link(q);
13148     link(q)=mp->param_stack[param_start+1];
13149     mp_show_token_list(mp, p,null,20,mp->tally);
13150     link(q)=null;
13151   }
13152 }
13153
13154 @ Now it is necessary to explain a little trick. We don't want to store a long
13155 string that corresponds to a token list, because that string might take up
13156 lots of memory; and we are printing during a time when an error message is
13157 being given, so we dare not do anything that might overflow one of \MP's
13158 tables. So `pseudoprinting' is the answer: We enter a mode of printing
13159 that stores characters into a buffer of length |error_line|, where character
13160 $k+1$ is placed into \hbox{|trick_buf[k mod error_line]|} if
13161 |k<trick_count|, otherwise character |k| is dropped. Initially we set
13162 |tally:=0| and |trick_count:=1000000|; then when we reach the
13163 point where transition from line 1 to line 2 should occur, we
13164 set |first_count:=tally| and |trick_count:=@tmax@>(error_line,
13165 tally+1+error_line-half_error_line)|. At the end of the
13166 pseudoprinting, the values of |first_count|, |tally|, and
13167 |trick_count| give us all the information we need to print the two lines,
13168 and all of the necessary text is in |trick_buf|.
13169
13170 Namely, let |l| be the length of the descriptive information that appears
13171 on the first line. The length of the context information gathered for that
13172 line is |k=first_count|, and the length of the context information
13173 gathered for line~2 is $m=\min(|tally|, |trick_count|)-k$. If |l+k<=h|,
13174 where |h=half_error_line|, we print |trick_buf[0..k-1]| after the
13175 descriptive information on line~1, and set |n:=l+k|; here |n| is the
13176 length of line~1. If $l+k>h$, some cropping is necessary, so we set |n:=h|
13177 and print `\.{...}' followed by
13178 $$\hbox{|trick_buf[(l+k-h+3)..k-1]|,}$$
13179 where subscripts of |trick_buf| are circular modulo |error_line|. The
13180 second line consists of |n|~spaces followed by |trick_buf[k..(k+m-1)]|,
13181 unless |n+m>error_line|; in the latter case, further cropping is done.
13182 This is easier to program than to explain.
13183
13184 @<Local variables for formatting...@>=
13185 int i; /* index into |buffer| */
13186 integer l; /* length of descriptive information on line 1 */
13187 integer m; /* context information gathered for line 2 */
13188 int n; /* length of line 1 */
13189 integer p; /* starting or ending place in |trick_buf| */
13190 integer q; /* temporary index */
13191
13192 @ The following code tells the print routines to gather
13193 the desired information.
13194
13195 @d begin_pseudoprint { 
13196   l=mp->tally; mp->tally=0; mp->selector=pseudo;
13197   mp->trick_count=1000000;
13198 }
13199 @d set_trick_count {
13200   mp->first_count=mp->tally;
13201   mp->trick_count=mp->tally+1+mp->error_line-mp->half_error_line;
13202   if ( mp->trick_count<mp->error_line ) mp->trick_count=mp->error_line;
13203 }
13204
13205 @ And the following code uses the information after it has been gathered.
13206
13207 @<Print two lines using the tricky pseudoprinted information@>=
13208 if ( mp->trick_count==1000000 ) set_trick_count;
13209   /* |set_trick_count| must be performed */
13210 if ( mp->tally<mp->trick_count ) m=mp->tally-mp->first_count;
13211 else m=mp->trick_count-mp->first_count; /* context on line 2 */
13212 if ( l+mp->first_count<=mp->half_error_line ) {
13213   p=0; n=l+mp->first_count;
13214 } else  { 
13215   mp_print(mp, "..."); p=l+mp->first_count-mp->half_error_line+3;
13216   n=mp->half_error_line;
13217 }
13218 for (q=p;q<=mp->first_count-1;q++) {
13219   mp_print_char(mp, mp->trick_buf[q % mp->error_line]);
13220 }
13221 mp_print_ln(mp);
13222 for (q=1;q<=n;q++) {
13223   mp_print_char(mp, ' '); /* print |n| spaces to begin line~2 */
13224 }
13225 if ( m+n<=mp->error_line ) p=mp->first_count+m; 
13226 else p=mp->first_count+(mp->error_line-n-3);
13227 for (q=mp->first_count;q<=p-1;q++) {
13228   mp_print_char(mp, mp->trick_buf[q % mp->error_line]);
13229 }
13230 if ( m+n>mp->error_line ) mp_print(mp, "...")
13231
13232 @ But the trick is distracting us from our current goal, which is to
13233 understand the input state. So let's concentrate on the data structures that
13234 are being pseudoprinted as we finish up the |show_context| procedure.
13235
13236 @<Pseudoprint the line@>=
13237 begin_pseudoprint;
13238 if ( limit>0 ) {
13239   for (i=start;i<=limit-1;i++) {
13240     if ( i==loc ) set_trick_count;
13241     mp_print_str(mp, mp->buffer[i]);
13242   }
13243 }
13244
13245 @ @<Pseudoprint the token list@>=
13246 begin_pseudoprint;
13247 if ( token_type!=macro ) mp_show_token_list(mp, start,loc,100000,0);
13248 else mp_show_macro(mp, start,loc,100000)
13249
13250 @ Here is the missing piece of |show_token_list| that is activated when the
13251 token beginning line~2 is about to be shown:
13252
13253 @<Do magic computation@>=set_trick_count
13254
13255 @* \[28] Maintaining the input stacks.
13256 The following subroutines change the input status in commonly needed ways.
13257
13258 First comes |push_input|, which stores the current state and creates a
13259 new level (having, initially, the same properties as the old).
13260
13261 @d push_input  { /* enter a new input level, save the old */
13262   if ( mp->input_ptr>mp->max_in_stack ) {
13263     mp->max_in_stack=mp->input_ptr;
13264     if ( mp->input_ptr==mp->stack_size ) {
13265       int l = (mp->stack_size+(mp->stack_size>>2));
13266       XREALLOC(mp->input_stack, l, in_state_record);
13267       mp->stack_size = l;
13268     }         
13269   }
13270   mp->input_stack[mp->input_ptr]=mp->cur_input; /* stack the record */
13271   incr(mp->input_ptr);
13272 }
13273
13274 @ And of course what goes up must come down.
13275
13276 @d pop_input { /* leave an input level, re-enter the old */
13277     decr(mp->input_ptr); mp->cur_input=mp->input_stack[mp->input_ptr];
13278   }
13279
13280 @ Here is a procedure that starts a new level of token-list input, given
13281 a token list |p| and its type |t|. If |t=macro|, the calling routine should
13282 set |name|, reset~|loc|, and increase the macro's reference count.
13283
13284 @d back_list(A) mp_begin_token_list(mp, (A),backed_up) /* backs up a simple token list */
13285
13286 @c void mp_begin_token_list (MP mp,pointer p, quarterword t)  { 
13287   push_input; start=p; token_type=t;
13288   param_start=mp->param_ptr; loc=p;
13289 }
13290
13291 @ When a token list has been fully scanned, the following computations
13292 should be done as we leave that level of input.
13293 @^inner loop@>
13294
13295 @c void mp_end_token_list (MP mp) { /* leave a token-list input level */
13296   pointer p; /* temporary register */
13297   if ( token_type>=backed_up ) { /* token list to be deleted */
13298     if ( token_type<=inserted ) { 
13299       mp_flush_token_list(mp, start); goto DONE;
13300     } else {
13301       mp_delete_mac_ref(mp, start); /* update reference count */
13302     }
13303   }
13304   while ( mp->param_ptr>param_start ) { /* parameters must be flushed */
13305     decr(mp->param_ptr);
13306     p=mp->param_stack[mp->param_ptr];
13307     if ( p!=null ) {
13308       if ( link(p)==mp_void ) { /* it's an \&{expr} parameter */
13309         mp_recycle_value(mp, p); mp_free_node(mp, p,value_node_size);
13310       } else {
13311         mp_flush_token_list(mp, p); /* it's a \&{suffix} or \&{text} parameter */
13312       }
13313     }
13314   }
13315 DONE: 
13316   pop_input; check_interrupt;
13317 }
13318
13319 @ The contents of |cur_cmd,cur_mod,cur_sym| are placed into an equivalent
13320 token by the |cur_tok| routine.
13321 @^inner loop@>
13322
13323 @c @<Declare the procedure called |make_exp_copy|@>;
13324 pointer mp_cur_tok (MP mp) {
13325   pointer p; /* a new token node */
13326   small_number save_type; /* |cur_type| to be restored */
13327   integer save_exp; /* |cur_exp| to be restored */
13328   if ( mp->cur_sym==0 ) {
13329     if ( mp->cur_cmd==capsule_token ) {
13330       save_type=mp->cur_type; save_exp=mp->cur_exp;
13331       mp_make_exp_copy(mp, mp->cur_mod); p=mp_stash_cur_exp(mp); link(p)=null;
13332       mp->cur_type=save_type; mp->cur_exp=save_exp;
13333     } else { 
13334       p=mp_get_node(mp, token_node_size);
13335       value(p)=mp->cur_mod; name_type(p)=mp_token;
13336       if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) type(p)=mp_known;
13337       else type(p)=mp_string_type;
13338     }
13339   } else { 
13340     fast_get_avail(p); info(p)=mp->cur_sym;
13341   }
13342   return p;
13343 }
13344
13345 @ Sometimes \MP\ has read too far and wants to ``unscan'' what it has
13346 seen. The |back_input| procedure takes care of this by putting the token
13347 just scanned back into the input stream, ready to be read again.
13348 If |cur_sym<>0|, the values of |cur_cmd| and |cur_mod| are irrelevant.
13349
13350 @<Declarations@>= 
13351 void mp_back_input (MP mp);
13352
13353 @ @c void mp_back_input (MP mp) {/* undoes one token of input */
13354   pointer p; /* a token list of length one */
13355   p=mp_cur_tok(mp);
13356   while ( token_state &&(loc==null) ) 
13357     mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
13358   back_list(p);
13359 }
13360
13361 @ The |back_error| routine is used when we want to restore or replace an
13362 offending token just before issuing an error message.  We disable interrupts
13363 during the call of |back_input| so that the help message won't be lost.
13364
13365 @<Declarations@>=
13366 void mp_error (MP mp);
13367 void mp_back_error (MP mp);
13368
13369 @ @c void mp_back_error (MP mp) { /* back up one token and call |error| */
13370   mp->OK_to_interrupt=false; 
13371   mp_back_input(mp); 
13372   mp->OK_to_interrupt=true; mp_error(mp);
13373 }
13374 void mp_ins_error (MP mp) { /* back up one inserted token and call |error| */
13375   mp->OK_to_interrupt=false; 
13376   mp_back_input(mp); token_type=inserted;
13377   mp->OK_to_interrupt=true; mp_error(mp);
13378 }
13379
13380 @ The |begin_file_reading| procedure starts a new level of input for lines
13381 of characters to be read from a file, or as an insertion from the
13382 terminal. It does not take care of opening the file, nor does it set |loc|
13383 or |limit| or |line|.
13384 @^system dependencies@>
13385
13386 @c void mp_begin_file_reading (MP mp) { 
13387   if ( mp->in_open==mp->max_in_open ) 
13388     mp_overflow(mp, "text input levels",mp->max_in_open);
13389 @:MetaPost capacity exceeded text input levels}{\quad text input levels@>
13390   if ( mp->first==mp->buf_size ) 
13391     mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
13392   incr(mp->in_open); push_input; index=mp->in_open;
13393   mp->mpx_name[index]=absent;
13394   start=mp->first;
13395   name=is_term; /* |terminal_input| is now |true| */
13396 }
13397
13398 @ Conversely, the variables must be downdated when such a level of input
13399 is finished.  Any associated \.{MPX} file must also be closed and popped
13400 off the file stack.
13401
13402 @c void mp_end_file_reading (MP mp) { 
13403   if ( mp->in_open>index ) {
13404     if ( (mp->mpx_name[mp->in_open]==absent)||(name<=max_spec_src) ) {
13405       mp_confusion(mp, "endinput");
13406 @:this can't happen endinput}{\quad endinput@>
13407     } else { 
13408       fclose(mp->input_file[mp->in_open]); /* close an \.{MPX} file */
13409       delete_str_ref(mp->mpx_name[mp->in_open]);
13410       decr(mp->in_open);
13411     }
13412   }
13413   mp->first=start;
13414   if ( index!=mp->in_open ) mp_confusion(mp, "endinput");
13415   if ( name>max_spec_src ) {
13416     fclose(cur_file);
13417     delete_str_ref(name);
13418     xfree(in_name); 
13419     xfree(in_area);
13420   }
13421   pop_input; decr(mp->in_open);
13422 }
13423
13424 @ Here is a function that tries to resume input from an \.{MPX} file already
13425 associated with the current input file.  It returns |false| if this doesn't
13426 work.
13427
13428 @c boolean mp_begin_mpx_reading (MP mp) { 
13429   if ( mp->in_open!=index+1 ) {
13430      return false;
13431   } else { 
13432     if ( mp->mpx_name[mp->in_open]<=absent ) mp_confusion(mp, "mpx");
13433 @:this can't happen mpx}{\quad mpx@>
13434     if ( mp->first==mp->buf_size ) 
13435       mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
13436     push_input; index=mp->in_open;
13437     start=mp->first;
13438     name=mp->mpx_name[mp->in_open]; add_str_ref(name);
13439     @<Put an empty line in the input buffer@>;
13440     return true;
13441   }
13442 }
13443
13444 @ This procedure temporarily stops reading an \.{MPX} file.
13445
13446 @c void mp_end_mpx_reading (MP mp) { 
13447   if ( mp->in_open!=index ) mp_confusion(mp, "mpx");
13448 @:this can't happen mpx}{\quad mpx@>
13449   if ( loc<limit ) {
13450     @<Complain that we are not at the end of a line in the \.{MPX} file@>;
13451   }
13452   mp->first=start;
13453   pop_input;
13454 }
13455
13456 @ Here we enforce a restriction that simplifies the input stacks considerably.
13457 This should not inconvenience the user because \.{MPX} files are generated
13458 by an auxiliary program called \.{DVItoMP}.
13459
13460 @ @<Complain that we are not at the end of a line in the \.{MPX} file@>=
13461
13462 print_err("`mpxbreak' must be at the end of a line");
13463 help4("This file contains picture expressions for btex...etex")
13464   ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
13465   ("but this one seems to be messed up.  I'm going to ignore")
13466   ("the rest of this line.");
13467 mp_error(mp);
13468 }
13469
13470 @ In order to keep the stack from overflowing during a long sequence of
13471 inserted `\.{show}' commands, the following routine removes completed
13472 error-inserted lines from memory.
13473
13474 @c void mp_clear_for_error_prompt (MP mp) { 
13475   while ( file_state && terminal_input &&
13476     (mp->input_ptr>0)&&(loc==limit) ) mp_end_file_reading(mp);
13477   mp_print_ln(mp); clear_terminal;
13478 }
13479
13480 @ To get \MP's whole input mechanism going, we perform the following
13481 actions.
13482
13483 @<Initialize the input routines@>=
13484 { mp->input_ptr=0; mp->max_in_stack=0;
13485   mp->in_open=0; mp->open_parens=0; mp->max_buf_stack=0;
13486   mp->param_ptr=0; mp->max_param_stack=0;
13487   mp->first=1;
13488   start=1; index=0; line=0; name=is_term;
13489   mp->mpx_name[0]=absent;
13490   mp->force_eof=false;
13491   if ( ! mp_init_terminal(mp) ) mp_jump_out(mp);
13492   limit=mp->last; mp->first=mp->last+1; 
13493   /* |init_terminal| has set |loc| and |last| */
13494 }
13495
13496 @* \[29] Getting the next token.
13497 The heart of \MP's input mechanism is the |get_next| procedure, which
13498 we shall develop in the next few sections of the program. Perhaps we
13499 shouldn't actually call it the ``heart,'' however; it really acts as \MP's
13500 eyes and mouth, reading the source files and gobbling them up. And it also
13501 helps \MP\ to regurgitate stored token lists that are to be processed again.
13502
13503 The main duty of |get_next| is to input one token and to set |cur_cmd|
13504 and |cur_mod| to that token's command code and modifier. Furthermore, if
13505 the input token is a symbolic token, that token's |hash| address
13506 is stored in |cur_sym|; otherwise |cur_sym| is set to zero.
13507
13508 Underlying this simple description is a certain amount of complexity
13509 because of all the cases that need to be handled.
13510 However, the inner loop of |get_next| is reasonably short and fast.
13511
13512 @ Before getting into |get_next|, we need to consider a mechanism by which
13513 \MP\ helps keep errors from propagating too far. Whenever the program goes
13514 into a mode where it keeps calling |get_next| repeatedly until a certain
13515 condition is met, it sets |scanner_status| to some value other than |normal|.
13516 Then if an input file ends, or if an `\&{outer}' symbol appears,
13517 an appropriate error recovery will be possible.
13518
13519 The global variable |warning_info| helps in this error recovery by providing
13520 additional information. For example, |warning_info| might indicate the
13521 name of a macro whose replacement text is being scanned.
13522
13523 @d normal 0 /* |scanner_status| at ``quiet times'' */
13524 @d skipping 1 /* |scanner_status| when false conditional text is being skipped */
13525 @d flushing 2 /* |scanner_status| when junk after a statement is being ignored */
13526 @d absorbing 3 /* |scanner_status| when a \&{text} parameter is being scanned */
13527 @d var_defining 4 /* |scanner_status| when a \&{vardef} is being scanned */
13528 @d op_defining 5 /* |scanner_status| when a macro \&{def} is being scanned */
13529 @d loop_defining 6 /* |scanner_status| when a \&{for} loop is being scanned */
13530 @d tex_flushing 7 /* |scanner_status| when skipping \TeX\ material */
13531
13532 @<Glob...@>=
13533 integer scanner_status; /* are we scanning at high speed? */
13534 integer warning_info; /* if so, what else do we need to know,
13535     in case an error occurs? */
13536
13537 @ @<Initialize the input routines@>=
13538 mp->scanner_status=normal;
13539
13540 @ The following subroutine
13541 is called when an `\&{outer}' symbolic token has been scanned or
13542 when the end of a file has been reached. These two cases are distinguished
13543 by |cur_sym|, which is zero at the end of a file.
13544
13545 @c boolean mp_check_outer_validity (MP mp) {
13546   pointer p; /* points to inserted token list */
13547   if ( mp->scanner_status==normal ) {
13548     return true;
13549   } else if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) {
13550     @<Check if the file has ended while flushing \TeX\ material and set the
13551       result value for |check_outer_validity|@>;
13552   } else { 
13553     mp->deletions_allowed=false;
13554     @<Back up an outer symbolic token so that it can be reread@>;
13555     if ( mp->scanner_status>skipping ) {
13556       @<Tell the user what has run away and try to recover@>;
13557     } else { 
13558       print_err("Incomplete if; all text was ignored after line ");
13559 @.Incomplete if...@>
13560       mp_print_int(mp, mp->warning_info);
13561       help3("A forbidden `outer' token occurred in skipped text.")
13562         ("This kind of error happens when you say `if...' and forget")
13563         ("the matching `fi'. I've inserted a `fi'; this might work.");
13564       if ( mp->cur_sym==0 ) 
13565         mp->help_line[2]="The file ended while I was skipping conditional text.";
13566       mp->cur_sym=frozen_fi; mp_ins_error(mp);
13567     }
13568     mp->deletions_allowed=true; 
13569         return false;
13570   }
13571 }
13572
13573 @ @<Check if the file has ended while flushing \TeX\ material and set...@>=
13574 if ( mp->cur_sym!=0 ) { 
13575    return true;
13576 } else { 
13577   mp->deletions_allowed=false;
13578   print_err("TeX mode didn't end; all text was ignored after line ");
13579   mp_print_int(mp, mp->warning_info);
13580   help2("The file ended while I was looking for the `etex' to")
13581     ("finish this TeX material.  I've inserted `etex' now.");
13582   mp->cur_sym = frozen_etex;
13583   mp_ins_error(mp);
13584   mp->deletions_allowed=true;
13585   return false;
13586 }
13587
13588 @ @<Back up an outer symbolic token so that it can be reread@>=
13589 if ( mp->cur_sym!=0 ) {
13590   p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->cur_sym;
13591   back_list(p); /* prepare to read the symbolic token again */
13592 }
13593
13594 @ @<Tell the user what has run away...@>=
13595
13596   mp_runaway(mp); /* print the definition-so-far */
13597   if ( mp->cur_sym==0 ) {
13598     print_err("File ended");
13599 @.File ended while scanning...@>
13600   } else { 
13601     print_err("Forbidden token found");
13602 @.Forbidden token found...@>
13603   }
13604   mp_print(mp, " while scanning ");
13605   help4("I suspect you have forgotten an `enddef',")
13606     ("causing me to read past where you wanted me to stop.")
13607     ("I'll try to recover; but if the error is serious,")
13608     ("you'd better type `E' or `X' now and fix your file.");
13609   switch (mp->scanner_status) {
13610     @<Complete the error message,
13611       and set |cur_sym| to a token that might help recover from the error@>
13612   } /* there are no other cases */
13613   mp_ins_error(mp);
13614 }
13615
13616 @ As we consider various kinds of errors, it is also appropriate to
13617 change the first line of the help message just given; |help_line[3]|
13618 points to the string that might be changed.
13619
13620 @<Complete the error message,...@>=
13621 case flushing: 
13622   mp_print(mp, "to the end of the statement");
13623   mp->help_line[3]="A previous error seems to have propagated,";
13624   mp->cur_sym=frozen_semicolon;
13625   break;
13626 case absorbing: 
13627   mp_print(mp, "a text argument");
13628   mp->help_line[3]="It seems that a right delimiter was left out,";
13629   if ( mp->warning_info==0 ) {
13630     mp->cur_sym=frozen_end_group;
13631   } else { 
13632     mp->cur_sym=frozen_right_delimiter;
13633     equiv(frozen_right_delimiter)=mp->warning_info;
13634   }
13635   break;
13636 case var_defining:
13637 case op_defining: 
13638   mp_print(mp, "the definition of ");
13639   if ( mp->scanner_status==op_defining ) 
13640      mp_print_text(mp->warning_info);
13641   else 
13642      mp_print_variable_name(mp, mp->warning_info);
13643   mp->cur_sym=frozen_end_def;
13644   break;
13645 case loop_defining: 
13646   mp_print(mp, "the text of a "); 
13647   mp_print_text(mp->warning_info);
13648   mp_print(mp, " loop");
13649   mp->help_line[3]="I suspect you have forgotten an `endfor',";
13650   mp->cur_sym=frozen_end_for;
13651   break;
13652
13653 @ The |runaway| procedure displays the first part of the text that occurred
13654 when \MP\ began its special |scanner_status|, if that text has been saved.
13655
13656 @<Declare the procedure called |runaway|@>=
13657 void mp_runaway (MP mp) { 
13658   if ( mp->scanner_status>flushing ) { 
13659      mp_print_nl(mp, "Runaway ");
13660          switch (mp->scanner_status) { 
13661          case absorbing: mp_print(mp, "text?"); break;
13662          case var_defining: 
13663      case op_defining: mp_print(mp,"definition?"); break;
13664      case loop_defining: mp_print(mp, "loop?"); break;
13665      } /* there are no other cases */
13666      mp_print_ln(mp); 
13667      mp_show_token_list(mp, link(hold_head),null,mp->error_line-10,0);
13668   }
13669 }
13670
13671 @ We need to mention a procedure that may be called by |get_next|.
13672
13673 @<Declarations@>= 
13674 void mp_firm_up_the_line (MP mp);
13675
13676 @ And now we're ready to take the plunge into |get_next| itself.
13677 Note that the behavior depends on the |scanner_status| because percent signs
13678 and double quotes need to be passed over when skipping TeX material.
13679
13680 @c 
13681 void mp_get_next (MP mp) {
13682   /* sets |cur_cmd|, |cur_mod|, |cur_sym| to next token */
13683 @^inner loop@>
13684   /*restart*/ /* go here to get the next input token */
13685   /*exit*/ /* go here when the next input token has been got */
13686   /*|common_ending|*/ /* go here to finish getting a symbolic token */
13687   /*found*/ /* go here when the end of a symbolic token has been found */
13688   /*switch*/ /* go here to branch on the class of an input character */
13689   /*|start_numeric_token|,|start_decimal_token|,|fin_numeric_token|,|done|*/
13690     /* go here at crucial stages when scanning a number */
13691   int k; /* an index into |buffer| */
13692   ASCII_code c; /* the current character in the buffer */
13693   ASCII_code class; /* its class number */
13694   integer n,f; /* registers for decimal-to-binary conversion */
13695 RESTART: 
13696   mp->cur_sym=0;
13697   if ( file_state ) {
13698     @<Input from external file; |goto restart| if no input found,
13699     or |return| if a non-symbolic token is found@>;
13700   } else {
13701     @<Input from token list; |goto restart| if end of list or
13702       if a parameter needs to be expanded,
13703       or |return| if a non-symbolic token is found@>;
13704   }
13705 COMMON_ENDING: 
13706   @<Finish getting the symbolic token in |cur_sym|;
13707    |goto restart| if it is illegal@>;
13708 }
13709
13710 @ When a symbolic token is declared to be `\&{outer}', its command code
13711 is increased by |outer_tag|.
13712 @^inner loop@>
13713
13714 @<Finish getting the symbolic token in |cur_sym|...@>=
13715 mp->cur_cmd=eq_type(mp->cur_sym); mp->cur_mod=equiv(mp->cur_sym);
13716 if ( mp->cur_cmd>=outer_tag ) {
13717   if ( mp_check_outer_validity(mp) ) 
13718     mp->cur_cmd=mp->cur_cmd-outer_tag;
13719   else 
13720     goto RESTART;
13721 }
13722
13723 @ A percent sign appears in |buffer[limit]|; this makes it unnecessary
13724 to have a special test for end-of-line.
13725 @^inner loop@>
13726
13727 @<Input from external file;...@>=
13728
13729 SWITCH: 
13730   c=mp->buffer[loc]; incr(loc); class=mp->char_class[c];
13731   switch (class) {
13732   case digit_class: goto START_NUMERIC_TOKEN; break;
13733   case period_class: 
13734     class=mp->char_class[mp->buffer[loc]];
13735     if ( class>period_class ) {
13736       goto SWITCH;
13737     } else if ( class<period_class ) { /* |class=digit_class| */
13738       n=0; goto START_DECIMAL_TOKEN;
13739     }
13740 @:. }{\..\ token@>
13741     break;
13742   case space_class: goto SWITCH; break;
13743   case percent_class: 
13744     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) {
13745       if ( loc<limit ) goto SWITCH;
13746     }
13747     @<Move to next line of file, or |goto restart| if there is no next line@>;
13748     check_interrupt;
13749     goto SWITCH;
13750     break;
13751   case string_class: 
13752     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) goto SWITCH;
13753     else @<Get a string token and |return|@>;
13754     break;
13755   case isolated_classes: 
13756     k=loc-1; goto FOUND; break;
13757   case invalid_class: 
13758     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) goto SWITCH;
13759     else @<Decry the invalid character and |goto restart|@>;
13760     break;
13761   default: break; /* letters, etc. */
13762   }
13763   k=loc-1;
13764   while ( mp->char_class[mp->buffer[loc]]==class ) incr(loc);
13765   goto FOUND;
13766 START_NUMERIC_TOKEN:
13767   @<Get the integer part |n| of a numeric token;
13768     set |f:=0| and |goto fin_numeric_token| if there is no decimal point@>;
13769 START_DECIMAL_TOKEN:
13770   @<Get the fraction part |f| of a numeric token@>;
13771 FIN_NUMERIC_TOKEN:
13772   @<Pack the numeric and fraction parts of a numeric token
13773     and |return|@>;
13774 FOUND: 
13775   mp->cur_sym=mp_id_lookup(mp, k,loc-k);
13776 }
13777
13778 @ We go to |restart| instead of to |SWITCH|, because |state| might equal
13779 |token_list| after the error has been dealt with
13780 (cf.\ |clear_for_error_prompt|).
13781
13782 @<Decry the invalid...@>=
13783
13784   print_err("Text line contains an invalid character");
13785 @.Text line contains...@>
13786   help2("A funny symbol that I can\'t read has just been input.")
13787     ("Continue, and I'll forget that it ever happened.");
13788   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13789   goto RESTART;
13790 }
13791
13792 @ @<Get a string token and |return|@>=
13793
13794   if ( mp->buffer[loc]=='"' ) {
13795     mp->cur_mod=rts("");
13796   } else { 
13797     k=loc; mp->buffer[limit+1]='"';
13798     do {  
13799      incr(loc);
13800     } while (mp->buffer[loc]!='"');
13801     if ( loc>limit ) {
13802       @<Decry the missing string delimiter and |goto restart|@>;
13803     }
13804     if ( loc==k+1 ) {
13805       mp->cur_mod=mp->buffer[k];
13806     } else { 
13807       str_room(loc-k);
13808       do {  
13809         append_char(mp->buffer[k]); incr(k);
13810       } while (k!=loc);
13811       mp->cur_mod=mp_make_string(mp);
13812     }
13813   }
13814   incr(loc); mp->cur_cmd=string_token; 
13815   return;
13816 }
13817
13818 @ We go to |restart| after this error message, not to |SWITCH|,
13819 because the |clear_for_error_prompt| routine might have reinstated
13820 |token_state| after |error| has finished.
13821
13822 @<Decry the missing string delimiter and |goto restart|@>=
13823
13824   loc=limit; /* the next character to be read on this line will be |"%"| */
13825   print_err("Incomplete string token has been flushed");
13826 @.Incomplete string token...@>
13827   help3("Strings should finish on the same line as they began.")
13828     ("I've deleted the partial string; you might want to")
13829     ("insert another by typing, e.g., `I\"new string\"'.");
13830   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp);
13831   mp->deletions_allowed=true; 
13832   goto RESTART;
13833 }
13834
13835 @ @<Get the integer part |n| of a numeric token...@>=
13836 n=c-'0';
13837 while ( mp->char_class[mp->buffer[loc]]==digit_class ) {
13838   if ( n<32768 ) n=10*n+mp->buffer[loc]-'0';
13839   incr(loc);
13840 }
13841 if ( mp->buffer[loc]=='.' ) 
13842   if ( mp->char_class[mp->buffer[loc+1]]==digit_class ) 
13843     goto DONE;
13844 f=0; 
13845 goto FIN_NUMERIC_TOKEN;
13846 DONE: incr(loc)
13847
13848 @ @<Get the fraction part |f| of a numeric token@>=
13849 k=0;
13850 do { 
13851   if ( k<17 ) { /* digits for |k>=17| cannot affect the result */
13852     mp->dig[k]=mp->buffer[loc]-'0'; incr(k);
13853   }
13854   incr(loc);
13855 } while (mp->char_class[mp->buffer[loc]]==digit_class);
13856 f=mp_round_decimals(mp, k);
13857 if ( f==unity ) {
13858   incr(n); f=0;
13859 }
13860
13861 @ @<Pack the numeric and fraction parts of a numeric token and |return|@>=
13862 if ( n<32768 ) {
13863   @<Set |cur_mod:=n*unity+f| and check if it is uncomfortably large@>;
13864 } else if ( mp->scanner_status!=tex_flushing ) {
13865   print_err("Enormous number has been reduced");
13866 @.Enormous number...@>
13867   help2("I can\'t handle numbers bigger than 32767.99998;")
13868     ("so I've changed your constant to that maximum amount.");
13869   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13870   mp->cur_mod=el_gordo;
13871 }
13872 mp->cur_cmd=numeric_token; return
13873
13874 @ @<Set |cur_mod:=n*unity+f| and check if it is uncomfortably large@>=
13875
13876   mp->cur_mod=n*unity+f;
13877   if ( mp->cur_mod>=fraction_one ) {
13878     if ( (mp->internal[mp_warning_check]>0) &&
13879          (mp->scanner_status!=tex_flushing) ) {
13880       print_err("Number is too large (");
13881       mp_print_scaled(mp, mp->cur_mod);
13882       mp_print_char(mp, ')');
13883       help3("It is at least 4096. Continue and I'll try to cope")
13884       ("with that big value; but it might be dangerous.")
13885       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
13886       mp_error(mp);
13887     }
13888   }
13889 }
13890
13891 @ Let's consider now what happens when |get_next| is looking at a token list.
13892 @^inner loop@>
13893
13894 @<Input from token list;...@>=
13895 if ( loc>=mp->hi_mem_min ) { /* one-word token */
13896   mp->cur_sym=info(loc); loc=link(loc); /* move to next */
13897   if ( mp->cur_sym>=expr_base ) {
13898     if ( mp->cur_sym>=suffix_base ) {
13899       @<Insert a suffix or text parameter and |goto restart|@>;
13900     } else { 
13901       mp->cur_cmd=capsule_token;
13902       mp->cur_mod=mp->param_stack[param_start+mp->cur_sym-(expr_base)];
13903       mp->cur_sym=0; return;
13904     }
13905   }
13906 } else if ( loc>null ) {
13907   @<Get a stored numeric or string or capsule token and |return|@>
13908 } else { /* we are done with this token list */
13909   mp_end_token_list(mp); goto RESTART; /* resume previous level */
13910 }
13911
13912 @ @<Insert a suffix or text parameter...@>=
13913
13914   if ( mp->cur_sym>=text_base ) mp->cur_sym=mp->cur_sym-mp->param_size;
13915   /* |param_size=text_base-suffix_base| */
13916   mp_begin_token_list(mp,
13917                       mp->param_stack[param_start+mp->cur_sym-(suffix_base)],
13918                       parameter);
13919   goto RESTART;
13920 }
13921
13922 @ @<Get a stored numeric or string or capsule token...@>=
13923
13924   if ( name_type(loc)==mp_token ) {
13925     mp->cur_mod=value(loc);
13926     if ( type(loc)==mp_known ) {
13927       mp->cur_cmd=numeric_token;
13928     } else { 
13929       mp->cur_cmd=string_token; add_str_ref(mp->cur_mod);
13930     }
13931   } else { 
13932     mp->cur_mod=loc; mp->cur_cmd=capsule_token;
13933   };
13934   loc=link(loc); return;
13935 }
13936
13937 @ All of the easy branches of |get_next| have now been taken care of.
13938 There is one more branch.
13939
13940 @<Move to next line of file, or |goto restart|...@>=
13941 if ( name>max_spec_src ) {
13942   @<Read next line of file into |buffer|, or
13943     |goto restart| if the file has ended@>;
13944 } else { 
13945   if ( mp->input_ptr>0 ) {
13946      /* text was inserted during error recovery or by \&{scantokens} */
13947     mp_end_file_reading(mp); goto RESTART; /* resume previous level */
13948   }
13949   if ( mp->selector<log_only || mp->selector>=write_file) mp_open_log_file(mp);
13950   if ( mp->interaction>mp_nonstop_mode ) {
13951     if ( limit==start ) /* previous line was empty */
13952       mp_print_nl(mp, "(Please type a command or say `end')");
13953 @.Please type...@>
13954     mp_print_ln(mp); mp->first=start;
13955     prompt_input("*"); /* input on-line into |buffer| */
13956 @.*\relax@>
13957     limit=mp->last; mp->buffer[limit]='%';
13958     mp->first=limit+1; loc=start;
13959   } else {
13960     mp_fatal_error(mp, "*** (job aborted, no legal end found)");
13961 @.job aborted@>
13962     /* nonstop mode, which is intended for overnight batch processing,
13963     never waits for on-line input */
13964   }
13965 }
13966
13967 @ The global variable |force_eof| is normally |false|; it is set |true|
13968 by an \&{endinput} command.
13969
13970 @<Glob...@>=
13971 boolean force_eof; /* should the next \&{input} be aborted early? */
13972
13973 @ We must decrement |loc| in order to leave the buffer in a valid state
13974 when an error condition causes us to |goto restart| without calling
13975 |end_file_reading|.
13976
13977 @<Read next line of file into |buffer|, or
13978   |goto restart| if the file has ended@>=
13979
13980   incr(line); mp->first=start;
13981   if ( ! mp->force_eof ) {
13982     if ( mp_input_ln(mp, cur_file,true) ) /* not end of file */
13983       mp_firm_up_the_line(mp); /* this sets |limit| */
13984     else 
13985       mp->force_eof=true;
13986   };
13987   if ( mp->force_eof ) {
13988     mp->force_eof=false;
13989     decr(loc);
13990     if ( mpx_reading ) {
13991       @<Complain that the \.{MPX} file ended unexpectly; then set
13992         |cur_sym:=frozen_mpx_break| and |goto comon_ending|@>;
13993     } else { 
13994       mp_print_char(mp, ')'); decr(mp->open_parens);
13995       update_terminal; /* show user that file has been read */
13996       mp_end_file_reading(mp); /* resume previous level */
13997       if ( mp_check_outer_validity(mp) ) goto  RESTART;  
13998       else goto RESTART;
13999     }
14000   }
14001   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start; /* ready to read */
14002 }
14003
14004 @ We should never actually come to the end of an \.{MPX} file because such
14005 files should have an \&{mpxbreak} after the translation of the last
14006 \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} block.
14007
14008 @<Complain that the \.{MPX} file ended unexpectly; then set...@>=
14009
14010   mp->mpx_name[index]=finished;
14011   print_err("mpx file ended unexpectedly");
14012   help4("The file had too few picture expressions for btex...etex")
14013     ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
14014     ("but this one got messed up.  You might want to insert a")
14015     ("picture expression now.");
14016   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
14017   mp->cur_sym=frozen_mpx_break; goto COMMON_ENDING;
14018 }
14019
14020 @ Sometimes we want to make it look as though we have just read a blank line
14021 without really doing so.
14022
14023 @<Put an empty line in the input buffer@>=
14024 mp->last=mp->first; limit=mp->last; /* simulate |input_ln| and |firm_up_the_line| */
14025 mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start
14026
14027 @ If the user has set the |mp_pausing| parameter to some positive value,
14028 and if nonstop mode has not been selected, each line of input is displayed
14029 on the terminal and the transcript file, followed by `\.{=>}'.
14030 \MP\ waits for a response. If the response is null (i.e., if nothing is
14031 typed except perhaps a few blank spaces), the original
14032 line is accepted as it stands; otherwise the line typed is
14033 used instead of the line in the file.
14034
14035 @c void mp_firm_up_the_line (MP mp) {
14036   size_t k; /* an index into |buffer| */
14037   limit=mp->last;
14038   if ( mp->internal[mp_pausing]>0 ) if ( mp->interaction>mp_nonstop_mode ) {
14039     wake_up_terminal; mp_print_ln(mp);
14040     if ( start<limit ) {
14041       for (k=(size_t)start;k<=(size_t)(limit-1);k++) {
14042         mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
14043       } 
14044     }
14045     mp->first=limit; prompt_input("=>"); /* wait for user response */
14046 @.=>@>
14047     if ( mp->last>mp->first ) {
14048       for (k=mp->first;k<=mp->last-1;k++) { /* move line down in buffer */
14049         mp->buffer[k+start-mp->first]=mp->buffer[k];
14050       }
14051       limit=start+mp->last-mp->first;
14052     }
14053   }
14054 }
14055
14056 @* \[30] Dealing with \TeX\ material.
14057 The \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} and \&{verbatimtex}$\,\ldots\,$\&{etex}
14058 features need to be implemented at a low level in the scanning process
14059 so that \MP\ can stay in synch with the a preprocessor that treats
14060 blocks of \TeX\ material as they occur in the input file without trying
14061 to expand \MP\ macros.  Thus we need a special version of |get_next|
14062 that does not expand macros and such but does handle \&{btex},
14063 \&{verbatimtex}, etc.
14064
14065 The special version of |get_next| is called |get_t_next|.  It works by flushing
14066 \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} and \&{verbatimtex}\allowbreak
14067 $\,\ldots\,$\&{etex} blocks, switching to the \.{MPX} file when it sees
14068 \&{btex}, and switching back when it sees \&{mpxbreak}.
14069
14070 @d btex_code 0
14071 @d verbatim_code 1
14072
14073 @ @<Put each...@>=
14074 mp_primitive(mp, "btex",start_tex,btex_code);
14075 @:btex_}{\&{btex} primitive@>
14076 mp_primitive(mp, "verbatimtex",start_tex,verbatim_code);
14077 @:verbatimtex_}{\&{verbatimtex} primitive@>
14078 mp_primitive(mp, "etex",etex_marker,0); mp->eqtb[frozen_etex]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
14079 @:etex_}{\&{etex} primitive@>
14080 mp_primitive(mp, "mpxbreak",mpx_break,0); mp->eqtb[frozen_mpx_break]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
14081 @:mpx_break_}{\&{mpxbreak} primitive@>
14082
14083 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14084 case start_tex: if ( m==btex_code ) mp_print(mp, "btex");
14085   else mp_print(mp, "verbatimtex"); break;
14086 case etex_marker: mp_print(mp, "etex"); break;
14087 case mpx_break: mp_print(mp, "mpxbreak"); break;
14088
14089 @ Actually, |get_t_next| is a macro that avoids procedure overhead except
14090 in the unusual case where \&{btex}, \&{verbatimtex}, \&{etex}, or \&{mpxbreak}
14091 is encountered.
14092
14093 @d get_t_next {mp_get_next(mp); if ( mp->cur_cmd<=max_pre_command ) mp_t_next(mp); }
14094
14095 @<Declarations@>=
14096 void mp_start_mpx_input (MP mp);
14097
14098 @ @c 
14099 void mp_t_next (MP mp) {
14100   int old_status; /* saves the |scanner_status| */
14101   integer old_info; /* saves the |warning_info| */
14102   while ( mp->cur_cmd<=max_pre_command ) {
14103     if ( mp->cur_cmd==mpx_break ) {
14104       if ( ! file_state || (mp->mpx_name[index]==absent) ) {
14105         @<Complain about a misplaced \&{mpxbreak}@>;
14106       } else { 
14107         mp_end_mpx_reading(mp); 
14108         goto TEX_FLUSH;
14109       }
14110     } else if ( mp->cur_cmd==start_tex ) {
14111       if ( token_state || (name<=max_spec_src) ) {
14112         @<Complain that we are not reading a file@>;
14113       } else if ( mpx_reading ) {
14114         @<Complain that \.{MPX} files cannot contain \TeX\ material@>;
14115       } else if ( (mp->cur_mod!=verbatim_code)&&
14116                   (mp->mpx_name[index]!=finished) ) {
14117         if ( ! mp_begin_mpx_reading(mp) ) mp_start_mpx_input(mp);
14118       } else {
14119         goto TEX_FLUSH;
14120       }
14121     } else {
14122        @<Complain about a misplaced \&{etex}@>;
14123     }
14124     goto COMMON_ENDING;
14125   TEX_FLUSH: 
14126     @<Flush the \TeX\ material@>;
14127   COMMON_ENDING: 
14128     mp_get_next(mp);
14129   }
14130 }
14131
14132 @ We could be in the middle of an operation such as skipping false conditional
14133 text when \TeX\ material is encountered, so we must be careful to save the
14134 |scanner_status|.
14135
14136 @<Flush the \TeX\ material@>=
14137 old_status=mp->scanner_status;
14138 old_info=mp->warning_info;
14139 mp->scanner_status=tex_flushing;
14140 mp->warning_info=line;
14141 do {  mp_get_next(mp); } while (mp->cur_cmd!=etex_marker);
14142 mp->scanner_status=old_status;
14143 mp->warning_info=old_info
14144
14145 @ @<Complain that \.{MPX} files cannot contain \TeX\ material@>=
14146 { print_err("An mpx file cannot contain btex or verbatimtex blocks");
14147 help4("This file contains picture expressions for btex...etex")
14148   ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
14149   ("but this one seems to be messed up.  I'll just keep going")
14150   ("and hope for the best.");
14151 mp_error(mp);
14152 }
14153
14154 @ @<Complain that we are not reading a file@>=
14155 { print_err("You can only use `btex' or `verbatimtex' in a file");
14156 help3("I'll have to ignore this preprocessor command because it")
14157   ("only works when there is a file to preprocess.  You might")
14158   ("want to delete everything up to the next `etex`.");
14159 mp_error(mp);
14160 }
14161
14162 @ @<Complain about a misplaced \&{mpxbreak}@>=
14163 { print_err("Misplaced mpxbreak");
14164 help2("I'll ignore this preprocessor command because it")
14165   ("doesn't belong here");
14166 mp_error(mp);
14167 }
14168
14169 @ @<Complain about a misplaced \&{etex}@>=
14170 { print_err("Extra etex will be ignored");
14171 help1("There is no btex or verbatimtex for this to match");
14172 mp_error(mp);
14173 }
14174
14175 @* \[31] Scanning macro definitions.
14176 \MP\ has a variety of ways to tuck tokens away into token lists for later
14177 use: Macros can be defined with \&{def}, \&{vardef}, \&{primarydef}, etc.;
14178 repeatable code can be defined with \&{for}, \&{forever}, \&{forsuffixes}.
14179 All such operations are handled by the routines in this part of the program.
14180
14181 The modifier part of each command code is zero for the ``ending delimiters''
14182 like \&{enddef} and \&{endfor}.
14183
14184 @d start_def 1 /* command modifier for \&{def} */
14185 @d var_def 2 /* command modifier for \&{vardef} */
14186 @d end_def 0 /* command modifier for \&{enddef} */
14187 @d start_forever 1 /* command modifier for \&{forever} */
14188 @d end_for 0 /* command modifier for \&{endfor} */
14189
14190 @<Put each...@>=
14191 mp_primitive(mp, "def",macro_def,start_def);
14192 @:def_}{\&{def} primitive@>
14193 mp_primitive(mp, "vardef",macro_def,var_def);
14194 @:var_def_}{\&{vardef} primitive@>
14195 mp_primitive(mp, "primarydef",macro_def,secondary_primary_macro);
14196 @:primary_def_}{\&{primarydef} primitive@>
14197 mp_primitive(mp, "secondarydef",macro_def,tertiary_secondary_macro);
14198 @:secondary_def_}{\&{secondarydef} primitive@>
14199 mp_primitive(mp, "tertiarydef",macro_def,expression_tertiary_macro);
14200 @:tertiary_def_}{\&{tertiarydef} primitive@>
14201 mp_primitive(mp, "enddef",macro_def,end_def); mp->eqtb[frozen_end_def]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
14202 @:end_def_}{\&{enddef} primitive@>
14203 @#
14204 mp_primitive(mp, "for",iteration,expr_base);
14205 @:for_}{\&{for} primitive@>
14206 mp_primitive(mp, "forsuffixes",iteration,suffix_base);
14207 @:for_suffixes_}{\&{forsuffixes} primitive@>
14208 mp_primitive(mp, "forever",iteration,start_forever);
14209 @:forever_}{\&{forever} primitive@>
14210 mp_primitive(mp, "endfor",iteration,end_for); mp->eqtb[frozen_end_for]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
14211 @:end_for_}{\&{endfor} primitive@>
14212
14213 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14214 case macro_def:
14215   if ( m<=var_def ) {
14216     if ( m==start_def ) mp_print(mp, "def");
14217     else if ( m<start_def ) mp_print(mp, "enddef");
14218     else mp_print(mp, "vardef");
14219   } else if ( m==secondary_primary_macro ) { 
14220     mp_print(mp, "primarydef");
14221   } else if ( m==tertiary_secondary_macro ) { 
14222     mp_print(mp, "secondarydef");
14223   } else { 
14224     mp_print(mp, "tertiarydef");
14225   }
14226   break;
14227 case iteration: 
14228   if ( m<=start_forever ) {
14229     if ( m==start_forever ) mp_print(mp, "forever"); 
14230     else mp_print(mp, "endfor");
14231   } else if ( m==expr_base ) {
14232     mp_print(mp, "for"); 
14233   } else { 
14234     mp_print(mp, "forsuffixes");
14235   }
14236   break;
14237
14238 @ Different macro-absorbing operations have different syntaxes, but they
14239 also have a lot in common. There is a list of special symbols that are to
14240 be replaced by parameter tokens; there is a special command code that
14241 ends the definition; the quotation conventions are identical.  Therefore
14242 it makes sense to have most of the work done by a single subroutine. That
14243 subroutine is called |scan_toks|.
14244
14245 The first parameter to |scan_toks| is the command code that will
14246 terminate scanning (either |macro_def|, |loop_repeat|, or |iteration|).
14247
14248 The second parameter, |subst_list|, points to a (possibly empty) list
14249 of two-word nodes whose |info| and |value| fields specify symbol tokens
14250 before and after replacement. The list will be returned to free storage
14251 by |scan_toks|.
14252
14253 The third parameter is simply appended to the token list that is built.
14254 And the final parameter tells how many of the special operations
14255 \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, and \.{\AT!\#} are to be replaced by suffix parameters.
14256 When such parameters are present, they are called \.{(SUFFIX0)},
14257 \.{(SUFFIX1)}, and \.{(SUFFIX2)}.
14258
14259 @c pointer mp_scan_toks (MP mp,command_code terminator, pointer 
14260   subst_list, pointer tail_end, small_number suffix_count) {
14261   pointer p; /* tail of the token list being built */
14262   pointer q; /* temporary for link management */
14263   integer balance; /* left delimiters minus right delimiters */
14264   p=hold_head; balance=1; link(hold_head)=null;
14265   while (1) { 
14266     get_t_next;
14267     if ( mp->cur_sym>0 ) {
14268       @<Substitute for |cur_sym|, if it's on the |subst_list|@>;
14269       if ( mp->cur_cmd==terminator ) {
14270         @<Adjust the balance; |break| if it's zero@>;
14271       } else if ( mp->cur_cmd==macro_special ) {
14272         @<Handle quoted symbols, \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, or \.{\AT!\#}@>;
14273       }
14274     }
14275     link(p)=mp_cur_tok(mp); p=link(p);
14276   }
14277   link(p)=tail_end; mp_flush_node_list(mp, subst_list);
14278   return link(hold_head);
14279 }
14280
14281 @ @<Substitute for |cur_sym|...@>=
14282
14283   q=subst_list;
14284   while ( q!=null ) {
14285     if ( info(q)==mp->cur_sym ) {
14286       mp->cur_sym=value(q); mp->cur_cmd=relax; break;
14287     }
14288     q=link(q);
14289   }
14290 }
14291
14292 @ @<Adjust the balance; |break| if it's zero@>=
14293 if ( mp->cur_mod>0 ) {
14294   incr(balance);
14295 } else { 
14296   decr(balance);
14297   if ( balance==0 )
14298     break;
14299 }
14300
14301 @ Four commands are intended to be used only within macro texts: \&{quote},
14302 \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, and \.{\AT!\#}. They are variants of a single command
14303 code called |macro_special|.
14304
14305 @d quote 0 /* |macro_special| modifier for \&{quote} */
14306 @d macro_prefix 1 /* |macro_special| modifier for \.{\#\AT!} */
14307 @d macro_at 2 /* |macro_special| modifier for \.{\AT!} */
14308 @d macro_suffix 3 /* |macro_special| modifier for \.{\AT!\#} */
14309
14310 @<Put each...@>=
14311 mp_primitive(mp, "quote",macro_special,quote);
14312 @:quote_}{\&{quote} primitive@>
14313 mp_primitive(mp, "#@@",macro_special,macro_prefix);
14314 @:]]]\#\AT!_}{\.{\#\AT!} primitive@>
14315 mp_primitive(mp, "@@",macro_special,macro_at);
14316 @:]]]\AT!_}{\.{\AT!} primitive@>
14317 mp_primitive(mp, "@@#",macro_special,macro_suffix);
14318 @:]]]\AT!\#_}{\.{\AT!\#} primitive@>
14319
14320 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14321 case macro_special: 
14322   switch (m) {
14323   case macro_prefix: mp_print(mp, "#@@"); break;
14324   case macro_at: mp_print_char(mp, '@@'); break;
14325   case macro_suffix: mp_print(mp, "@@#"); break;
14326   default: mp_print(mp, "quote"); break;
14327   }
14328   break;
14329
14330 @ @<Handle quoted...@>=
14331
14332   if ( mp->cur_mod==quote ) { get_t_next; } 
14333   else if ( mp->cur_mod<=suffix_count ) 
14334     mp->cur_sym=suffix_base-1+mp->cur_mod;
14335 }
14336
14337 @ Here is a routine that's used whenever a token will be redefined. If
14338 the user's token is unredefinable, the `|frozen_inaccessible|' token is
14339 substituted; the latter is redefinable but essentially impossible to use,
14340 hence \MP's tables won't get fouled up.
14341
14342 @c void mp_get_symbol (MP mp) { /* sets |cur_sym| to a safe symbol */
14343 RESTART: 
14344   get_t_next;
14345   if ( (mp->cur_sym==0)||(mp->cur_sym>frozen_inaccessible) ) {
14346     print_err("Missing symbolic token inserted");
14347 @.Missing symbolic token...@>
14348     help3("Sorry: You can\'t redefine a number, string, or expr.")
14349       ("I've inserted an inaccessible symbol so that your")
14350       ("definition will be completed without mixing me up too badly.");
14351     if ( mp->cur_sym>0 )
14352       mp->help_line[2]="Sorry: You can\'t redefine my error-recovery tokens.";
14353     else if ( mp->cur_cmd==string_token ) 
14354       delete_str_ref(mp->cur_mod);
14355     mp->cur_sym=frozen_inaccessible; mp_ins_error(mp); goto RESTART;
14356   }
14357 }
14358
14359 @ Before we actually redefine a symbolic token, we need to clear away its
14360 former value, if it was a variable. The following stronger version of
14361 |get_symbol| does that.
14362
14363 @c void mp_get_clear_symbol (MP mp) { 
14364   mp_get_symbol(mp); mp_clear_symbol(mp, mp->cur_sym,false);
14365 }
14366
14367 @ Here's another little subroutine; it checks that an equals sign
14368 or assignment sign comes along at the proper place in a macro definition.
14369
14370 @c void mp_check_equals (MP mp) { 
14371   if ( mp->cur_cmd!=equals ) if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
14372      mp_missing_err(mp, "=");
14373 @.Missing `='@>
14374     help5("The next thing in this `def' should have been `=',")
14375       ("because I've already looked at the definition heading.")
14376       ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
14377       ("was present. Everything from here to `enddef'")
14378       ("will be the replacement text of this macro.");
14379     mp_back_error(mp);
14380   }
14381 }
14382
14383 @ A \&{primarydef}, \&{secondarydef}, or \&{tertiarydef} is rather easily
14384 handled now that we have |scan_toks|.  In this case there are
14385 two parameters, which will be \.{EXPR0} and \.{EXPR1} (i.e.,
14386 |expr_base| and |expr_base+1|).
14387
14388 @c void mp_make_op_def (MP mp) {
14389   command_code m; /* the type of definition */
14390   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
14391   m=mp->cur_mod;
14392   mp_get_symbol(mp); q=mp_get_node(mp, token_node_size);
14393   info(q)=mp->cur_sym; value(q)=expr_base;
14394   mp_get_clear_symbol(mp); mp->warning_info=mp->cur_sym;
14395   mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14396   info(p)=mp->cur_sym; value(p)=expr_base+1; link(p)=q;
14397   get_t_next; mp_check_equals(mp);
14398   mp->scanner_status=op_defining; q=mp_get_avail(mp); ref_count(q)=null;
14399   r=mp_get_avail(mp); link(q)=r; info(r)=general_macro;
14400   link(r)=mp_scan_toks(mp, macro_def,p,null,0);
14401   mp->scanner_status=normal; eq_type(mp->warning_info)=m;
14402   equiv(mp->warning_info)=q; mp_get_x_next(mp);
14403 }
14404
14405 @ Parameters to macros are introduced by the keywords \&{expr},
14406 \&{suffix}, \&{text}, \&{primary}, \&{secondary}, and \&{tertiary}.
14407
14408 @<Put each...@>=
14409 mp_primitive(mp, "expr",param_type,expr_base);
14410 @:expr_}{\&{expr} primitive@>
14411 mp_primitive(mp, "suffix",param_type,suffix_base);
14412 @:suffix_}{\&{suffix} primitive@>
14413 mp_primitive(mp, "text",param_type,text_base);
14414 @:text_}{\&{text} primitive@>
14415 mp_primitive(mp, "primary",param_type,primary_macro);
14416 @:primary_}{\&{primary} primitive@>
14417 mp_primitive(mp, "secondary",param_type,secondary_macro);
14418 @:secondary_}{\&{secondary} primitive@>
14419 mp_primitive(mp, "tertiary",param_type,tertiary_macro);
14420 @:tertiary_}{\&{tertiary} primitive@>
14421
14422 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14423 case param_type:
14424   if ( m>=expr_base ) {
14425     if ( m==expr_base ) mp_print(mp, "expr");
14426     else if ( m==suffix_base ) mp_print(mp, "suffix");
14427     else mp_print(mp, "text");
14428   } else if ( m<secondary_macro ) {
14429     mp_print(mp, "primary");
14430   } else if ( m==secondary_macro ) {
14431     mp_print(mp, "secondary");
14432   } else {
14433     mp_print(mp, "tertiary");
14434   }
14435   break;
14436
14437 @ Let's turn next to the more complex processing associated with \&{def}
14438 and \&{vardef}. When the following procedure is called, |cur_mod|
14439 should be either |start_def| or |var_def|.
14440
14441 @c @<Declare the procedure called |check_delimiter|@>;
14442 @<Declare the function called |scan_declared_variable|@>;
14443 void mp_scan_def (MP mp) {
14444   int m; /* the type of definition */
14445   int n; /* the number of special suffix parameters */
14446   int k; /* the total number of parameters */
14447   int c; /* the kind of macro we're defining */
14448   pointer r; /* parameter-substitution list */
14449   pointer q; /* tail of the macro token list */
14450   pointer p; /* temporary storage */
14451   halfword base; /* |expr_base|, |suffix_base|, or |text_base| */
14452   pointer l_delim,r_delim; /* matching delimiters */
14453   m=mp->cur_mod; c=general_macro; link(hold_head)=null;
14454   q=mp_get_avail(mp); ref_count(q)=null; r=null;
14455   @<Scan the token or variable to be defined;
14456     set |n|, |scanner_status|, and |warning_info|@>;
14457   k=n;
14458   if ( mp->cur_cmd==left_delimiter ) {
14459     @<Absorb delimited parameters, putting them into lists |q| and |r|@>;
14460   }
14461   if ( mp->cur_cmd==param_type ) {
14462     @<Absorb undelimited parameters, putting them into list |r|@>;
14463   }
14464   mp_check_equals(mp);
14465   p=mp_get_avail(mp); info(p)=c; link(q)=p;
14466   @<Attach the replacement text to the tail of node |p|@>;
14467   mp->scanner_status=normal; mp_get_x_next(mp);
14468 }
14469
14470 @ We don't put `|frozen_end_group|' into the replacement text of
14471 a \&{vardef}, because the user may want to redefine `\.{endgroup}'.
14472
14473 @<Attach the replacement text to the tail of node |p|@>=
14474 if ( m==start_def ) {
14475   link(p)=mp_scan_toks(mp, macro_def,r,null,n);
14476 } else { 
14477   q=mp_get_avail(mp); info(q)=mp->bg_loc; link(p)=q;
14478   p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->eg_loc;
14479   link(q)=mp_scan_toks(mp, macro_def,r,p,n);
14480 }
14481 if ( mp->warning_info==bad_vardef ) 
14482   mp_flush_token_list(mp, value(bad_vardef))
14483
14484 @ @<Glob...@>=
14485 int bg_loc;
14486 int eg_loc; /* hash addresses of `\.{begingroup}' and `\.{endgroup}' */
14487
14488 @ @<Scan the token or variable to be defined;...@>=
14489 if ( m==start_def ) {
14490   mp_get_clear_symbol(mp); mp->warning_info=mp->cur_sym; get_t_next;
14491   mp->scanner_status=op_defining; n=0;
14492   eq_type(mp->warning_info)=defined_macro; equiv(mp->warning_info)=q;
14493 } else { 
14494   p=mp_scan_declared_variable(mp);
14495   mp_flush_variable(mp, equiv(info(p)),link(p),true);
14496   mp->warning_info=mp_find_variable(mp, p); mp_flush_list(mp, p);
14497   if ( mp->warning_info==null ) @<Change to `\.{a bad variable}'@>;
14498   mp->scanner_status=var_defining; n=2;
14499   if ( mp->cur_cmd==macro_special ) if ( mp->cur_mod==macro_suffix ) {/* \.{\AT!\#} */
14500     n=3; get_t_next;
14501   }
14502   type(mp->warning_info)=mp_unsuffixed_macro-2+n; value(mp->warning_info)=q;
14503 } /* |mp_suffixed_macro=mp_unsuffixed_macro+1| */
14504
14505 @ @<Change to `\.{a bad variable}'@>=
14506
14507   print_err("This variable already starts with a macro");
14508 @.This variable already...@>
14509   help2("After `vardef a' you can\'t say `vardef a.b'.")
14510     ("So I'll have to discard this definition.");
14511   mp_error(mp); mp->warning_info=bad_vardef;
14512 }
14513
14514 @ @<Initialize table entries...@>=
14515 name_type(bad_vardef)=mp_root; link(bad_vardef)=frozen_bad_vardef;
14516 equiv(frozen_bad_vardef)=bad_vardef; eq_type(frozen_bad_vardef)=tag_token;
14517
14518 @ @<Absorb delimited parameters, putting them into lists |q| and |r|@>=
14519 do {  
14520   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; get_t_next;
14521   if ( (mp->cur_cmd==param_type)&&(mp->cur_mod>=expr_base) ) {
14522    base=mp->cur_mod;
14523   } else { 
14524     print_err("Missing parameter type; `expr' will be assumed");
14525 @.Missing parameter type@>
14526     help1("You should've had `expr' or `suffix' or `text' here.");
14527     mp_back_error(mp); base=expr_base;
14528   }
14529   @<Absorb parameter tokens for type |base|@>;
14530   mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
14531   get_t_next;
14532 } while (mp->cur_cmd==left_delimiter)
14533
14534 @ @<Absorb parameter tokens for type |base|@>=
14535 do { 
14536   link(q)=mp_get_avail(mp); q=link(q); info(q)=base+k;
14537   mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size); 
14538   value(p)=base+k; info(p)=mp->cur_sym;
14539   if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14540 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
14541   incr(k); link(p)=r; r=p; get_t_next;
14542 } while (mp->cur_cmd==comma)
14543
14544 @ @<Absorb undelimited parameters, putting them into list |r|@>=
14545
14546   p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14547   if ( mp->cur_mod<expr_base ) {
14548     c=mp->cur_mod; value(p)=expr_base+k;
14549   } else { 
14550     value(p)=mp->cur_mod+k;
14551     if ( mp->cur_mod==expr_base ) c=expr_macro;
14552     else if ( mp->cur_mod==suffix_base ) c=suffix_macro;
14553     else c=text_macro;
14554   }
14555   if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14556   incr(k); mp_get_symbol(mp); info(p)=mp->cur_sym; link(p)=r; r=p; get_t_next;
14557   if ( c==expr_macro ) if ( mp->cur_cmd==of_token ) {
14558     c=of_macro; p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14559     if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14560     value(p)=expr_base+k; mp_get_symbol(mp); info(p)=mp->cur_sym;
14561     link(p)=r; r=p; get_t_next;
14562   }
14563 }
14564
14565 @* \[32] Expanding the next token.
14566 Only a few command codes |<min_command| can possibly be returned by
14567 |get_t_next|; in increasing order, they are
14568 |if_test|, |fi_or_else|, |input|, |iteration|, |repeat_loop|,
14569 |exit_test|, |relax|, |scan_tokens|, |expand_after|, and |defined_macro|.
14570
14571 \MP\ usually gets the next token of input by saying |get_x_next|. This is
14572 like |get_t_next| except that it keeps getting more tokens until
14573 finding |cur_cmd>=min_command|. In other words, |get_x_next| expands
14574 macros and removes conditionals or iterations or input instructions that
14575 might be present.
14576
14577 It follows that |get_x_next| might invoke itself recursively. In fact,
14578 there is massive recursion, since macro expansion can involve the
14579 scanning of arbitrarily complex expressions, which in turn involve
14580 macro expansion and conditionals, etc.
14581 @^recursion@>
14582
14583 Therefore it's necessary to declare a whole bunch of |forward|
14584 procedures at this point, and to insert some other procedures
14585 that will be invoked by |get_x_next|.
14586
14587 @<Declarations@>= 
14588 void mp_scan_primary (MP mp);
14589 void mp_scan_secondary (MP mp);
14590 void mp_scan_tertiary (MP mp);
14591 void mp_scan_expression (MP mp);
14592 void mp_scan_suffix (MP mp);
14593 @<Declare the procedure called |macro_call|@>;
14594 void mp_get_boolean (MP mp);
14595 void mp_pass_text (MP mp);
14596 void mp_conditional (MP mp);
14597 void mp_start_input (MP mp);
14598 void mp_begin_iteration (MP mp);
14599 void mp_resume_iteration (MP mp);
14600 void mp_stop_iteration (MP mp);
14601
14602 @ An auxiliary subroutine called |expand| is used by |get_x_next|
14603 when it has to do exotic expansion commands.
14604
14605 @c void mp_expand (MP mp) {
14606   pointer p; /* for list manipulation */
14607   size_t k; /* something that we hope is |<=buf_size| */
14608   pool_pointer j; /* index into |str_pool| */
14609   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) 
14610     if ( mp->cur_cmd!=defined_macro )
14611       show_cur_cmd_mod;
14612   switch (mp->cur_cmd)  {
14613   case if_test:
14614     mp_conditional(mp); /* this procedure is discussed in Part 36 below */
14615     break;
14616   case fi_or_else:
14617     @<Terminate the current conditional and skip to \&{fi}@>;
14618     break;
14619   case input:
14620     @<Initiate or terminate input from a file@>;
14621     break;
14622   case iteration:
14623     if ( mp->cur_mod==end_for ) {
14624       @<Scold the user for having an extra \&{endfor}@>;
14625     } else {
14626       mp_begin_iteration(mp); /* this procedure is discussed in Part 37 below */
14627     }
14628     break;
14629   case repeat_loop: 
14630     @<Repeat a loop@>;
14631     break;
14632   case exit_test: 
14633     @<Exit a loop if the proper time has come@>;
14634     break;
14635   case relax: 
14636     break;
14637   case expand_after: 
14638     @<Expand the token after the next token@>;
14639     break;
14640   case scan_tokens: 
14641     @<Put a string into the input buffer@>;
14642     break;
14643   case defined_macro:
14644    mp_macro_call(mp, mp->cur_mod,null,mp->cur_sym);
14645    break;
14646   }; /* there are no other cases */
14647 };
14648
14649 @ @<Scold the user...@>=
14650
14651   print_err("Extra `endfor'");
14652 @.Extra `endfor'@>
14653   help2("I'm not currently working on a for loop,")
14654     ("so I had better not try to end anything.");
14655   mp_error(mp);
14656 }
14657
14658 @ The processing of \&{input} involves the |start_input| subroutine,
14659 which will be declared later; the processing of \&{endinput} is trivial.
14660
14661 @<Put each...@>=
14662 mp_primitive(mp, "input",input,0);
14663 @:input_}{\&{input} primitive@>
14664 mp_primitive(mp, "endinput",input,1);
14665 @:end_input_}{\&{endinput} primitive@>
14666
14667 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
14668 case input: 
14669   if ( m==0 ) mp_print(mp, "input");
14670   else mp_print(mp, "endinput");
14671   break;
14672
14673 @ @<Initiate or terminate input...@>=
14674 if ( mp->cur_mod>0 ) mp->force_eof=true;
14675 else mp_start_input(mp)
14676
14677 @ We'll discuss the complicated parts of loop operations later. For now
14678 it suffices to know that there's a global variable called |loop_ptr|
14679 that will be |null| if no loop is in progress.
14680
14681 @<Repeat a loop@>=
14682 { while ( token_state &&(loc==null) ) 
14683     mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
14684   if ( mp->loop_ptr==null ) {
14685     print_err("Lost loop");
14686 @.Lost loop@>
14687     help2("I'm confused; after exiting from a loop, I still seem")
14688       ("to want to repeat it. I'll try to forget the problem.");
14689     mp_error(mp);
14690   } else {
14691     mp_resume_iteration(mp); /* this procedure is in Part 37 below */
14692   }
14693 }
14694
14695 @ @<Exit a loop if the proper time has come@>=
14696 { mp_get_boolean(mp);
14697   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) 
14698     mp_show_cmd_mod(mp, nullary,mp->cur_exp);
14699   if ( mp->cur_exp==true_code ) {
14700     if ( mp->loop_ptr==null ) {
14701       print_err("No loop is in progress");
14702 @.No loop is in progress@>
14703       help1("Why say `exitif' when there's nothing to exit from?");
14704       if ( mp->cur_cmd==semicolon ) mp_error(mp); else mp_back_error(mp);
14705     } else {
14706      @<Exit prematurely from an iteration@>;
14707     }
14708   } else if ( mp->cur_cmd!=semicolon ) {
14709     mp_missing_err(mp, ";");
14710 @.Missing `;'@>
14711     help2("After `exitif <boolean exp>' I expect to see a semicolon.")
14712     ("I shall pretend that one was there."); mp_back_error(mp);
14713   }
14714 }
14715
14716 @ Here we use the fact that |forever_text| is the only |token_type| that
14717 is less than |loop_text|.
14718
14719 @<Exit prematurely...@>=
14720 { p=null;
14721   do {  
14722     if ( file_state ) {
14723       mp_end_file_reading(mp);
14724     } else { 
14725       if ( token_type<=loop_text ) p=start;
14726       mp_end_token_list(mp);
14727     }
14728   } while (p==null);
14729   if ( p!=info(mp->loop_ptr) ) mp_fatal_error(mp, "*** (loop confusion)");
14730 @.loop confusion@>
14731   mp_stop_iteration(mp); /* this procedure is in Part 34 below */
14732 }
14733
14734 @ @<Expand the token after the next token@>=
14735 { get_t_next;
14736   p=mp_cur_tok(mp); get_t_next;
14737   if ( mp->cur_cmd<min_command ) mp_expand(mp); 
14738   else mp_back_input(mp);
14739   back_list(p);
14740 }
14741
14742 @ @<Put a string into the input buffer@>=
14743 { mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
14744   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
14745     mp_disp_err(mp, null,"Not a string");
14746 @.Not a string@>
14747     help2("I'm going to flush this expression, since")
14748        ("scantokens should be followed by a known string.");
14749     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
14750   } else { 
14751     mp_back_input(mp);
14752     if ( length(mp->cur_exp)>0 )
14753        @<Pretend we're reading a new one-line file@>;
14754   }
14755 }
14756
14757 @ @<Pretend we're reading a new one-line file@>=
14758 { mp_begin_file_reading(mp); name=is_scantok;
14759   k=mp->first+length(mp->cur_exp);
14760   if ( k>=mp->max_buf_stack ) {
14761     while ( k>=mp->buf_size ) {
14762       mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
14763     }
14764     mp->max_buf_stack=k+1;
14765   }
14766   j=mp->str_start[mp->cur_exp]; limit=k;
14767   while ( mp->first<(size_t)limit ) {
14768     mp->buffer[mp->first]=mp->str_pool[j]; incr(j); incr(mp->first);
14769   }
14770   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start; 
14771   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
14772 }
14773
14774 @ Here finally is |get_x_next|.
14775
14776 The expression scanning routines to be considered later
14777 communicate via the global quantities |cur_type| and |cur_exp|;
14778 we must be very careful to save and restore these quantities while
14779 macros are being expanded.
14780 @^inner loop@>
14781
14782 @<Declarations@>=
14783 void mp_get_x_next (MP mp);
14784
14785 @ @c void mp_get_x_next (MP mp) {
14786   pointer save_exp; /* a capsule to save |cur_type| and |cur_exp| */
14787   get_t_next;
14788   if ( mp->cur_cmd<min_command ) {
14789     save_exp=mp_stash_cur_exp(mp);
14790     do {  
14791       if ( mp->cur_cmd==defined_macro ) 
14792         mp_macro_call(mp, mp->cur_mod,null,mp->cur_sym);
14793       else 
14794         mp_expand(mp);
14795       get_t_next;
14796      } while (mp->cur_cmd<min_command);
14797      mp_unstash_cur_exp(mp, save_exp); /* that restores |cur_type| and |cur_exp| */
14798   }
14799 }
14800
14801 @ Now let's consider the |macro_call| procedure, which is used to start up
14802 all user-defined macros. Since the arguments to a macro might be expressions,
14803 |macro_call| is recursive.
14804 @^recursion@>
14805
14806 The first parameter to |macro_call| points to the reference count of the
14807 token list that defines the macro. The second parameter contains any
14808 arguments that have already been parsed (see below).  The third parameter
14809 points to the symbolic token that names the macro. If the third parameter
14810 is |null|, the macro was defined by \&{vardef}, so its name can be
14811 reconstructed from the prefix and ``at'' arguments found within the
14812 second parameter.
14813
14814 What is this second parameter? It's simply a linked list of one-word items,
14815 whose |info| fields point to the arguments. In other words, if |arg_list=null|,
14816 no arguments have been scanned yet; otherwise |info(arg_list)| points to
14817 the first scanned argument, and |link(arg_list)| points to the list of
14818 further arguments (if any).
14819
14820 Arguments of type \&{expr} are so-called capsules, which we will
14821 discuss later when we concentrate on expressions; they can be
14822 recognized easily because their |link| field is |void|. Arguments of type
14823 \&{suffix} and \&{text} are token lists without reference counts.
14824
14825 @ After argument scanning is complete, the arguments are moved to the
14826 |param_stack|. (They can't be put on that stack any sooner, because
14827 the stack is growing and shrinking in unpredictable ways as more arguments
14828 are being acquired.)  Then the macro body is fed to the scanner; i.e.,
14829 the replacement text of the macro is placed at the top of the \MP's
14830 input stack, so that |get_t_next| will proceed to read it next.
14831
14832 @<Declare the procedure called |macro_call|@>=
14833 @<Declare the procedure called |print_macro_name|@>;
14834 @<Declare the procedure called |print_arg|@>;
14835 @<Declare the procedure called |scan_text_arg|@>;
14836 void mp_macro_call (MP mp,pointer def_ref, pointer arg_list, 
14837                     pointer macro_name) ;
14838
14839 @ @c
14840 void mp_macro_call (MP mp,pointer def_ref, pointer arg_list, 
14841                     pointer macro_name) {
14842   /* invokes a user-defined control sequence */
14843   pointer r; /* current node in the macro's token list */
14844   pointer p,q; /* for list manipulation */
14845   integer n; /* the number of arguments */
14846   pointer tail = 0; /* tail of the argument list */
14847   pointer l_delim=0,r_delim=0; /* a delimiter pair */
14848   r=link(def_ref); add_mac_ref(def_ref);
14849   if ( arg_list==null ) {
14850     n=0;
14851   } else {
14852    @<Determine the number |n| of arguments already supplied,
14853     and set |tail| to the tail of |arg_list|@>;
14854   }
14855   if ( mp->internal[mp_tracing_macros]>0 ) {
14856     @<Show the text of the macro being expanded, and the existing arguments@>;
14857   }
14858   @<Scan the remaining arguments, if any; set |r| to the first token
14859     of the replacement text@>;
14860   @<Feed the arguments and replacement text to the scanner@>;
14861 }
14862
14863 @ @<Show the text of the macro...@>=
14864 mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_ln(mp); 
14865 mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14866 if ( n==3 ) mp_print(mp, "@@#"); /* indicate a suffixed macro */
14867 mp_show_macro(mp, def_ref,null,100000);
14868 if ( arg_list!=null ) {
14869   n=0; p=arg_list;
14870   do {  
14871     q=info(p);
14872     mp_print_arg(mp, q,n,0);
14873     incr(n); p=link(p);
14874   } while (p!=null);
14875 }
14876 mp_end_diagnostic(mp, false)
14877
14878
14879 @ @<Declare the procedure called |print_macro_name|@>=
14880 void mp_print_macro_name (MP mp,pointer a, pointer n);
14881
14882 @ @c
14883 void mp_print_macro_name (MP mp,pointer a, pointer n) {
14884   pointer p,q; /* they traverse the first part of |a| */
14885   if ( n!=null ) {
14886     mp_print_text(n);
14887   } else  { 
14888     p=info(a);
14889     if ( p==null ) {
14890       mp_print_text(info(info(link(a))));
14891     } else { 
14892       q=p;
14893       while ( link(q)!=null ) q=link(q);
14894       link(q)=info(link(a));
14895       mp_show_token_list(mp, p,null,1000,0);
14896       link(q)=null;
14897     }
14898   }
14899 }
14900
14901 @ @<Declare the procedure called |print_arg|@>=
14902 void mp_print_arg (MP mp,pointer q, integer n, pointer b) ;
14903
14904 @ @c
14905 void mp_print_arg (MP mp,pointer q, integer n, pointer b) {
14906   if ( link(q)==mp_void ) mp_print_nl(mp, "(EXPR");
14907   else if ( (b<text_base)&&(b!=text_macro) ) mp_print_nl(mp, "(SUFFIX");
14908   else mp_print_nl(mp, "(TEXT");
14909   mp_print_int(mp, n); mp_print(mp, ")<-");
14910   if ( link(q)==mp_void ) mp_print_exp(mp, q,1);
14911   else mp_show_token_list(mp, q,null,1000,0);
14912 }
14913
14914 @ @<Determine the number |n| of arguments already supplied...@>=
14915 {  
14916   n=1; tail=arg_list;
14917   while ( link(tail)!=null ) { 
14918     incr(n); tail=link(tail);
14919   }
14920 }
14921
14922 @ @<Scan the remaining arguments, if any; set |r|...@>=
14923 mp->cur_cmd=comma+1; /* anything |<>comma| will do */
14924 while ( info(r)>=expr_base ) { 
14925   @<Scan the delimited argument represented by |info(r)|@>;
14926   r=link(r);
14927 };
14928 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
14929   print_err("Too many arguments to ");
14930 @.Too many arguments...@>
14931   mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name); mp_print_char(mp, ';');
14932   mp_print_nl(mp, "  Missing `"); mp_print_text(r_delim);
14933 @.Missing `)'...@>
14934   mp_print(mp, "' has been inserted");
14935   help3("I'm going to assume that the comma I just read was a")
14936    ("right delimiter, and then I'll begin expanding the macro.")
14937    ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14938   mp_error(mp);
14939 }
14940 if ( info(r)!=general_macro ) {
14941   @<Scan undelimited argument(s)@>;
14942 }
14943 r=link(r)
14944
14945 @ At this point, the reader will find it advisable to review the explanation
14946 of token list format that was presented earlier, paying special attention to
14947 the conventions that apply only at the beginning of a macro's token list.
14948
14949 On the other hand, the reader will have to take the expression-parsing
14950 aspects of the following program on faith; we will explain |cur_type|
14951 and |cur_exp| later. (Several things in this program depend on each other,
14952 and it's necessary to jump into the circle somewhere.)
14953
14954 @<Scan the delimited argument represented by |info(r)|@>=
14955 if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
14956   mp_get_x_next(mp);
14957   if ( mp->cur_cmd!=left_delimiter ) {
14958     print_err("Missing argument to ");
14959 @.Missing argument...@>
14960     mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14961     help3("That macro has more parameters than you thought.")
14962      ("I'll continue by pretending that each missing argument")
14963      ("is either zero or null.");
14964     if ( info(r)>=suffix_base ) {
14965       mp->cur_exp=null; mp->cur_type=mp_token_list;
14966     } else { 
14967       mp->cur_exp=0; mp->cur_type=mp_known;
14968     }
14969     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=right_delimiter; 
14970     goto FOUND;
14971   }
14972   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod;
14973 }
14974 @<Scan the argument represented by |info(r)|@>;
14975 if ( mp->cur_cmd!=comma ) 
14976   @<Check that the proper right delimiter was present@>;
14977 FOUND:  
14978 @<Append the current expression to |arg_list|@>
14979
14980 @ @<Check that the proper right delim...@>=
14981 if ( (mp->cur_cmd!=right_delimiter)||(mp->cur_mod!=l_delim) ) {
14982   if ( info(link(r))>=expr_base ) {
14983     mp_missing_err(mp, ",");
14984 @.Missing `,'@>
14985     help3("I've finished reading a macro argument and am about to")
14986       ("read another; the arguments weren't delimited correctly.")
14987        ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14988     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=comma;
14989   } else { 
14990     mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
14991 @.Missing `)'@>
14992     help2("I've gotten to the end of the macro parameter list.")
14993        ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14994     mp_back_error(mp);
14995   }
14996 }
14997
14998 @ A \&{suffix} or \&{text} parameter will be have been scanned as
14999 a token list pointed to by |cur_exp|, in which case we will have
15000 |cur_type=token_list|.
15001
15002 @<Append the current expression to |arg_list|@>=
15003
15004   p=mp_get_avail(mp);
15005   if ( mp->cur_type==mp_token_list ) info(p)=mp->cur_exp;
15006   else info(p)=mp_stash_cur_exp(mp);
15007   if ( mp->internal[mp_tracing_macros]>0 ) {
15008     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_arg(mp, info(p),n,info(r)); 
15009     mp_end_diagnostic(mp, false);
15010   }
15011   if ( arg_list==null ) arg_list=p;
15012   else link(tail)=p;
15013   tail=p; incr(n);
15014 }
15015
15016 @ @<Scan the argument represented by |info(r)|@>=
15017 if ( info(r)>=text_base ) {
15018   mp_scan_text_arg(mp, l_delim,r_delim);
15019 } else { 
15020   mp_get_x_next(mp);
15021   if ( info(r)>=suffix_base ) mp_scan_suffix(mp);
15022   else mp_scan_expression(mp);
15023 }
15024
15025 @ The parameters to |scan_text_arg| are either a pair of delimiters
15026 or zero; the latter case is for undelimited text arguments, which
15027 end with the first semicolon or \&{endgroup} or \&{end} that is not
15028 contained in a group.
15029
15030 @<Declare the procedure called |scan_text_arg|@>=
15031 void mp_scan_text_arg (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) ;
15032
15033 @ @c
15034 void mp_scan_text_arg (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) {
15035   integer balance; /* excess of |l_delim| over |r_delim| */
15036   pointer p; /* list tail */
15037   mp->warning_info=l_delim; mp->scanner_status=absorbing;
15038   p=hold_head; balance=1; link(hold_head)=null;
15039   while (1)  { 
15040     get_t_next;
15041     if ( l_delim==0 ) {
15042       @<Adjust the balance for an undelimited argument; |break| if done@>;
15043     } else {
15044           @<Adjust the balance for a delimited argument; |break| if done@>;
15045     }
15046     link(p)=mp_cur_tok(mp); p=link(p);
15047   }
15048   mp->cur_exp=link(hold_head); mp->cur_type=mp_token_list;
15049   mp->scanner_status=normal;
15050 };
15051
15052 @ @<Adjust the balance for a delimited argument...@>=
15053 if ( mp->cur_cmd==right_delimiter ) { 
15054   if ( mp->cur_mod==l_delim ) { 
15055     decr(balance);
15056     if ( balance==0 ) break;
15057   }
15058 } else if ( mp->cur_cmd==left_delimiter ) {
15059   if ( mp->cur_mod==r_delim ) incr(balance);
15060 }
15061
15062 @ @<Adjust the balance for an undelimited...@>=
15063 if ( end_of_statement ) { /* |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop| */
15064   if ( balance==1 ) { break; }
15065   else  { if ( mp->cur_cmd==end_group ) decr(balance); }
15066 } else if ( mp->cur_cmd==begin_group ) { 
15067   incr(balance); 
15068 }
15069
15070 @ @<Scan undelimited argument(s)@>=
15071
15072   if ( info(r)<text_macro ) {
15073     mp_get_x_next(mp);
15074     if ( info(r)!=suffix_macro ) {
15075       if ( (mp->cur_cmd==equals)||(mp->cur_cmd==assignment) ) mp_get_x_next(mp);
15076     }
15077   }
15078   switch (info(r)) {
15079   case primary_macro:mp_scan_primary(mp); break;
15080   case secondary_macro:mp_scan_secondary(mp); break;
15081   case tertiary_macro:mp_scan_tertiary(mp); break;
15082   case expr_macro:mp_scan_expression(mp); break;
15083   case of_macro:
15084     @<Scan an expression followed by `\&{of} $\langle$primary$\rangle$'@>;
15085     break;
15086   case suffix_macro:
15087     @<Scan a suffix with optional delimiters@>;
15088     break;
15089   case text_macro:mp_scan_text_arg(mp, 0,0); break;
15090   } /* there are no other cases */
15091   mp_back_input(mp); 
15092   @<Append the current expression to |arg_list|@>;
15093 }
15094
15095 @ @<Scan an expression followed by `\&{of} $\langle$primary$\rangle$'@>=
15096
15097   mp_scan_expression(mp); p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp_stash_cur_exp(mp);
15098   if ( mp->internal[mp_tracing_macros]>0 ) { 
15099     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_arg(mp, info(p),n,0); 
15100     mp_end_diagnostic(mp, false);
15101   }
15102   if ( arg_list==null ) arg_list=p; else link(tail)=p;
15103   tail=p;incr(n);
15104   if ( mp->cur_cmd!=of_token ) {
15105     mp_missing_err(mp, "of"); mp_print(mp, " for ");
15106 @.Missing `of'@>
15107     mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
15108     help1("I've got the first argument; will look now for the other.");
15109     mp_back_error(mp);
15110   }
15111   mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
15112 }
15113
15114 @ @<Scan a suffix with optional delimiters@>=
15115
15116   if ( mp->cur_cmd!=left_delimiter ) {
15117     l_delim=null;
15118   } else { 
15119     l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp);
15120   };
15121   mp_scan_suffix(mp);
15122   if ( l_delim!=null ) {
15123     if ((mp->cur_cmd!=right_delimiter)||(mp->cur_mod!=l_delim) ) {
15124       mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
15125 @.Missing `)'@>
15126       help2("I've gotten to the end of the macro parameter list.")
15127          ("You might want to delete some tokens before continuing.");
15128       mp_back_error(mp);
15129     }
15130     mp_get_x_next(mp);
15131   }
15132 }
15133
15134 @ Before we put a new token list on the input stack, it is wise to clean off
15135 all token lists that have recently been depleted. Then a user macro that ends
15136 with a call to itself will not require unbounded stack space.
15137
15138 @<Feed the arguments and replacement text to the scanner@>=
15139 while ( token_state &&(loc==null) ) mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
15140 if ( mp->param_ptr+n>mp->max_param_stack ) {
15141   mp->max_param_stack=mp->param_ptr+n;
15142   if ( mp->max_param_stack>mp->param_size )
15143     mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
15144 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
15145 }
15146 mp_begin_token_list(mp, def_ref,macro); name=macro_name; loc=r;
15147 if ( n>0 ) {
15148   p=arg_list;
15149   do {  
15150    mp->param_stack[mp->param_ptr]=info(p); incr(mp->param_ptr); p=link(p);
15151   } while (p!=null);
15152   mp_flush_list(mp, arg_list);
15153 }
15154
15155 @ It's sometimes necessary to put a single argument onto |param_stack|.
15156 The |stack_argument| subroutine does this.
15157
15158 @c void mp_stack_argument (MP mp,pointer p) { 
15159   if ( mp->param_ptr==mp->max_param_stack ) {
15160     incr(mp->max_param_stack);
15161     if ( mp->max_param_stack>mp->param_size )
15162       mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
15163 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
15164   }
15165   mp->param_stack[mp->param_ptr]=p; incr(mp->param_ptr);
15166 }
15167
15168 @* \[33] Conditional processing.
15169 Let's consider now the way \&{if} commands are handled.
15170
15171 Conditions can be inside conditions, and this nesting has a stack
15172 that is independent of other stacks.
15173 Four global variables represent the top of the condition stack:
15174 |cond_ptr| points to pushed-down entries, if~any; |cur_if| tells whether
15175 we are processing \&{if} or \&{elseif}; |if_limit| specifies
15176 the largest code of a |fi_or_else| command that is syntactically legal;
15177 and |if_line| is the line number at which the current conditional began.
15178
15179 If no conditions are currently in progress, the condition stack has the
15180 special state |cond_ptr=null|, |if_limit=normal|, |cur_if=0|, |if_line=0|.
15181 Otherwise |cond_ptr| points to a two-word node; the |type|, |name_type|, and
15182 |link| fields of the first word contain |if_limit|, |cur_if|, and
15183 |cond_ptr| at the next level, and the second word contains the
15184 corresponding |if_line|.
15185
15186 @d if_node_size 2 /* number of words in stack entry for conditionals */
15187 @d if_line_field(A) mp->mem[(A)+1].cint
15188 @d if_code 1 /* code for \&{if} being evaluated */
15189 @d fi_code 2 /* code for \&{fi} */
15190 @d else_code 3 /* code for \&{else} */
15191 @d else_if_code 4 /* code for \&{elseif} */
15192
15193 @<Glob...@>=
15194 pointer cond_ptr; /* top of the condition stack */
15195 integer if_limit; /* upper bound on |fi_or_else| codes */
15196 small_number cur_if; /* type of conditional being worked on */
15197 integer if_line; /* line where that conditional began */
15198
15199 @ @<Set init...@>=
15200 mp->cond_ptr=null; mp->if_limit=normal; mp->cur_if=0; mp->if_line=0;
15201
15202 @ @<Put each...@>=
15203 mp_primitive(mp, "if",if_test,if_code);
15204 @:if_}{\&{if} primitive@>
15205 mp_primitive(mp, "fi",fi_or_else,fi_code); mp->eqtb[frozen_fi]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
15206 @:fi_}{\&{fi} primitive@>
15207 mp_primitive(mp, "else",fi_or_else,else_code);
15208 @:else_}{\&{else} primitive@>
15209 mp_primitive(mp, "elseif",fi_or_else,else_if_code);
15210 @:else_if_}{\&{elseif} primitive@>
15211
15212 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
15213 case if_test:
15214 case fi_or_else: 
15215   switch (m) {
15216   case if_code:mp_print(mp, "if"); break;
15217   case fi_code:mp_print(mp, "fi");  break;
15218   case else_code:mp_print(mp, "else"); break;
15219   default: mp_print(mp, "elseif"); break;
15220   }
15221   break;
15222
15223 @ Here is a procedure that ignores text until coming to an \&{elseif},
15224 \&{else}, or \&{fi} at level zero of $\&{if}\ldots\&{fi}$
15225 nesting. After it has acted, |cur_mod| will indicate the token that
15226 was found.
15227
15228 \MP's smallest two command codes are |if_test| and |fi_or_else|; this
15229 makes the skipping process a bit simpler.
15230
15231 @c 
15232 void mp_pass_text (MP mp) {
15233   integer l = 0;
15234   mp->scanner_status=skipping;
15235   mp->warning_info=mp_true_line(mp);
15236   while (1)  { 
15237     get_t_next;
15238     if ( mp->cur_cmd<=fi_or_else ) {
15239       if ( mp->cur_cmd<fi_or_else ) {
15240         incr(l);
15241       } else { 
15242         if ( l==0 ) break;
15243         if ( mp->cur_mod==fi_code ) decr(l);
15244       }
15245     } else {
15246       @<Decrease the string reference count,
15247        if the current token is a string@>;
15248     }
15249   }
15250   mp->scanner_status=normal;
15251 }
15252
15253 @ @<Decrease the string reference count...@>=
15254 if ( mp->cur_cmd==string_token ) { delete_str_ref(mp->cur_mod); }
15255
15256 @ When we begin to process a new \&{if}, we set |if_limit:=if_code|; then
15257 if \&{elseif} or \&{else} or \&{fi} occurs before the current \&{if}
15258 condition has been evaluated, a colon will be inserted.
15259 A construction like `\.{if fi}' would otherwise get \MP\ confused.
15260
15261 @<Push the condition stack@>=
15262 { p=mp_get_node(mp, if_node_size); link(p)=mp->cond_ptr; type(p)=mp->if_limit;
15263   name_type(p)=mp->cur_if; if_line_field(p)=mp->if_line;
15264   mp->cond_ptr=p; mp->if_limit=if_code; mp->if_line=mp_true_line(mp); 
15265   mp->cur_if=if_code;
15266 }
15267
15268 @ @<Pop the condition stack@>=
15269 { p=mp->cond_ptr; mp->if_line=if_line_field(p);
15270   mp->cur_if=name_type(p); mp->if_limit=type(p); mp->cond_ptr=link(p);
15271   mp_free_node(mp, p,if_node_size);
15272 }
15273
15274 @ Here's a procedure that changes the |if_limit| code corresponding to
15275 a given value of |cond_ptr|.
15276
15277 @c void mp_change_if_limit (MP mp,small_number l, pointer p) {
15278   pointer q;
15279   if ( p==mp->cond_ptr ) {
15280     mp->if_limit=l; /* that's the easy case */
15281   } else  { 
15282     q=mp->cond_ptr;
15283     while (1) { 
15284       if ( q==null ) mp_confusion(mp, "if");
15285 @:this can't happen if}{\quad if@>
15286       if ( link(q)==p ) { 
15287         type(q)=l; return;
15288       }
15289       q=link(q);
15290     }
15291   }
15292 }
15293
15294 @ The user is supposed to put colons into the proper parts of conditional
15295 statements. Therefore, \MP\ has to check for their presence.
15296
15297 @c 
15298 void mp_check_colon (MP mp) { 
15299   if ( mp->cur_cmd!=colon ) { 
15300     mp_missing_err(mp, ":");
15301 @.Missing `:'@>
15302     help2("There should've been a colon after the condition.")
15303          ("I shall pretend that one was there.");;
15304     mp_back_error(mp);
15305   }
15306 }
15307
15308 @ A condition is started when the |get_x_next| procedure encounters
15309 an |if_test| command; in that case |get_x_next| calls |conditional|,
15310 which is a recursive procedure.
15311 @^recursion@>
15312
15313 @c void mp_conditional (MP mp) {
15314   pointer save_cond_ptr; /* |cond_ptr| corresponding to this conditional */
15315   int new_if_limit; /* future value of |if_limit| */
15316   pointer p; /* temporary register */
15317   @<Push the condition stack@>; 
15318   save_cond_ptr=mp->cond_ptr;
15319 RESWITCH: 
15320   mp_get_boolean(mp); new_if_limit=else_if_code;
15321   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) {
15322     @<Display the boolean value of |cur_exp|@>;
15323   }
15324 FOUND: 
15325   mp_check_colon(mp);
15326   if ( mp->cur_exp==true_code ) {
15327     mp_change_if_limit(mp, new_if_limit,save_cond_ptr);
15328     return; /* wait for \&{elseif}, \&{else}, or \&{fi} */
15329   };
15330   @<Skip to \&{elseif} or \&{else} or \&{fi}, then |goto done|@>;
15331 DONE: 
15332   mp->cur_if=mp->cur_mod; mp->if_line=mp_true_line(mp);
15333   if ( mp->cur_mod==fi_code ) {
15334     @<Pop the condition stack@>
15335   } else if ( mp->cur_mod==else_if_code ) {
15336     goto RESWITCH;
15337   } else  { 
15338     mp->cur_exp=true_code; new_if_limit=fi_code; mp_get_x_next(mp); 
15339     goto FOUND;
15340   }
15341 }
15342
15343 @ In a construction like `\&{if} \&{if} \&{true}: $0=1$: \\{foo}
15344 \&{else}: \\{bar} \&{fi}', the first \&{else}
15345 that we come to after learning that the \&{if} is false is not the
15346 \&{else} we're looking for. Hence the following curious logic is needed.
15347
15348 @<Skip to \&{elseif}...@>=
15349 while (1) { 
15350   mp_pass_text(mp);
15351   if ( mp->cond_ptr==save_cond_ptr ) goto DONE;
15352   else if ( mp->cur_mod==fi_code ) @<Pop the condition stack@>;
15353 }
15354
15355
15356 @ @<Display the boolean value...@>=
15357 { mp_begin_diagnostic(mp);
15358   if ( mp->cur_exp==true_code ) mp_print(mp, "{true}");
15359   else mp_print(mp, "{false}");
15360   mp_end_diagnostic(mp, false);
15361 }
15362
15363 @ The processing of conditionals is complete except for the following
15364 code, which is actually part of |get_x_next|. It comes into play when
15365 \&{elseif}, \&{else}, or \&{fi} is scanned.
15366
15367 @<Terminate the current conditional and skip to \&{fi}@>=
15368 if ( mp->cur_mod>mp->if_limit ) {
15369   if ( mp->if_limit==if_code ) { /* condition not yet evaluated */
15370     mp_missing_err(mp, ":");
15371 @.Missing `:'@>
15372     mp_back_input(mp); mp->cur_sym=frozen_colon; mp_ins_error(mp);
15373   } else  { 
15374     print_err("Extra "); mp_print_cmd_mod(mp, fi_or_else,mp->cur_mod);
15375 @.Extra else@>
15376 @.Extra elseif@>
15377 @.Extra fi@>
15378     help1("I'm ignoring this; it doesn't match any if.");
15379     mp_error(mp);
15380   }
15381 } else  { 
15382   while ( mp->cur_mod!=fi_code ) mp_pass_text(mp); /* skip to \&{fi} */
15383   @<Pop the condition stack@>;
15384 }
15385
15386 @* \[34] Iterations.
15387 To bring our treatment of |get_x_next| to a close, we need to consider what
15388 \MP\ does when it sees \&{for}, \&{forsuffixes}, and \&{forever}.
15389
15390 There's a global variable |loop_ptr| that keeps track of the \&{for} loops
15391 that are currently active. If |loop_ptr=null|, no loops are in progress;
15392 otherwise |info(loop_ptr)| points to the iterative text of the current
15393 (innermost) loop, and |link(loop_ptr)| points to the data for any other
15394 loops that enclose the current one.
15395
15396 A loop-control node also has two other fields, called |loop_type| and
15397 |loop_list|, whose contents depend on the type of loop:
15398
15399 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=null| means that |loop_list(loop_ptr)|
15400 points to a list of one-word nodes whose |info| fields point to the
15401 remaining argument values of a suffix list and expression list.
15402
15403 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=mp_void| means that the current loop is
15404 `\&{forever}'.
15405
15406 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=progression_flag| means that
15407 |p=loop_list(loop_ptr)| points to a ``progression node'' and |value(p)|,
15408 |step_size(p)|, and |final_value(p)| contain the data for an arithmetic
15409 progression.
15410
15411 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=p>mp_void| means that |p| points to an edge
15412 header and |loop_list(loop_ptr)| points into the graphical object list for
15413 that edge header.
15414
15415 \yskip\noindent In the case of a progression node, the first word is not used
15416 because the link field of words in the dynamic memory area cannot be arbitrary.
15417
15418 @d loop_list_loc(A) ((A)+1) /* where the |loop_list| field resides */
15419 @d loop_type(A) info(loop_list_loc((A))) /* the type of \&{for} loop */
15420 @d loop_list(A) link(loop_list_loc((A))) /* the remaining list elements */
15421 @d loop_node_size 2 /* the number of words in a loop control node */
15422 @d progression_node_size 4 /* the number of words in a progression node */
15423 @d step_size(A) mp->mem[(A)+2].sc /* the step size in an arithmetic progression */
15424 @d final_value(A) mp->mem[(A)+3].sc /* the final value in an arithmetic progression */
15425 @d progression_flag (null+2)
15426   /* |loop_type| value when |loop_list| points to a progression node */
15427
15428 @<Glob...@>=
15429 pointer loop_ptr; /* top of the loop-control-node stack */
15430
15431 @ @<Set init...@>=
15432 mp->loop_ptr=null;
15433
15434 @ If the expressions that define an arithmetic progression in
15435 a \&{for} loop don't have known numeric values, the |bad_for|
15436 subroutine screams at the user.
15437
15438 @c void mp_bad_for (MP mp, char * s) {
15439   mp_disp_err(mp, null,"Improper "); /* show the bad expression above the message */
15440 @.Improper...replaced by 0@>
15441   mp_print(mp, s); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
15442   help4("When you say `for x=a step b until c',")
15443     ("the initial value `a' and the step size `b'")
15444     ("and the final value `c' must have known numeric values.")
15445     ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
15446   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
15447 };
15448
15449 @ Here's what \MP\ does when \&{for}, \&{forsuffixes}, or \&{forever}
15450 has just been scanned. (This code requires slight familiarity with
15451 expression-parsing routines that we have not yet discussed; but it seems
15452 to belong in the present part of the program, even though the original author
15453 didn't write it until later. The reader may wish to come back to it.)
15454
15455 @c void mp_begin_iteration (MP mp) {
15456   halfword m; /* |expr_base| (\&{for}) or |suffix_base| (\&{forsuffixes}) */
15457   halfword n; /* hash address of the current symbol */
15458   pointer s; /* the new loop-control node */
15459   pointer p; /* substitution list for |scan_toks| */
15460   pointer q;  /* link manipulation register */
15461   pointer pp; /* a new progression node */
15462   m=mp->cur_mod; n=mp->cur_sym; s=mp_get_node(mp, loop_node_size);
15463   if ( m==start_forever ){ 
15464     loop_type(s)=mp_void; p=null; mp_get_x_next(mp);
15465   } else { 
15466     mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size);
15467     info(p)=mp->cur_sym; value(p)=m;
15468     mp_get_x_next(mp);
15469     if ( mp->cur_cmd==within_token ) {
15470       @<Set up a picture iteration@>;
15471     } else { 
15472       @<Check for the |"="| or |":="| in a loop header@>;
15473       @<Scan the values to be used in the loop@>;
15474     }
15475   }
15476   @<Check for the presence of a colon@>;
15477   @<Scan the loop text and put it on the loop control stack@>;
15478   mp_resume_iteration(mp);
15479 }
15480
15481 @ @<Check for the |"="| or |":="| in a loop header@>=
15482 if ( (mp->cur_cmd!=equals)&&(mp->cur_cmd!=assignment) ) { 
15483   mp_missing_err(mp, "=");
15484 @.Missing `='@>
15485   help3("The next thing in this loop should have been `=' or `:='.")
15486     ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
15487     ("was present, and I'll look for the values next.");
15488   mp_back_error(mp);
15489 }
15490
15491 @ @<Check for the presence of a colon@>=
15492 if ( mp->cur_cmd!=colon ) { 
15493   mp_missing_err(mp, ":");
15494 @.Missing `:'@>
15495   help3("The next thing in this loop should have been a `:'.")
15496     ("So I'll pretend that a colon was present;")
15497     ("everything from here to `endfor' will be iterated.");
15498   mp_back_error(mp);
15499 }
15500
15501 @ We append a special |frozen_repeat_loop| token in place of the
15502 `\&{endfor}' at the end of the loop. This will come through \MP's scanner
15503 at the proper time to cause the loop to be repeated.
15504
15505 (If the user tries some shenanigan like `\&{for} $\ldots$ \&{let} \&{endfor}',
15506 he will be foiled by the |get_symbol| routine, which keeps frozen
15507 tokens unchanged. Furthermore the |frozen_repeat_loop| is an \&{outer}
15508 token, so it won't be lost accidentally.)
15509
15510 @ @<Scan the loop text...@>=
15511 q=mp_get_avail(mp); info(q)=frozen_repeat_loop;
15512 mp->scanner_status=loop_defining; mp->warning_info=n;
15513 info(s)=mp_scan_toks(mp, iteration,p,q,0); mp->scanner_status=normal;
15514 link(s)=mp->loop_ptr; mp->loop_ptr=s
15515
15516 @ @<Initialize table...@>=
15517 eq_type(frozen_repeat_loop)=repeat_loop+outer_tag;
15518 text(frozen_repeat_loop)=intern(" ENDFOR");
15519
15520 @ The loop text is inserted into \MP's scanning apparatus by the
15521 |resume_iteration| routine.
15522
15523 @c void mp_resume_iteration (MP mp) {
15524   pointer p,q; /* link registers */
15525   p=loop_type(mp->loop_ptr);
15526   if ( p==progression_flag ) { 
15527     p=loop_list(mp->loop_ptr); /* now |p| points to a progression node */
15528     mp->cur_exp=value(p);
15529     if ( @<The arithmetic progression has ended@> ) {
15530       mp_stop_iteration(mp);
15531       return;
15532     }
15533     mp->cur_type=mp_known; q=mp_stash_cur_exp(mp); /* make |q| an \&{expr} argument */
15534     value(p)=mp->cur_exp+step_size(p); /* set |value(p)| for the next iteration */
15535   } else if ( p==null ) { 
15536     p=loop_list(mp->loop_ptr);
15537     if ( p==null ) {
15538       mp_stop_iteration(mp);
15539       return;
15540     }
15541     loop_list(mp->loop_ptr)=link(p); q=info(p); free_avail(p);
15542   } else if ( p==mp_void ) { 
15543     mp_begin_token_list(mp, info(mp->loop_ptr),forever_text); return;
15544   } else {
15545     @<Make |q| a capsule containing the next picture component from
15546       |loop_list(loop_ptr)| or |goto not_found|@>;
15547   }
15548   mp_begin_token_list(mp, info(mp->loop_ptr),loop_text);
15549   mp_stack_argument(mp, q);
15550   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) {
15551      @<Trace the start of a loop@>;
15552   }
15553   return;
15554 NOT_FOUND:
15555   mp_stop_iteration(mp);
15556 }
15557
15558 @ @<The arithmetic progression has ended@>=
15559 ((step_size(p)>0)&&(mp->cur_exp>final_value(p)))||
15560  ((step_size(p)<0)&&(mp->cur_exp<final_value(p)))
15561
15562 @ @<Trace the start of a loop@>=
15563
15564   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{loop value=");
15565 @.loop value=n@>
15566   if ( (q!=null)&&(link(q)==mp_void) ) mp_print_exp(mp, q,1);
15567   else mp_show_token_list(mp, q,null,50,0);
15568   mp_print_char(mp, '}'); mp_end_diagnostic(mp, false);
15569 }
15570
15571 @ @<Make |q| a capsule containing the next picture component from...@>=
15572 { q=loop_list(mp->loop_ptr);
15573   if ( q==null ) goto NOT_FOUND;
15574   skip_component(q) goto NOT_FOUND;
15575   mp->cur_exp=mp_copy_objects(mp, loop_list(mp->loop_ptr),q);
15576   mp_init_bbox(mp, mp->cur_exp);
15577   mp->cur_type=mp_picture_type;
15578   loop_list(mp->loop_ptr)=q;
15579   q=mp_stash_cur_exp(mp);
15580 }
15581
15582 @ A level of loop control disappears when |resume_iteration| has decided
15583 not to resume, or when an \&{exitif} construction has removed the loop text
15584 from the input stack.
15585
15586 @c void mp_stop_iteration (MP mp) {
15587   pointer p,q; /* the usual */
15588   p=loop_type(mp->loop_ptr);
15589   if ( p==progression_flag )  {
15590     mp_free_node(mp, loop_list(mp->loop_ptr),progression_node_size);
15591   } else if ( p==null ){ 
15592     q=loop_list(mp->loop_ptr);
15593     while ( q!=null ) {
15594       p=info(q);
15595       if ( p!=null ) {
15596         if ( link(p)==mp_void ) { /* it's an \&{expr} parameter */
15597           mp_recycle_value(mp, p); mp_free_node(mp, p,value_node_size);
15598         } else {
15599           mp_flush_token_list(mp, p); /* it's a \&{suffix} or \&{text} parameter */
15600         }
15601       }
15602       p=q; q=link(q); free_avail(p);
15603     }
15604   } else if ( p>progression_flag ) {
15605     delete_edge_ref(p);
15606   }
15607   p=mp->loop_ptr; mp->loop_ptr=link(p); mp_flush_token_list(mp, info(p));
15608   mp_free_node(mp, p,loop_node_size);
15609 }
15610
15611 @ Now that we know all about loop control, we can finish up
15612 the missing portion of |begin_iteration| and we'll be done.
15613
15614 The following code is performed after the `\.=' has been scanned in
15615 a \&{for} construction (if |m=expr_base|) or a \&{forsuffixes} construction
15616 (if |m=suffix_base|).
15617
15618 @<Scan the values to be used in the loop@>=
15619 loop_type(s)=null; q=loop_list_loc(s); link(q)=null; /* |link(q)=loop_list(s)| */
15620 do {  
15621   mp_get_x_next(mp);
15622   if ( m!=expr_base ) {
15623     mp_scan_suffix(mp);
15624   } else { 
15625     if ( mp->cur_cmd>=colon ) if ( mp->cur_cmd<=comma ) 
15626           goto CONTINUE;
15627     mp_scan_expression(mp);
15628     if ( mp->cur_cmd==step_token ) if ( q==loop_list_loc(s) ) {
15629       @<Prepare for step-until construction and |break|@>;
15630     }
15631     mp->cur_exp=mp_stash_cur_exp(mp);
15632   }
15633   link(q)=mp_get_avail(mp); q=link(q); 
15634   info(q)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
15635 CONTINUE:
15636   ;
15637 } while (mp->cur_cmd==comma)
15638
15639 @ @<Prepare for step-until construction and |break|@>=
15640
15641   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "initial value");
15642   pp=mp_get_node(mp, progression_node_size); value(pp)=mp->cur_exp;
15643   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
15644   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "step size");
15645   step_size(pp)=mp->cur_exp;
15646   if ( mp->cur_cmd!=until_token ) { 
15647     mp_missing_err(mp, "until");
15648 @.Missing `until'@>
15649     help2("I assume you meant to say `until' after `step'.")
15650       ("So I'll look for the final value and colon next.");
15651     mp_back_error(mp);
15652   }
15653   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
15654   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "final value");
15655   final_value(pp)=mp->cur_exp; loop_list(s)=pp;
15656   loop_type(s)=progression_flag; 
15657   break;
15658 }
15659
15660 @ The last case is when we have just seen ``\&{within}'', and we need to
15661 parse a picture expression and prepare to iterate over it.
15662
15663 @<Set up a picture iteration@>=
15664 { mp_get_x_next(mp);
15665   mp_scan_expression(mp);
15666   @<Make sure the current expression is a known picture@>;
15667   loop_type(s)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
15668   q=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
15669   if ( q!= null ) 
15670     if ( is_start_or_stop(q) )
15671       if ( mp_skip_1component(mp, q)==null ) q=link(q);
15672   loop_list(s)=q;
15673 }
15674
15675 @ @<Make sure the current expression is a known picture@>=
15676 if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
15677   mp_disp_err(mp, null,"Improper iteration spec has been replaced by nullpicture");
15678   help1("When you say `for x in p', p must be a known picture.");
15679   mp_put_get_flush_error(mp, mp_get_node(mp, edge_header_size));
15680   mp_init_edges(mp, mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_picture_type;
15681 }
15682
15683 @* \[35] File names.
15684 It's time now to fret about file names.  Besides the fact that different
15685 operating systems treat files in different ways, we must cope with the
15686 fact that completely different naming conventions are used by different
15687 groups of people. The following programs show what is required for one
15688 particular operating system; similar routines for other systems are not
15689 difficult to devise.
15690 @^system dependencies@>
15691
15692 \MP\ assumes that a file name has three parts: the name proper; its
15693 ``extension''; and a ``file area'' where it is found in an external file
15694 system.  The extension of an input file is assumed to be
15695 `\.{.mp}' unless otherwise specified; it is `\.{.log}' on the
15696 transcript file that records each run of \MP; it is `\.{.tfm}' on the font
15697 metric files that describe characters in any fonts created by \MP; it is
15698 `\.{.ps}' or `.{\it nnn}' for some number {\it nnn} on the \ps\ output files;
15699 and it is `\.{.mem}' on the mem files written by \.{INIMP} to initialize \MP.
15700 The file area can be arbitrary on input files, but files are usually
15701 output to the user's current area.  If an input file cannot be
15702 found on the specified area, \MP\ will look for it on a special system
15703 area; this special area is intended for commonly used input files.
15704
15705 Simple uses of \MP\ refer only to file names that have no explicit
15706 extension or area. For example, a person usually says `\.{input} \.{cmr10}'
15707 instead of `\.{input} \.{cmr10.new}'. Simple file
15708 names are best, because they make the \MP\ source files portable;
15709 whenever a file name consists entirely of letters and digits, it should be
15710 treated in the same way by all implementations of \MP. However, users
15711 need the ability to refer to other files in their environment, especially
15712 when responding to error messages concerning unopenable files; therefore
15713 we want to let them use the syntax that appears in their favorite
15714 operating system.
15715
15716 @ \MP\ uses the same conventions that have proved to be satisfactory for
15717 \TeX\ and \MF. In order to isolate the system-dependent aspects of file names,
15718 @^system dependencies@>
15719 the system-independent parts of \MP\ are expressed in terms
15720 of three system-dependent
15721 procedures called |begin_name|, |more_name|, and |end_name|. In
15722 essence, if the user-specified characters of the file name are $c_1\ldots c_n$,
15723 the system-independent driver program does the operations
15724 $$|begin_name|;\,|more_name|(c_1);\,\ldots\,;|more_name|(c_n);
15725 \,|end_name|.$$
15726 These three procedures communicate with each other via global variables.
15727 Afterwards the file name will appear in the string pool as three strings
15728 called |cur_name|\penalty10000\hskip-.05em,
15729 |cur_area|, and |cur_ext|; the latter two are null (i.e.,
15730 |""|), unless they were explicitly specified by the user.
15731
15732 Actually the situation is slightly more complicated, because \MP\ needs
15733 to know when the file name ends. The |more_name| routine is a function
15734 (with side effects) that returns |true| on the calls |more_name|$(c_1)$,
15735 \dots, |more_name|$(c_{n-1})$. The final call |more_name|$(c_n)$
15736 returns |false|; or, it returns |true| and $c_n$ is the last character
15737 on the current input line. In other words,
15738 |more_name| is supposed to return |true| unless it is sure that the
15739 file name has been completely scanned; and |end_name| is supposed to be able
15740 to finish the assembly of |cur_name|, |cur_area|, and |cur_ext| regardless of
15741 whether $|more_name|(c_n)$ returned |true| or |false|.
15742
15743 @<Glob...@>=
15744 char * cur_name; /* name of file just scanned */
15745 char * cur_area; /* file area just scanned, or \.{""} */
15746 char * cur_ext; /* file extension just scanned, or \.{""} */
15747
15748 @ It is easier to maintain reference counts if we assign initial values.
15749
15750 @<Set init...@>=
15751 mp->cur_name=xstrdup(""); 
15752 mp->cur_area=xstrdup(""); 
15753 mp->cur_ext=xstrdup("");
15754
15755 @ @<Dealloc variables@>=
15756 xfree(mp->cur_area);
15757 xfree(mp->cur_name);
15758 xfree(mp->cur_ext);
15759
15760 @ The file names we shall deal with for illustrative purposes have the
15761 following structure:  If the name contains `\.>' or `\.:', the file area
15762 consists of all characters up to and including the final such character;
15763 otherwise the file area is null.  If the remaining file name contains
15764 `\..', the file extension consists of all such characters from the first
15765 remaining `\..' to the end, otherwise the file extension is null.
15766 @^system dependencies@>
15767
15768 We can scan such file names easily by using two global variables that keep track
15769 of the occurrences of area and extension delimiters.  Note that these variables
15770 cannot be of type |pool_pointer| because a string pool compaction could occur
15771 while scanning a file name.
15772
15773 @<Glob...@>=
15774 integer area_delimiter;
15775   /* most recent `\.>' or `\.:' relative to |str_start[str_ptr]| */
15776 integer ext_delimiter; /* the relevant `\..', if any */
15777
15778 @ Input files that can't be found in the user's area may appear in standard
15779 system areas called |MP_area| and |MF_area|.  (The latter is used when the file
15780 extension is |".mf"|.)  The standard system area for font metric files
15781 to be read is |MP_font_area|.
15782 This system area name will, of course, vary from place to place.
15783 @^system dependencies@>
15784
15785 @d MP_area "MPinputs:"
15786 @.MPinputs@>
15787 @d MF_area "MFinputs:"
15788 @.MFinputs@>
15789 @d MP_font_area ""
15790 @.TeXfonts@>
15791
15792 @ Here now is the first of the system-dependent routines for file name scanning.
15793 @^system dependencies@>
15794
15795 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15796 void mp_begin_name (MP mp) { 
15797   xfree(mp->cur_name); 
15798   xfree(mp->cur_area); 
15799   xfree(mp->cur_ext);
15800   mp->area_delimiter=-1; 
15801   mp->ext_delimiter=-1;
15802 }
15803
15804 @ And here's the second.
15805 @^system dependencies@>
15806
15807 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15808 boolean mp_more_name (MP mp, ASCII_code c) { 
15809   if (c==' ') {
15810     return false;
15811   } else { 
15812     if ( (c=='>')||(c==':') ) { 
15813       mp->area_delimiter=mp->pool_ptr; 
15814       mp->ext_delimiter=-1;
15815     } else if ( (c=='.')&&(mp->ext_delimiter<0) ) {
15816       mp->ext_delimiter=mp->pool_ptr;
15817     }
15818     str_room(1); append_char(c); /* contribute |c| to the current string */
15819     return true;
15820   }
15821 }
15822
15823 @ The third.
15824 @^system dependencies@>
15825
15826 @d copy_pool_segment(A,B,C) { 
15827       A = xmalloc(C+1,sizeof(char)); 
15828       strncpy(A,(char *)(mp->str_pool+B),C);  
15829       A[C] = 0;}
15830
15831 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15832 void mp_end_name (MP mp) {
15833   pool_pointer s; /* length of area, name, and extension */
15834   unsigned int len;
15835   /* "my/w.mp" */
15836   s = mp->str_start[mp->str_ptr];
15837   if ( mp->area_delimiter<0 ) {    
15838     mp->cur_area=xstrdup("");
15839   } else {
15840     len = mp->area_delimiter-s; 
15841     copy_pool_segment(mp->cur_area,s,len);
15842     s += len+1;
15843   }
15844   if ( mp->ext_delimiter<0 ) {
15845     mp->cur_ext=xstrdup("");
15846     len = mp->pool_ptr-s; 
15847   } else {
15848     copy_pool_segment(mp->cur_ext,mp->ext_delimiter,(mp->pool_ptr-mp->ext_delimiter));
15849     len = mp->ext_delimiter-s;
15850   }
15851   copy_pool_segment(mp->cur_name,s,len);
15852   mp->pool_ptr=s; /* don't need this partial string */
15853 }
15854
15855 @ Conversely, here is a routine that takes three strings and prints a file
15856 name that might have produced them. (The routine is system dependent, because
15857 some operating systems put the file area last instead of first.)
15858 @^system dependencies@>
15859
15860 @<Basic printing...@>=
15861 void mp_print_file_name (MP mp, char * n, char * a, char * e) { 
15862   mp_print(mp, a); mp_print(mp, n); mp_print(mp, e);
15863 };
15864
15865 @ Another system-dependent routine is needed to convert three internal
15866 \MP\ strings
15867 to the |name_of_file| value that is used to open files. The present code
15868 allows both lowercase and uppercase letters in the file name.
15869 @^system dependencies@>
15870
15871 @d append_to_name(A) { c=(A); 
15872   if ( k<file_name_size ) {
15873     mp->name_of_file[k]=xchr(c);
15874     incr(k);
15875   }
15876 }
15877
15878 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15879 void mp_pack_file_name (MP mp, char *n, char *a, char *e) {
15880   integer k; /* number of positions filled in |name_of_file| */
15881   ASCII_code c; /* character being packed */
15882   char *j; /* a character  index */
15883   k=0;
15884   assert(n);
15885   if (a!=NULL) {
15886     for (j=a;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15887   }
15888   for (j=n;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15889   if (e!=NULL) {
15890     for (j=e;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15891   }
15892   mp->name_of_file[k]=0;
15893   mp->name_length=k; 
15894 }
15895
15896 @ @<Internal library declarations@>=
15897 void mp_pack_file_name (MP mp, char *n, char *a, char *e) ;
15898
15899 @ A messier routine is also needed, since mem file names must be scanned
15900 before \MP's string mechanism has been initialized. We shall use the
15901 global variable |MP_mem_default| to supply the text for default system areas
15902 and extensions related to mem files.
15903 @^system dependencies@>
15904
15905 @d mem_default_length 9 /* length of the |MP_mem_default| string */
15906 @d mem_ext_length 4 /* length of its `\.{.mem}' part */
15907 @d mem_extension ".mem" /* the extension, as a \.{WEB} constant */
15908
15909 @<Glob...@>=
15910 char *MP_mem_default;
15911 char *mem_name; /* for commandline */
15912
15913 @ @<Option variables@>=
15914 char *mem_name; /* for commandline */
15915
15916 @ @<Allocate or initialize ...@>=
15917 mp->MP_mem_default = xstrdup("plain.mem");
15918 mp->mem_name = xstrdup(opt->mem_name);
15919 @.plain@>
15920 @^system dependencies@>
15921
15922 @ @<Dealloc variables@>=
15923 xfree(mp->MP_mem_default);
15924 xfree(mp->mem_name);
15925
15926 @ @<Check the ``constant'' values for consistency@>=
15927 if ( mem_default_length>file_name_size ) mp->bad=20;
15928
15929 @ Here is the messy routine that was just mentioned. It sets |name_of_file|
15930 from the first |n| characters of |MP_mem_default|, followed by
15931 |buffer[a..b-1]|, followed by the last |mem_ext_length| characters of
15932 |MP_mem_default|.
15933
15934 We dare not give error messages here, since \MP\ calls this routine before
15935 the |error| routine is ready to roll. Instead, we simply drop excess characters,
15936 since the error will be detected in another way when a strange file name
15937 isn't found.
15938 @^system dependencies@>
15939
15940 @c void mp_pack_buffered_name (MP mp,small_number n, integer a,
15941                                integer b) {
15942   integer k; /* number of positions filled in |name_of_file| */
15943   ASCII_code c; /* character being packed */
15944   integer j; /* index into |buffer| or |MP_mem_default| */
15945   if ( n+b-a+1+mem_ext_length>file_name_size )
15946     b=a+file_name_size-n-1-mem_ext_length;
15947   k=0;
15948   for (j=0;j<n;j++) {
15949     append_to_name(xord((int)mp->MP_mem_default[j]));
15950   }
15951   for (j=a;j<b;j++) {
15952     append_to_name(mp->buffer[j]);
15953   }
15954   for (j=mem_default_length-mem_ext_length;
15955       j<mem_default_length;j++) {
15956     append_to_name(xord((int)mp->MP_mem_default[j]));
15957   } 
15958   mp->name_of_file[k]=0;
15959   mp->name_length=k; 
15960 }
15961
15962 @ Here is the only place we use |pack_buffered_name|. This part of the program
15963 becomes active when a ``virgin'' \MP\ is trying to get going, just after
15964 the preliminary initialization, or when the user is substituting another
15965 mem file by typing `\.\&' after the initial `\.{**}' prompt.  The buffer
15966 contains the first line of input in |buffer[loc..(last-1)]|, where
15967 |loc<last| and |buffer[loc]<>" "|.
15968
15969 @<Declarations@>=
15970 boolean mp_open_mem_file (MP mp) ;
15971
15972 @ @c
15973 boolean mp_open_mem_file (MP mp) {
15974   int j; /* the first space after the file name */
15975   if (mp->mem_name!=NULL) {
15976     mp->mem_file = mp_open_file(mp, mp->mem_name, "rb", mp_filetype_memfile);
15977     if ( mp->mem_file ) return true;
15978   }
15979   j=loc;
15980   if ( mp->buffer[loc]=='&' ) {
15981     incr(loc); j=loc; mp->buffer[mp->last]=' ';
15982     while ( mp->buffer[j]!=' ' ) incr(j);
15983     mp_pack_buffered_name(mp, 0,loc,j); /* try first without the system file area */
15984     if ( mp_w_open_in(mp, &mp->mem_file) ) goto FOUND;
15985     wake_up_terminal;
15986     wterm_ln("Sorry, I can\'t find that mem file; will try PLAIN.");
15987 @.Sorry, I can't find...@>
15988     update_terminal;
15989   }
15990   /* now pull out all the stops: try for the system \.{plain} file */
15991   mp_pack_buffered_name(mp, mem_default_length-mem_ext_length,0,0);
15992   if ( ! mp_w_open_in(mp, &mp->mem_file) ) {
15993     wake_up_terminal;
15994     wterm_ln("I can\'t find the PLAIN mem file!\n");
15995 @.I can't find PLAIN...@>
15996 @.plain@>
15997     return false;
15998   }
15999 FOUND:
16000   loc=j; return true;
16001 }
16002
16003 @ Operating systems often make it possible to determine the exact name (and
16004 possible version number) of a file that has been opened. The following routine,
16005 which simply makes a \MP\ string from the value of |name_of_file|, should
16006 ideally be changed to deduce the full name of file~|f|, which is the file
16007 most recently opened, if it is possible to do this in a \PASCAL\ program.
16008 @^system dependencies@>
16009
16010 @<Declarations@>=
16011 #define mp_a_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
16012 #define mp_b_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
16013 #define mp_w_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
16014
16015 @ @c 
16016 str_number mp_make_name_string (MP mp) {
16017   int k; /* index into |name_of_file| */
16018   str_room(mp->name_length);
16019   for (k=0;k<mp->name_length;k++) {
16020     append_char(xord((int)mp->name_of_file[k]));
16021   }
16022   return mp_make_string(mp);
16023 }
16024
16025 @ Now let's consider the ``driver''
16026 routines by which \MP\ deals with file names
16027 in a system-independent manner.  First comes a procedure that looks for a
16028 file name in the input by taking the information from the input buffer.
16029 (We can't use |get_next|, because the conversion to tokens would
16030 destroy necessary information.)
16031
16032 This procedure doesn't allow semicolons or percent signs to be part of
16033 file names, because of other conventions of \MP.
16034 {\sl The {\logos METAFONT\/}book} doesn't
16035 use semicolons or percents immediately after file names, but some users
16036 no doubt will find it natural to do so; therefore system-dependent
16037 changes to allow such characters in file names should probably
16038 be made with reluctance, and only when an entire file name that
16039 includes special characters is ``quoted'' somehow.
16040 @^system dependencies@>
16041
16042 @c void mp_scan_file_name (MP mp) { 
16043   mp_begin_name(mp);
16044   while ( mp->buffer[loc]==' ' ) incr(loc);
16045   while (1) { 
16046     if ( (mp->buffer[loc]==';')||(mp->buffer[loc]=='%') ) break;
16047     if ( ! mp_more_name(mp, mp->buffer[loc]) ) break;
16048     incr(loc);
16049   }
16050   mp_end_name(mp);
16051 }
16052
16053 @ Here is another version that takes its input from a string.
16054
16055 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
16056 void mp_str_scan_file (MP mp,  str_number s) {
16057   pool_pointer p,q; /* current position and stopping point */
16058   mp_begin_name(mp);
16059   p=mp->str_start[s]; q=str_stop(s);
16060   while ( p<q ){ 
16061     if ( ! mp_more_name(mp, mp->str_pool[p]) ) break;
16062     incr(p);
16063   }
16064   mp_end_name(mp);
16065 }
16066
16067 @ And one that reads from a |char*|.
16068
16069 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
16070 void mp_ptr_scan_file (MP mp,  char *s) {
16071   char *p, *q; /* current position and stopping point */
16072   mp_begin_name(mp);
16073   p=s; q=p+strlen(s);
16074   while ( p<q ){ 
16075     if ( ! mp_more_name(mp, *p)) break;
16076     p++;
16077   }
16078   mp_end_name(mp);
16079 }
16080
16081
16082 @ The global variable |job_name| contains the file name that was first
16083 \&{input} by the user. This name is extended by `\.{.log}' and `\.{ps}' and
16084 `\.{.mem}' and `\.{.tfm}' in order to make the names of \MP's output files.
16085
16086 @<Glob...@>=
16087 char *job_name; /* principal file name */
16088 boolean log_opened; /* has the transcript file been opened? */
16089 char *log_name; /* full name of the log file */
16090
16091 @ @<Option variables@>=
16092 char *job_name; /* principal file name */
16093
16094 @ Initially |job_name=NULL|; it becomes nonzero as soon as the true name is known.
16095 We have |job_name=NULL| if and only if the `\.{log}' file has not been opened,
16096 except of course for a short time just after |job_name| has become nonzero.
16097
16098 @<Allocate or ...@>=
16099 mp->job_name=opt->job_name; 
16100 mp->log_opened=false;
16101
16102 @ @<Dealloc variables@>=
16103 xfree(mp->job_name);
16104
16105 @ Here is a routine that manufactures the output file names, assuming that
16106 |job_name<>0|. It ignores and changes the current settings of |cur_area|
16107 and |cur_ext|.
16108
16109 @d pack_cur_name mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area,mp->cur_ext)
16110
16111 @<Declarations@>=
16112 void mp_pack_job_name (MP mp, char *s) ;
16113
16114 @ @c void mp_pack_job_name (MP mp, char  *s) { /* |s = ".log"|, |".mem"|, |".ps"|, or .\\{nnn} */
16115   xfree(mp->cur_name); mp->cur_name=xstrdup(mp->job_name);
16116   xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(""); 
16117   xfree(mp->cur_ext);  mp->cur_ext=xstrdup(s);
16118   pack_cur_name;
16119 }
16120
16121 @ If some trouble arises when \MP\ tries to open a file, the following
16122 routine calls upon the user to supply another file name. Parameter~|s|
16123 is used in the error message to identify the type of file; parameter~|e|
16124 is the default extension if none is given. Upon exit from the routine,
16125 variables |cur_name|, |cur_area|, |cur_ext|, and |name_of_file| are
16126 ready for another attempt at file opening.
16127
16128 @<Declarations@>=
16129 void mp_prompt_file_name (MP mp,char * s, char * e) ;
16130
16131 @ @c void mp_prompt_file_name (MP mp,char * s, char * e) {
16132   size_t k; /* index into |buffer| */
16133   char * saved_cur_name;
16134   if ( mp->interaction==mp_scroll_mode ) 
16135         wake_up_terminal;
16136   if (strcmp(s,"input file name")==0) {
16137         print_err("I can\'t find file `");
16138 @.I can't find file x@>
16139   } else {
16140         print_err("I can\'t write on file `");
16141   }
16142 @.I can't write on file x@>
16143   mp_print_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area,mp->cur_ext); 
16144   mp_print(mp, "'.");
16145   if (strcmp(e,"")==0) 
16146         mp_show_context(mp);
16147   mp_print_nl(mp, "Please type another "); mp_print(mp, s);
16148 @.Please type...@>
16149   if ( mp->interaction<mp_scroll_mode )
16150     mp_fatal_error(mp, "*** (job aborted, file error in nonstop mode)");
16151 @.job aborted, file error...@>
16152   saved_cur_name = xstrdup(mp->cur_name);
16153   clear_terminal; prompt_input(": "); @<Scan file name in the buffer@>;
16154   if (strcmp(mp->cur_ext,"")==0) 
16155         mp->cur_ext=e;
16156   if (strlen(mp->cur_name)==0) {
16157     mp->cur_name=saved_cur_name;
16158   } else {
16159     xfree(saved_cur_name);
16160   }
16161   pack_cur_name;
16162 }
16163
16164 @ @<Scan file name in the buffer@>=
16165
16166   mp_begin_name(mp); k=mp->first;
16167   while ( (mp->buffer[k]==' ')&&(k<mp->last) ) incr(k);
16168   while (1) { 
16169     if ( k==mp->last ) break;
16170     if ( ! mp_more_name(mp, mp->buffer[k]) ) break;
16171     incr(k);
16172   }
16173   mp_end_name(mp);
16174 }
16175
16176 @ The |open_log_file| routine is used to open the transcript file and to help
16177 it catch up to what has previously been printed on the terminal.
16178
16179 @c void mp_open_log_file (MP mp) {
16180   int old_setting; /* previous |selector| setting */
16181   int k; /* index into |months| and |buffer| */
16182   int l; /* end of first input line */
16183   integer m; /* the current month */
16184   char *months="JANFEBMARAPRMAYJUNJULAUGSEPOCTNOVDEC"; 
16185     /* abbreviations of month names */
16186   old_setting=mp->selector;
16187   if ( mp->job_name==NULL ) {
16188      mp->job_name=xstrdup("mpout");
16189   }
16190   mp_pack_job_name(mp,".log");
16191   while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->log_file, mp_filetype_log) ) {
16192     @<Try to get a different log file name@>;
16193   }
16194   mp->log_name=xstrdup(mp->name_of_file);
16195   mp->selector=log_only; mp->log_opened=true;
16196   @<Print the banner line, including the date and time@>;
16197   mp->input_stack[mp->input_ptr]=mp->cur_input; 
16198     /* make sure bottom level is in memory */
16199   mp_print_nl(mp, "**");
16200 @.**@>
16201   l=mp->input_stack[0].limit_field-1; /* last position of first line */
16202   for (k=0;k<=l;k++) mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
16203   mp_print_ln(mp); /* now the transcript file contains the first line of input */
16204   mp->selector=old_setting+2; /* |log_only| or |term_and_log| */
16205 }
16206
16207 @ @<Dealloc variables@>=
16208 xfree(mp->log_name);
16209
16210 @ Sometimes |open_log_file| is called at awkward moments when \MP\ is
16211 unable to print error messages or even to |show_context|.
16212 The |prompt_file_name| routine can result in a |fatal_error|, but the |error|
16213 routine will not be invoked because |log_opened| will be false.
16214
16215 The normal idea of |mp_batch_mode| is that nothing at all should be written
16216 on the terminal. However, in the unusual case that
16217 no log file could be opened, we make an exception and allow
16218 an explanatory message to be seen.
16219
16220 Incidentally, the program always refers to the log file as a `\.{transcript
16221 file}', because some systems cannot use the extension `\.{.log}' for
16222 this file.
16223
16224 @<Try to get a different log file name@>=
16225 {  
16226   mp->selector=term_only;
16227   mp_prompt_file_name(mp, "transcript file name",".log");
16228 }
16229
16230 @ @<Print the banner...@>=
16231
16232   wlog(banner);
16233   mp_print(mp, mp->mem_ident); mp_print(mp, "  ");
16234   mp_print_int(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_day])); 
16235   mp_print_char(mp, ' ');
16236   m=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_month]);
16237   for (k=3*m-3;k<3*m;k++) { wlog_chr(months[k]); }
16238   mp_print_char(mp, ' '); 
16239   mp_print_int(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_year])); 
16240   mp_print_char(mp, ' ');
16241   m=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]);
16242   mp_print_dd(mp, m / 60); mp_print_char(mp, ':'); mp_print_dd(mp, m % 60);
16243 }
16244
16245 @ The |try_extension| function tries to open an input file determined by
16246 |cur_name|, |cur_area|, and the argument |ext|.  It returns |false| if it
16247 can't find the file in |cur_area| or the appropriate system area.
16248
16249 @c boolean mp_try_extension (MP mp,char *ext) { 
16250   mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area, ext);
16251   in_name=xstrdup(mp->cur_name); 
16252   in_area=xstrdup(mp->cur_area);
16253   if ( mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program) ) {
16254     return true;
16255   } else { 
16256     if (strcmp(ext,".mf")==0 ) in_area=xstrdup(MF_area);
16257     else in_area=xstrdup(MP_area);
16258     mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,in_area,ext);
16259     return mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program);
16260   }
16261   return false;
16262 }
16263
16264 @ Let's turn now to the procedure that is used to initiate file reading
16265 when an `\.{input}' command is being processed.
16266
16267 @c void mp_start_input (MP mp) { /* \MP\ will \.{input} something */
16268   char *fname = NULL;
16269   @<Put the desired file name in |(cur_name,cur_ext,cur_area)|@>;
16270   while (1) { 
16271     mp_begin_file_reading(mp); /* set up |cur_file| and new level of input */
16272     if ( strlen(mp->cur_ext)==0 ) {
16273       if ( mp_try_extension(mp, ".mp") ) break;
16274       else if ( mp_try_extension(mp, "") ) break;
16275       else if ( mp_try_extension(mp, ".mf") ) break;
16276       /* |else do_nothing; | */
16277     } else if ( mp_try_extension(mp, mp->cur_ext) ) {
16278       break;
16279     }
16280     mp_end_file_reading(mp); /* remove the level that didn't work */
16281     mp_prompt_file_name(mp, "input file name","");
16282   }
16283   name=mp_a_make_name_string(mp, cur_file);
16284   fname = xstrdup(mp->name_of_file);
16285   if ( mp->job_name==NULL ) {
16286     mp->job_name=xstrdup(mp->cur_name); 
16287     mp_open_log_file(mp);
16288   } /* |open_log_file| doesn't |show_context|, so |limit|
16289         and |loc| needn't be set to meaningful values yet */
16290   if ( ((int)mp->term_offset+(int)strlen(fname)) > (mp->max_print_line-2)) mp_print_ln(mp);
16291   else if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_char(mp, ' ');
16292   mp_print_char(mp, '('); incr(mp->open_parens); mp_print(mp, fname); 
16293   xfree(fname);
16294   update_terminal;
16295   @<Flush |name| and replace it with |cur_name| if it won't be needed@>;
16296   @<Read the first line of the new file@>;
16297 }
16298
16299 @ This code should be omitted if |a_make_name_string| returns something other
16300 than just a copy of its argument and the full file name is needed for opening
16301 \.{MPX} files or implementing the switch-to-editor option.
16302 @^system dependencies@>
16303
16304 @<Flush |name| and replace it with |cur_name| if it won't be needed@>=
16305 mp_flush_string(mp, name); name=rts(mp->cur_name); xfree(mp->cur_name)
16306
16307 @ Here we have to remember to tell the |input_ln| routine not to
16308 start with a |get|. If the file is empty, it is considered to
16309 contain a single blank line.
16310 @^system dependencies@>
16311
16312 @<Read the first line...@>=
16313
16314   line=1;
16315   (void)mp_input_ln(mp, cur_file,false); 
16316   mp_firm_up_the_line(mp);
16317   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start;
16318 }
16319
16320 @ @<Put the desired file name in |(cur_name,cur_ext,cur_area)|@>=
16321 while ( token_state &&(loc==null) ) mp_end_token_list(mp);
16322 if ( token_state ) { 
16323   print_err("File names can't appear within macros");
16324 @.File names can't...@>
16325   help3("Sorry...I've converted what follows to tokens,")
16326     ("possibly garbaging the name you gave.")
16327     ("Please delete the tokens and insert the name again.");
16328   mp_error(mp);
16329 }
16330 if ( file_state ) {
16331   mp_scan_file_name(mp);
16332 } else { 
16333    xfree(mp->cur_name); mp->cur_name=xstrdup(""); 
16334    xfree(mp->cur_ext);  mp->cur_ext =xstrdup(""); 
16335    xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(""); 
16336 }
16337
16338 @ Sometimes we need to deal with two file names at once.  This procedure
16339 copies the given string into a special array for an old file name.
16340
16341 @c void mp_copy_old_name (MP mp,str_number s) {
16342   integer k; /* number of positions filled in |old_file_name| */
16343   pool_pointer j; /* index into |str_pool| */
16344   k=0;
16345   for (j=mp->str_start[s];j<=str_stop(s)-1;j++) { 
16346     incr(k);
16347     if ( k<=file_name_size ) 
16348       mp->old_file_name[k]=xchr(mp->str_pool[j]);
16349   }
16350   mp->old_file_name[++k] = 0;
16351 }
16352
16353 @ @<Glob...@>=
16354 char old_file_name[file_name_size+1];  /* analogous to |name_of_file| */
16355
16356 @ The following simple routine starts reading the \.{MPX} file associated
16357 with the current input file.
16358
16359 @c void mp_start_mpx_input (MP mp) {
16360   mp_pack_file_name(mp, in_name, in_area, ".mpx");
16361   @<Try to make sure |name_of_file| refers to a valid \.{MPX} file and
16362     |goto not_found| if there is a problem@>;
16363   mp_begin_file_reading(mp);
16364   if ( ! mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program) ) {
16365     mp_end_file_reading(mp);
16366     goto NOT_FOUND;
16367   }
16368   name=mp_a_make_name_string(mp, cur_file);
16369   mp->mpx_name[index]=name; add_str_ref(name);
16370   @<Read the first line of the new file@>;
16371   return;
16372 NOT_FOUND: 
16373     @<Explain that the \.{MPX} file can't be read and |succumb|@>;
16374 }
16375
16376 @ This should ideally be changed to do whatever is necessary to create the
16377 \.{MPX} file given by |name_of_file| if it does not exist or if it is out
16378 of date.  This requires invoking \.{MPtoTeX} on the |old_file_name| and passing
16379 the results through \TeX\ and \.{DVItoMP}.  (It is possible to use a
16380 completely different typesetting program if suitable postprocessor is
16381 available to perform the function of \.{DVItoMP}.)
16382 @^system dependencies@>
16383
16384 @ @<Exported types@>=
16385 typedef int (*mp_run_make_mpx_command)(MP mp, char *origname, char *mtxname);
16386
16387 @ @<Glob...@>=
16388 mp_run_make_mpx_command run_make_mpx;
16389
16390 @ @<Option variables@>=
16391 mp_run_make_mpx_command run_make_mpx;
16392
16393 @ @<Allocate or initialize ...@>=
16394 set_callback_option(run_make_mpx);
16395
16396 @ @<Internal library declarations@>=
16397 int mp_run_make_mpx (MP mp, char *origname, char *mtxname);
16398
16399 @ The default does nothing.
16400 @c 
16401 int mp_run_make_mpx (MP mp, char *origname, char *mtxname) {
16402   if (mp && origname && mtxname) /* for -W */
16403     return false;
16404   return false;
16405 }
16406
16407
16408
16409 @ @<Try to make sure |name_of_file| refers to a valid \.{MPX} file and
16410   |goto not_found| if there is a problem@>=
16411 mp_copy_old_name(mp, name);
16412 if (!(mp->run_make_mpx)(mp, mp->old_file_name, mp->name_of_file))
16413    goto NOT_FOUND
16414
16415 @ @<Explain that the \.{MPX} file can't be read and |succumb|@>=
16416 if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
16417 mp_print_nl(mp, ">> ");
16418 mp_print(mp, mp->old_file_name);
16419 mp_print_nl(mp, ">> ");
16420 mp_print(mp, mp->name_of_file);
16421 mp_print_nl(mp, "! Unable to make mpx file");
16422 help4("The two files given above are one of your source files")
16423   ("and an auxiliary file I need to read to find out what your")
16424   ("btex..etex blocks mean. If you don't know why I had trouble,")
16425   ("try running it manually through MPtoTeX, TeX, and DVItoMP");
16426 succumb;
16427
16428 @ The last file-opening commands are for files accessed via the \&{readfrom}
16429 @:read_from_}{\&{readfrom} primitive@>
16430 operator and the \&{write} command.  Such files are stored in separate arrays.
16431 @:write_}{\&{write} primitive@>
16432
16433 @<Types in the outer block@>=
16434 typedef unsigned int readf_index; /* |0..max_read_files| */
16435 typedef unsigned int write_index;  /* |0..max_write_files| */
16436
16437 @ @<Glob...@>=
16438 readf_index max_read_files; /* maximum number of simultaneously open \&{readfrom} files */
16439 FILE ** rd_file; /* \&{readfrom} files */
16440 char ** rd_fname; /* corresponding file name or 0 if file not open */
16441 readf_index read_files; /* number of valid entries in the above arrays */
16442 write_index max_write_files; /* maximum number of simultaneously open \&{write} */
16443 FILE ** wr_file; /* \&{write} files */
16444 char ** wr_fname; /* corresponding file name or 0 if file not open */
16445 write_index write_files; /* number of valid entries in the above arrays */
16446
16447 @ @<Allocate or initialize ...@>=
16448 mp->max_read_files=8;
16449 mp->rd_file = xmalloc((mp->max_read_files+1),sizeof(FILE *));
16450 mp->rd_fname = xmalloc((mp->max_read_files+1),sizeof(char *));
16451 memset(mp->rd_fname, 0, sizeof(char *)*(mp->max_read_files+1));
16452 mp->read_files=0;
16453 mp->max_write_files=8;
16454 mp->wr_file = xmalloc((mp->max_write_files+1),sizeof(FILE *));
16455 mp->wr_fname = xmalloc((mp->max_write_files+1),sizeof(char *));
16456 memset(mp->wr_fname, 0, sizeof(char *)*(mp->max_write_files+1));
16457 mp->write_files=0;
16458
16459
16460 @ This routine starts reading the file named by string~|s| without setting
16461 |loc|, |limit|, or |name|.  It returns |false| if the file is empty or cannot
16462 be opened.  Otherwise it updates |rd_file[n]| and |rd_fname[n]|.
16463
16464 @c boolean mp_start_read_input (MP mp,char *s, readf_index  n) {
16465   mp_ptr_scan_file(mp, s);
16466   pack_cur_name;
16467   mp_begin_file_reading(mp);
16468   if ( ! mp_a_open_in(mp, &mp->rd_file[n], mp_filetype_text) ) 
16469         goto NOT_FOUND;
16470   if ( ! mp_input_ln(mp, mp->rd_file[n], false) ) {
16471     fclose(mp->rd_file[n]); 
16472         goto NOT_FOUND; 
16473   }
16474   mp->rd_fname[n]=xstrdup(mp->name_of_file);
16475   return true;
16476 NOT_FOUND: 
16477   mp_end_file_reading(mp);
16478   return false;
16479 }
16480
16481 @ Open |wr_file[n]| using file name~|s| and update |wr_fname[n]|.
16482
16483 @<Declarations@>=
16484 void mp_open_write_file (MP mp, char *s, readf_index  n) ;
16485
16486 @ @c void mp_open_write_file (MP mp,char *s, readf_index  n) {
16487   mp_ptr_scan_file(mp, s);
16488   pack_cur_name;
16489   while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->wr_file[n], mp_filetype_text) )
16490     mp_prompt_file_name(mp, "file name for write output","");
16491   mp->wr_fname[n]=xstrdup(mp->name_of_file);
16492 }
16493
16494
16495 @* \[36] Introduction to the parsing routines.
16496 We come now to the central nervous system that sparks many of \MP's activities.
16497 By evaluating expressions, from their primary constituents to ever larger
16498 subexpressions, \MP\ builds the structures that ultimately define complete
16499 pictures or fonts of type.
16500
16501 Four mutually recursive subroutines are involved in this process: We call them
16502 $$\hbox{|scan_primary|, |scan_secondary|, |scan_tertiary|,
16503 and |scan_expression|.}$$
16504 @^recursion@>
16505 Each of them is parameterless and begins with the first token to be scanned
16506 already represented in |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|. After execution,
16507 the value of the primary or secondary or tertiary or expression that was
16508 found will appear in the global variables |cur_type| and |cur_exp|. The
16509 token following the expression will be represented in |cur_cmd|, |cur_mod|,
16510 and |cur_sym|.
16511
16512 Technically speaking, the parsing algorithms are ``LL(1),'' more or less;
16513 backup mechanisms have been added in order to provide reasonable error
16514 recovery.
16515
16516 @<Glob...@>=
16517 small_number cur_type; /* the type of the expression just found */
16518 integer cur_exp; /* the value of the expression just found */
16519
16520 @ @<Set init...@>=
16521 mp->cur_exp=0;
16522
16523 @ Many different kinds of expressions are possible, so it is wise to have
16524 precise descriptions of what |cur_type| and |cur_exp| mean in all cases:
16525
16526 \smallskip\hang
16527 |cur_type=mp_vacuous| means that this expression didn't turn out to have a
16528 value at all, because it arose from a \&{begingroup}$\,\ldots\,$\&{endgroup}
16529 construction in which there was no expression before the \&{endgroup}.
16530 In this case |cur_exp| has some irrelevant value.
16531
16532 \smallskip\hang
16533 |cur_type=mp_boolean_type| means that |cur_exp| is either |true_code|
16534 or |false_code|.
16535
16536 \smallskip\hang
16537 |cur_type=mp_unknown_boolean| means that |cur_exp| points to a capsule
16538 node that is in the ring of variables equivalent
16539 to at least one undefined boolean variable.
16540
16541 \smallskip\hang
16542 |cur_type=mp_string_type| means that |cur_exp| is a string number (i.e., an
16543 integer in the range |0<=cur_exp<str_ptr|). That string's reference count
16544 includes this particular reference.
16545
16546 \smallskip\hang
16547 |cur_type=mp_unknown_string| means that |cur_exp| points to a capsule
16548 node that is in the ring of variables equivalent
16549 to at least one undefined string variable.
16550
16551 \smallskip\hang
16552 |cur_type=mp_pen_type| means that |cur_exp| points to a node in a pen.  Nobody
16553 else points to any of the nodes in this pen.  The pen may be polygonal or
16554 elliptical.
16555
16556 \smallskip\hang
16557 |cur_type=mp_unknown_pen| means that |cur_exp| points to a capsule
16558 node that is in the ring of variables equivalent
16559 to at least one undefined pen variable.
16560
16561 \smallskip\hang
16562 |cur_type=mp_path_type| means that |cur_exp| points to a the first node of
16563 a path; nobody else points to this particular path. The control points of
16564 the path will have been chosen.
16565
16566 \smallskip\hang
16567 |cur_type=mp_unknown_path| means that |cur_exp| points to a capsule
16568 node that is in the ring of variables equivalent
16569 to at least one undefined path variable.
16570
16571 \smallskip\hang
16572 |cur_type=mp_picture_type| means that |cur_exp| points to an edge header node.
16573 There may be other pointers to this particular set of edges.  The header node
16574 contains a reference count that includes this particular reference.
16575
16576 \smallskip\hang
16577 |cur_type=mp_unknown_picture| means that |cur_exp| points to a capsule
16578 node that is in the ring of variables equivalent
16579 to at least one undefined picture variable.
16580
16581 \smallskip\hang
16582 |cur_type=mp_transform_type| means that |cur_exp| points to a |mp_transform_type|
16583 capsule node. The |value| part of this capsule
16584 points to a transform node that contains six numeric values,
16585 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16586
16587 \smallskip\hang
16588 |cur_type=mp_color_type| means that |cur_exp| points to a |color_type|
16589 capsule node. The |value| part of this capsule
16590 points to a color node that contains three numeric values,
16591 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16592
16593 \smallskip\hang
16594 |cur_type=mp_cmykcolor_type| means that |cur_exp| points to a |mp_cmykcolor_type|
16595 capsule node. The |value| part of this capsule
16596 points to a color node that contains four numeric values,
16597 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16598
16599 \smallskip\hang
16600 |cur_type=mp_pair_type| means that |cur_exp| points to a capsule
16601 node whose type is |mp_pair_type|. The |value| part of this capsule
16602 points to a pair node that contains two numeric values,
16603 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16604
16605 \smallskip\hang
16606 |cur_type=mp_known| means that |cur_exp| is a |scaled| value.
16607
16608 \smallskip\hang
16609 |cur_type=mp_dependent| means that |cur_exp| points to a capsule node whose type
16610 is |dependent|. The |dep_list| field in this capsule points to the associated
16611 dependency list.
16612
16613 \smallskip\hang
16614 |cur_type=mp_proto_dependent| means that |cur_exp| points to a |mp_proto_dependent|
16615 capsule node. The |dep_list| field in this capsule
16616 points to the associated dependency list.
16617
16618 \smallskip\hang
16619 |cur_type=independent| means that |cur_exp| points to a capsule node
16620 whose type is |independent|. This somewhat unusual case can arise, for
16621 example, in the expression
16622 `$x+\&{begingroup}\penalty0\,\&{string}\,x; 0\,\&{endgroup}$'.
16623
16624 \smallskip\hang
16625 |cur_type=mp_token_list| means that |cur_exp| points to a linked list of
16626 tokens. This case arises only on the left-hand side of an assignment
16627 (`\.{:=}') operation, under very special circumstances.
16628
16629 \smallskip\noindent
16630 The possible settings of |cur_type| have been listed here in increasing
16631 numerical order. Notice that |cur_type| will never be |mp_numeric_type| or
16632 |suffixed_macro| or |mp_unsuffixed_macro|, although variables of those types
16633 are allowed.  Conversely, \MP\ has no variables of type |mp_vacuous| or
16634 |token_list|.
16635
16636 @ Capsules are two-word nodes that have a similar meaning
16637 to |cur_type| and |cur_exp|. Such nodes have |name_type=capsule|
16638 and |link<=mp_void|; and their |type| field is one of the possibilities for
16639 |cur_type| listed above.
16640
16641 The |value| field of a capsule is, in most cases, the value that
16642 corresponds to its |type|, as |cur_exp| corresponds to |cur_type|.
16643 However, when |cur_exp| would point to a capsule,
16644 no extra layer of indirection is present; the |value|
16645 field is what would have been called |value(cur_exp)| if it had not been
16646 encapsulated.  Furthermore, if the type is |dependent| or
16647 |mp_proto_dependent|, the |value| field of a capsule is replaced by
16648 |dep_list| and |prev_dep| fields, since dependency lists in capsules are
16649 always part of the general |dep_list| structure.
16650
16651 The |get_x_next| routine is careful not to change the values of |cur_type|
16652 and |cur_exp| when it gets an expanded token. However, |get_x_next| might
16653 call a macro, which might parse an expression, which might execute lots of
16654 commands in a group; hence it's possible that |cur_type| might change
16655 from, say, |mp_unknown_boolean| to |mp_boolean_type|, or from |dependent| to
16656 |known| or |independent|, during the time |get_x_next| is called. The
16657 programs below are careful to stash sensitive intermediate results in
16658 capsules, so that \MP's generality doesn't cause trouble.
16659
16660 Here's a procedure that illustrates these conventions. It takes
16661 the contents of $(|cur_type|\kern-.3pt,|cur_exp|\kern-.3pt)$
16662 and stashes them away in a
16663 capsule. It is not used when |cur_type=mp_token_list|.
16664 After the operation, |cur_type=mp_vacuous|; hence there is no need to
16665 copy path lists or to update reference counts, etc.
16666
16667 The special link |mp_void| is put on the capsule returned by
16668 |stash_cur_exp|, because this procedure is used to store macro parameters
16669 that must be easily distinguishable from token lists.
16670
16671 @<Declare the stashing/unstashing routines@>=
16672 pointer mp_stash_cur_exp (MP mp) {
16673   pointer p; /* the capsule that will be returned */
16674   switch (mp->cur_type) {
16675   case unknown_types:
16676   case mp_transform_type:
16677   case mp_color_type:
16678   case mp_pair_type:
16679   case mp_dependent:
16680   case mp_proto_dependent:
16681   case mp_independent: 
16682   case mp_cmykcolor_type:
16683     p=mp->cur_exp;
16684     break;
16685   default: 
16686     p=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(p)=mp_capsule;
16687     type(p)=mp->cur_type; value(p)=mp->cur_exp;
16688     break;
16689   }
16690   mp->cur_type=mp_vacuous; link(p)=mp_void; 
16691   return p;
16692 }
16693
16694 @ The inverse of |stash_cur_exp| is the following procedure, which
16695 deletes an unnecessary capsule and puts its contents into |cur_type|
16696 and |cur_exp|.
16697
16698 The program steps of \MP\ can be divided into two categories: those in
16699 which |cur_type| and |cur_exp| are ``alive'' and those in which they are
16700 ``dead,'' in the sense that |cur_type| and |cur_exp| contain relevant
16701 information or not. It's important not to ignore them when they're alive,
16702 and it's important not to pay attention to them when they're dead.
16703
16704 There's also an intermediate category: If |cur_type=mp_vacuous|, then
16705 |cur_exp| is irrelevant, hence we can proceed without caring if |cur_type|
16706 and |cur_exp| are alive or dead. In such cases we say that |cur_type|
16707 and |cur_exp| are {\sl dormant}. It is permissible to call |get_x_next|
16708 only when they are alive or dormant.
16709
16710 The \\{stash} procedure above assumes that |cur_type| and |cur_exp|
16711 are alive or dormant. The \\{unstash} procedure assumes that they are
16712 dead or dormant; it resuscitates them.
16713
16714 @<Declare the stashing/unstashing...@>=
16715 void mp_unstash_cur_exp (MP mp,pointer p) ;
16716
16717 @ @c
16718 void mp_unstash_cur_exp (MP mp,pointer p) { 
16719   mp->cur_type=type(p);
16720   switch (mp->cur_type) {
16721   case unknown_types:
16722   case mp_transform_type:
16723   case mp_color_type:
16724   case mp_pair_type:
16725   case mp_dependent: 
16726   case mp_proto_dependent:
16727   case mp_independent:
16728   case mp_cmykcolor_type: 
16729     mp->cur_exp=p;
16730     break;
16731   default:
16732     mp->cur_exp=value(p);
16733     mp_free_node(mp, p,value_node_size);
16734     break;
16735   }
16736 }
16737
16738 @ The following procedure prints the values of expressions in an
16739 abbreviated format. If its first parameter |p| is null, the value of
16740 |(cur_type,cur_exp)| is displayed; otherwise |p| should be a capsule
16741 containing the desired value. The second parameter controls the amount of
16742 output. If it is~0, dependency lists will be abbreviated to
16743 `\.{linearform}' unless they consist of a single term.  If it is greater
16744 than~1, complicated structures (pens, pictures, and paths) will be displayed
16745 in full.
16746
16747 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
16748 @<Declare the procedure called |print_dp|@>;
16749 @<Declare the stashing/unstashing routines@>;
16750 void mp_print_exp (MP mp,pointer p, small_number verbosity) {
16751   boolean restore_cur_exp; /* should |cur_exp| be restored? */
16752   small_number t; /* the type of the expression */
16753   pointer q; /* a big node being displayed */
16754   integer v=0; /* the value of the expression */
16755   if ( p!=null ) {
16756     restore_cur_exp=false;
16757   } else { 
16758     p=mp_stash_cur_exp(mp); restore_cur_exp=true;
16759   }
16760   t=type(p);
16761   if ( t<mp_dependent ) v=value(p); else if ( t<mp_independent ) v=dep_list(p);
16762   @<Print an abbreviated value of |v| with format depending on |t|@>;
16763   if ( restore_cur_exp ) mp_unstash_cur_exp(mp, p);
16764 }
16765
16766 @ @<Print an abbreviated value of |v| with format depending on |t|@>=
16767 switch (t) {
16768 case mp_vacuous:mp_print(mp, "mp_vacuous"); break;
16769 case mp_boolean_type:
16770   if ( v==true_code ) mp_print(mp, "true"); else mp_print(mp, "false");
16771   break;
16772 case unknown_types: case mp_numeric_type:
16773   @<Display a variable that's been declared but not defined@>;
16774   break;
16775 case mp_string_type:
16776   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp, v); mp_print_char(mp, '"');
16777   break;
16778 case mp_pen_type: case mp_path_type: case mp_picture_type:
16779   @<Display a complex type@>;
16780   break;
16781 case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_pair_type: case mp_cmykcolor_type:
16782   if ( v==null ) mp_print_type(mp, t);
16783   else @<Display a big node@>;
16784   break;
16785 case mp_known:mp_print_scaled(mp, v); break;
16786 case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
16787   mp_print_dp(mp, t,v,verbosity);
16788   break;
16789 case mp_independent:mp_print_variable_name(mp, p); break;
16790 default: mp_confusion(mp, "exp"); break;
16791 @:this can't happen exp}{\quad exp@>
16792 }
16793
16794 @ @<Display a big node@>=
16795
16796   mp_print_char(mp, '('); q=v+mp->big_node_size[t];
16797   do {  
16798     if ( type(v)==mp_known ) mp_print_scaled(mp, value(v));
16799     else if ( type(v)==mp_independent ) mp_print_variable_name(mp, v);
16800     else mp_print_dp(mp, type(v),dep_list(v),verbosity);
16801     v=v+2;
16802     if ( v!=q ) mp_print_char(mp, ',');
16803   } while (v!=q);
16804   mp_print_char(mp, ')');
16805 }
16806
16807 @ Values of type \&{picture}, \&{path}, and \&{pen} are displayed verbosely
16808 in the log file only, unless the user has given a positive value to
16809 \\{tracingonline}.
16810
16811 @<Display a complex type@>=
16812 if ( verbosity<=1 ) {
16813   mp_print_type(mp, t);
16814 } else { 
16815   if ( mp->selector==term_and_log )
16816    if ( mp->internal[mp_tracing_online]<=0 ) {
16817     mp->selector=term_only;
16818     mp_print_type(mp, t); mp_print(mp, " (see the transcript file)");
16819     mp->selector=term_and_log;
16820   };
16821   switch (t) {
16822   case mp_pen_type:mp_print_pen(mp, v,"",false); break;
16823   case mp_path_type:mp_print_path(mp, v,"",false); break;
16824   case mp_picture_type:mp_print_edges(mp, v,"",false); break;
16825   } /* there are no other cases */
16826 }
16827
16828 @ @<Declare the procedure called |print_dp|@>=
16829 void mp_print_dp (MP mp,small_number t, pointer p, 
16830                   small_number verbosity)  {
16831   pointer q; /* the node following |p| */
16832   q=link(p);
16833   if ( (info(q)==null) || (verbosity>0) ) mp_print_dependency(mp, p,t);
16834   else mp_print(mp, "linearform");
16835 }
16836
16837 @ The displayed name of a variable in a ring will not be a capsule unless
16838 the ring consists entirely of capsules.
16839
16840 @<Display a variable that's been declared but not defined@>=
16841 { mp_print_type(mp, t);
16842 if ( v!=null )
16843   { mp_print_char(mp, ' ');
16844   while ( (name_type(v)==mp_capsule) && (v!=p) ) v=value(v);
16845   mp_print_variable_name(mp, v);
16846   };
16847 }
16848
16849 @ When errors are detected during parsing, it is often helpful to
16850 display an expression just above the error message, using |exp_err|
16851 or |disp_err| instead of |print_err|.
16852
16853 @d exp_err(A) mp_disp_err(mp, null,(A)) /* displays the current expression */
16854
16855 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
16856 void mp_disp_err (MP mp,pointer p, char *s) { 
16857   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
16858   mp_print_nl(mp, ">> ");
16859 @.>>@>
16860   mp_print_exp(mp, p,1); /* ``medium verbose'' printing of the expression */
16861   if (strlen(s)) { 
16862     mp_print_nl(mp, "! "); mp_print(mp, s);
16863 @.!\relax@>
16864   }
16865 }
16866
16867 @ If |cur_type| and |cur_exp| contain relevant information that should
16868 be recycled, we will use the following procedure, which changes |cur_type|
16869 to |known| and stores a given value in |cur_exp|. We can think of |cur_type|
16870 and |cur_exp| as either alive or dormant after this has been done,
16871 because |cur_exp| will not contain a pointer value.
16872
16873 @ @c void mp_flush_cur_exp (MP mp,scaled v) { 
16874   switch (mp->cur_type) {
16875   case unknown_types: case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_pair_type:
16876   case mp_dependent: case mp_proto_dependent: case mp_independent: case mp_cmykcolor_type:
16877     mp_recycle_value(mp, mp->cur_exp); 
16878     mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
16879     break;
16880   case mp_string_type:
16881     delete_str_ref(mp->cur_exp); break;
16882   case mp_pen_type: case mp_path_type: 
16883     mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp); break;
16884   case mp_picture_type:
16885     delete_edge_ref(mp->cur_exp); break;
16886   default: 
16887     break;
16888   }
16889   mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=v;
16890 }
16891
16892 @ There's a much more general procedure that is capable of releasing
16893 the storage associated with any two-word value packet.
16894
16895 @<Declare the recycling subroutines@>=
16896 void mp_recycle_value (MP mp,pointer p) ;
16897
16898 @ @c void mp_recycle_value (MP mp,pointer p) {
16899   small_number t; /* a type code */
16900   integer vv; /* another value */
16901   pointer q,r,s,pp; /* link manipulation registers */
16902   integer v=0; /* a value */
16903   t=type(p);
16904   if ( t<mp_dependent ) v=value(p);
16905   switch (t) {
16906   case undefined: case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
16907   case mp_numeric_type:
16908     break;
16909   case unknown_types:
16910     mp_ring_delete(mp, p); break;
16911   case mp_string_type:
16912     delete_str_ref(v); break;
16913   case mp_path_type: case mp_pen_type:
16914     mp_toss_knot_list(mp, v); break;
16915   case mp_picture_type:
16916     delete_edge_ref(v); break;
16917   case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type: case mp_color_type:
16918   case mp_transform_type:
16919     @<Recycle a big node@>; break; 
16920   case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
16921     @<Recycle a dependency list@>; break;
16922   case mp_independent:
16923     @<Recycle an independent variable@>; break;
16924   case mp_token_list: case mp_structured:
16925     mp_confusion(mp, "recycle"); break;
16926 @:this can't happen recycle}{\quad recycle@>
16927   case mp_unsuffixed_macro: case mp_suffixed_macro:
16928     mp_delete_mac_ref(mp, value(p)); break;
16929   } /* there are no other cases */
16930   type(p)=undefined;
16931 }
16932
16933 @ @<Recycle a big node@>=
16934 if ( v!=null ){ 
16935   q=v+mp->big_node_size[t];
16936   do {  
16937     q=q-2; mp_recycle_value(mp, q);
16938   } while (q!=v);
16939   mp_free_node(mp, v,mp->big_node_size[t]);
16940 }
16941
16942 @ @<Recycle a dependency list@>=
16943
16944   q=dep_list(p);
16945   while ( info(q)!=null ) q=link(q);
16946   link(prev_dep(p))=link(q);
16947   prev_dep(link(q))=prev_dep(p);
16948   link(q)=null; mp_flush_node_list(mp, dep_list(p));
16949 }
16950
16951 @ When an independent variable disappears, it simply fades away, unless
16952 something depends on it. In the latter case, a dependent variable whose
16953 coefficient of dependence is maximal will take its place.
16954 The relevant algorithm is due to Ignacio~A. Zabala, who implemented it
16955 as part of his Ph.D. thesis (Stanford University, December 1982).
16956 @^Zabala Salelles, Ignacio Andres@>
16957
16958 For example, suppose that variable $x$ is being recycled, and that the
16959 only variables depending on~$x$ are $y=2x+a$ and $z=x+b$. In this case
16960 we want to make $y$ independent and $z=.5y-.5a+b$; no other variables
16961 will depend on~$y$. If $\\{tracingequations}>0$ in this situation,
16962 we will print `\.{\#\#\# -2x=-y+a}'.
16963
16964 There's a slight complication, however: An independent variable $x$
16965 can occur both in dependency lists and in proto-dependency lists.
16966 This makes it necessary to be careful when deciding which coefficient
16967 is maximal.
16968
16969 Furthermore, this complication is not so slight when
16970 a proto-dependent variable is chosen to become independent. For example,
16971 suppose that $y=2x+100a$ is proto-dependent while $z=x+b$ is dependent;
16972 then we must change $z=.5y-50a+b$ to a proto-dependency, because of the
16973 large coefficient `50'.
16974
16975 In order to deal with these complications without wasting too much time,
16976 we shall link together the occurrences of~$x$ among all the linear
16977 dependencies, maintaining separate lists for the dependent and
16978 proto-dependent cases.
16979
16980 @<Recycle an independent variable@>=
16981
16982   mp->max_c[mp_dependent]=0; mp->max_c[mp_proto_dependent]=0;
16983   mp->max_link[mp_dependent]=null; mp->max_link[mp_proto_dependent]=null;
16984   q=link(dep_head);
16985   while ( q!=dep_head ) { 
16986     s=value_loc(q); /* now |link(s)=dep_list(q)| */
16987     while (1) { 
16988       r=link(s);
16989       if ( info(r)==null ) break;;
16990       if ( info(r)!=p ) { 
16991        s=r;
16992       } else  { 
16993         t=type(q); link(s)=link(r); info(r)=q;
16994         if ( abs(value(r))>mp->max_c[t] ) {
16995           @<Record a new maximum coefficient of type |t|@>;
16996         } else { 
16997           link(r)=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=r;
16998         }
16999       }
17000     }   
17001     q=link(r);
17002   }
17003   if ( (mp->max_c[mp_dependent]>0)||(mp->max_c[mp_proto_dependent]>0) ) {
17004     @<Choose a dependent variable to take the place of the disappearing
17005     independent variable, and change all remaining dependencies
17006     accordingly@>;
17007   }
17008 }
17009
17010 @ The code for independency removal makes use of three two-word arrays.
17011
17012 @<Glob...@>=
17013 integer max_c[mp_proto_dependent+1];  /* max coefficient magnitude */
17014 pointer max_ptr[mp_proto_dependent+1]; /* where |p| occurs with |max_c| */
17015 pointer max_link[mp_proto_dependent+1]; /* other occurrences of |p| */
17016
17017 @ @<Record a new maximum coefficient...@>=
17018
17019   if ( mp->max_c[t]>0 ) {
17020     link(mp->max_ptr[t])=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=mp->max_ptr[t];
17021   }
17022   mp->max_c[t]=abs(value(r)); mp->max_ptr[t]=r;
17023 }
17024
17025 @ @<Choose a dependent...@>=
17026
17027   if ( (mp->max_c[mp_dependent] / 010000 >= mp->max_c[mp_proto_dependent]) )
17028     t=mp_dependent;
17029   else 
17030     t=mp_proto_dependent;
17031   @<Determine the dependency list |s| to substitute for the independent
17032     variable~|p|@>;
17033   t=mp_dependent+mp_proto_dependent-t; /* complement |t| */
17034   if ( mp->max_c[t]>0 ) { /* we need to pick up an unchosen dependency */ 
17035     link(mp->max_ptr[t])=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=mp->max_ptr[t];
17036   }
17037   if ( t!=mp_dependent ) { @<Substitute new dependencies in place of |p|@>; }
17038   else { @<Substitute new proto-dependencies in place of |p|@>;}
17039   mp_flush_node_list(mp, s);
17040   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
17041   check_arith;
17042 }
17043
17044 @ Let |s=max_ptr[t]|. At this point we have $|value|(s)=\pm|max_c|[t]$,
17045 and |info(s)| points to the dependent variable~|pp| of type~|t| from
17046 whose dependency list we have removed node~|s|. We must reinsert
17047 node~|s| into the dependency list, with coefficient $-1.0$, and with
17048 |pp| as the new independent variable. Since |pp| will have a larger serial
17049 number than any other variable, we can put node |s| at the head of the
17050 list.
17051
17052 @<Determine the dep...@>=
17053 s=mp->max_ptr[t]; pp=info(s); v=value(s);
17054 if ( t==mp_dependent ) value(s)=-fraction_one; else value(s)=-unity;
17055 r=dep_list(pp); link(s)=r;
17056 while ( info(r)!=null ) r=link(r);
17057 q=link(r); link(r)=null;
17058 prev_dep(q)=prev_dep(pp); link(prev_dep(pp))=q;
17059 new_indep(pp);
17060 if ( mp->cur_exp==pp ) if ( mp->cur_type==t ) mp->cur_type=mp_independent;
17061 if ( mp->internal[mp_tracing_equations]>0 ) { 
17062   @<Show the transformed dependency@>; 
17063 }
17064
17065 @ Now $(-v)$ times the formerly independent variable~|p| is being replaced
17066 by the dependency list~|s|.
17067
17068 @<Show the transformed...@>=
17069 if ( mp_interesting(mp, p) ) {
17070   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "### ");
17071 @:]]]\#\#\#_}{\.{\#\#\#}@>
17072   if ( v>0 ) mp_print_char(mp, '-');
17073   if ( t==mp_dependent ) vv=mp_round_fraction(mp, mp->max_c[mp_dependent]);
17074   else vv=mp->max_c[mp_proto_dependent];
17075   if ( vv!=unity ) mp_print_scaled(mp, vv);
17076   mp_print_variable_name(mp, p);
17077   while ( value(p) % s_scale>0 ) {
17078     mp_print(mp, "*4"); value(p)=value(p)-2;
17079   }
17080   if ( t==mp_dependent ) mp_print_char(mp, '='); else mp_print(mp, " = ");
17081   mp_print_dependency(mp, s,t);
17082   mp_end_diagnostic(mp, false);
17083 }
17084
17085 @ Finally, there are dependent and proto-dependent variables whose
17086 dependency lists must be brought up to date.
17087
17088 @<Substitute new dependencies...@>=
17089 for (t=mp_dependent;t<=mp_proto_dependent;t++){ 
17090   r=mp->max_link[t];
17091   while ( r!=null ) {
17092     q=info(r);
17093     dep_list(q)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(q),
17094      mp_make_fraction(mp, value(r),-v),s,t,mp_dependent);
17095     if ( dep_list(q)==mp->dep_final ) mp_make_known(mp, q,mp->dep_final);
17096     q=r; r=link(r); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
17097   }
17098 }
17099
17100 @ @<Substitute new proto...@>=
17101 for (t=mp_dependent;t<=mp_proto_dependent;t++) {
17102   r=mp->max_link[t];
17103   while ( r!=null ) {
17104     q=info(r);
17105     if ( t==mp_dependent ) { /* for safety's sake, we change |q| to |mp_proto_dependent| */
17106       if ( mp->cur_exp==q ) if ( mp->cur_type==mp_dependent )
17107         mp->cur_type=mp_proto_dependent;
17108       dep_list(q)=mp_p_over_v(mp, dep_list(q),unity,mp_dependent,mp_proto_dependent);
17109       type(q)=mp_proto_dependent; value(r)=mp_round_fraction(mp, value(r));
17110     }
17111     dep_list(q)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(q),
17112       mp_make_scaled(mp, value(r),-v),s,mp_proto_dependent,mp_proto_dependent);
17113     if ( dep_list(q)==mp->dep_final ) mp_make_known(mp, q,mp->dep_final);
17114     q=r; r=link(r); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
17115   }
17116 }
17117
17118 @ Here are some routines that provide handy combinations of actions
17119 that are often needed during error recovery. For example,
17120 `|flush_error|' flushes the current expression, replaces it by
17121 a given value, and calls |error|.
17122
17123 Errors often are detected after an extra token has already been scanned.
17124 The `\\{put\_get}' routines put that token back before calling |error|;
17125 then they get it back again. (Or perhaps they get another token, if
17126 the user has changed things.)
17127
17128 @<Declarations@>=
17129 void mp_flush_error (MP mp,scaled v);
17130 void mp_put_get_error (MP mp);
17131 void mp_put_get_flush_error (MP mp,scaled v) ;
17132
17133 @ @c
17134 void mp_flush_error (MP mp,scaled v) { 
17135   mp_error(mp); mp_flush_cur_exp(mp, v); 
17136 }
17137 void mp_put_get_error (MP mp) { 
17138   mp_back_error(mp); mp_get_x_next(mp); 
17139 }
17140 void mp_put_get_flush_error (MP mp,scaled v) { 
17141   mp_put_get_error(mp);
17142   mp_flush_cur_exp(mp, v); 
17143 }
17144
17145 @ A global variable |var_flag| is set to a special command code
17146 just before \MP\ calls |scan_expression|, if the expression should be
17147 treated as a variable when this command code immediately follows. For
17148 example, |var_flag| is set to |assignment| at the beginning of a
17149 statement, because we want to know the {\sl location\/} of a variable at
17150 the left of `\.{:=}', not the {\sl value\/} of that variable.
17151
17152 The |scan_expression| subroutine calls |scan_tertiary|,
17153 which calls |scan_secondary|, which calls |scan_primary|, which sets
17154 |var_flag:=0|. In this way each of the scanning routines ``knows''
17155 when it has been called with a special |var_flag|, but |var_flag| is
17156 usually zero.
17157
17158 A variable preceding a command that equals |var_flag| is converted to a
17159 token list rather than a value. Furthermore, an `\.{=}' sign following an
17160 expression with |var_flag=assignment| is not considered to be a relation
17161 that produces boolean expressions.
17162
17163
17164 @<Glob...@>=
17165 int var_flag; /* command that wants a variable */
17166
17167 @ @<Set init...@>=
17168 mp->var_flag=0;
17169
17170 @* \[37] Parsing primary expressions.
17171 The first parsing routine, |scan_primary|, is also the most complicated one,
17172 since it involves so many different cases. But each case---with one
17173 exception---is fairly simple by itself.
17174
17175 When |scan_primary| begins, the first token of the primary to be scanned
17176 should already appear in |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|. The values
17177 of |cur_type| and |cur_exp| should be either dead or dormant, as explained
17178 earlier. If |cur_cmd| is not between |min_primary_command| and
17179 |max_primary_command|, inclusive, a syntax error will be signaled.
17180
17181 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17182 void mp_scan_primary (MP mp) {
17183   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
17184   quarterword c; /* a primitive operation code */
17185   int my_var_flag; /* initial value of |my_var_flag| */
17186   pointer l_delim,r_delim; /* hash addresses of a delimiter pair */
17187   @<Other local variables for |scan_primary|@>;
17188   my_var_flag=mp->var_flag; mp->var_flag=0;
17189 RESTART:
17190   check_arith;
17191   @<Supply diagnostic information, if requested@>;
17192   switch (mp->cur_cmd) {
17193   case left_delimiter:
17194     @<Scan a delimited primary@>; break;
17195   case begin_group:
17196     @<Scan a grouped primary@>; break;
17197   case string_token:
17198     @<Scan a string constant@>; break;
17199   case numeric_token:
17200     @<Scan a primary that starts with a numeric token@>; break;
17201   case nullary:
17202     @<Scan a nullary operation@>; break;
17203   case unary: case type_name: case cycle: case plus_or_minus:
17204     @<Scan a unary operation@>; break;
17205   case primary_binary:
17206     @<Scan a binary operation with `\&{of}' between its operands@>; break;
17207   case str_op:
17208     @<Convert a suffix to a string@>; break;
17209   case internal_quantity:
17210     @<Scan an internal numeric quantity@>; break;
17211   case capsule_token:
17212     mp_make_exp_copy(mp, mp->cur_mod); break;
17213   case tag_token:
17214     @<Scan a variable primary; |goto restart| if it turns out to be a macro@>; break;
17215   default: 
17216     mp_bad_exp(mp, "A primary"); goto RESTART; break;
17217 @.A primary expression...@>
17218   }
17219   mp_get_x_next(mp); /* the routines |goto done| if they don't want this */
17220 DONE: 
17221   if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17222     if ( mp->cur_type>=mp_known ) {
17223       @<Scan a mediation construction@>;
17224     }
17225   }
17226 }
17227
17228
17229
17230 @ Errors at the beginning of expressions are flagged by |bad_exp|.
17231
17232 @c void mp_bad_exp (MP mp,char * s) {
17233   int save_flag;
17234   print_err(s); mp_print(mp, " expression can't begin with `");
17235   mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod); 
17236   mp_print_char(mp, '\'');
17237   help4("I'm afraid I need some sort of value in order to continue,")
17238     ("so I've tentatively inserted `0'. You may want to")
17239     ("delete this zero and insert something else;")
17240     ("see Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.");
17241 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
17242   mp_back_input(mp); mp->cur_sym=0; mp->cur_cmd=numeric_token; 
17243   mp->cur_mod=0; mp_ins_error(mp);
17244   save_flag=mp->var_flag; mp->var_flag=0; mp_get_x_next(mp);
17245   mp->var_flag=save_flag;
17246 }
17247
17248 @ @<Supply diagnostic information, if requested@>=
17249 #ifdef DEBUG
17250 if ( mp->panicking ) mp_check_mem(mp, false);
17251 #endif
17252 if ( mp->interrupt!=0 ) if ( mp->OK_to_interrupt ) {
17253   mp_back_input(mp); check_interrupt; mp_get_x_next(mp);
17254 }
17255
17256 @ @<Scan a delimited primary@>=
17257
17258   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; 
17259   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17260   if ( (mp->cur_cmd==comma) && (mp->cur_type>=mp_known) ) {
17261     @<Scan the rest of a delimited set of numerics@>;
17262   } else {
17263     mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
17264   }
17265 }
17266
17267 @ The |stash_in| subroutine puts the current (numeric) expression into a field
17268 within a ``big node.''
17269
17270 @c void mp_stash_in (MP mp,pointer p) {
17271   pointer q; /* temporary register */
17272   type(p)=mp->cur_type;
17273   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
17274     value(p)=mp->cur_exp;
17275   } else { 
17276     if ( mp->cur_type==mp_independent ) {
17277       @<Stash an independent |cur_exp| into a big node@>;
17278     } else { 
17279       mp->mem[value_loc(p)]=mp->mem[value_loc(mp->cur_exp)];
17280       /* |dep_list(p):=dep_list(cur_exp)| and |prev_dep(p):=prev_dep(cur_exp)| */
17281       link(prev_dep(p))=p;
17282     }
17283     mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
17284   }
17285   mp->cur_type=mp_vacuous;
17286 }
17287
17288 @ In rare cases the current expression can become |independent|. There
17289 may be many dependency lists pointing to such an independent capsule,
17290 so we can't simply move it into place within a big node. Instead,
17291 we copy it, then recycle it.
17292
17293 @ @<Stash an independent |cur_exp|...@>=
17294
17295   q=mp_single_dependency(mp, mp->cur_exp);
17296   if ( q==mp->dep_final ){ 
17297     type(p)=mp_known; value(p)=0; mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
17298   } else { 
17299     type(p)=mp_dependent; mp_new_dep(mp, p,q);
17300   }
17301   mp_recycle_value(mp, mp->cur_exp);
17302 }
17303
17304 @ This code uses the fact that |red_part_loc| and |green_part_loc|
17305 are synonymous with |x_part_loc| and |y_part_loc|.
17306
17307 @<Scan the rest of a delimited set of numerics@>=
17308
17309 p=mp_stash_cur_exp(mp);
17310 mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17311 @<Make sure the second part of a pair or color has a numeric type@>;
17312 q=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(q)=mp_capsule;
17313 if ( mp->cur_cmd==comma ) type(q)=mp_color_type;
17314 else type(q)=mp_pair_type;
17315 mp_init_big_node(mp, q); r=value(q);
17316 mp_stash_in(mp, y_part_loc(r));
17317 mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17318 mp_stash_in(mp, x_part_loc(r));
17319 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
17320   @<Scan the last of a triplet of numerics@>;
17321 }
17322 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
17323   type(q)=mp_cmykcolor_type;
17324   mp_init_big_node(mp, q); t=value(q);
17325   mp->mem[cyan_part_loc(t)]=mp->mem[red_part_loc(r)];
17326   value(cyan_part_loc(t))=value(red_part_loc(r));
17327   mp->mem[magenta_part_loc(t)]=mp->mem[green_part_loc(r)];
17328   value(magenta_part_loc(t))=value(green_part_loc(r));
17329   mp->mem[yellow_part_loc(t)]=mp->mem[blue_part_loc(r)];
17330   value(yellow_part_loc(t))=value(blue_part_loc(r));
17331   mp_recycle_value(mp, r);
17332   r=t;
17333   @<Scan the last of a quartet of numerics@>;
17334 }
17335 mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
17336 mp->cur_type=type(q);
17337 mp->cur_exp=q;
17338 }
17339
17340 @ @<Make sure the second part of a pair or color has a numeric type@>=
17341 if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17342   exp_err("Nonnumeric ypart has been replaced by 0");
17343 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17344   help4("I've started to scan a pair `(a,b)' or a color `(a,b,c)';")
17345     ("but after finding a nice `a' I found a `b' that isn't")
17346     ("of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17347     ("(The b that I didn't like appears above the error message.)");
17348   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17349 }
17350
17351 @ @<Scan the last of a triplet of numerics@>=
17352
17353   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17354   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17355     exp_err("Nonnumeric third part has been replaced by 0");
17356 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17357     help3("I've just scanned a color `(a,b,c)' or cmykcolor(a,b,c,d); but the `c'")
17358       ("isn't of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17359       ("(The c that I didn't like appears above the error message.)");
17360     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17361   }
17362   mp_stash_in(mp, blue_part_loc(r));
17363 }
17364
17365 @ @<Scan the last of a quartet of numerics@>=
17366
17367   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17368   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17369     exp_err("Nonnumeric blackpart has been replaced by 0");
17370 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17371     help3("I've just scanned a cmykcolor `(c,m,y,k)'; but the `k' isn't")
17372       ("of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17373       ("(The k that I didn't like appears above the error message.)");
17374     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17375   }
17376   mp_stash_in(mp, black_part_loc(r));
17377 }
17378
17379 @ The local variable |group_line| keeps track of the line
17380 where a \&{begingroup} command occurred; this will be useful
17381 in an error message if the group doesn't actually end.
17382
17383 @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17384 integer group_line; /* where a group began */
17385
17386 @ @<Scan a grouped primary@>=
17387
17388   group_line=mp_true_line(mp);
17389   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>0 ) show_cur_cmd_mod;
17390   save_boundary_item(p);
17391   do {  
17392     mp_do_statement(mp); /* ends with |cur_cmd>=semicolon| */
17393   } while (! (mp->cur_cmd!=semicolon));
17394   if ( mp->cur_cmd!=end_group ) {
17395     print_err("A group begun on line ");
17396 @.A group...never ended@>
17397     mp_print_int(mp, group_line);
17398     mp_print(mp, " never ended");
17399     help2("I saw a `begingroup' back there that hasn't been matched")
17400          ("by `endgroup'. So I've inserted `endgroup' now.");
17401     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=end_group;
17402   }
17403   mp_unsave(mp); 
17404     /* this might change |cur_type|, if independent variables are recycled */
17405   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>0 ) show_cur_cmd_mod;
17406 }
17407
17408 @ @<Scan a string constant@>=
17409
17410   mp->cur_type=mp_string_type; mp->cur_exp=mp->cur_mod;
17411 }
17412
17413 @ Later we'll come to procedures that perform actual operations like
17414 addition, square root, and so on; our purpose now is to do the parsing.
17415 But we might as well mention those future procedures now, so that the
17416 suspense won't be too bad:
17417
17418 \smallskip
17419 |do_nullary(c)| does primitive operations that have no operands (e.g.,
17420 `\&{true}' or `\&{pencircle}');
17421
17422 \smallskip
17423 |do_unary(c)| applies a primitive operation to the current expression;
17424
17425 \smallskip
17426 |do_binary(p,c)| applies a primitive operation to the capsule~|p|
17427 and the current expression.
17428
17429 @<Scan a nullary operation@>=mp_do_nullary(mp, mp->cur_mod)
17430
17431 @ @<Scan a unary operation@>=
17432
17433   c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp); 
17434   mp_do_unary(mp, c); goto DONE;
17435 }
17436
17437 @ A numeric token might be a primary by itself, or it might be the
17438 numerator of a fraction composed solely of numeric tokens, or it might
17439 multiply the primary that follows (provided that the primary doesn't begin
17440 with a plus sign or a minus sign). The code here uses the facts that
17441 |max_primary_command=plus_or_minus| and
17442 |max_primary_command-1=numeric_token|. If a fraction is found that is less
17443 than unity, we try to retain higher precision when we use it in scalar
17444 multiplication.
17445
17446 @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17447 scaled num,denom; /* for primaries that are fractions, like `1/2' */
17448
17449 @ @<Scan a primary that starts with a numeric token@>=
17450
17451   mp->cur_exp=mp->cur_mod; mp->cur_type=mp_known; mp_get_x_next(mp);
17452   if ( mp->cur_cmd!=slash ) { 
17453     num=0; denom=0;
17454   } else { 
17455     mp_get_x_next(mp);
17456     if ( mp->cur_cmd!=numeric_token ) { 
17457       mp_back_input(mp);
17458       mp->cur_cmd=slash; mp->cur_mod=over; mp->cur_sym=frozen_slash;
17459       goto DONE;
17460     }
17461     num=mp->cur_exp; denom=mp->cur_mod;
17462     if ( denom==0 ) { @<Protest division by zero@>; }
17463     else { mp->cur_exp=mp_make_scaled(mp, num,denom); }
17464     check_arith; mp_get_x_next(mp);
17465   }
17466   if ( mp->cur_cmd>=min_primary_command ) {
17467    if ( mp->cur_cmd<numeric_token ) { /* in particular, |cur_cmd<>plus_or_minus| */
17468      p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_scan_primary(mp);
17469      if ( (abs(num)>=abs(denom))||(mp->cur_type<mp_color_type) ) {
17470        mp_do_binary(mp, p,times);
17471      } else {
17472        mp_frac_mult(mp, num,denom);
17473        mp_free_node(mp, p,value_node_size);
17474      }
17475     }
17476   }
17477   goto DONE;
17478 }
17479
17480 @ @<Protest division...@>=
17481
17482   print_err("Division by zero");
17483 @.Division by zero@>
17484   help1("I'll pretend that you meant to divide by 1."); mp_error(mp);
17485 }
17486
17487 @ @<Scan a binary operation with `\&{of}' between its operands@>=
17488
17489   c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17490   if ( mp->cur_cmd!=of_token ) {
17491     mp_missing_err(mp, "of"); mp_print(mp, " for "); 
17492     mp_print_cmd_mod(mp, primary_binary,c);
17493 @.Missing `of'@>
17494     help1("I've got the first argument; will look now for the other.");
17495     mp_back_error(mp);
17496   }
17497   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp); 
17498   mp_do_binary(mp, p,c); goto DONE;
17499 }
17500
17501 @ @<Convert a suffix to a string@>=
17502
17503   mp_get_x_next(mp); mp_scan_suffix(mp); 
17504   mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=new_string;
17505   mp_show_token_list(mp, mp->cur_exp,null,100000,0); 
17506   mp_flush_token_list(mp, mp->cur_exp);
17507   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); mp->selector=mp->old_setting; 
17508   mp->cur_type=mp_string_type;
17509   goto DONE;
17510 }
17511
17512 @ If an internal quantity appears all by itself on the left of an
17513 assignment, we return a token list of length one, containing the address
17514 of the internal quantity plus |hash_end|. (This accords with the conventions
17515 of the save stack, as described earlier.)
17516
17517 @<Scan an internal...@>=
17518
17519   q=mp->cur_mod;
17520   if ( my_var_flag==assignment ) {
17521     mp_get_x_next(mp);
17522     if ( mp->cur_cmd==assignment ) {
17523       mp->cur_exp=mp_get_avail(mp);
17524       info(mp->cur_exp)=q+hash_end; mp->cur_type=mp_token_list; 
17525       goto DONE;
17526     }
17527     mp_back_input(mp);
17528   }
17529   mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=mp->internal[q];
17530 }
17531
17532 @ The most difficult part of |scan_primary| has been saved for last, since
17533 it was necessary to build up some confidence first. We can now face the task
17534 of scanning a variable.
17535
17536 As we scan a variable, we build a token list containing the relevant
17537 names and subscript values, simultaneously following along in the
17538 ``collective'' structure to see if we are actually dealing with a macro
17539 instead of a value.
17540
17541 The local variables |pre_head| and |post_head| will point to the beginning
17542 of the prefix and suffix lists; |tail| will point to the end of the list
17543 that is currently growing.
17544
17545 Another local variable, |tt|, contains partial information about the
17546 declared type of the variable-so-far. If |tt>=mp_unsuffixed_macro|, the
17547 relation |tt=type(q)| will always hold. If |tt=undefined|, the routine
17548 doesn't bother to update its information about type. And if
17549 |undefined<tt<mp_unsuffixed_macro|, the precise value of |tt| isn't critical.
17550
17551 @ @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17552 pointer pre_head,post_head,tail;
17553   /* prefix and suffix list variables */
17554 small_number tt; /* approximation to the type of the variable-so-far */
17555 pointer t; /* a token */
17556 pointer macro_ref = 0; /* reference count for a suffixed macro */
17557
17558 @ @<Scan a variable primary...@>=
17559
17560   fast_get_avail(pre_head); tail=pre_head; post_head=null; tt=mp_vacuous;
17561   while (1) { 
17562     t=mp_cur_tok(mp); link(tail)=t;
17563     if ( tt!=undefined ) {
17564        @<Find the approximate type |tt| and corresponding~|q|@>;
17565       if ( tt>=mp_unsuffixed_macro ) {
17566         @<Either begin an unsuffixed macro call or
17567           prepare for a suffixed one@>;
17568       }
17569     }
17570     mp_get_x_next(mp); tail=t;
17571     if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17572       @<Scan for a subscript; replace |cur_cmd| by |numeric_token| if found@>;
17573     }
17574     if ( mp->cur_cmd>max_suffix_token ) break;
17575     if ( mp->cur_cmd<min_suffix_token ) break;
17576   } /* now |cur_cmd| is |internal_quantity|, |tag_token|, or |numeric_token| */
17577   @<Handle unusual cases that masquerade as variables, and |goto restart|
17578     or |goto done| if appropriate;
17579     otherwise make a copy of the variable and |goto done|@>;
17580 }
17581
17582 @ @<Either begin an unsuffixed macro call or...@>=
17583
17584   link(tail)=null;
17585   if ( tt>mp_unsuffixed_macro ) { /* |tt=mp_suffixed_macro| */
17586     post_head=mp_get_avail(mp); tail=post_head; link(tail)=t;
17587     tt=undefined; macro_ref=value(q); add_mac_ref(macro_ref);
17588   } else {
17589     @<Set up unsuffixed macro call and |goto restart|@>;
17590   }
17591 }
17592
17593 @ @<Scan for a subscript; replace |cur_cmd| by |numeric_token| if found@>=
17594
17595   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17596   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17597     @<Put the left bracket and the expression back to be rescanned@>;
17598   } else { 
17599     if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_subscript(mp);
17600     mp->cur_cmd=numeric_token; mp->cur_mod=mp->cur_exp; mp->cur_sym=0;
17601   }
17602 }
17603
17604 @ The left bracket that we thought was introducing a subscript might have
17605 actually been the left bracket in a mediation construction like `\.{x[a,b]}'.
17606 So we don't issue an error message at this point; but we do want to back up
17607 so as to avoid any embarrassment about our incorrect assumption.
17608
17609 @<Put the left bracket and the expression back to be rescanned@>=
17610
17611   mp_back_input(mp); /* that was the token following the current expression */
17612   mp_back_expr(mp); mp->cur_cmd=left_bracket; 
17613   mp->cur_mod=0; mp->cur_sym=frozen_left_bracket;
17614 }
17615
17616 @ Here's a routine that puts the current expression back to be read again.
17617
17618 @c void mp_back_expr (MP mp) {
17619   pointer p; /* capsule token */
17620   p=mp_stash_cur_exp(mp); link(p)=null; back_list(p);
17621 }
17622
17623 @ Unknown subscripts lead to the following error message.
17624
17625 @c void mp_bad_subscript (MP mp) { 
17626   exp_err("Improper subscript has been replaced by zero");
17627 @.Improper subscript...@>
17628   help3("A bracketed subscript must have a known numeric value;")
17629     ("unfortunately, what I found was the value that appears just")
17630     ("above this error message. So I'll try a zero subscript.");
17631   mp_flush_error(mp, 0);
17632 }
17633
17634 @ Every time we call |get_x_next|, there's a chance that the variable we've
17635 been looking at will disappear. Thus, we cannot safely keep |q| pointing
17636 into the variable structure; we need to start searching from the root each time.
17637
17638 @<Find the approximate type |tt| and corresponding~|q|@>=
17639 @^inner loop@>
17640
17641   p=link(pre_head); q=info(p); tt=undefined;
17642   if ( eq_type(q) % outer_tag==tag_token ) {
17643     q=equiv(q);
17644     if ( q==null ) goto DONE2;
17645     while (1) { 
17646       p=link(p);
17647       if ( p==null ) {
17648         tt=type(q); goto DONE2;
17649       };
17650       if ( type(q)!=mp_structured ) goto DONE2;
17651       q=link(attr_head(q)); /* the |collective_subscript| attribute */
17652       if ( p>=mp->hi_mem_min ) { /* it's not a subscript */
17653         do {  q=link(q); } while (! (attr_loc(q)>=info(p)));
17654         if ( attr_loc(q)>info(p) ) goto DONE2;
17655       }
17656     }
17657   }
17658 DONE2:
17659   ;
17660 }
17661
17662 @ How do things stand now? Well, we have scanned an entire variable name,
17663 including possible subscripts and/or attributes; |cur_cmd|, |cur_mod|, and
17664 |cur_sym| represent the token that follows. If |post_head=null|, a
17665 token list for this variable name starts at |link(pre_head)|, with all
17666 subscripts evaluated. But if |post_head<>null|, the variable turned out
17667 to be a suffixed macro; |pre_head| is the head of the prefix list, while
17668 |post_head| is the head of a token list containing both `\.{\AT!}' and
17669 the suffix.
17670
17671 Our immediate problem is to see if this variable still exists. (Variable
17672 structures can change drastically whenever we call |get_x_next|; users
17673 aren't supposed to do this, but the fact that it is possible means that
17674 we must be cautious.)
17675
17676 The following procedure prints an error message when a variable
17677 unexpectedly disappears. Its help message isn't quite right for
17678 our present purposes, but we'll be able to fix that up.
17679
17680 @c 
17681 void mp_obliterated (MP mp,pointer q) { 
17682   print_err("Variable "); mp_show_token_list(mp, q,null,1000,0);
17683   mp_print(mp, " has been obliterated");
17684 @.Variable...obliterated@>
17685   help5("It seems you did a nasty thing---probably by accident,")
17686     ("but nevertheless you nearly hornswoggled me...")
17687     ("While I was evaluating the right-hand side of this")
17688     ("command, something happened, and the left-hand side")
17689     ("is no longer a variable! So I won't change anything.");
17690 }
17691
17692 @ If the variable does exist, we also need to check
17693 for a few other special cases before deciding that a plain old ordinary
17694 variable has, indeed, been scanned.
17695
17696 @<Handle unusual cases that masquerade as variables...@>=
17697 if ( post_head!=null ) {
17698   @<Set up suffixed macro call and |goto restart|@>;
17699 }
17700 q=link(pre_head); free_avail(pre_head);
17701 if ( mp->cur_cmd==my_var_flag ) { 
17702   mp->cur_type=mp_token_list; mp->cur_exp=q; goto DONE;
17703 }
17704 p=mp_find_variable(mp, q);
17705 if ( p!=null ) {
17706   mp_make_exp_copy(mp, p);
17707 } else { 
17708   mp_obliterated(mp, q);
17709   mp->help_line[2]="While I was evaluating the suffix of this variable,";
17710   mp->help_line[1]="something was redefined, and it's no longer a variable!";
17711   mp->help_line[0]="In order to get back on my feet, I've inserted `0' instead.";
17712   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17713 }
17714 mp_flush_node_list(mp, q); 
17715 goto DONE
17716
17717 @ The only complication associated with macro calling is that the prefix
17718 and ``at'' parameters must be packaged in an appropriate list of lists.
17719
17720 @<Set up unsuffixed macro call and |goto restart|@>=
17721
17722   p=mp_get_avail(mp); info(pre_head)=link(pre_head); link(pre_head)=p;
17723   info(p)=t; mp_macro_call(mp, value(q),pre_head,null);
17724   mp_get_x_next(mp); 
17725   goto RESTART;
17726 }
17727
17728 @ If the ``variable'' that turned out to be a suffixed macro no longer exists,
17729 we don't care, because we have reserved a pointer (|macro_ref|) to its
17730 token list.
17731
17732 @<Set up suffixed macro call and |goto restart|@>=
17733
17734   mp_back_input(mp); p=mp_get_avail(mp); q=link(post_head);
17735   info(pre_head)=link(pre_head); link(pre_head)=post_head;
17736   info(post_head)=q; link(post_head)=p; info(p)=link(q); link(q)=null;
17737   mp_macro_call(mp, macro_ref,pre_head,null); decr(ref_count(macro_ref));
17738   mp_get_x_next(mp); goto RESTART;
17739 }
17740
17741 @ Our remaining job is simply to make a copy of the value that has been
17742 found. Some cases are harder than others, but complexity arises solely
17743 because of the multiplicity of possible cases.
17744
17745 @<Declare the procedure called |make_exp_copy|@>=
17746 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>;
17747 void mp_make_exp_copy (MP mp,pointer p) {
17748   pointer q,r,t; /* registers for list manipulation */
17749 RESTART: 
17750   mp->cur_type=type(p);
17751   switch (mp->cur_type) {
17752   case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
17753     mp->cur_exp=value(p); break;
17754   case unknown_types:
17755     mp->cur_exp=mp_new_ring_entry(mp, p);
17756     break;
17757   case mp_string_type: 
17758     mp->cur_exp=value(p); add_str_ref(mp->cur_exp);
17759     break;
17760   case mp_picture_type:
17761     mp->cur_exp=value(p);add_edge_ref(mp->cur_exp);
17762     break;
17763   case mp_pen_type:
17764     mp->cur_exp=copy_pen(value(p));
17765     break; 
17766   case mp_path_type:
17767     mp->cur_exp=mp_copy_path(mp, value(p));
17768     break;
17769   case mp_transform_type: case mp_color_type: 
17770   case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type:
17771     @<Copy the big node |p|@>;
17772     break;
17773   case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
17774     mp_encapsulate(mp, mp_copy_dep_list(mp, dep_list(p)));
17775     break;
17776   case mp_numeric_type: 
17777     new_indep(p); goto RESTART;
17778     break;
17779   case mp_independent: 
17780     q=mp_single_dependency(mp, p);
17781     if ( q==mp->dep_final ){ 
17782       mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=0; mp_free_node(mp, q,value_node_size);
17783     } else { 
17784       mp->cur_type=mp_dependent; mp_encapsulate(mp, q);
17785     }
17786     break;
17787   default: 
17788     mp_confusion(mp, "copy");
17789 @:this can't happen copy}{\quad copy@>
17790     break;
17791   }
17792 }
17793
17794 @ The |encapsulate| subroutine assumes that |dep_final| is the
17795 tail of dependency list~|p|.
17796
17797 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>=
17798 void mp_encapsulate (MP mp,pointer p) { 
17799   mp->cur_exp=mp_get_node(mp, value_node_size); type(mp->cur_exp)=mp->cur_type;
17800   name_type(mp->cur_exp)=mp_capsule; mp_new_dep(mp, mp->cur_exp,p);
17801 }
17802
17803 @ The most tedious case arises when the user refers to a
17804 \&{pair}, \&{color}, or \&{transform} variable; we must copy several fields,
17805 each of which can be |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|,
17806 or |known|.
17807
17808 @<Copy the big node |p|@>=
17809
17810   if ( value(p)==null ) 
17811     mp_init_big_node(mp, p);
17812   t=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(t)=mp_capsule; type(t)=mp->cur_type;
17813   mp_init_big_node(mp, t);
17814   q=value(p)+mp->big_node_size[mp->cur_type]; 
17815   r=value(t)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
17816   do {  
17817     q=q-2; r=r-2; mp_install(mp, r,q);
17818   } while (q!=value(p));
17819   mp->cur_exp=t;
17820 }
17821
17822 @ The |install| procedure copies a numeric field~|q| into field~|r| of
17823 a big node that will be part of a capsule.
17824
17825 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>=
17826 void mp_install (MP mp,pointer r, pointer q) {
17827   pointer p; /* temporary register */
17828   if ( type(q)==mp_known ){ 
17829     value(r)=value(q); type(r)=mp_known;
17830   } else  if ( type(q)==mp_independent ) {
17831     p=mp_single_dependency(mp, q);
17832     if ( p==mp->dep_final ) {
17833       type(r)=mp_known; value(r)=0; mp_free_node(mp, p,value_node_size);
17834     } else  { 
17835       type(r)=mp_dependent; mp_new_dep(mp, r,p);
17836     }
17837   } else {
17838     type(r)=type(q); mp_new_dep(mp, r,mp_copy_dep_list(mp, dep_list(q)));
17839   }
17840 }
17841
17842 @ Expressions of the form `\.{a[b,c]}' are converted into
17843 `\.{b+a*(c-b)}', without checking the types of \.b~or~\.c,
17844 provided that \.a is numeric.
17845
17846 @<Scan a mediation...@>=
17847
17848   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17849   if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
17850     @<Put the left bracket and the expression back...@>;
17851     mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17852   } else { 
17853     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17854     if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17855       mp_missing_err(mp, "]");
17856 @.Missing `]'@>
17857       help3("I've scanned an expression of the form `a[b,c',")
17858       ("so a right bracket should have come next.")
17859       ("I shall pretend that one was there.");
17860       mp_back_error(mp);
17861     }
17862     r=mp_stash_cur_exp(mp); mp_make_exp_copy(mp, q);
17863     mp_do_binary(mp, r,minus); mp_do_binary(mp, p,times); 
17864     mp_do_binary(mp, q,plus); mp_get_x_next(mp);
17865   }
17866 }
17867
17868 @ Here is a comparatively simple routine that is used to scan the
17869 \&{suffix} parameters of a macro.
17870
17871 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17872 void mp_scan_suffix (MP mp) {
17873   pointer h,t; /* head and tail of the list being built */
17874   pointer p; /* temporary register */
17875   h=mp_get_avail(mp); t=h;
17876   while (1) { 
17877     if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17878       @<Scan a bracketed subscript and set |cur_cmd:=numeric_token|@>;
17879     }
17880     if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) {
17881       p=mp_new_num_tok(mp, mp->cur_mod);
17882     } else if ((mp->cur_cmd==tag_token)||(mp->cur_cmd==internal_quantity) ) {
17883        p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->cur_sym;
17884     } else {
17885       break;
17886     }
17887     link(t)=p; t=p; mp_get_x_next(mp);
17888   }
17889   mp->cur_exp=link(h); free_avail(h); mp->cur_type=mp_token_list;
17890 }
17891
17892 @ @<Scan a bracketed subscript and set |cur_cmd:=numeric_token|@>=
17893
17894   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17895   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_subscript(mp);
17896   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17897      mp_missing_err(mp, "]");
17898 @.Missing `]'@>
17899     help3("I've seen a `[' and a subscript value, in a suffix,")
17900       ("so a right bracket should have come next.")
17901       ("I shall pretend that one was there.");
17902     mp_back_error(mp);
17903   }
17904   mp->cur_cmd=numeric_token; mp->cur_mod=mp->cur_exp;
17905 }
17906
17907 @* \[38] Parsing secondary and higher expressions.
17908 After the intricacies of |scan_primary|\kern-1pt,
17909 the |scan_secondary| routine is
17910 refreshingly simple. It's not trivial, but the operations are relatively
17911 straightforward; the main difficulty is, again, that expressions and data
17912 structures might change drastically every time we call |get_x_next|, so a
17913 cautious approach is mandatory. For example, a macro defined by
17914 \&{primarydef} might have disappeared by the time its second argument has
17915 been scanned; we solve this by increasing the reference count of its token
17916 list, so that the macro can be called even after it has been clobbered.
17917
17918 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17919 void mp_scan_secondary (MP mp) {
17920   pointer p; /* for list manipulation */
17921   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17922   pointer mac_name; /* token defined with \&{primarydef} */
17923 RESTART:
17924   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17925       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17926     mp_bad_exp(mp, "A secondary");
17927 @.A secondary expression...@>
17928   mp_scan_primary(mp);
17929 CONTINUE: 
17930   if ( mp->cur_cmd<=max_secondary_command )
17931     if ( mp->cur_cmd>=min_secondary_command ) {
17932       p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17933       if ( d==secondary_primary_macro ) { 
17934         mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17935      }
17936      mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
17937      if ( d!=secondary_primary_macro ) {
17938        mp_do_binary(mp, p,c);
17939      } else  { 
17940        mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17941        decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17942        goto RESTART;
17943     }
17944     goto CONTINUE;
17945   }
17946 }
17947
17948 @ The following procedure calls a macro that has two parameters,
17949 |p| and |cur_exp|.
17950
17951 @c void mp_binary_mac (MP mp,pointer p, pointer c, pointer n) {
17952   pointer q,r; /* nodes in the parameter list */
17953   q=mp_get_avail(mp); r=mp_get_avail(mp); link(q)=r;
17954   info(q)=p; info(r)=mp_stash_cur_exp(mp);
17955   mp_macro_call(mp, c,q,n);
17956 }
17957
17958 @ The next procedure, |scan_tertiary|, is pretty much the same deal.
17959
17960 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17961 void mp_scan_tertiary (MP mp) {
17962   pointer p; /* for list manipulation */
17963   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17964   pointer mac_name; /* token defined with \&{secondarydef} */
17965 RESTART:
17966   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17967       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17968     mp_bad_exp(mp, "A tertiary");
17969 @.A tertiary expression...@>
17970   mp_scan_secondary(mp);
17971 CONTINUE: 
17972   if ( mp->cur_cmd<=max_tertiary_command ) {
17973     if ( mp->cur_cmd>=min_tertiary_command ) {
17974       p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17975       if ( d==tertiary_secondary_macro ) { 
17976         mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17977       };
17978       mp_get_x_next(mp); mp_scan_secondary(mp);
17979       if ( d!=tertiary_secondary_macro ) {
17980         mp_do_binary(mp, p,c);
17981       } else { 
17982         mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17983         decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17984         goto RESTART;
17985       }
17986       goto CONTINUE;
17987     }
17988   }
17989 }
17990
17991 @ Finally we reach the deepest level in our quartet of parsing routines.
17992 This one is much like the others; but it has an extra complication from
17993 paths, which materialize here.
17994
17995 @d continue_path 25 /* a label inside of |scan_expression| */
17996 @d finish_path 26 /* another */
17997
17998 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17999 void mp_scan_expression (MP mp) {
18000   pointer p,q,r,pp,qq; /* for list manipulation */
18001   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
18002   int my_var_flag; /* initial value of |var_flag| */
18003   pointer mac_name; /* token defined with \&{tertiarydef} */
18004   boolean cycle_hit; /* did a path expression just end with `\&{cycle}'? */
18005   scaled x,y; /* explicit coordinates or tension at a path join */
18006   int t; /* knot type following a path join */
18007   t=0; y=0; x=0;
18008   my_var_flag=mp->var_flag; mac_name=null;
18009 RESTART:
18010   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
18011       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
18012     mp_bad_exp(mp, "An");
18013 @.An expression...@>
18014   mp_scan_tertiary(mp);
18015 CONTINUE: 
18016   if ( mp->cur_cmd<=max_expression_command )
18017     if ( mp->cur_cmd>=min_expression_command ) {
18018       if ( (mp->cur_cmd!=equals)||(my_var_flag!=assignment) ) {
18019         p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
18020         if ( d==expression_tertiary_macro ) {
18021           mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
18022         }
18023         if ( (d<ampersand)||((d==ampersand)&&
18024              ((type(p)==mp_pair_type)||(type(p)==mp_path_type))) ) {
18025           @<Scan a path construction operation;
18026             but |return| if |p| has the wrong type@>;
18027         } else { 
18028           mp_get_x_next(mp); mp_scan_tertiary(mp);
18029           if ( d!=expression_tertiary_macro ) {
18030             mp_do_binary(mp, p,c);
18031           } else  { 
18032             mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
18033             decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
18034             goto RESTART;
18035           }
18036         }
18037         goto CONTINUE;
18038      }
18039   }
18040 }
18041
18042 @ The reader should review the data structure conventions for paths before
18043 hoping to understand the next part of this code.
18044
18045 @<Scan a path construction operation...@>=
18046
18047   cycle_hit=false;
18048   @<Convert the left operand, |p|, into a partial path ending at~|q|;
18049     but |return| if |p| doesn't have a suitable type@>;
18050 CONTINUE_PATH: 
18051   @<Determine the path join parameters;
18052     but |goto finish_path| if there's only a direction specifier@>;
18053   if ( mp->cur_cmd==cycle ) {
18054     @<Get ready to close a cycle@>;
18055   } else { 
18056     mp_scan_tertiary(mp);
18057     @<Convert the right operand, |cur_exp|,
18058       into a partial path from |pp| to~|qq|@>;
18059   }
18060   @<Join the partial paths and reset |p| and |q| to the head and tail
18061     of the result@>;
18062   if ( mp->cur_cmd>=min_expression_command )
18063     if ( mp->cur_cmd<=ampersand ) if ( ! cycle_hit ) goto CONTINUE_PATH;
18064 FINISH_PATH:
18065   @<Choose control points for the path and put the result into |cur_exp|@>;
18066 }
18067
18068 @ @<Convert the left operand, |p|, into a partial path ending at~|q|...@>=
18069
18070   mp_unstash_cur_exp(mp, p);
18071   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) p=mp_new_knot(mp);
18072   else if ( mp->cur_type==mp_path_type ) p=mp->cur_exp;
18073   else return;
18074   q=p;
18075   while ( link(q)!=p ) q=link(q);
18076   if ( left_type(p)!=mp_endpoint ) { /* open up a cycle */
18077     r=mp_copy_knot(mp, p); link(q)=r; q=r;
18078   }
18079   left_type(p)=mp_open; right_type(q)=mp_open;
18080 }
18081
18082 @ A pair of numeric values is changed into a knot node for a one-point path
18083 when \MP\ discovers that the pair is part of a path.
18084
18085 @c@<Declare the procedure called |known_pair|@>;
18086 pointer mp_new_knot (MP mp) { /* convert a pair to a knot with two endpoints */
18087   pointer q; /* the new node */
18088   q=mp_get_node(mp, knot_node_size); left_type(q)=mp_endpoint;
18089   right_type(q)=mp_endpoint; originator(q)=mp_metapost_user; link(q)=q;
18090   mp_known_pair(mp); x_coord(q)=mp->cur_x; y_coord(q)=mp->cur_y;
18091   return q;
18092 }
18093
18094 @ The |known_pair| subroutine sets |cur_x| and |cur_y| to the components
18095 of the current expression, assuming that the current expression is a
18096 pair of known numerics. Unknown components are zeroed, and the
18097 current expression is flushed.
18098
18099 @<Declare the procedure called |known_pair|@>=
18100 void mp_known_pair (MP mp) {
18101   pointer p; /* the pair node */
18102   if ( mp->cur_type!=mp_pair_type ) {
18103     exp_err("Undefined coordinates have been replaced by (0,0)");
18104 @.Undefined coordinates...@>
18105     help5("I need x and y numbers for this part of the path.")
18106       ("The value I found (see above) was no good;")
18107       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18108       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18109 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
18110       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18111     mp_put_get_flush_error(mp, 0); mp->cur_x=0; mp->cur_y=0;
18112   } else { 
18113     p=value(mp->cur_exp);
18114      @<Make sure that both |x| and |y| parts of |p| are known;
18115        copy them into |cur_x| and |cur_y|@>;
18116     mp_flush_cur_exp(mp, 0);
18117   }
18118 }
18119
18120 @ @<Make sure that both |x| and |y| parts of |p| are known...@>=
18121 if ( type(x_part_loc(p))==mp_known ) {
18122   mp->cur_x=value(x_part_loc(p));
18123 } else { 
18124   mp_disp_err(mp, x_part_loc(p),
18125     "Undefined x coordinate has been replaced by 0");
18126 @.Undefined coordinates...@>
18127   help5("I need a `known' x value for this part of the path.")
18128     ("The value I found (see above) was no good;")
18129     ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18130     ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18131 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
18132     ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18133   mp_put_get_error(mp); mp_recycle_value(mp, x_part_loc(p)); mp->cur_x=0;
18134 }
18135 if ( type(y_part_loc(p))==mp_known ) {
18136   mp->cur_y=value(y_part_loc(p));
18137 } else { 
18138   mp_disp_err(mp, y_part_loc(p),
18139     "Undefined y coordinate has been replaced by 0");
18140   help5("I need a `known' y value for this part of the path.")
18141     ("The value I found (see above) was no good;")
18142     ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18143     ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18144     ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18145   mp_put_get_error(mp); mp_recycle_value(mp, y_part_loc(p)); mp->cur_y=0;
18146 }
18147
18148 @ At this point |cur_cmd| is either |ampersand|, |left_brace|, or |path_join|.
18149
18150 @<Determine the path join parameters...@>=
18151 if ( mp->cur_cmd==left_brace ) {
18152   @<Put the pre-join direction information into node |q|@>;
18153 }
18154 d=mp->cur_cmd;
18155 if ( d==path_join ) {
18156   @<Determine the tension and/or control points@>;
18157 } else if ( d!=ampersand ) {
18158   goto FINISH_PATH;
18159 }
18160 mp_get_x_next(mp);
18161 if ( mp->cur_cmd==left_brace ) {
18162   @<Put the post-join direction information into |x| and |t|@>;
18163 } else if ( right_type(q)!=mp_explicit ) {
18164   t=mp_open; x=0;
18165 }
18166
18167 @ The |scan_direction| subroutine looks at the directional information
18168 that is enclosed in braces, and also scans ahead to the following character.
18169 A type code is returned, either |open| (if the direction was $(0,0)$),
18170 or |curl| (if the direction was a curl of known value |cur_exp|), or
18171 |given| (if the direction is given by the |angle| value that now
18172 appears in |cur_exp|).
18173
18174 There's nothing difficult about this subroutine, but the program is rather
18175 lengthy because a variety of potential errors need to be nipped in the bud.
18176
18177 @c small_number mp_scan_direction (MP mp) {
18178   int t; /* the type of information found */
18179   scaled x; /* an |x| coordinate */
18180   mp_get_x_next(mp);
18181   if ( mp->cur_cmd==curl_command ) {
18182      @<Scan a curl specification@>;
18183   } else {
18184     @<Scan a given direction@>;
18185   }
18186   if ( mp->cur_cmd!=right_brace ) {
18187     mp_missing_err(mp, "}");
18188 @.Missing `\char`\}'@>
18189     help3("I've scanned a direction spec for part of a path,")
18190       ("so a right brace should have come next.")
18191       ("I shall pretend that one was there.");
18192     mp_back_error(mp);
18193   }
18194   mp_get_x_next(mp); 
18195   return t;
18196 }
18197
18198 @ @<Scan a curl specification@>=
18199 { mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18200 if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<0) ){ 
18201   exp_err("Improper curl has been replaced by 1");
18202 @.Improper curl@>
18203   help1("A curl must be a known, nonnegative number.");
18204   mp_put_get_flush_error(mp, unity);
18205 }
18206 t=mp_curl;
18207 }
18208
18209 @ @<Scan a given direction@>=
18210 { mp_scan_expression(mp);
18211   if ( mp->cur_type>mp_pair_type ) {
18212     @<Get given directions separated by commas@>;
18213   } else {
18214     mp_known_pair(mp);
18215   }
18216   if ( (mp->cur_x==0)&&(mp->cur_y==0) )  t=mp_open;
18217   else  { t=mp_given; mp->cur_exp=mp_n_arg(mp, mp->cur_x,mp->cur_y);}
18218 }
18219
18220 @ @<Get given directions separated by commas@>=
18221
18222   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18223     exp_err("Undefined x coordinate has been replaced by 0");
18224 @.Undefined coordinates...@>
18225     help5("I need a `known' x value for this part of the path.")
18226       ("The value I found (see above) was no good;")
18227       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18228       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18229 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
18230       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18231     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
18232   }
18233   x=mp->cur_exp;
18234   if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
18235     mp_missing_err(mp, ",");
18236 @.Missing `,'@>
18237     help2("I've got the x coordinate of a path direction;")
18238       ("will look for the y coordinate next.");
18239     mp_back_error(mp);
18240   }
18241   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18242   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18243      exp_err("Undefined y coordinate has been replaced by 0");
18244     help5("I need a `known' y value for this part of the path.")
18245       ("The value I found (see above) was no good;")
18246       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18247       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18248       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18249     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
18250   }
18251   mp->cur_y=mp->cur_exp; mp->cur_x=x;
18252 }
18253
18254 @ At this point |right_type(q)| is usually |open|, but it may have been
18255 set to some other value by a previous splicing operation. We must maintain
18256 the value of |right_type(q)| in unusual cases such as
18257 `\.{..z1\{z2\}\&\{z3\}z1\{0,0\}..}'.
18258
18259 @<Put the pre-join...@>=
18260
18261   t=mp_scan_direction(mp);
18262   if ( t!=mp_open ) {
18263     right_type(q)=t; right_given(q)=mp->cur_exp;
18264     if ( left_type(q)==mp_open ) {
18265       left_type(q)=t; left_given(q)=mp->cur_exp;
18266     } /* note that |left_given(q)=left_curl(q)| */
18267   }
18268 }
18269
18270 @ Since |left_tension| and |left_y| share the same position in knot nodes,
18271 and since |left_given| is similarly equivalent to |left_x|, we use
18272 |x| and |y| to hold the given direction and tension information when
18273 there are no explicit control points.
18274
18275 @<Put the post-join...@>=
18276
18277   t=mp_scan_direction(mp);
18278   if ( right_type(q)!=mp_explicit ) x=mp->cur_exp;
18279   else t=mp_explicit; /* the direction information is superfluous */
18280 }
18281
18282 @ @<Determine the tension and/or...@>=
18283
18284   mp_get_x_next(mp);
18285   if ( mp->cur_cmd==tension ) {
18286     @<Set explicit tensions@>;
18287   } else if ( mp->cur_cmd==controls ) {
18288     @<Set explicit control points@>;
18289   } else  { 
18290     right_tension(q)=unity; y=unity; mp_back_input(mp); /* default tension */
18291     goto DONE;
18292   };
18293   if ( mp->cur_cmd!=path_join ) {
18294      mp_missing_err(mp, "..");
18295 @.Missing `..'@>
18296     help1("A path join command should end with two dots.");
18297     mp_back_error(mp);
18298   }
18299 DONE:
18300   ;
18301 }
18302
18303 @ @<Set explicit tensions@>=
18304
18305   mp_get_x_next(mp); y=mp->cur_cmd;
18306   if ( mp->cur_cmd==at_least ) mp_get_x_next(mp);
18307   mp_scan_primary(mp);
18308   @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>;
18309   if ( y==at_least ) negate(mp->cur_exp);
18310   right_tension(q)=mp->cur_exp;
18311   if ( mp->cur_cmd==and_command ) {
18312     mp_get_x_next(mp); y=mp->cur_cmd;
18313     if ( mp->cur_cmd==at_least ) mp_get_x_next(mp);
18314     mp_scan_primary(mp);
18315     @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>;
18316     if ( y==at_least ) negate(mp->cur_exp);
18317   }
18318   y=mp->cur_exp;
18319 }
18320
18321 @ @d min_tension three_quarter_unit
18322
18323 @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>=
18324 if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<min_tension) ) {
18325   exp_err("Improper tension has been set to 1");
18326 @.Improper tension@>
18327   help1("The expression above should have been a number >=3/4.");
18328   mp_put_get_flush_error(mp, unity);
18329 }
18330
18331 @ @<Set explicit control points@>=
18332
18333   right_type(q)=mp_explicit; t=mp_explicit; mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
18334   mp_known_pair(mp); right_x(q)=mp->cur_x; right_y(q)=mp->cur_y;
18335   if ( mp->cur_cmd!=and_command ) {
18336     x=right_x(q); y=right_y(q);
18337   } else { 
18338     mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
18339     mp_known_pair(mp); x=mp->cur_x; y=mp->cur_y;
18340   }
18341 }
18342
18343 @ @<Convert the right operand, |cur_exp|, into a partial path...@>=
18344
18345   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) pp=mp_new_knot(mp);
18346   else pp=mp->cur_exp;
18347   qq=pp;
18348   while ( link(qq)!=pp ) qq=link(qq);
18349   if ( left_type(pp)!=mp_endpoint ) { /* open up a cycle */
18350     r=mp_copy_knot(mp, pp); link(qq)=r; qq=r;
18351   }
18352   left_type(pp)=mp_open; right_type(qq)=mp_open;
18353 }
18354
18355 @ If a person tries to define an entire path by saying `\.{(x,y)\&cycle}',
18356 we silently change the specification to `\.{(x,y)..cycle}', since a cycle
18357 shouldn't have length zero.
18358
18359 @<Get ready to close a cycle@>=
18360
18361   cycle_hit=true; mp_get_x_next(mp); pp=p; qq=p;
18362   if ( d==ampersand ) if ( p==q ) {
18363     d=path_join; right_tension(q)=unity; y=unity;
18364   }
18365 }
18366
18367 @ @<Join the partial paths and reset |p| and |q|...@>=
18368
18369 if ( d==ampersand ) {
18370   if ( (x_coord(q)!=x_coord(pp))||(y_coord(q)!=y_coord(pp)) ) {
18371     print_err("Paths don't touch; `&' will be changed to `..'");
18372 @.Paths don't touch@>
18373     help3("When you join paths `p&q', the ending point of p")
18374       ("must be exactly equal to the starting point of q.")
18375       ("So I'm going to pretend that you said `p..q' instead.");
18376     mp_put_get_error(mp); d=path_join; right_tension(q)=unity; y=unity;
18377   }
18378 }
18379 @<Plug an opening in |right_type(pp)|, if possible@>;
18380 if ( d==ampersand ) {
18381   @<Splice independent paths together@>;
18382 } else  { 
18383   @<Plug an opening in |right_type(q)|, if possible@>;
18384   link(q)=pp; left_y(pp)=y;
18385   if ( t!=mp_open ) { left_x(pp)=x; left_type(pp)=t;  };
18386 }
18387 q=qq;
18388 }
18389
18390 @ @<Plug an opening in |right_type(q)|...@>=
18391 if ( right_type(q)==mp_open ) {
18392   if ( (left_type(q)==mp_curl)||(left_type(q)==mp_given) ) {
18393     right_type(q)=left_type(q); right_given(q)=left_given(q);
18394   }
18395 }
18396
18397 @ @<Plug an opening in |right_type(pp)|...@>=
18398 if ( right_type(pp)==mp_open ) {
18399   if ( (t==mp_curl)||(t==mp_given) ) {
18400     right_type(pp)=t; right_given(pp)=x;
18401   }
18402 }
18403
18404 @ @<Splice independent paths together@>=
18405
18406   if ( left_type(q)==mp_open ) if ( right_type(q)==mp_open ) {
18407     left_type(q)=mp_curl; left_curl(q)=unity;
18408   }
18409   if ( right_type(pp)==mp_open ) if ( t==mp_open ) {
18410     right_type(pp)=mp_curl; right_curl(pp)=unity;
18411   }
18412   right_type(q)=right_type(pp); link(q)=link(pp);
18413   right_x(q)=right_x(pp); right_y(q)=right_y(pp);
18414   mp_free_node(mp, pp,knot_node_size);
18415   if ( qq==pp ) qq=q;
18416 }
18417
18418 @ @<Choose control points for the path...@>=
18419 if ( cycle_hit ) { 
18420   if ( d==ampersand ) p=q;
18421 } else  { 
18422   left_type(p)=mp_endpoint;
18423   if ( right_type(p)==mp_open ) { 
18424     right_type(p)=mp_curl; right_curl(p)=unity;
18425   }
18426   right_type(q)=mp_endpoint;
18427   if ( left_type(q)==mp_open ) { 
18428     left_type(q)=mp_curl; left_curl(q)=unity;
18429   }
18430   link(q)=p;
18431 }
18432 mp_make_choices(mp, p);
18433 mp->cur_type=mp_path_type; mp->cur_exp=p
18434
18435 @ Finally, we sometimes need to scan an expression whose value is
18436 supposed to be either |true_code| or |false_code|.
18437
18438 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
18439 void mp_get_boolean (MP mp) { 
18440   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18441   if ( mp->cur_type!=mp_boolean_type ) {
18442     exp_err("Undefined condition will be treated as `false'");
18443 @.Undefined condition...@>
18444     help2("The expression shown above should have had a definite")
18445       ("true-or-false value. I'm changing it to `false'.");
18446     mp_put_get_flush_error(mp, false_code); mp->cur_type=mp_boolean_type;
18447   }
18448 }
18449
18450 @* \[39] Doing the operations.
18451 The purpose of parsing is primarily to permit people to avoid piles of
18452 parentheses. But the real work is done after the structure of an expression
18453 has been recognized; that's when new expressions are generated. We
18454 turn now to the guts of \MP, which handles individual operators that
18455 have come through the parsing mechanism.
18456
18457 We'll start with the easy ones that take no operands, then work our way
18458 up to operators with one and ultimately two arguments. In other words,
18459 we will write the three procedures |do_nullary|, |do_unary|, and |do_binary|
18460 that are invoked periodically by the expression scanners.
18461
18462 First let's make sure that all of the primitive operators are in the
18463 hash table. Although |scan_primary| and its relatives made use of the
18464 \\{cmd} code for these operators, the \\{do} routines base everything
18465 on the \\{mod} code. For example, |do_binary| doesn't care whether the
18466 operation it performs is a |primary_binary| or |secondary_binary|, etc.
18467
18468 @<Put each...@>=
18469 mp_primitive(mp, "true",nullary,true_code);
18470 @:true_}{\&{true} primitive@>
18471 mp_primitive(mp, "false",nullary,false_code);
18472 @:false_}{\&{false} primitive@>
18473 mp_primitive(mp, "nullpicture",nullary,null_picture_code);
18474 @:null_picture_}{\&{nullpicture} primitive@>
18475 mp_primitive(mp, "nullpen",nullary,null_pen_code);
18476 @:null_pen_}{\&{nullpen} primitive@>
18477 mp_primitive(mp, "jobname",nullary,job_name_op);
18478 @:job_name_}{\&{jobname} primitive@>
18479 mp_primitive(mp, "readstring",nullary,read_string_op);
18480 @:read_string_}{\&{readstring} primitive@>
18481 mp_primitive(mp, "pencircle",nullary,pen_circle);
18482 @:pen_circle_}{\&{pencircle} primitive@>
18483 mp_primitive(mp, "normaldeviate",nullary,normal_deviate);
18484 @:normal_deviate_}{\&{normaldeviate} primitive@>
18485 mp_primitive(mp, "readfrom",unary,read_from_op);
18486 @:read_from_}{\&{readfrom} primitive@>
18487 mp_primitive(mp, "closefrom",unary,close_from_op);
18488 @:close_from_}{\&{closefrom} primitive@>
18489 mp_primitive(mp, "odd",unary,odd_op);
18490 @:odd_}{\&{odd} primitive@>
18491 mp_primitive(mp, "known",unary,known_op);
18492 @:known_}{\&{known} primitive@>
18493 mp_primitive(mp, "unknown",unary,unknown_op);
18494 @:unknown_}{\&{unknown} primitive@>
18495 mp_primitive(mp, "not",unary,not_op);
18496 @:not_}{\&{not} primitive@>
18497 mp_primitive(mp, "decimal",unary,decimal);
18498 @:decimal_}{\&{decimal} primitive@>
18499 mp_primitive(mp, "reverse",unary,reverse);
18500 @:reverse_}{\&{reverse} primitive@>
18501 mp_primitive(mp, "makepath",unary,make_path_op);
18502 @:make_path_}{\&{makepath} primitive@>
18503 mp_primitive(mp, "makepen",unary,make_pen_op);
18504 @:make_pen_}{\&{makepen} primitive@>
18505 mp_primitive(mp, "oct",unary,oct_op);
18506 @:oct_}{\&{oct} primitive@>
18507 mp_primitive(mp, "hex",unary,hex_op);
18508 @:hex_}{\&{hex} primitive@>
18509 mp_primitive(mp, "ASCII",unary,ASCII_op);
18510 @:ASCII_}{\&{ASCII} primitive@>
18511 mp_primitive(mp, "char",unary,char_op);
18512 @:char_}{\&{char} primitive@>
18513 mp_primitive(mp, "length",unary,length_op);
18514 @:length_}{\&{length} primitive@>
18515 mp_primitive(mp, "turningnumber",unary,turning_op);
18516 @:turning_number_}{\&{turningnumber} primitive@>
18517 mp_primitive(mp, "xpart",unary,x_part);
18518 @:x_part_}{\&{xpart} primitive@>
18519 mp_primitive(mp, "ypart",unary,y_part);
18520 @:y_part_}{\&{ypart} primitive@>
18521 mp_primitive(mp, "xxpart",unary,xx_part);
18522 @:xx_part_}{\&{xxpart} primitive@>
18523 mp_primitive(mp, "xypart",unary,xy_part);
18524 @:xy_part_}{\&{xypart} primitive@>
18525 mp_primitive(mp, "yxpart",unary,yx_part);
18526 @:yx_part_}{\&{yxpart} primitive@>
18527 mp_primitive(mp, "yypart",unary,yy_part);
18528 @:yy_part_}{\&{yypart} primitive@>
18529 mp_primitive(mp, "redpart",unary,red_part);
18530 @:red_part_}{\&{redpart} primitive@>
18531 mp_primitive(mp, "greenpart",unary,green_part);
18532 @:green_part_}{\&{greenpart} primitive@>
18533 mp_primitive(mp, "bluepart",unary,blue_part);
18534 @:blue_part_}{\&{bluepart} primitive@>
18535 mp_primitive(mp, "cyanpart",unary,cyan_part);
18536 @:cyan_part_}{\&{cyanpart} primitive@>
18537 mp_primitive(mp, "magentapart",unary,magenta_part);
18538 @:magenta_part_}{\&{magentapart} primitive@>
18539 mp_primitive(mp, "yellowpart",unary,yellow_part);
18540 @:yellow_part_}{\&{yellowpart} primitive@>
18541 mp_primitive(mp, "blackpart",unary,black_part);
18542 @:black_part_}{\&{blackpart} primitive@>
18543 mp_primitive(mp, "greypart",unary,grey_part);
18544 @:grey_part_}{\&{greypart} primitive@>
18545 mp_primitive(mp, "colormodel",unary,color_model_part);
18546 @:color_model_part_}{\&{colormodel} primitive@>
18547 mp_primitive(mp, "fontpart",unary,font_part);
18548 @:font_part_}{\&{fontpart} primitive@>
18549 mp_primitive(mp, "textpart",unary,text_part);
18550 @:text_part_}{\&{textpart} primitive@>
18551 mp_primitive(mp, "pathpart",unary,path_part);
18552 @:path_part_}{\&{pathpart} primitive@>
18553 mp_primitive(mp, "penpart",unary,pen_part);
18554 @:pen_part_}{\&{penpart} primitive@>
18555 mp_primitive(mp, "dashpart",unary,dash_part);
18556 @:dash_part_}{\&{dashpart} primitive@>
18557 mp_primitive(mp, "sqrt",unary,sqrt_op);
18558 @:sqrt_}{\&{sqrt} primitive@>
18559 mp_primitive(mp, "mexp",unary,m_exp_op);
18560 @:m_exp_}{\&{mexp} primitive@>
18561 mp_primitive(mp, "mlog",unary,m_log_op);
18562 @:m_log_}{\&{mlog} primitive@>
18563 mp_primitive(mp, "sind",unary,sin_d_op);
18564 @:sin_d_}{\&{sind} primitive@>
18565 mp_primitive(mp, "cosd",unary,cos_d_op);
18566 @:cos_d_}{\&{cosd} primitive@>
18567 mp_primitive(mp, "floor",unary,floor_op);
18568 @:floor_}{\&{floor} primitive@>
18569 mp_primitive(mp, "uniformdeviate",unary,uniform_deviate);
18570 @:uniform_deviate_}{\&{uniformdeviate} primitive@>
18571 mp_primitive(mp, "charexists",unary,char_exists_op);
18572 @:char_exists_}{\&{charexists} primitive@>
18573 mp_primitive(mp, "fontsize",unary,font_size);
18574 @:font_size_}{\&{fontsize} primitive@>
18575 mp_primitive(mp, "llcorner",unary,ll_corner_op);
18576 @:ll_corner_}{\&{llcorner} primitive@>
18577 mp_primitive(mp, "lrcorner",unary,lr_corner_op);
18578 @:lr_corner_}{\&{lrcorner} primitive@>
18579 mp_primitive(mp, "ulcorner",unary,ul_corner_op);
18580 @:ul_corner_}{\&{ulcorner} primitive@>
18581 mp_primitive(mp, "urcorner",unary,ur_corner_op);
18582 @:ur_corner_}{\&{urcorner} primitive@>
18583 mp_primitive(mp, "arclength",unary,arc_length);
18584 @:arc_length_}{\&{arclength} primitive@>
18585 mp_primitive(mp, "angle",unary,angle_op);
18586 @:angle_}{\&{angle} primitive@>
18587 mp_primitive(mp, "cycle",cycle,cycle_op);
18588 @:cycle_}{\&{cycle} primitive@>
18589 mp_primitive(mp, "stroked",unary,stroked_op);
18590 @:stroked_}{\&{stroked} primitive@>
18591 mp_primitive(mp, "filled",unary,filled_op);
18592 @:filled_}{\&{filled} primitive@>
18593 mp_primitive(mp, "textual",unary,textual_op);
18594 @:textual_}{\&{textual} primitive@>
18595 mp_primitive(mp, "clipped",unary,clipped_op);
18596 @:clipped_}{\&{clipped} primitive@>
18597 mp_primitive(mp, "bounded",unary,bounded_op);
18598 @:bounded_}{\&{bounded} primitive@>
18599 mp_primitive(mp, "+",plus_or_minus,plus);
18600 @:+ }{\.{+} primitive@>
18601 mp_primitive(mp, "-",plus_or_minus,minus);
18602 @:- }{\.{-} primitive@>
18603 mp_primitive(mp, "*",secondary_binary,times);
18604 @:* }{\.{*} primitive@>
18605 mp_primitive(mp, "/",slash,over); mp->eqtb[frozen_slash]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
18606 @:/ }{\.{/} primitive@>
18607 mp_primitive(mp, "++",tertiary_binary,pythag_add);
18608 @:++_}{\.{++} primitive@>
18609 mp_primitive(mp, "+-+",tertiary_binary,pythag_sub);
18610 @:+-+_}{\.{+-+} primitive@>
18611 mp_primitive(mp, "or",tertiary_binary,or_op);
18612 @:or_}{\&{or} primitive@>
18613 mp_primitive(mp, "and",and_command,and_op);
18614 @:and_}{\&{and} primitive@>
18615 mp_primitive(mp, "<",expression_binary,less_than);
18616 @:< }{\.{<} primitive@>
18617 mp_primitive(mp, "<=",expression_binary,less_or_equal);
18618 @:<=_}{\.{<=} primitive@>
18619 mp_primitive(mp, ">",expression_binary,greater_than);
18620 @:> }{\.{>} primitive@>
18621 mp_primitive(mp, ">=",expression_binary,greater_or_equal);
18622 @:>=_}{\.{>=} primitive@>
18623 mp_primitive(mp, "=",equals,equal_to);
18624 @:= }{\.{=} primitive@>
18625 mp_primitive(mp, "<>",expression_binary,unequal_to);
18626 @:<>_}{\.{<>} primitive@>
18627 mp_primitive(mp, "substring",primary_binary,substring_of);
18628 @:substring_}{\&{substring} primitive@>
18629 mp_primitive(mp, "subpath",primary_binary,subpath_of);
18630 @:subpath_}{\&{subpath} primitive@>
18631 mp_primitive(mp, "directiontime",primary_binary,direction_time_of);
18632 @:direction_time_}{\&{directiontime} primitive@>
18633 mp_primitive(mp, "point",primary_binary,point_of);
18634 @:point_}{\&{point} primitive@>
18635 mp_primitive(mp, "precontrol",primary_binary,precontrol_of);
18636 @:precontrol_}{\&{precontrol} primitive@>
18637 mp_primitive(mp, "postcontrol",primary_binary,postcontrol_of);
18638 @:postcontrol_}{\&{postcontrol} primitive@>
18639 mp_primitive(mp, "penoffset",primary_binary,pen_offset_of);
18640 @:pen_offset_}{\&{penoffset} primitive@>
18641 mp_primitive(mp, "arctime",primary_binary,arc_time_of);
18642 @:arc_time_of_}{\&{arctime} primitive@>
18643 mp_primitive(mp, "mpversion",nullary,mp_version);
18644 @:mp_verison_}{\&{mpversion} primitive@>
18645 mp_primitive(mp, "&",ampersand,concatenate);
18646 @:!!!}{\.{\&} primitive@>
18647 mp_primitive(mp, "rotated",secondary_binary,rotated_by);
18648 @:rotated_}{\&{rotated} primitive@>
18649 mp_primitive(mp, "slanted",secondary_binary,slanted_by);
18650 @:slanted_}{\&{slanted} primitive@>
18651 mp_primitive(mp, "scaled",secondary_binary,scaled_by);
18652 @:scaled_}{\&{scaled} primitive@>
18653 mp_primitive(mp, "shifted",secondary_binary,shifted_by);
18654 @:shifted_}{\&{shifted} primitive@>
18655 mp_primitive(mp, "transformed",secondary_binary,transformed_by);
18656 @:transformed_}{\&{transformed} primitive@>
18657 mp_primitive(mp, "xscaled",secondary_binary,x_scaled);
18658 @:x_scaled_}{\&{xscaled} primitive@>
18659 mp_primitive(mp, "yscaled",secondary_binary,y_scaled);
18660 @:y_scaled_}{\&{yscaled} primitive@>
18661 mp_primitive(mp, "zscaled",secondary_binary,z_scaled);
18662 @:z_scaled_}{\&{zscaled} primitive@>
18663 mp_primitive(mp, "infont",secondary_binary,in_font);
18664 @:in_font_}{\&{infont} primitive@>
18665 mp_primitive(mp, "intersectiontimes",tertiary_binary,intersect);
18666 @:intersection_times_}{\&{intersectiontimes} primitive@>
18667 mp_primitive(mp, "envelope",primary_binary,envelope_of);
18668 @:envelope_}{\&{envelope} primitive@>
18669
18670 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
18671 case nullary:
18672 case unary:
18673 case primary_binary:
18674 case secondary_binary:
18675 case tertiary_binary:
18676 case expression_binary:
18677 case cycle:
18678 case plus_or_minus:
18679 case slash:
18680 case ampersand:
18681 case equals:
18682 case and_command:
18683   mp_print_op(mp, m);
18684   break;
18685
18686 @ OK, let's look at the simplest \\{do} procedure first.
18687
18688 @c @<Declare nullary action procedure@>;
18689 void mp_do_nullary (MP mp,quarterword c) { 
18690   check_arith;
18691   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two )
18692     mp_show_cmd_mod(mp, nullary,c);
18693   switch (c) {
18694   case true_code: case false_code: 
18695     mp->cur_type=mp_boolean_type; mp->cur_exp=c;
18696     break;
18697   case null_picture_code: 
18698     mp->cur_type=mp_picture_type;
18699     mp->cur_exp=mp_get_node(mp, edge_header_size); 
18700     mp_init_edges(mp, mp->cur_exp);
18701     break;
18702   case null_pen_code: 
18703     mp->cur_type=mp_pen_type; mp->cur_exp=mp_get_pen_circle(mp, 0);
18704     break;
18705   case normal_deviate: 
18706     mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=mp_norm_rand(mp);
18707     break;
18708   case pen_circle: 
18709     mp->cur_type=mp_pen_type; mp->cur_exp=mp_get_pen_circle(mp, unity);
18710     break;
18711   case job_name_op:  
18712     if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
18713     mp->cur_type=mp_string_type; mp->cur_exp=rts(mp->job_name);
18714     break;
18715   case mp_version: 
18716     mp->cur_type=mp_string_type; 
18717     mp->cur_exp=intern(metapost_version) ;
18718     break;
18719   case read_string_op:
18720     @<Read a string from the terminal@>;
18721     break;
18722   } /* there are no other cases */
18723   check_arith;
18724 }
18725
18726 @ @<Read a string...@>=
18727
18728   if ( mp->interaction<=mp_nonstop_mode )
18729     mp_fatal_error(mp, "*** (cannot readstring in nonstop modes)");
18730   mp_begin_file_reading(mp); name=is_read;
18731   limit=start; prompt_input("");
18732   mp_finish_read(mp);
18733 }
18734
18735 @ @<Declare nullary action procedure@>=
18736 void mp_finish_read (MP mp) { /* copy |buffer| line to |cur_exp| */
18737   size_t k;
18738   str_room((int)mp->last-start);
18739   for (k=start;k<=mp->last-1;k++) {
18740    append_char(mp->buffer[k]);
18741   }
18742   mp_end_file_reading(mp); mp->cur_type=mp_string_type; 
18743   mp->cur_exp=mp_make_string(mp);
18744 }
18745
18746 @ Things get a bit more interesting when there's an operand. The
18747 operand to |do_unary| appears in |cur_type| and |cur_exp|.
18748
18749 @c @<Declare unary action procedures@>;
18750 void mp_do_unary (MP mp,quarterword c) {
18751   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
18752   integer x; /* a temporary register */
18753   check_arith;
18754   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two )
18755     @<Trace the current unary operation@>;
18756   switch (c) {
18757   case plus:
18758     if ( mp->cur_type<mp_color_type ) mp_bad_unary(mp, plus);
18759     break;
18760   case minus:
18761     @<Negate the current expression@>;
18762     break;
18763   @<Additional cases of unary operators@>;
18764   } /* there are no other cases */
18765   check_arith;
18766 };
18767
18768 @ The |nice_pair| function returns |true| if both components of a pair
18769 are known.
18770
18771 @<Declare unary action procedures@>=
18772 boolean mp_nice_pair (MP mp,integer p, quarterword t) { 
18773   if ( t==mp_pair_type ) {
18774     p=value(p);
18775     if ( type(x_part_loc(p))==mp_known )
18776       if ( type(y_part_loc(p))==mp_known )
18777         return true;
18778   }
18779   return false;
18780 }
18781
18782 @ The |nice_color_or_pair| function is analogous except that it also accepts
18783 fully known colors.
18784
18785 @<Declare unary action procedures@>=
18786 boolean mp_nice_color_or_pair (MP mp,integer p, quarterword t) {
18787   pointer q,r; /* for scanning the big node */
18788   if ( (t!=mp_pair_type)&&(t!=mp_color_type)&&(t!=mp_cmykcolor_type) ) {
18789     return false;
18790   } else { 
18791     q=value(p);
18792     r=q+mp->big_node_size[type(p)];
18793     do {  
18794       r=r-2;
18795       if ( type(r)!=mp_known )
18796         return false;
18797     } while (r!=q);
18798     return true;
18799   }
18800 }
18801
18802 @ @<Declare unary action...@>=
18803 void mp_print_known_or_unknown_type (MP mp,small_number t, integer v) { 
18804   mp_print_char(mp, '(');
18805   if ( t>mp_known ) mp_print(mp, "unknown numeric");
18806   else { if ( (t==mp_pair_type)||(t==mp_color_type)||(t==mp_cmykcolor_type) )
18807     if ( ! mp_nice_color_or_pair(mp, v,t) ) mp_print(mp, "unknown ");
18808     mp_print_type(mp, t);
18809   }
18810   mp_print_char(mp, ')');
18811 }
18812
18813 @ @<Declare unary action...@>=
18814 void mp_bad_unary (MP mp,quarterword c) { 
18815   exp_err("Not implemented: "); mp_print_op(mp, c);
18816 @.Not implemented...@>
18817   mp_print_known_or_unknown_type(mp, mp->cur_type,mp->cur_exp);
18818   help3("I'm afraid I don't know how to apply that operation to that")
18819     ("particular type. Continue, and I'll simply return the")
18820     ("argument (shown above) as the result of the operation.");
18821   mp_put_get_error(mp);
18822 }
18823
18824 @ @<Trace the current unary operation@>=
18825
18826   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{"); 
18827   mp_print_op(mp, c); mp_print_char(mp, '(');
18828   mp_print_exp(mp, null,0); /* show the operand, but not verbosely */
18829   mp_print(mp, ")}"); mp_end_diagnostic(mp, false);
18830 }
18831
18832 @ Negation is easy except when the current expression
18833 is of type |independent|, or when it is a pair with one or more
18834 |independent| components.
18835
18836 It is tempting to argue that the negative of an independent variable
18837 is an independent variable, hence we don't have to do anything when
18838 negating it. The fallacy is that other dependent variables pointing
18839 to the current expression must change the sign of their
18840 coefficients if we make no change to the current expression.
18841
18842 Instead, we work around the problem by copying the current expression
18843 and recycling it afterwards (cf.~the |stash_in| routine).
18844
18845 @<Negate the current expression@>=
18846 switch (mp->cur_type) {
18847 case mp_color_type:
18848 case mp_cmykcolor_type:
18849 case mp_pair_type:
18850 case mp_independent: 
18851   q=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, q);
18852   if ( mp->cur_type==mp_dependent ) {
18853     mp_negate_dep_list(mp, dep_list(mp->cur_exp));
18854   } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { /* |mp_color_type| or |mp_pair_type| */
18855     p=value(mp->cur_exp);
18856     r=p+mp->big_node_size[mp->cur_type];
18857     do {  
18858       r=r-2;
18859       if ( type(r)==mp_known ) negate(value(r));
18860       else mp_negate_dep_list(mp, dep_list(r));
18861     } while (r!=p);
18862   } /* if |cur_type=mp_known| then |cur_exp=0| */
18863   mp_recycle_value(mp, q); mp_free_node(mp, q,value_node_size);
18864   break;
18865 case mp_dependent:
18866 case mp_proto_dependent:
18867   mp_negate_dep_list(mp, dep_list(mp->cur_exp));
18868   break;
18869 case mp_known:
18870   negate(mp->cur_exp);
18871   break;
18872 default:
18873   mp_bad_unary(mp, minus);
18874   break;
18875 }
18876
18877 @ @<Declare unary action...@>=
18878 void mp_negate_dep_list (MP mp,pointer p) { 
18879   while (1) { 
18880     negate(value(p));
18881     if ( info(p)==null ) return;
18882     p=link(p);
18883   }
18884 }
18885
18886 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18887 case not_op: 
18888   if ( mp->cur_type!=mp_boolean_type ) mp_bad_unary(mp, not_op);
18889   else mp->cur_exp=true_code+false_code-mp->cur_exp;
18890   break;
18891
18892 @ @d three_sixty_units 23592960 /* that's |360*unity| */
18893 @d boolean_reset(A) if ( (A) ) mp->cur_exp=true_code; else mp->cur_exp=false_code
18894
18895 @<Additional cases of unary operators@>=
18896 case sqrt_op:
18897 case m_exp_op:
18898 case m_log_op:
18899 case sin_d_op:
18900 case cos_d_op:
18901 case floor_op:
18902 case  uniform_deviate:
18903 case odd_op:
18904 case char_exists_op:
18905   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18906     mp_bad_unary(mp, c);
18907   } else {
18908     switch (c) {
18909     case sqrt_op:mp->cur_exp=mp_square_rt(mp, mp->cur_exp);break;
18910     case m_exp_op:mp->cur_exp=mp_m_exp(mp, mp->cur_exp);break;
18911     case m_log_op:mp->cur_exp=mp_m_log(mp, mp->cur_exp);break;
18912     case sin_d_op:
18913     case cos_d_op:
18914       mp_n_sin_cos(mp, (mp->cur_exp % three_sixty_units)*16);
18915       if ( c==sin_d_op ) mp->cur_exp=mp_round_fraction(mp, mp->n_sin);
18916       else mp->cur_exp=mp_round_fraction(mp, mp->n_cos);
18917       break;
18918     case floor_op:mp->cur_exp=mp_floor_scaled(mp, mp->cur_exp);break;
18919     case uniform_deviate:mp->cur_exp=mp_unif_rand(mp, mp->cur_exp);break;
18920     case odd_op: 
18921       boolean_reset(odd(mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp)));
18922       mp->cur_type=mp_boolean_type;
18923       break;
18924     case char_exists_op:
18925       @<Determine if a character has been shipped out@>;
18926       break;
18927     } /* there are no other cases */
18928   }
18929   break;
18930
18931 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18932 case angle_op:
18933   if ( mp_nice_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type) ) {
18934     p=value(mp->cur_exp);
18935     x=mp_n_arg(mp, value(x_part_loc(p)),value(y_part_loc(p)));
18936     if ( x>=0 ) mp_flush_cur_exp(mp, (x+8)/ 16);
18937     else mp_flush_cur_exp(mp, -((-x+8)/ 16));
18938   } else {
18939     mp_bad_unary(mp, angle_op);
18940   }
18941   break;
18942
18943 @ If the current expression is a pair, but the context wants it to
18944 be a path, we call |pair_to_path|.
18945
18946 @<Declare unary action...@>=
18947 void mp_pair_to_path (MP mp) { 
18948   mp->cur_exp=mp_new_knot(mp); 
18949   mp->cur_type=mp_path_type;
18950 };
18951
18952 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18953 case x_part:
18954 case y_part:
18955   if ( (mp->cur_type==mp_pair_type)||(mp->cur_type==mp_transform_type) )
18956     mp_take_part(mp, c);
18957   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18958   else mp_bad_unary(mp, c);
18959   break;
18960 case xx_part:
18961 case xy_part:
18962 case yx_part:
18963 case yy_part: 
18964   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) mp_take_part(mp, c);
18965   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18966   else mp_bad_unary(mp, c);
18967   break;
18968 case red_part:
18969 case green_part:
18970 case blue_part: 
18971   if ( mp->cur_type==mp_color_type ) mp_take_part(mp, c);
18972   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18973   else mp_bad_unary(mp, c);
18974   break;
18975 case cyan_part:
18976 case magenta_part:
18977 case yellow_part:
18978 case black_part: 
18979   if ( mp->cur_type==mp_cmykcolor_type) mp_take_part(mp, c); 
18980   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18981   else mp_bad_unary(mp, c);
18982   break;
18983 case grey_part: 
18984   if ( mp->cur_type==mp_known ) mp->cur_exp=value(c);
18985   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18986   else mp_bad_unary(mp, c);
18987   break;
18988 case color_model_part: 
18989   if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18990   else mp_bad_unary(mp, c);
18991   break;
18992
18993 @ In the following procedure, |cur_exp| points to a capsule, which points to
18994 a big node. We want to delete all but one part of the big node.
18995
18996 @<Declare unary action...@>=
18997 void mp_take_part (MP mp,quarterword c) {
18998   pointer p; /* the big node */
18999   p=value(mp->cur_exp); value(temp_val)=p; type(temp_val)=mp->cur_type;
19000   link(p)=temp_val; mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
19001   mp_make_exp_copy(mp, p+mp->sector_offset[c+mp_x_part_sector-x_part]);
19002   mp_recycle_value(mp, temp_val);
19003 }
19004
19005 @ @<Initialize table entries...@>=
19006 name_type(temp_val)=mp_capsule;
19007
19008 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19009 case font_part:
19010 case text_part:
19011 case path_part:
19012 case pen_part:
19013 case dash_part:
19014   if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
19015   else mp_bad_unary(mp, c);
19016   break;
19017
19018 @ @<Declarations@>=
19019 void mp_scale_edges (MP mp);
19020
19021 @ @<Declare unary action...@>=
19022 void mp_take_pict_part (MP mp,quarterword c) {
19023   pointer p; /* first graphical object in |cur_exp| */
19024   p=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
19025   if ( p!=null ) {
19026     switch (c) {
19027     case x_part: case y_part: case xx_part:
19028     case xy_part: case yx_part: case yy_part:
19029       if ( type(p)==mp_text_code ) mp_flush_cur_exp(mp, text_trans_part(p+c));
19030       else goto NOT_FOUND;
19031       break;
19032     case red_part: case green_part: case blue_part:
19033       if ( has_color(p) ) mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c));
19034       else goto NOT_FOUND;
19035       break;
19036     case cyan_part: case magenta_part: case yellow_part:
19037     case black_part:
19038       if ( has_color(p) ) {
19039         if ( color_model(p)==mp_uninitialized_model )
19040           mp_flush_cur_exp(mp, unity);
19041         else
19042           mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c+(red_part-cyan_part)));
19043       } else goto NOT_FOUND;
19044       break;
19045     case grey_part:
19046       if ( has_color(p) )
19047           mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c+(red_part-grey_part)));
19048       else goto NOT_FOUND;
19049       break;
19050     case color_model_part:
19051       if ( has_color(p) ) {
19052         if ( color_model(p)==mp_uninitialized_model )
19053           mp_flush_cur_exp(mp, mp->internal[mp_default_color_model]);
19054         else
19055           mp_flush_cur_exp(mp, color_model(p)*unity);
19056       } else goto NOT_FOUND;
19057       break;
19058     @<Handle other cases in |take_pict_part| or |goto not_found|@>;
19059     } /* all cases have been enumerated */
19060     return;
19061   };
19062 NOT_FOUND:
19063   @<Convert the current expression to a null value appropriate
19064     for |c|@>;
19065 }
19066
19067 @ @<Handle other cases in |take_pict_part| or |goto not_found|@>=
19068 case text_part: 
19069   if ( type(p)!=mp_text_code ) goto NOT_FOUND;
19070   else { 
19071     mp_flush_cur_exp(mp, text_p(p));
19072     add_str_ref(mp->cur_exp);
19073     mp->cur_type=mp_string_type;
19074     };
19075   break;
19076 case font_part: 
19077   if ( type(p)!=mp_text_code ) goto NOT_FOUND;
19078   else { 
19079     mp_flush_cur_exp(mp, rts(mp->font_name[font_n(p)])); 
19080     add_str_ref(mp->cur_exp);
19081     mp->cur_type=mp_string_type;
19082   };
19083   break;
19084 case path_part:
19085   if ( type(p)==mp_text_code ) goto NOT_FOUND;
19086   else if ( is_stop(p) ) mp_confusion(mp, "pict");
19087 @:this can't happen pict}{\quad pict@>
19088   else { 
19089     mp_flush_cur_exp(mp, mp_copy_path(mp, path_p(p)));
19090     mp->cur_type=mp_path_type;
19091   }
19092   break;
19093 case pen_part: 
19094   if ( ! has_pen(p) ) goto NOT_FOUND;
19095   else {
19096     if ( pen_p(p)==null ) goto NOT_FOUND;
19097     else { mp_flush_cur_exp(mp, copy_pen(pen_p(p)));
19098       mp->cur_type=mp_pen_type;
19099     };
19100   }
19101   break;
19102 case dash_part: 
19103   if ( type(p)!=mp_stroked_code ) goto NOT_FOUND;
19104   else { if ( dash_p(p)==null ) goto NOT_FOUND;
19105     else { add_edge_ref(dash_p(p));
19106     mp->se_sf=dash_scale(p);
19107     mp->se_pic=dash_p(p);
19108     mp_scale_edges(mp);
19109     mp_flush_cur_exp(mp, mp->se_pic);
19110     mp->cur_type=mp_picture_type;
19111     };
19112   }
19113   break;
19114
19115 @ Since |scale_edges| had to be declared |forward|, it had to be declared as a
19116 parameterless procedure even though it really takes two arguments and updates
19117 one of them.  Hence the following globals are needed.
19118
19119 @<Global...@>=
19120 pointer se_pic;  /* edge header used and updated by |scale_edges| */
19121 scaled se_sf;  /* the scale factor argument to |scale_edges| */
19122
19123 @ @<Convert the current expression to a null value appropriate...@>=
19124 switch (c) {
19125 case text_part: case font_part: 
19126   mp_flush_cur_exp(mp, rts(""));
19127   mp->cur_type=mp_string_type;
19128   break;
19129 case path_part: 
19130   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_node(mp, knot_node_size));
19131   left_type(mp->cur_exp)=mp_endpoint;
19132   right_type(mp->cur_exp)=mp_endpoint;
19133   link(mp->cur_exp)=mp->cur_exp;
19134   x_coord(mp->cur_exp)=0;
19135   y_coord(mp->cur_exp)=0;
19136   originator(mp->cur_exp)=mp_metapost_user;
19137   mp->cur_type=mp_path_type;
19138   break;
19139 case pen_part: 
19140   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_pen_circle(mp, 0));
19141   mp->cur_type=mp_pen_type;
19142   break;
19143 case dash_part: 
19144   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_node(mp, edge_header_size));
19145   mp_init_edges(mp, mp->cur_exp);
19146   mp->cur_type=mp_picture_type;
19147   break;
19148 default: 
19149    mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19150   break;
19151 }
19152
19153 @ @<Additional cases of unary...@>=
19154 case char_op: 
19155   if ( mp->cur_type!=mp_known ) { 
19156     mp_bad_unary(mp, char_op);
19157   } else { 
19158     mp->cur_exp=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp) % 256; 
19159     mp->cur_type=mp_string_type;
19160     if ( mp->cur_exp<0 ) mp->cur_exp=mp->cur_exp+256;
19161   }
19162   break;
19163 case decimal: 
19164   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
19165      mp_bad_unary(mp, decimal);
19166   } else { 
19167     mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=new_string;
19168     mp_print_scaled(mp, mp->cur_exp); mp->cur_exp=mp_make_string(mp);
19169     mp->selector=mp->old_setting; mp->cur_type=mp_string_type;
19170   }
19171   break;
19172 case oct_op:
19173 case hex_op:
19174 case ASCII_op: 
19175   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, c);
19176   else mp_str_to_num(mp, c);
19177   break;
19178 case font_size: 
19179   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, font_size);
19180   else @<Find the design size of the font whose name is |cur_exp|@>;
19181   break;
19182
19183 @ @<Declare unary action...@>=
19184 void mp_str_to_num (MP mp,quarterword c) { /* converts a string to a number */
19185   integer n; /* accumulator */
19186   ASCII_code m; /* current character */
19187   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
19188   int b; /* radix of conversion */
19189   boolean bad_char; /* did the string contain an invalid digit? */
19190   if ( c==ASCII_op ) {
19191     if ( length(mp->cur_exp)==0 ) n=-1;
19192     else n=mp->str_pool[mp->str_start[mp->cur_exp]];
19193   } else { 
19194     if ( c==oct_op ) b=8; else b=16;
19195     n=0; bad_char=false;
19196     for (k=mp->str_start[mp->cur_exp];k<=str_stop(mp->cur_exp)-1;k++) {
19197       m=mp->str_pool[k];
19198       if ( (m>='0')&&(m<='9') ) m=m-'0';
19199       else if ( (m>='A')&&(m<='F') ) m=m-'A'+10;
19200       else if ( (m>='a')&&(m<='f') ) m=m-'a'+10;
19201       else  { bad_char=true; m=0; };
19202       if ( m>=b ) { bad_char=true; m=0; };
19203       if ( n<32768 / b ) n=n*b+m; else n=32767;
19204     }
19205     @<Give error messages if |bad_char| or |n>=4096|@>;
19206   }
19207   mp_flush_cur_exp(mp, n*unity);
19208 }
19209
19210 @ @<Give error messages if |bad_char|...@>=
19211 if ( bad_char ) { 
19212   exp_err("String contains illegal digits");
19213 @.String contains illegal digits@>
19214   if ( c==oct_op ) {
19215     help1("I zeroed out characters that weren't in the range 0..7.");
19216   } else  {
19217     help1("I zeroed out characters that weren't hex digits.");
19218   }
19219   mp_put_get_error(mp);
19220 }
19221 if ( (n>4095) ) {
19222   if ( mp->internal[mp_warning_check]>0 ) {
19223     print_err("Number too large ("); 
19224     mp_print_int(mp, n); mp_print_char(mp, ')');
19225 @.Number too large@>
19226     help2("I have trouble with numbers greater than 4095; watch out.")
19227       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
19228     mp_put_get_error(mp);
19229   }
19230 }
19231
19232 @ The length operation is somewhat unusual in that it applies to a variety
19233 of different types of operands.
19234
19235 @<Additional cases of unary...@>=
19236 case length_op: 
19237   switch (mp->cur_type) {
19238   case mp_string_type: mp_flush_cur_exp(mp, length(mp->cur_exp)*unity); break;
19239   case mp_path_type: mp_flush_cur_exp(mp, mp_path_length(mp)); break;
19240   case mp_known: mp->cur_exp=abs(mp->cur_exp); break;
19241   case mp_picture_type: mp_flush_cur_exp(mp, mp_pict_length(mp)); break;
19242   default: 
19243     if ( mp_nice_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type) )
19244       mp_flush_cur_exp(mp, mp_pyth_add(mp, 
19245         value(x_part_loc(value(mp->cur_exp))),
19246         value(y_part_loc(value(mp->cur_exp)))));
19247     else mp_bad_unary(mp, c);
19248     break;
19249   }
19250   break;
19251
19252 @ @<Declare unary action...@>=
19253 scaled mp_path_length (MP mp) { /* computes the length of the current path */
19254   scaled n; /* the path length so far */
19255   pointer p; /* traverser */
19256   p=mp->cur_exp;
19257   if ( left_type(p)==mp_endpoint ) n=-unity; else n=0;
19258   do {  p=link(p); n=n+unity; } while (p!=mp->cur_exp);
19259   return n;
19260 }
19261
19262 @ @<Declare unary action...@>=
19263 scaled mp_pict_length (MP mp) { 
19264   /* counts interior components in picture |cur_exp| */
19265   scaled n; /* the count so far */
19266   pointer p; /* traverser */
19267   n=0;
19268   p=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
19269   if ( p!=null ) {
19270     if ( is_start_or_stop(p) )
19271       if ( mp_skip_1component(mp, p)==null ) p=link(p);
19272     while ( p!=null )  { 
19273       skip_component(p) return n; 
19274       n=n+unity;   
19275     }
19276   }
19277   return n;
19278 }
19279
19280 @ Implement |turningnumber|
19281
19282 @<Additional cases of unary...@>=
19283 case turning_op:
19284   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19285   else if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, turning_op);
19286   else if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint )
19287      mp_flush_cur_exp(mp, 0); /* not a cyclic path */
19288   else
19289     mp_flush_cur_exp(mp, mp_turn_cycles_wrapper(mp, mp->cur_exp));
19290   break;
19291
19292 @ The function |an_angle| returns the value of the |angle| primitive, or $0$ if the
19293 argument is |origin|.
19294
19295 @<Declare unary action...@>=
19296 angle mp_an_angle (MP mp,scaled xpar, scaled ypar) {
19297   if ( (! ((xpar==0) && (ypar==0))) )
19298     return mp_n_arg(mp, xpar,ypar);
19299   return 0;
19300 }
19301
19302
19303 @ The actual turning number is (for the moment) computed in a C function
19304 that receives eight integers corresponding to the four controlling points,
19305 and returns a single angle.  Besides those, we have to account for discrete
19306 moves at the actual points.
19307
19308 @d floor(a) (a>=0 ? a : -(int)(-a))
19309 @d bezier_error (720<<20)+1
19310 @d sign(v) ((v)>0 ? 1 : ((v)<0 ? -1 : 0 ))
19311 @d print_roots(a) { if (debuglevel>(65536*2))
19312    fprintf(stdout,"bezier_slope(): %s, i=%f, o=%f, angle=%f\n", (a),in,out,res); }
19313 @d out ((double)(xo>>20))
19314 @d mid ((double)(xm>>20))
19315 @d in  ((double)(xi>>20))
19316 @d divisor (256*256)
19317 @d double2angle(a) (int)floor(a*256.0*256.0*16.0)
19318
19319 @<Declare unary action...@>=
19320 angle mp_bezier_slope(MP mp, integer AX,integer AY,integer BX,integer BY,
19321             integer CX,integer CY,integer DX,integer DY, int debuglevel);
19322
19323 @ @c 
19324 angle mp_bezier_slope(MP mp, integer AX,integer AY,integer BX,integer BY,
19325             integer CX,integer CY,integer DX,integer DY, int debuglevel) {
19326   double a, b, c;
19327   integer deltax,deltay;
19328   double ax,ay,bx,by,cx,cy,dx,dy;
19329   angle xi = 0, xo = 0, xm = 0;
19330   double res = 0;
19331   ax=AX/divisor;  ay=AY/divisor;
19332   bx=BX/divisor;  by=BY/divisor;
19333   cx=CX/divisor;  cy=CY/divisor;
19334   dx=DX/divisor;  dy=DY/divisor;
19335
19336   deltax = (BX-AX); deltay = (BY-AY);
19337   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(CX-AX); deltay=(CY-AY); }
19338   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-AX); deltay=(DY-AY); }
19339   xi = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19340
19341   deltax = (CX-BX); deltay = (CY-BY);
19342   xm = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19343
19344   deltax = (DX-CX); deltay = (DY-CY);
19345   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-BX); deltay=(DY-BY); }
19346   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-AX); deltay=(DY-AY); }
19347   xo = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19348
19349   a = (bx-ax)*(cy-by) - (cx-bx)*(by-ay); /* a = (bp-ap)x(cp-bp); */
19350   b = (bx-ax)*(dy-cy) - (by-ay)*(dx-cx);; /* b = (bp-ap)x(dp-cp);*/
19351   c = (cx-bx)*(dy-cy) - (dx-cx)*(cy-by); /* c = (cp-bp)x(dp-cp);*/
19352
19353   if (debuglevel>(65536*2)) {
19354     fprintf(stdout,
19355       "bezier_slope(): (%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f)\n",
19356               ax,ay,bx,by,cx,cy,dx,dy);
19357     fprintf(stdout,
19358       "bezier_slope(): a,b,c,b^2,4ac: (%.2f,%.2f,%.2f,%.2f,%.2f)\n",a,b,c,b*b,4*a*c);
19359   }
19360
19361   if ((a==0)&&(c==0)) {
19362     res = (b==0 ?  0 :  (out-in)); 
19363     print_roots("no roots (a)");
19364   } else if ((a==0)||(c==0)) {
19365     if ((sign(b) == sign(a)) || (sign(b) == sign(c))) {
19366       res = out-in; /* ? */
19367       if (res<-180.0) 
19368         res += 360.0;
19369       else if (res>180.0)
19370         res -= 360.0;
19371       print_roots("no roots (b)");
19372     } else {
19373       res = out-in; /* ? */
19374       print_roots("one root (a)");
19375     }
19376   } else if ((sign(a)*sign(c))<0) {
19377     res = out-in; /* ? */
19378       if (res<-180.0) 
19379         res += 360.0;
19380       else if (res>180.0)
19381         res -= 360.0;
19382     print_roots("one root (b)");
19383   } else {
19384     if (sign(a) == sign(b)) {
19385       res = out-in; /* ? */
19386       if (res<-180.0) 
19387         res += 360.0;
19388       else if (res>180.0)
19389         res -= 360.0;
19390       print_roots("no roots (d)");
19391     } else {
19392       if ((b*b) == (4*a*c)) {
19393         res = bezier_error;
19394         print_roots("double root"); /* cusp */
19395       } else if ((b*b) < (4*a*c)) {
19396         res = out-in; /* ? */
19397         if (res<=0.0 &&res>-180.0) 
19398           res += 360.0;
19399         else if (res>=0.0 && res<180.0)
19400           res -= 360.0;
19401         print_roots("no roots (e)");
19402       } else {
19403         res = out-in;
19404         if (res<-180.0) 
19405           res += 360.0;
19406         else if (res>180.0)
19407           res -= 360.0;
19408         print_roots("two roots"); /* two inflections */
19409       }
19410     }
19411   }
19412   return double2angle(res);
19413 }
19414
19415 @
19416 @d p_nextnext link(link(p))
19417 @d p_next link(p)
19418 @d seven_twenty_deg 05500000000 /* $720\cdot2^{20}$, represents $720^\circ$ */
19419
19420 @<Declare unary action...@>=
19421 scaled mp_new_turn_cycles (MP mp,pointer c) {
19422   angle res,ang; /*  the angles of intermediate results  */
19423   scaled turns;  /*  the turn counter  */
19424   pointer p;     /*  for running around the path  */
19425   integer xp,yp;   /*  coordinates of next point  */
19426   integer x,y;   /*  helper coordinates  */
19427   angle in_angle,out_angle;     /*  helper angles */
19428   int old_setting; /* saved |selector| setting */
19429   res=0;
19430   turns= 0;
19431   p=c;
19432   old_setting = mp->selector; mp->selector=term_only;
19433   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) {
19434     mp_begin_diagnostic(mp);
19435     mp_print_nl(mp, "");
19436     mp_end_diagnostic(mp, false);
19437   }
19438   do { 
19439     xp = x_coord(p_next); yp = y_coord(p_next);
19440     ang  = mp_bezier_slope(mp,x_coord(p), y_coord(p), right_x(p), right_y(p),
19441              left_x(p_next), left_y(p_next), xp, yp, 
19442              mp->internal[mp_tracing_commands]);
19443     if ( ang>seven_twenty_deg ) {
19444       print_err("Strange path");
19445       mp_error(mp);
19446       mp->selector=old_setting;
19447       return 0;
19448     }
19449     res  = res + ang;
19450     if ( res > one_eighty_deg ) {
19451       res = res - three_sixty_deg;
19452       turns = turns + unity;
19453     }
19454     if ( res <= -one_eighty_deg ) {
19455       res = res + three_sixty_deg;
19456       turns = turns - unity;
19457     }
19458     /*  incoming angle at next point  */
19459     x = left_x(p_next);  y = left_y(p_next);
19460     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = right_x(p);  y = right_y(p);  };
19461     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = x_coord(p);  y = y_coord(p);  };
19462     in_angle = mp_an_angle(mp, xp - x, yp - y);
19463     /*  outgoing angle at next point  */
19464     x = right_x(p_next);  y = right_y(p_next);
19465     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = left_x(p_nextnext);  y = left_y(p_nextnext);  };
19466     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = x_coord(p_nextnext); y = y_coord(p_nextnext); };
19467     out_angle = mp_an_angle(mp, x - xp, y- yp);
19468     ang  = (out_angle - in_angle);
19469     reduce_angle(ang);
19470     if ( ang!=0 ) {
19471       res  = res + ang;
19472       if ( res >= one_eighty_deg ) {
19473         res = res - three_sixty_deg;
19474         turns = turns + unity;
19475       };
19476       if ( res <= -one_eighty_deg ) {
19477         res = res + three_sixty_deg;
19478         turns = turns - unity;
19479       };
19480     };
19481     p = link(p);
19482   } while (p!=c);
19483   mp->selector=old_setting;
19484   return turns;
19485 }
19486
19487
19488 @ This code is based on Bogus\l{}av Jackowski's
19489 |emergency_turningnumber| macro, with some minor changes by Taco
19490 Hoekwater. The macro code looked more like this:
19491 {\obeylines
19492 vardef turning\_number primary p =
19493 ~~save res, ang, turns;
19494 ~~res := 0;
19495 ~~if length p <= 2:
19496 ~~~~if Angle ((point 0 of p) - (postcontrol 0 of p)) >= 0:  1  else: -1 fi
19497 ~~else:
19498 ~~~~for t = 0 upto length p-1 :
19499 ~~~~~~angc := Angle ((point t+1 of p)  - (point t of p))
19500 ~~~~~~~~- Angle ((point t of p) - (point t-1 of p));
19501 ~~~~~~if angc > 180: angc := angc - 360; fi;
19502 ~~~~~~if angc < -180: angc := angc + 360; fi;
19503 ~~~~~~res  := res + angc;
19504 ~~~~endfor;
19505 ~~res/360
19506 ~~fi
19507 enddef;}
19508 The general idea is to calculate only the sum of the angles of
19509 straight lines between the points, of a path, not worrying about cusps
19510 or self-intersections in the segments at all. If the segment is not
19511 well-behaved, the result is not necesarily correct. But the old code
19512 was not always correct either, and worse, it sometimes failed for
19513 well-behaved paths as well. All known bugs that were triggered by the
19514 original code no longer occur with this code, and it runs roughly 3
19515 times as fast because the algorithm is much simpler.
19516
19517 @ It is possible to overflow the return value of the |turn_cycles|
19518 function when the path is sufficiently long and winding, but I am not
19519 going to bother testing for that. In any case, it would only return
19520 the looped result value, which is not a big problem.
19521
19522 The macro code for the repeat loop was a bit nicer to look
19523 at than the pascal code, because it could use |point -1 of p|. In
19524 pascal, the fastest way to loop around the path is not to look
19525 backward once, but forward twice. These defines help hide the trick.
19526
19527 @d p_to link(link(p))
19528 @d p_here link(p)
19529 @d p_from p
19530
19531 @<Declare unary action...@>=
19532 scaled mp_turn_cycles (MP mp,pointer c) {
19533   angle res,ang; /*  the angles of intermediate results  */
19534   scaled turns;  /*  the turn counter  */
19535   pointer p;     /*  for running around the path  */
19536   res=0;  turns= 0; p=c;
19537   do { 
19538     ang  = mp_an_angle (mp, x_coord(p_to) - x_coord(p_here), 
19539                             y_coord(p_to) - y_coord(p_here))
19540         - mp_an_angle (mp, x_coord(p_here) - x_coord(p_from), 
19541                            y_coord(p_here) - y_coord(p_from));
19542     reduce_angle(ang);
19543     res  = res + ang;
19544     if ( res >= three_sixty_deg )  {
19545       res = res - three_sixty_deg;
19546       turns = turns + unity;
19547     };
19548     if ( res <= -three_sixty_deg ) {
19549       res = res + three_sixty_deg;
19550       turns = turns - unity;
19551     };
19552     p = link(p);
19553   } while (p!=c);
19554   return turns;
19555 }
19556
19557 @ @<Declare unary action...@>=
19558 scaled mp_turn_cycles_wrapper (MP mp,pointer c) {
19559   scaled nval,oval;
19560   scaled saved_t_o; /* tracing\_online saved  */
19561   if ( (link(c)==c)||(link(link(c))==c) ) {
19562     if ( mp_an_angle (mp, x_coord(c) - right_x(c),  y_coord(c) - right_y(c)) > 0 )
19563       return unity;
19564     else
19565       return -unity;
19566   } else {
19567     nval = mp_new_turn_cycles(mp, c);
19568     oval = mp_turn_cycles(mp, c);
19569     if ( nval!=oval ) {
19570       saved_t_o=mp->internal[mp_tracing_online];
19571       mp->internal[mp_tracing_online]=unity;
19572       mp_begin_diagnostic(mp);
19573       mp_print_nl (mp, "Warning: the turningnumber algorithms do not agree."
19574                        " The current computed value is ");
19575       mp_print_scaled(mp, nval);
19576       mp_print(mp, ", but the 'connect-the-dots' algorithm returned ");
19577       mp_print_scaled(mp, oval);
19578       mp_end_diagnostic(mp, false);
19579       mp->internal[mp_tracing_online]=saved_t_o;
19580     }
19581     return nval;
19582   }
19583 }
19584
19585 @ @<Declare unary action...@>=
19586 scaled mp_count_turns (MP mp,pointer c) {
19587   pointer p; /* a knot in envelope spec |c| */
19588   integer t; /* total pen offset changes counted */
19589   t=0; p=c;
19590   do {  
19591     t=t+info(p)-zero_off;
19592     p=link(p);
19593   } while (p!=c);
19594   return ((t / 3)*unity);
19595 }
19596
19597 @ @d type_range(A,B) { 
19598   if ( (mp->cur_type>=(A)) && (mp->cur_type<=(B)) ) 
19599     mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19600   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19601   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19602   }
19603 @d type_test(A) { 
19604   if ( mp->cur_type==(A) ) mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19605   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19606   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19607   }
19608
19609 @<Additional cases of unary operators@>=
19610 case mp_boolean_type: 
19611   type_range(mp_boolean_type,mp_unknown_boolean); break;
19612 case mp_string_type: 
19613   type_range(mp_string_type,mp_unknown_string); break;
19614 case mp_pen_type: 
19615   type_range(mp_pen_type,mp_unknown_pen); break;
19616 case mp_path_type: 
19617   type_range(mp_path_type,mp_unknown_path); break;
19618 case mp_picture_type: 
19619   type_range(mp_picture_type,mp_unknown_picture); break;
19620 case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type:
19621 case mp_pair_type: 
19622   type_test(c); break;
19623 case mp_numeric_type: 
19624   type_range(mp_known,mp_independent); break;
19625 case known_op: case unknown_op: 
19626   mp_test_known(mp, c); break;
19627
19628 @ @<Declare unary action procedures@>=
19629 void mp_test_known (MP mp,quarterword c) {
19630   int b; /* is the current expression known? */
19631   pointer p,q; /* locations in a big node */
19632   b=false_code;
19633   switch (mp->cur_type) {
19634   case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_string_type:
19635   case mp_pen_type: case mp_path_type: case mp_picture_type:
19636   case mp_known: 
19637     b=true_code;
19638     break;
19639   case mp_transform_type:
19640   case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type: 
19641     p=value(mp->cur_exp);
19642     q=p+mp->big_node_size[mp->cur_type];
19643     do {  
19644       q=q-2;
19645       if ( type(q)!=mp_known ) 
19646        goto DONE;
19647     } while (q!=p);
19648     b=true_code;
19649   DONE:  
19650     break;
19651   default: 
19652     break;
19653   }
19654   if ( c==known_op ) mp_flush_cur_exp(mp, b);
19655   else mp_flush_cur_exp(mp, true_code+false_code-b);
19656   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19657 }
19658
19659 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19660 case cycle_op: 
19661   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19662   else if ( left_type(mp->cur_exp)!=mp_endpoint ) mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19663   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19664   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19665   break;
19666
19667 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19668 case arc_length: 
19669   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19670   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, arc_length);
19671   else mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_arc_length(mp, mp->cur_exp));
19672   break;
19673
19674 @ Here we use the fact that |c-filled_op+fill_code| is the desired graphical
19675 object |type|.
19676 @^data structure assumptions@>
19677
19678 @<Additional cases of unary operators@>=
19679 case filled_op:
19680 case stroked_op:
19681 case textual_op:
19682 case clipped_op:
19683 case bounded_op:
19684   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19685   else if ( link(dummy_loc(mp->cur_exp))==null ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19686   else if ( type(link(dummy_loc(mp->cur_exp)))==c+mp_fill_code-filled_op )
19687     mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19688   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19689   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19690   break;
19691
19692 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19693 case make_pen_op: 
19694   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19695   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, make_pen_op);
19696   else { 
19697     mp->cur_type=mp_pen_type;
19698     mp->cur_exp=mp_make_pen(mp, mp->cur_exp,true);
19699   };
19700   break;
19701 case make_path_op: 
19702   if ( mp->cur_type!=mp_pen_type ) mp_bad_unary(mp, make_path_op);
19703   else  { 
19704     mp->cur_type=mp_path_type;
19705     mp_make_path(mp, mp->cur_exp);
19706   };
19707   break;
19708 case reverse: 
19709   if ( mp->cur_type==mp_path_type ) {
19710     p=mp_htap_ypoc(mp, mp->cur_exp);
19711     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) p=link(p);
19712     mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp); mp->cur_exp=p;
19713   } else if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19714   else mp_bad_unary(mp, reverse);
19715   break;
19716
19717 @ The |pair_value| routine changes the current expression to a
19718 given ordered pair of values.
19719
19720 @<Declare unary action procedures@>=
19721 void mp_pair_value (MP mp,scaled x, scaled y) {
19722   pointer p; /* a pair node */
19723   p=mp_get_node(mp, value_node_size); 
19724   mp_flush_cur_exp(mp, p); mp->cur_type=mp_pair_type;
19725   type(p)=mp_pair_type; name_type(p)=mp_capsule; mp_init_big_node(mp, p);
19726   p=value(p);
19727   type(x_part_loc(p))=mp_known; value(x_part_loc(p))=x;
19728   type(y_part_loc(p))=mp_known; value(y_part_loc(p))=y;
19729 }
19730
19731 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19732 case ll_corner_op: 
19733   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ll_corner_op);
19734   else mp_pair_value(mp, minx,miny);
19735   break;
19736 case lr_corner_op: 
19737   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, lr_corner_op);
19738   else mp_pair_value(mp, maxx,miny);
19739   break;
19740 case ul_corner_op: 
19741   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ul_corner_op);
19742   else mp_pair_value(mp, minx,maxy);
19743   break;
19744 case ur_corner_op: 
19745   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ur_corner_op);
19746   else mp_pair_value(mp, maxx,maxy);
19747   break;
19748
19749 @ Here is a function that sets |minx|, |maxx|, |miny|, |maxy| to the bounding
19750 box of the current expression.  The boolean result is |false| if the expression
19751 has the wrong type.
19752
19753 @<Declare unary action procedures@>=
19754 boolean mp_get_cur_bbox (MP mp) { 
19755   switch (mp->cur_type) {
19756   case mp_picture_type: 
19757     mp_set_bbox(mp, mp->cur_exp,true);
19758     if ( minx_val(mp->cur_exp)>maxx_val(mp->cur_exp) ) {
19759       minx=0; maxx=0; miny=0; maxy=0;
19760     } else { 
19761       minx=minx_val(mp->cur_exp);
19762       maxx=maxx_val(mp->cur_exp);
19763       miny=miny_val(mp->cur_exp);
19764       maxy=maxy_val(mp->cur_exp);
19765     }
19766     break;
19767   case mp_path_type: 
19768     mp_path_bbox(mp, mp->cur_exp);
19769     break;
19770   case mp_pen_type: 
19771     mp_pen_bbox(mp, mp->cur_exp);
19772     break;
19773   default: 
19774     return false;
19775   }
19776   return true;
19777 }
19778
19779 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19780 case read_from_op:
19781 case close_from_op: 
19782   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, c);
19783   else mp_do_read_or_close(mp,c);
19784   break;
19785
19786 @ Here is a routine that interprets |cur_exp| as a file name and tries to read
19787 a line from the file or to close the file.
19788
19789 @d close_file 46 /* go here when closing the file */
19790
19791 @<Declare unary action procedures@>=
19792 void mp_do_read_or_close (MP mp,quarterword c) {
19793   readf_index n,n0; /* indices for searching |rd_fname| */
19794   @<Find the |n| where |rd_fname[n]=cur_exp|; if |cur_exp| must be inserted,
19795     call |start_read_input| and |goto found| or |not_found|@>;
19796   mp_begin_file_reading(mp);
19797   name=is_read;
19798   if ( mp_input_ln(mp, mp->rd_file[n],true) ) 
19799     goto FOUND;
19800   mp_end_file_reading(mp);
19801 NOT_FOUND:
19802   @<Record the end of file and set |cur_exp| to a dummy value@>;
19803   return;
19804 CLOSE_FILE:
19805   mp_flush_cur_exp(mp, 0); mp->cur_type=mp_vacuous; 
19806   return;
19807 FOUND:
19808   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19809   mp_finish_read(mp);
19810 }
19811
19812 @ Free slots in the |rd_file| and |rd_fname| arrays are marked with NULL's in
19813 |rd_fname|.
19814
19815 @<Find the |n| where |rd_fname[n]=cur_exp|...@>=
19816 {   
19817   char *fn;
19818   n=mp->read_files;
19819   n0=mp->read_files;
19820   fn = str(mp->cur_exp);
19821   while (mp_xstrcmp(fn,mp->rd_fname[n])!=0) { 
19822     if ( n>0 ) {
19823       decr(n);
19824     } else if ( c==close_from_op ) {
19825       goto CLOSE_FILE;
19826     } else {
19827       if ( n0==mp->read_files ) {
19828         if ( mp->read_files<mp->max_read_files ) {
19829           incr(mp->read_files);
19830         } else {
19831           FILE **rd_file;
19832           char **rd_fname;
19833               readf_index l,k;
19834           l = mp->max_read_files + (mp->max_read_files>>2);
19835           rd_file = xmalloc((l+1), sizeof(FILE *));
19836           rd_fname = xmalloc((l+1), sizeof(char *));
19837               for (k=0;k<=l;k++) {
19838             if (k<=mp->max_read_files) {
19839                   rd_file[k]=mp->rd_file[k]; 
19840               rd_fname[k]=mp->rd_fname[k];
19841             } else {
19842               rd_file[k]=0; 
19843               rd_fname[k]=NULL;
19844             }
19845           }
19846               xfree(mp->rd_file); xfree(mp->rd_fname);
19847           mp->max_read_files = l;
19848           mp->rd_file = rd_file;
19849           mp->rd_fname = rd_fname;
19850         }
19851       }
19852       n=n0;
19853       if ( mp_start_read_input(mp,fn,n) ) 
19854         goto FOUND;
19855       else 
19856         goto NOT_FOUND;
19857     }
19858     if ( mp->rd_fname[n]==NULL ) { n0=n; }
19859   } 
19860   if ( c==close_from_op ) { 
19861     fclose(mp->rd_file[n]); 
19862     goto NOT_FOUND; 
19863   }
19864 }
19865
19866 @ @<Record the end of file and set |cur_exp| to a dummy value@>=
19867 xfree(mp->rd_fname[n]);
19868 mp->rd_fname[n]=NULL;
19869 if ( n==mp->read_files-1 ) mp->read_files=n;
19870 if ( c==close_from_op ) 
19871   goto CLOSE_FILE;
19872 mp_flush_cur_exp(mp, mp->eof_line);
19873 mp->cur_type=mp_string_type
19874
19875 @ The string denoting end-of-file is a one-byte string at position zero, by definition
19876
19877 @<Glob...@>=
19878 str_number eof_line;
19879
19880 @ @<Set init...@>=
19881 mp->eof_line=0;
19882
19883 @ Finally, we have the operations that combine a capsule~|p|
19884 with the current expression.
19885
19886 @c @<Declare binary action procedures@>;
19887 void mp_do_binary (MP mp,pointer p, quarterword c) {
19888   pointer q,r,rr; /* for list manipulation */
19889   pointer old_p,old_exp; /* capsules to recycle */
19890   integer v; /* for numeric manipulation */
19891   check_arith;
19892   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) {
19893     @<Trace the current binary operation@>;
19894   }
19895   @<Sidestep |independent| cases in capsule |p|@>;
19896   @<Sidestep |independent| cases in the current expression@>;
19897   switch (c) {
19898   case plus: case minus:
19899     @<Add or subtract the current expression from |p|@>;
19900     break;
19901   @<Additional cases of binary operators@>;
19902   }; /* there are no other cases */
19903   mp_recycle_value(mp, p); 
19904   mp_free_node(mp, p,value_node_size); /* |return| to avoid this */
19905   check_arith; 
19906   @<Recycle any sidestepped |independent| capsules@>;
19907 }
19908
19909 @ @<Declare binary action...@>=
19910 void mp_bad_binary (MP mp,pointer p, quarterword c) { 
19911   mp_disp_err(mp, p,"");
19912   exp_err("Not implemented: ");
19913 @.Not implemented...@>
19914   if ( c>=min_of ) mp_print_op(mp, c);
19915   mp_print_known_or_unknown_type(mp, type(p),p);
19916   if ( c>=min_of ) mp_print(mp, "of"); else mp_print_op(mp, c);
19917   mp_print_known_or_unknown_type(mp, mp->cur_type,mp->cur_exp);
19918   help3("I'm afraid I don't know how to apply that operation to that")
19919        ("combination of types. Continue, and I'll return the second")
19920       ("argument (see above) as the result of the operation.");
19921   mp_put_get_error(mp);
19922 }
19923 void mp_bad_envelope_pen (MP mp) {
19924   mp_disp_err(mp, null,"");
19925   exp_err("Not implemented: envelope(elliptical pen)of(path)");
19926 @.Not implemented...@>
19927   help3("I'm afraid I don't know how to apply that operation to that")
19928        ("combination of types. Continue, and I'll return the second")
19929       ("argument (see above) as the result of the operation.");
19930   mp_put_get_error(mp);
19931 }
19932
19933 @ @<Trace the current binary operation@>=
19934
19935   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{(");
19936   mp_print_exp(mp,p,0); /* show the operand, but not verbosely */
19937   mp_print_char(mp,')'); mp_print_op(mp,c); mp_print_char(mp,'(');
19938   mp_print_exp(mp,null,0); mp_print(mp,")}"); 
19939   mp_end_diagnostic(mp, false);
19940 }
19941
19942 @ Several of the binary operations are potentially complicated by the
19943 fact that |independent| values can sneak into capsules. For example,
19944 we've seen an instance of this difficulty in the unary operation
19945 of negation. In order to reduce the number of cases that need to be
19946 handled, we first change the two operands (if necessary)
19947 to rid them of |independent| components. The original operands are
19948 put into capsules called |old_p| and |old_exp|, which will be
19949 recycled after the binary operation has been safely carried out.
19950
19951 @<Recycle any sidestepped |independent| capsules@>=
19952 if ( old_p!=null ) { 
19953   mp_recycle_value(mp, old_p); mp_free_node(mp, old_p,value_node_size);
19954 }
19955 if ( old_exp!=null ) {
19956   mp_recycle_value(mp, old_exp); mp_free_node(mp, old_exp,value_node_size);
19957 }
19958
19959 @ A big node is considered to be ``tarnished'' if it contains at least one
19960 independent component. We will define a simple function called `|tarnished|'
19961 that returns |null| if and only if its argument is not tarnished.
19962
19963 @<Sidestep |independent| cases in capsule |p|@>=
19964 switch (type(p)) {
19965 case mp_transform_type:
19966 case mp_color_type:
19967 case mp_cmykcolor_type:
19968 case mp_pair_type: 
19969   old_p=mp_tarnished(mp, p);
19970   break;
19971 case mp_independent: old_p=mp_void; break;
19972 default: old_p=null; break;
19973 };
19974 if ( old_p!=null ) {
19975   q=mp_stash_cur_exp(mp); old_p=p; mp_make_exp_copy(mp, old_p);
19976   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q);
19977 }
19978
19979 @ @<Sidestep |independent| cases in the current expression@>=
19980 switch (mp->cur_type) {
19981 case mp_transform_type:
19982 case mp_color_type:
19983 case mp_cmykcolor_type:
19984 case mp_pair_type: 
19985   old_exp=mp_tarnished(mp, mp->cur_exp);
19986   break;
19987 case mp_independent:old_exp=mp_void; break;
19988 default: old_exp=null; break;
19989 };
19990 if ( old_exp!=null ) {
19991   old_exp=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, old_exp);
19992 }
19993
19994 @ @<Declare binary action...@>=
19995 pointer mp_tarnished (MP mp,pointer p) {
19996   pointer q; /* beginning of the big node */
19997   pointer r; /* current position in the big node */
19998   q=value(p); r=q+mp->big_node_size[type(p)];
19999   do {  
20000    r=r-2;
20001    if ( type(r)==mp_independent ) return mp_void; 
20002   } while (r!=q);
20003   return null;
20004 }
20005
20006 @ @<Add or subtract the current expression from |p|@>=
20007 if ( (mp->cur_type<mp_color_type)||(type(p)<mp_color_type) ) {
20008   mp_bad_binary(mp, p,c);
20009 } else  {
20010   if ((mp->cur_type>mp_pair_type)&&(type(p)>mp_pair_type) ) {
20011     mp_add_or_subtract(mp, p,null,c);
20012   } else {
20013     if ( mp->cur_type!=type(p) )  {
20014       mp_bad_binary(mp, p,c);
20015     } else { 
20016       q=value(p); r=value(mp->cur_exp);
20017       rr=r+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20018       while ( r<rr ) { 
20019         mp_add_or_subtract(mp, q,r,c);
20020         q=q+2; r=r+2;
20021       }
20022     }
20023   }
20024 }
20025
20026 @ The first argument to |add_or_subtract| is the location of a value node
20027 in a capsule or pair node that will soon be recycled. The second argument
20028 is either a location within a pair or transform node of |cur_exp|,
20029 or it is null (which means that |cur_exp| itself should be the second
20030 argument).  The third argument is either |plus| or |minus|.
20031
20032 The sum or difference of the numeric quantities will replace the second
20033 operand.  Arithmetic overflow may go undetected; users aren't supposed to
20034 be monkeying around with really big values.
20035
20036 @<Declare binary action...@>=
20037 @<Declare the procedure called |dep_finish|@>;
20038 void mp_add_or_subtract (MP mp,pointer p, pointer q, quarterword c) {
20039   small_number s,t; /* operand types */
20040   pointer r; /* list traverser */
20041   integer v; /* second operand value */
20042   if ( q==null ) { 
20043     t=mp->cur_type;
20044     if ( t<mp_dependent ) v=mp->cur_exp; else v=dep_list(mp->cur_exp);
20045   } else { 
20046     t=type(q);
20047     if ( t<mp_dependent ) v=value(q); else v=dep_list(q);
20048   }
20049   if ( t==mp_known ) {
20050     if ( c==minus ) negate(v);
20051     if ( type(p)==mp_known ) {
20052       v=mp_slow_add(mp, value(p),v);
20053       if ( q==null ) mp->cur_exp=v; else value(q)=v;
20054       return;
20055     }
20056     @<Add a known value to the constant term of |dep_list(p)|@>;
20057   } else  { 
20058     if ( c==minus ) mp_negate_dep_list(mp, v);
20059     @<Add operand |p| to the dependency list |v|@>;
20060   }
20061 }
20062
20063 @ @<Add a known value to the constant term of |dep_list(p)|@>=
20064 r=dep_list(p);
20065 while ( info(r)!=null ) r=link(r);
20066 value(r)=mp_slow_add(mp, value(r),v);
20067 if ( q==null ) {
20068   q=mp_get_node(mp, value_node_size); mp->cur_exp=q; mp->cur_type=type(p);
20069   name_type(q)=mp_capsule;
20070 }
20071 dep_list(q)=dep_list(p); type(q)=type(p);
20072 prev_dep(q)=prev_dep(p); link(prev_dep(p))=q;
20073 type(p)=mp_known; /* this will keep the recycler from collecting non-garbage */
20074
20075 @ We prefer |dependent| lists to |mp_proto_dependent| ones, because it is
20076 nice to retain the extra accuracy of |fraction| coefficients.
20077 But we have to handle both kinds, and mixtures too.
20078
20079 @<Add operand |p| to the dependency list |v|@>=
20080 if ( type(p)==mp_known ) {
20081   @<Add the known |value(p)| to the constant term of |v|@>;
20082 } else { 
20083   s=type(p); r=dep_list(p);
20084   if ( t==mp_dependent ) {
20085     if ( s==mp_dependent ) {
20086       if ( mp_max_coef(mp, r)+mp_max_coef(mp, v)<coef_bound )
20087         v=mp_p_plus_q(mp, v,r,mp_dependent); goto DONE;
20088       } /* |fix_needed| will necessarily be false */
20089       t=mp_proto_dependent; 
20090       v=mp_p_over_v(mp, v,unity,mp_dependent,mp_proto_dependent);
20091     }
20092     if ( s==mp_proto_dependent ) v=mp_p_plus_q(mp, v,r,mp_proto_dependent);
20093     else v=mp_p_plus_fq(mp, v,unity,r,mp_proto_dependent,mp_dependent);
20094  DONE:  
20095     @<Output the answer, |v| (which might have become |known|)@>;
20096   }
20097
20098 @ @<Add the known |value(p)| to the constant term of |v|@>=
20099
20100   while ( info(v)!=null ) v=link(v);
20101   value(v)=mp_slow_add(mp, value(p),value(v));
20102 }
20103
20104 @ @<Output the answer, |v| (which might have become |known|)@>=
20105 if ( q!=null ) mp_dep_finish(mp, v,q,t);
20106 else  { mp->cur_type=t; mp_dep_finish(mp, v,null,t); }
20107
20108 @ Here's the current situation: The dependency list |v| of type |t|
20109 should either be put into the current expression (if |q=null|) or
20110 into location |q| within a pair node (otherwise). The destination (|cur_exp|
20111 or |q|) formerly held a dependency list with the same
20112 final pointer as the list |v|.
20113
20114 @<Declare the procedure called |dep_finish|@>=
20115 void mp_dep_finish (MP mp, pointer v, pointer q, small_number t) {
20116   pointer p; /* the destination */
20117   scaled vv; /* the value, if it is |known| */
20118   if ( q==null ) p=mp->cur_exp; else p=q;
20119   dep_list(p)=v; type(p)=t;
20120   if ( info(v)==null ) { 
20121     vv=value(v);
20122     if ( q==null ) { 
20123       mp_flush_cur_exp(mp, vv);
20124     } else  { 
20125       mp_recycle_value(mp, p); type(q)=mp_known; value(q)=vv; 
20126     }
20127   } else if ( q==null ) {
20128     mp->cur_type=t;
20129   }
20130   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
20131 }
20132
20133 @ Let's turn now to the six basic relations of comparison.
20134
20135 @<Additional cases of binary operators@>=
20136 case less_than: case less_or_equal: case greater_than:
20137 case greater_or_equal: case equal_to: case unequal_to:
20138   check_arith; /* at this point |arith_error| should be |false|? */
20139   if ( (mp->cur_type>mp_pair_type)&&(type(p)>mp_pair_type) ) {
20140     mp_add_or_subtract(mp, p,null,minus); /* |cur_exp:=(p)-cur_exp| */
20141   } else if ( mp->cur_type!=type(p) ) {
20142     mp_bad_binary(mp, p,c); goto DONE; 
20143   } else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
20144     mp_flush_cur_exp(mp, mp_str_vs_str(mp, value(p),mp->cur_exp));
20145   } else if ((mp->cur_type==mp_unknown_string)||
20146            (mp->cur_type==mp_unknown_boolean) ) {
20147     @<Check if unknowns have been equated@>;
20148   } else if ( (mp->cur_type<=mp_pair_type)&&(mp->cur_type>=mp_transform_type)) {
20149     @<Reduce comparison of big nodes to comparison of scalars@>;
20150   } else if ( mp->cur_type==mp_boolean_type ) {
20151     mp_flush_cur_exp(mp, mp->cur_exp-value(p));
20152   } else { 
20153     mp_bad_binary(mp, p,c); goto DONE;
20154   }
20155   @<Compare the current expression with zero@>;
20156 DONE:  
20157   mp->arith_error=false; /* ignore overflow in comparisons */
20158   break;
20159
20160 @ @<Compare the current expression with zero@>=
20161 if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
20162   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
20163     mp_disp_err(mp, p,"");
20164     help1("The quantities shown above have not been equated.")
20165   } else  {
20166     help2("Oh dear. I can\'t decide if the expression above is positive,")
20167      ("negative, or zero. So this comparison test won't be `true'.");
20168   }
20169   exp_err("Unknown relation will be considered false");
20170 @.Unknown relation...@>
20171   mp_put_get_flush_error(mp, false_code);
20172 } else {
20173   switch (c) {
20174   case less_than: boolean_reset(mp->cur_exp<0); break;
20175   case less_or_equal: boolean_reset(mp->cur_exp<=0); break;
20176   case greater_than: boolean_reset(mp->cur_exp>0); break;
20177   case greater_or_equal: boolean_reset(mp->cur_exp>=0); break;
20178   case equal_to: boolean_reset(mp->cur_exp==0); break;
20179   case unequal_to: boolean_reset(mp->cur_exp!=0); break;
20180   }; /* there are no other cases */
20181 }
20182 mp->cur_type=mp_boolean_type
20183
20184 @ When two unknown strings are in the same ring, we know that they are
20185 equal. Otherwise, we don't know whether they are equal or not, so we
20186 make no change.
20187
20188 @<Check if unknowns have been equated@>=
20189
20190   q=value(mp->cur_exp);
20191   while ( (q!=mp->cur_exp)&&(q!=p) ) q=value(q);
20192   if ( q==p ) mp_flush_cur_exp(mp, 0);
20193 }
20194
20195 @ @<Reduce comparison of big nodes to comparison of scalars@>=
20196
20197   q=value(p); r=value(mp->cur_exp);
20198   rr=r+mp->big_node_size[mp->cur_type]-2;
20199   while (1) { mp_add_or_subtract(mp, q,r,minus);
20200     if ( type(r)!=mp_known ) break;
20201     if ( value(r)!=0 ) break;
20202     if ( r==rr ) break;
20203     q=q+2; r=r+2;
20204   }
20205   mp_take_part(mp, name_type(r)+x_part-mp_x_part_sector);
20206 }
20207
20208 @ Here we use the sneaky fact that |and_op-false_code=or_op-true_code|.
20209
20210 @<Additional cases of binary operators@>=
20211 case and_op:
20212 case or_op: 
20213   if ( (type(p)!=mp_boolean_type)||(mp->cur_type!=mp_boolean_type) )
20214     mp_bad_binary(mp, p,c);
20215   else if ( value(p)==c+false_code-and_op ) mp->cur_exp=value(p);
20216   break;
20217
20218 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20219 case times: 
20220   if ( (mp->cur_type<mp_color_type)||(type(p)<mp_color_type) ) {
20221    mp_bad_binary(mp, p,times);
20222   } else if ( (mp->cur_type==mp_known)||(type(p)==mp_known) ) {
20223     @<Multiply when at least one operand is known@>;
20224   } else if ( (mp_nice_color_or_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type>mp_pair_type))
20225       ||(mp_nice_color_or_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type)&&
20226           (type(p)>mp_pair_type)) ) {
20227     mp_hard_times(mp, p); return;
20228   } else {
20229     mp_bad_binary(mp, p,times);
20230   }
20231   break;
20232
20233 @ @<Multiply when at least one operand is known@>=
20234
20235   if ( type(p)==mp_known ) {
20236     v=value(p); mp_free_node(mp, p,value_node_size); 
20237   } else {
20238     v=mp->cur_exp; mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20239   }
20240   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20241     mp->cur_exp=mp_take_scaled(mp, mp->cur_exp,v);
20242   } else if ( (mp->cur_type==mp_pair_type)||(mp->cur_type==mp_color_type)||
20243               (mp->cur_type==mp_cmykcolor_type) ) {
20244     p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20245     do {  
20246        p=p-2; mp_dep_mult(mp, p,v,true);
20247     } while (p!=value(mp->cur_exp));
20248   } else {
20249     mp_dep_mult(mp, null,v,true);
20250   }
20251   return;
20252 }
20253
20254 @ @<Declare binary action...@>=
20255 void mp_dep_mult (MP mp,pointer p, integer v, boolean v_is_scaled) {
20256   pointer q; /* the dependency list being multiplied by |v| */
20257   small_number s,t; /* its type, before and after */
20258   if ( p==null ) {
20259     q=mp->cur_exp;
20260   } else if ( type(p)!=mp_known ) {
20261     q=p;
20262   } else { 
20263     if ( v_is_scaled ) value(p)=mp_take_scaled(mp, value(p),v);
20264     else value(p)=mp_take_fraction(mp, value(p),v);
20265     return;
20266   };
20267   t=type(q); q=dep_list(q); s=t;
20268   if ( t==mp_dependent ) if ( v_is_scaled )
20269     if (mp_ab_vs_cd(mp, mp_max_coef(mp,q),abs(v),coef_bound-1,unity)>=0 ) 
20270       t=mp_proto_dependent;
20271   q=mp_p_times_v(mp, q,v,s,t,v_is_scaled); 
20272   mp_dep_finish(mp, q,p,t);
20273 }
20274
20275 @ Here is a routine that is similar to |times|; but it is invoked only
20276 internally, when |v| is a |fraction| whose magnitude is at most~1,
20277 and when |cur_type>=mp_color_type|.
20278
20279 @c void mp_frac_mult (MP mp,scaled n, scaled d) {
20280   /* multiplies |cur_exp| by |n/d| */
20281   pointer p; /* a pair node */
20282   pointer old_exp; /* a capsule to recycle */
20283   fraction v; /* |n/d| */
20284   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) {
20285     @<Trace the fraction multiplication@>;
20286   }
20287   switch (mp->cur_type) {
20288   case mp_transform_type:
20289   case mp_color_type:
20290   case mp_cmykcolor_type:
20291   case mp_pair_type:
20292    old_exp=mp_tarnished(mp, mp->cur_exp);
20293    break;
20294   case mp_independent: old_exp=mp_void; break;
20295   default: old_exp=null; break;
20296   }
20297   if ( old_exp!=null ) { 
20298      old_exp=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, old_exp);
20299   }
20300   v=mp_make_fraction(mp, n,d);
20301   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20302     mp->cur_exp=mp_take_fraction(mp, mp->cur_exp,v);
20303   } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { 
20304     p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20305     do {  
20306       p=p-2;
20307       mp_dep_mult(mp, p,v,false);
20308     } while (p!=value(mp->cur_exp));
20309   } else {
20310     mp_dep_mult(mp, null,v,false);
20311   }
20312   if ( old_exp!=null ) {
20313     mp_recycle_value(mp, old_exp); 
20314     mp_free_node(mp, old_exp,value_node_size);
20315   }
20316 }
20317
20318 @ @<Trace the fraction multiplication@>=
20319
20320   mp_begin_diagnostic(mp); 
20321   mp_print_nl(mp, "{("); mp_print_scaled(mp,n); mp_print_char(mp,'/');
20322   mp_print_scaled(mp,d); mp_print(mp,")*("); mp_print_exp(mp,null,0); 
20323   mp_print(mp,")}");
20324   mp_end_diagnostic(mp, false);
20325 }
20326
20327 @ The |hard_times| routine multiplies a nice color or pair by a dependency list.
20328
20329 @<Declare binary action procedures@>=
20330 void mp_hard_times (MP mp,pointer p) {
20331   pointer q; /* a copy of the dependent variable |p| */
20332   pointer r; /* a component of the big node for the nice color or pair */
20333   scaled v; /* the known value for |r| */
20334   if ( type(p)<=mp_pair_type ) { 
20335      q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, p); p=q;
20336   }; /* now |cur_type=mp_pair_type| or |cur_type=mp_color_type| */
20337   r=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20338   while (1) { 
20339     r=r-2;
20340     v=value(r);
20341     type(r)=type(p);
20342     if ( r==value(mp->cur_exp) ) 
20343       break;
20344     mp_new_dep(mp, r,mp_copy_dep_list(mp, dep_list(p)));
20345     mp_dep_mult(mp, r,v,true);
20346   }
20347   mp->mem[value_loc(r)]=mp->mem[value_loc(p)];
20348   link(prev_dep(p))=r;
20349   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
20350   mp_dep_mult(mp, r,v,true);
20351 }
20352
20353 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20354 case over: 
20355   if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(type(p)<mp_color_type) ) {
20356     mp_bad_binary(mp, p,over);
20357   } else { 
20358     v=mp->cur_exp; mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20359     if ( v==0 ) {
20360       @<Squeal about division by zero@>;
20361     } else { 
20362       if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20363         mp->cur_exp=mp_make_scaled(mp, mp->cur_exp,v);
20364       } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { 
20365         p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20366         do {  
20367           p=p-2;  mp_dep_div(mp, p,v);
20368         } while (p!=value(mp->cur_exp));
20369       } else {
20370         mp_dep_div(mp, null,v);
20371       }
20372     }
20373     return;
20374   }
20375   break;
20376
20377 @ @<Declare binary action...@>=
20378 void mp_dep_div (MP mp,pointer p, scaled v) {
20379   pointer q; /* the dependency list being divided by |v| */
20380   small_number s,t; /* its type, before and after */
20381   if ( p==null ) q=mp->cur_exp;
20382   else if ( type(p)!=mp_known ) q=p;
20383   else { value(p)=mp_make_scaled(mp, value(p),v); return; };
20384   t=type(q); q=dep_list(q); s=t;
20385   if ( t==mp_dependent )
20386     if ( mp_ab_vs_cd(mp, mp_max_coef(mp,q),unity,coef_bound-1,abs(v))>=0 ) 
20387       t=mp_proto_dependent;
20388   q=mp_p_over_v(mp, q,v,s,t); 
20389   mp_dep_finish(mp, q,p,t);
20390 }
20391
20392 @ @<Squeal about division by zero@>=
20393
20394   exp_err("Division by zero");
20395 @.Division by zero@>
20396   help2("You're trying to divide the quantity shown above the error")
20397     ("message by zero. I'm going to divide it by one instead.");
20398   mp_put_get_error(mp);
20399 }
20400
20401 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20402 case pythag_add:
20403 case pythag_sub: 
20404    if ( (mp->cur_type==mp_known)&&(type(p)==mp_known) ) {
20405      if ( c==pythag_add ) mp->cur_exp=mp_pyth_add(mp, value(p),mp->cur_exp);
20406      else mp->cur_exp=mp_pyth_sub(mp, value(p),mp->cur_exp);
20407    } else mp_bad_binary(mp, p,c);
20408    break;
20409
20410 @ The next few sections of the program deal with affine transformations
20411 of coordinate data.
20412
20413 @<Additional cases of binary operators@>=
20414 case rotated_by: case slanted_by:
20415 case scaled_by: case shifted_by: case transformed_by:
20416 case x_scaled: case y_scaled: case z_scaled:
20417   if ( type(p)==mp_path_type ) { 
20418     path_trans(c,p); return;
20419   } else if ( type(p)==mp_pen_type ) { 
20420     pen_trans(c,p);
20421     mp->cur_exp=mp_convex_hull(mp, mp->cur_exp); 
20422       /* rounding error could destroy convexity */
20423     return;
20424   } else if ( (type(p)==mp_pair_type)||(type(p)==mp_transform_type) ) {
20425     mp_big_trans(mp, p,c);
20426   } else if ( type(p)==mp_picture_type ) {
20427     mp_do_edges_trans(mp, p,c); return;
20428   } else {
20429     mp_bad_binary(mp, p,c);
20430   }
20431   break;
20432
20433 @ Let |c| be one of the eight transform operators. The procedure call
20434 |set_up_trans(c)| first changes |cur_exp| to a transform that corresponds to
20435 |c| and the original value of |cur_exp|. (In particular, |cur_exp| doesn't
20436 change at all if |c=transformed_by|.)
20437
20438 Then, if all components of the resulting transform are |known|, they are
20439 moved to the global variables |txx|, |txy|, |tyx|, |tyy|, |tx|, |ty|;
20440 and |cur_exp| is changed to the known value zero.
20441
20442 @<Declare binary action...@>=
20443 void mp_set_up_trans (MP mp,quarterword c) {
20444   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
20445   if ( (c!=transformed_by)||(mp->cur_type!=mp_transform_type) ) {
20446     @<Put the current transform into |cur_exp|@>;
20447   }
20448   @<If the current transform is entirely known, stash it in global variables;
20449     otherwise |return|@>;
20450 }
20451
20452 @ @<Glob...@>=
20453 scaled txx;
20454 scaled txy;
20455 scaled tyx;
20456 scaled tyy;
20457 scaled tx;
20458 scaled ty; /* current transform coefficients */
20459
20460 @ @<Put the current transform...@>=
20461
20462   p=mp_stash_cur_exp(mp); 
20463   mp->cur_exp=mp_id_transform(mp); 
20464   mp->cur_type=mp_transform_type;
20465   q=value(mp->cur_exp);
20466   switch (c) {
20467   @<For each of the eight cases, change the relevant fields of |cur_exp|
20468     and |goto done|;
20469     but do nothing if capsule |p| doesn't have the appropriate type@>;
20470   }; /* there are no other cases */
20471   mp_disp_err(mp, p,"Improper transformation argument");
20472 @.Improper transformation argument@>
20473   help3("The expression shown above has the wrong type,")
20474        ("so I can\'t transform anything using it.")
20475        ("Proceed, and I'll omit the transformation.");
20476   mp_put_get_error(mp);
20477 DONE: 
20478   mp_recycle_value(mp, p); 
20479   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
20480 }
20481
20482 @ @<If the current transform is entirely known, ...@>=
20483 q=value(mp->cur_exp); r=q+transform_node_size;
20484 do {  
20485   r=r-2;
20486   if ( type(r)!=mp_known ) return;
20487 } while (r!=q);
20488 mp->txx=value(xx_part_loc(q));
20489 mp->txy=value(xy_part_loc(q));
20490 mp->tyx=value(yx_part_loc(q));
20491 mp->tyy=value(yy_part_loc(q));
20492 mp->tx=value(x_part_loc(q));
20493 mp->ty=value(y_part_loc(q));
20494 mp_flush_cur_exp(mp, 0)
20495
20496 @ @<For each of the eight cases...@>=
20497 case rotated_by:
20498   if ( type(p)==mp_known )
20499     @<Install sines and cosines, then |goto done|@>;
20500   break;
20501 case slanted_by:
20502   if ( type(p)>mp_pair_type ) { 
20503    mp_install(mp, xy_part_loc(q),p); goto DONE;
20504   };
20505   break;
20506 case scaled_by:
20507   if ( type(p)>mp_pair_type ) { 
20508     mp_install(mp, xx_part_loc(q),p); mp_install(mp, yy_part_loc(q),p); 
20509     goto DONE;
20510   };
20511   break;
20512 case shifted_by:
20513   if ( type(p)==mp_pair_type ) {
20514     r=value(p); mp_install(mp, x_part_loc(q),x_part_loc(r));
20515     mp_install(mp, y_part_loc(q),y_part_loc(r)); goto DONE;
20516   };
20517   break;
20518 case x_scaled:
20519   if ( type(p)>mp_pair_type ) {
20520     mp_install(mp, xx_part_loc(q),p); goto DONE;
20521   };
20522   break;
20523 case y_scaled:
20524   if ( type(p)>mp_pair_type ) {
20525     mp_install(mp, yy_part_loc(q),p); goto DONE;
20526   };
20527   break;
20528 case z_scaled:
20529   if ( type(p)==mp_pair_type )
20530     @<Install a complex multiplier, then |goto done|@>;
20531   break;
20532 case transformed_by:
20533   break;
20534   
20535
20536 @ @<Install sines and cosines, then |goto done|@>=
20537 { mp_n_sin_cos(mp, (value(p) % three_sixty_units)*16);
20538   value(xx_part_loc(q))=mp_round_fraction(mp, mp->n_cos);
20539   value(yx_part_loc(q))=mp_round_fraction(mp, mp->n_sin);
20540   value(xy_part_loc(q))=-value(yx_part_loc(q));
20541   value(yy_part_loc(q))=value(xx_part_loc(q));
20542   goto DONE;
20543 }
20544
20545 @ @<Install a complex multiplier, then |goto done|@>=
20546
20547   r=value(p);
20548   mp_install(mp, xx_part_loc(q),x_part_loc(r));
20549   mp_install(mp, yy_part_loc(q),x_part_loc(r));
20550   mp_install(mp, yx_part_loc(q),y_part_loc(r));
20551   if ( type(y_part_loc(r))==mp_known ) negate(value(y_part_loc(r)));
20552   else mp_negate_dep_list(mp, dep_list(y_part_loc(r)));
20553   mp_install(mp, xy_part_loc(q),y_part_loc(r));
20554   goto DONE;
20555 }
20556
20557 @ Procedure |set_up_known_trans| is like |set_up_trans|, but it
20558 insists that the transformation be entirely known.
20559
20560 @<Declare binary action...@>=
20561 void mp_set_up_known_trans (MP mp,quarterword c) { 
20562   mp_set_up_trans(mp, c);
20563   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
20564     exp_err("Transform components aren't all known");
20565 @.Transform components...@>
20566     help3("I'm unable to apply a partially specified transformation")
20567       ("except to a fully known pair or transform.")
20568       ("Proceed, and I'll omit the transformation.");
20569     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
20570     mp->txx=unity; mp->txy=0; mp->tyx=0; mp->tyy=unity; 
20571     mp->tx=0; mp->ty=0;
20572   }
20573 }
20574
20575 @ Here's a procedure that applies the transform |txx..ty| to a pair of
20576 coordinates in locations |p| and~|q|.
20577
20578 @<Declare binary action...@>= 
20579 void mp_trans (MP mp,pointer p, pointer q) {
20580   scaled v; /* the new |x| value */
20581   v=mp_take_scaled(mp, mp->mem[p].sc,mp->txx)+
20582   mp_take_scaled(mp, mp->mem[q].sc,mp->txy)+mp->tx;
20583   mp->mem[q].sc=mp_take_scaled(mp, mp->mem[p].sc,mp->tyx)+
20584   mp_take_scaled(mp, mp->mem[q].sc,mp->tyy)+mp->ty;
20585   mp->mem[p].sc=v;
20586 }
20587
20588 @ The simplest transformation procedure applies a transform to all
20589 coordinates of a path.  The |path_trans(c)(p)| macro applies
20590 a transformation defined by |cur_exp| and the transform operator |c|
20591 to the path~|p|.
20592
20593 @d path_trans(A,B) { mp_set_up_known_trans(mp, (A)); 
20594                      mp_unstash_cur_exp(mp, (B)); 
20595                      mp_do_path_trans(mp, mp->cur_exp); }
20596
20597 @<Declare binary action...@>=
20598 void mp_do_path_trans (MP mp,pointer p) {
20599   pointer q; /* list traverser */
20600   q=p;
20601   do { 
20602     if ( left_type(q)!=mp_endpoint ) 
20603       mp_trans(mp, q+3,q+4); /* that's |left_x| and |left_y| */
20604     mp_trans(mp, q+1,q+2); /* that's |x_coord| and |y_coord| */
20605     if ( right_type(q)!=mp_endpoint ) 
20606       mp_trans(mp, q+5,q+6); /* that's |right_x| and |right_y| */
20607 @^data structure assumptions@>
20608     q=link(q);
20609   } while (q!=p);
20610 }
20611
20612 @ Transforming a pen is very similar, except that there are no |left_type|
20613 and |right_type| fields.
20614
20615 @d pen_trans(A,B) { mp_set_up_known_trans(mp, (A)); 
20616                     mp_unstash_cur_exp(mp, (B)); 
20617                     mp_do_pen_trans(mp, mp->cur_exp); }
20618
20619 @<Declare binary action...@>=
20620 void mp_do_pen_trans (MP mp,pointer p) {
20621   pointer q; /* list traverser */
20622   if ( pen_is_elliptical(p) ) {
20623     mp_trans(mp, p+3,p+4); /* that's |left_x| and |left_y| */
20624     mp_trans(mp, p+5,p+6); /* that's |right_x| and |right_y| */
20625   };
20626   q=p;
20627   do { 
20628     mp_trans(mp, q+1,q+2); /* that's |x_coord| and |y_coord| */
20629 @^data structure assumptions@>
20630     q=link(q);
20631   } while (q!=p);
20632 }
20633
20634 @ The next transformation procedure applies to edge structures. It will do
20635 any transformation, but the results may be substandard if the picture contains
20636 text that uses downloaded bitmap fonts.  The binary action procedure is
20637 |do_edges_trans|, but we also need a function that just scales a picture.
20638 That routine is |scale_edges|.  Both it and the underlying routine |edges_trans|
20639 should be thought of as procedures that update an edge structure |h|, except
20640 that they have to return a (possibly new) structure because of the need to call
20641 |private_edges|.
20642
20643 @<Declare binary action...@>=
20644 pointer mp_edges_trans (MP mp, pointer h) {
20645   pointer q; /* the object being transformed */
20646   pointer r,s; /* for list manipulation */
20647   scaled sx,sy; /* saved transformation parameters */
20648   scaled sqdet; /* square root of determinant for |dash_scale| */
20649   integer sgndet; /* sign of the determinant */
20650   scaled v; /* a temporary value */
20651   h=mp_private_edges(mp, h);
20652   sqdet=mp_sqrt_det(mp, mp->txx,mp->txy,mp->tyx,mp->tyy);
20653   sgndet=mp_ab_vs_cd(mp, mp->txx,mp->tyy,mp->txy,mp->tyx);
20654   if ( dash_list(h)!=null_dash ) {
20655     @<Try to transform the dash list of |h|@>;
20656   }
20657   @<Make the bounding box of |h| unknown if it can't be updated properly
20658     without scanning the whole structure@>;  
20659   q=link(dummy_loc(h));
20660   while ( q!=null ) { 
20661     @<Transform graphical object |q|@>;
20662     q=link(q);
20663   }
20664   return h;
20665 }
20666 void mp_do_edges_trans (MP mp,pointer p, quarterword c) { 
20667   mp_set_up_known_trans(mp, c);
20668   value(p)=mp_edges_trans(mp, value(p));
20669   mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20670 }
20671 void mp_scale_edges (MP mp) { 
20672   mp->txx=mp->se_sf; mp->tyy=mp->se_sf;
20673   mp->txy=0; mp->tyx=0; mp->tx=0; mp->ty=0;
20674   mp->se_pic=mp_edges_trans(mp, mp->se_pic);
20675 }
20676
20677 @ @<Try to transform the dash list of |h|@>=
20678 if ( (mp->txy!=0)||(mp->tyx!=0)||
20679      (mp->ty!=0)||(abs(mp->txx)!=abs(mp->tyy))) {
20680   mp_flush_dash_list(mp, h);
20681 } else { 
20682   if ( mp->txx<0 ) { @<Reverse the dash list of |h|@>; } 
20683   @<Scale the dash list by |txx| and shift it by |tx|@>;
20684   dash_y(h)=mp_take_scaled(mp, dash_y(h),abs(mp->tyy));
20685 }
20686
20687 @ @<Reverse the dash list of |h|@>=
20688
20689   r=dash_list(h);
20690   dash_list(h)=null_dash;
20691   while ( r!=null_dash ) {
20692     s=r; r=link(r);
20693     v=start_x(s); start_x(s)=stop_x(s); stop_x(s)=v;
20694     link(s)=dash_list(h);
20695     dash_list(h)=s;
20696   }
20697 }
20698
20699 @ @<Scale the dash list by |txx| and shift it by |tx|@>=
20700 r=dash_list(h);
20701 while ( r!=null_dash ) {
20702   start_x(r)=mp_take_scaled(mp, start_x(r),mp->txx)+mp->tx;
20703   stop_x(r)=mp_take_scaled(mp, stop_x(r),mp->txx)+mp->tx;
20704   r=link(r);
20705 }
20706
20707 @ @<Make the bounding box of |h| unknown if it can't be updated properly...@>=
20708 if ( (mp->txx==0)&&(mp->tyy==0) ) {
20709   @<Swap the $x$ and $y$ parameters in the bounding box of |h|@>;
20710 } else if ( (mp->txy!=0)||(mp->tyx!=0) ) {
20711   mp_init_bbox(mp, h);
20712   goto DONE1;
20713 }
20714 if ( minx_val(h)<=maxx_val(h) ) {
20715   @<Scale the bounding box by |txx+txy| and |tyx+tyy|; then shift by
20716    |(tx,ty)|@>;
20717 }
20718 DONE1:
20719
20720
20721
20722 @ @<Swap the $x$ and $y$ parameters in the bounding box of |h|@>=
20723
20724   v=minx_val(h); minx_val(h)=miny_val(h); miny_val(h)=v;
20725   v=maxx_val(h); maxx_val(h)=maxy_val(h); maxy_val(h)=v;
20726 }
20727
20728 @ The sum ``|txx+txy|'' is whichever of |txx| or |txy| is nonzero.  The other
20729 sum is similar.
20730
20731 @<Scale the bounding box by |txx+txy| and |tyx+tyy|; then shift...@>=
20732
20733   minx_val(h)=mp_take_scaled(mp, minx_val(h),mp->txx+mp->txy)+mp->tx;
20734   maxx_val(h)=mp_take_scaled(mp, maxx_val(h),mp->txx+mp->txy)+mp->tx;
20735   miny_val(h)=mp_take_scaled(mp, miny_val(h),mp->tyx+mp->tyy)+mp->ty;
20736   maxy_val(h)=mp_take_scaled(mp, maxy_val(h),mp->tyx+mp->tyy)+mp->ty;
20737   if ( mp->txx+mp->txy<0 ) {
20738     v=minx_val(h); minx_val(h)=maxx_val(h); maxx_val(h)=v;
20739   }
20740   if ( mp->tyx+mp->tyy<0 ) {
20741     v=miny_val(h); miny_val(h)=maxy_val(h); maxy_val(h)=v;
20742   }
20743 }
20744
20745 @ Now we ready for the main task of transforming the graphical objects in edge
20746 structure~|h|.
20747
20748 @<Transform graphical object |q|@>=
20749 switch (type(q)) {
20750 case mp_fill_code: case mp_stroked_code: 
20751   mp_do_path_trans(mp, path_p(q));
20752   @<Transform |pen_p(q)|, making sure polygonal pens stay counter-clockwise@>;
20753   break;
20754 case mp_start_clip_code: case mp_start_bounds_code: 
20755   mp_do_path_trans(mp, path_p(q));
20756   break;
20757 case mp_text_code: 
20758   r=text_tx_loc(q);
20759   @<Transform the compact transformation starting at |r|@>;
20760   break;
20761 case mp_stop_clip_code: case mp_stop_bounds_code: 
20762   break;
20763 } /* there are no other cases */
20764
20765 @ Note that the shift parameters |(tx,ty)| apply only to the path being stroked.
20766 The |dash_scale| has to be adjusted  to scale the dash lengths in |dash_p(q)|
20767 since the \ps\ output procedures will try to compensate for the transformation
20768 we are applying to |pen_p(q)|.  Since this compensation is based on the square
20769 root of the determinant, |sqdet| is the appropriate factor.
20770
20771 @<Transform |pen_p(q)|, making sure...@>=
20772 if ( pen_p(q)!=null ) {
20773   sx=mp->tx; sy=mp->ty;
20774   mp->tx=0; mp->ty=0;
20775   mp_do_pen_trans(mp, pen_p(q));
20776   if ( ((type(q)==mp_stroked_code)&&(dash_p(q)!=null)) )
20777     dash_scale(q)=mp_take_scaled(mp, dash_scale(q),sqdet);
20778   if ( ! pen_is_elliptical(pen_p(q)) )
20779     if ( sgndet<0 )
20780       pen_p(q)=mp_make_pen(mp, mp_copy_path(mp, pen_p(q)),true); 
20781          /* this unreverses the pen */
20782   mp->tx=sx; mp->ty=sy;
20783 }
20784
20785 @ This uses the fact that transformations are stored in the order
20786 |(tx,ty,txx,txy,tyx,tyy)|.
20787 @^data structure assumptions@>
20788
20789 @<Transform the compact transformation starting at |r|@>=
20790 mp_trans(mp, r,r+1);
20791 sx=mp->tx; sy=mp->ty;
20792 mp->tx=0; mp->ty=0;
20793 mp_trans(mp, r+2,r+4);
20794 mp_trans(mp, r+3,r+5);
20795 mp->tx=sx; mp->ty=sy
20796
20797 @ The hard cases of transformation occur when big nodes are involved,
20798 and when some of their components are unknown.
20799
20800 @<Declare binary action...@>=
20801 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>;
20802 void mp_big_trans (MP mp,pointer p, quarterword c) {
20803   pointer q,r,pp,qq; /* list manipulation registers */
20804   small_number s; /* size of a big node */
20805   s=mp->big_node_size[type(p)]; q=value(p); r=q+s;
20806   do {  
20807     r=r-2;
20808     if ( type(r)!=mp_known ) {
20809       @<Transform an unknown big node and |return|@>;
20810     }
20811   } while (r!=q);
20812   @<Transform a known big node@>;
20813 }; /* node |p| will now be recycled by |do_binary| */
20814
20815 @ @<Transform an unknown big node and |return|@>=
20816
20817   mp_set_up_known_trans(mp, c); mp_make_exp_copy(mp, p); 
20818   r=value(mp->cur_exp);
20819   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20820     mp_bilin1(mp, yy_part_loc(r),mp->tyy,xy_part_loc(q),mp->tyx,0);
20821     mp_bilin1(mp, yx_part_loc(r),mp->tyy,xx_part_loc(q),mp->tyx,0);
20822     mp_bilin1(mp, xy_part_loc(r),mp->txx,yy_part_loc(q),mp->txy,0);
20823     mp_bilin1(mp, xx_part_loc(r),mp->txx,yx_part_loc(q),mp->txy,0);
20824   }
20825   mp_bilin1(mp, y_part_loc(r),mp->tyy,x_part_loc(q),mp->tyx,mp->ty);
20826   mp_bilin1(mp, x_part_loc(r),mp->txx,y_part_loc(q),mp->txy,mp->tx);
20827   return;
20828 }
20829
20830 @ Let |p| point to a two-word value field inside a big node of |cur_exp|,
20831 and let |q| point to a another value field. The |bilin1| procedure
20832 replaces |p| by $p\cdot t+q\cdot u+\delta$.
20833
20834 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20835 void mp_bilin1 (MP mp, pointer p, scaled t, pointer q, 
20836                 scaled u, scaled delta) {
20837   pointer r; /* list traverser */
20838   if ( t!=unity ) mp_dep_mult(mp, p,t,true);
20839   if ( u!=0 ) {
20840     if ( type(q)==mp_known ) {
20841       delta+=mp_take_scaled(mp, value(q),u);
20842     } else { 
20843       @<Ensure that |type(p)=mp_proto_dependent|@>;
20844       dep_list(p)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(p),u,dep_list(q),
20845                                mp_proto_dependent,type(q));
20846     }
20847   }
20848   if ( type(p)==mp_known ) {
20849     value(p)+=delta;
20850   } else {
20851     r=dep_list(p);
20852     while ( info(r)!=null ) r=link(r);
20853     delta+=value(r);
20854     if ( r!=dep_list(p) ) value(r)=delta;
20855     else { mp_recycle_value(mp, p); type(p)=mp_known; value(p)=delta; };
20856   }
20857   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
20858 }
20859
20860 @ @<Ensure that |type(p)=mp_proto_dependent|@>=
20861 if ( type(p)!=mp_proto_dependent ) {
20862   if ( type(p)==mp_known ) 
20863     mp_new_dep(mp, p,mp_const_dependency(mp, value(p)));
20864   else 
20865     dep_list(p)=mp_p_times_v(mp, dep_list(p),unity,mp_dependent,
20866                              mp_proto_dependent,true);
20867   type(p)=mp_proto_dependent;
20868 }
20869
20870 @ @<Transform a known big node@>=
20871 mp_set_up_trans(mp, c);
20872 if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20873   @<Transform known by known@>;
20874 } else { 
20875   pp=mp_stash_cur_exp(mp); qq=value(pp);
20876   mp_make_exp_copy(mp, p); r=value(mp->cur_exp);
20877   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20878     mp_bilin2(mp, yy_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20879       value(xy_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),null);
20880     mp_bilin2(mp, yx_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20881       value(xx_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),null);
20882     mp_bilin2(mp, xy_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20883       value(yy_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),null);
20884     mp_bilin2(mp, xx_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20885       value(yx_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),null);
20886   };
20887   mp_bilin2(mp, y_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20888     value(x_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),y_part_loc(qq));
20889   mp_bilin2(mp, x_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20890     value(y_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),x_part_loc(qq));
20891   mp_recycle_value(mp, pp); mp_free_node(mp, pp,value_node_size);
20892 }
20893
20894 @ Let |p| be a |mp_proto_dependent| value whose dependency list ends
20895 at |dep_final|. The following procedure adds |v| times another
20896 numeric quantity to~|p|.
20897
20898 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20899 void mp_add_mult_dep (MP mp,pointer p, scaled v, pointer r) { 
20900   if ( type(r)==mp_known ) {
20901     value(mp->dep_final)+=mp_take_scaled(mp, value(r),v);
20902   } else  { 
20903     dep_list(p)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(p),v,dep_list(r),
20904                                                          mp_proto_dependent,type(r));
20905     if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
20906   }
20907 }
20908
20909 @ The |bilin2| procedure is something like |bilin1|, but with known
20910 and unknown quantities reversed. Parameter |p| points to a value field
20911 within the big node for |cur_exp|; and |type(p)=mp_known|. Parameters
20912 |t| and~|u| point to value fields elsewhere; so does parameter~|q|,
20913 unless it is |null| (which stands for zero). Location~|p| will be
20914 replaced by $p\cdot t+v\cdot u+q$.
20915
20916 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20917 void mp_bilin2 (MP mp,pointer p, pointer t, scaled v, 
20918                 pointer u, pointer q) {
20919   scaled vv; /* temporary storage for |value(p)| */
20920   vv=value(p); type(p)=mp_proto_dependent;
20921   mp_new_dep(mp, p,mp_const_dependency(mp, 0)); /* this sets |dep_final| */
20922   if ( vv!=0 ) 
20923     mp_add_mult_dep(mp, p,vv,t); /* |dep_final| doesn't change */
20924   if ( v!=0 ) mp_add_mult_dep(mp, p,v,u);
20925   if ( q!=null ) mp_add_mult_dep(mp, p,unity,q);
20926   if ( dep_list(p)==mp->dep_final ) {
20927     vv=value(mp->dep_final); mp_recycle_value(mp, p);
20928     type(p)=mp_known; value(p)=vv;
20929   }
20930 }
20931
20932 @ @<Transform known by known@>=
20933
20934   mp_make_exp_copy(mp, p); r=value(mp->cur_exp);
20935   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20936     mp_bilin3(mp, yy_part_loc(r),mp->tyy,value(xy_part_loc(q)),mp->tyx,0);
20937     mp_bilin3(mp, yx_part_loc(r),mp->tyy,value(xx_part_loc(q)),mp->tyx,0);
20938     mp_bilin3(mp, xy_part_loc(r),mp->txx,value(yy_part_loc(q)),mp->txy,0);
20939     mp_bilin3(mp, xx_part_loc(r),mp->txx,value(yx_part_loc(q)),mp->txy,0);
20940   }
20941   mp_bilin3(mp, y_part_loc(r),mp->tyy,value(x_part_loc(q)),mp->tyx,mp->ty);
20942   mp_bilin3(mp, x_part_loc(r),mp->txx,value(y_part_loc(q)),mp->txy,mp->tx);
20943 }
20944
20945 @ Finally, in |bilin3| everything is |known|.
20946
20947 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20948 void mp_bilin3 (MP mp,pointer p, scaled t, 
20949                scaled v, scaled u, scaled delta) { 
20950   if ( t!=unity )
20951     delta+=mp_take_scaled(mp, value(p),t);
20952   else 
20953     delta+=value(p);
20954   if ( u!=0 ) value(p)=delta+mp_take_scaled(mp, v,u);
20955   else value(p)=delta;
20956 }
20957
20958 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20959 case concatenate: 
20960   if ( (mp->cur_type==mp_string_type)&&(type(p)==mp_string_type) ) mp_cat(mp, p);
20961   else mp_bad_binary(mp, p,concatenate);
20962   break;
20963 case substring_of: 
20964   if ( mp_nice_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type==mp_string_type) )
20965     mp_chop_string(mp, value(p));
20966   else mp_bad_binary(mp, p,substring_of);
20967   break;
20968 case subpath_of: 
20969   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
20970   if ( mp_nice_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type==mp_path_type) )
20971     mp_chop_path(mp, value(p));
20972   else mp_bad_binary(mp, p,subpath_of);
20973   break;
20974
20975 @ @<Declare binary action...@>=
20976 void mp_cat (MP mp,pointer p) {
20977   str_number a,b; /* the strings being concatenated */
20978   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
20979   a=value(p); b=mp->cur_exp; str_room(length(a)+length(b));
20980   for (k=mp->str_start[a];k<=str_stop(a)-1;k++) {
20981     append_char(mp->str_pool[k]);
20982   }
20983   for (k=mp->str_start[b];k<=str_stop(b)-1;k++) {
20984     append_char(mp->str_pool[k]);
20985   }
20986   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); delete_str_ref(b);
20987 }
20988
20989 @ @<Declare binary action...@>=
20990 void mp_chop_string (MP mp,pointer p) {
20991   integer a, b; /* start and stop points */
20992   integer l; /* length of the original string */
20993   integer k; /* runs from |a| to |b| */
20994   str_number s; /* the original string */
20995   boolean reversed; /* was |a>b|? */
20996   a=mp_round_unscaled(mp, value(x_part_loc(p)));
20997   b=mp_round_unscaled(mp, value(y_part_loc(p)));
20998   if ( a<=b ) reversed=false;
20999   else  { reversed=true; k=a; a=b; b=k; };
21000   s=mp->cur_exp; l=length(s);
21001   if ( a<0 ) { 
21002     a=0;
21003     if ( b<0 ) b=0;
21004   }
21005   if ( b>l ) { 
21006     b=l;
21007     if ( a>l ) a=l;
21008   }
21009   str_room(b-a);
21010   if ( reversed ) {
21011     for (k=mp->str_start[s]+b-1;k>=mp->str_start[s]+a;k--)  {
21012       append_char(mp->str_pool[k]);
21013     }
21014   } else  {
21015     for (k=mp->str_start[s]+a;k<=mp->str_start[s]+b-1;k++)  {
21016       append_char(mp->str_pool[k]);
21017     }
21018   }
21019   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); delete_str_ref(s);
21020 }
21021
21022 @ @<Declare binary action...@>=
21023 void mp_chop_path (MP mp,pointer p) {
21024   pointer q; /* a knot in the original path */
21025   pointer pp,qq,rr,ss; /* link variables for copies of path nodes */
21026   scaled a,b,k,l; /* indices for chopping */
21027   boolean reversed; /* was |a>b|? */
21028   l=mp_path_length(mp); a=value(x_part_loc(p)); b=value(y_part_loc(p));
21029   if ( a<=b ) reversed=false;
21030   else  { reversed=true; k=a; a=b; b=k; };
21031   @<Dispense with the cases |a<0| and/or |b>l|@>;
21032   q=mp->cur_exp;
21033   while ( a>=unity ) {
21034     q=link(q); a=a-unity; b=b-unity;
21035   }
21036   if ( b==a ) {
21037     @<Construct a path from |pp| to |qq| of length zero@>; 
21038   } else { 
21039     @<Construct a path from |pp| to |qq| of length $\lceil b\rceil$@>; 
21040   }
21041   left_type(pp)=mp_endpoint; right_type(qq)=mp_endpoint; link(qq)=pp;
21042   mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp);
21043   if ( reversed ) {
21044     mp->cur_exp=link(mp_htap_ypoc(mp, pp)); mp_toss_knot_list(mp, pp);
21045   } else {
21046     mp->cur_exp=pp;
21047   }
21048 }
21049
21050 @ @<Dispense with the cases |a<0| and/or |b>l|@>=
21051 if ( a<0 ) {
21052   if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
21053     a=0; if ( b<0 ) b=0;
21054   } else  {
21055     do {  a=a+l; b=b+l; } while (a<0); /* a cycle always has length |l>0| */
21056   }
21057 }
21058 if ( b>l ) {
21059   if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
21060     b=l; if ( a>l ) a=l;
21061   } else {
21062     while ( a>=l ) { 
21063       a=a-l; b=b-l;
21064     }
21065   }
21066 }
21067
21068 @ @<Construct a path from |pp| to |qq| of length $\lceil b\rceil$@>=
21069
21070   pp=mp_copy_knot(mp, q); qq=pp;
21071   do {  
21072     q=link(q); rr=qq; qq=mp_copy_knot(mp, q); link(rr)=qq; b=b-unity;
21073   } while (b>0);
21074   if ( a>0 ) {
21075     ss=pp; pp=link(pp);
21076     mp_split_cubic(mp, ss,a*010000); pp=link(ss);
21077     mp_free_node(mp, ss,knot_node_size);
21078     if ( rr==ss ) {
21079       b=mp_make_scaled(mp, b,unity-a); rr=pp;
21080     }
21081   }
21082   if ( b<0 ) {
21083     mp_split_cubic(mp, rr,(b+unity)*010000);
21084     mp_free_node(mp, qq,knot_node_size);
21085     qq=link(rr);
21086   }
21087 }
21088
21089 @ @<Construct a path from |pp| to |qq| of length zero@>=
21090
21091   if ( a>0 ) { mp_split_cubic(mp, q,a*010000); q=link(q); };
21092   pp=mp_copy_knot(mp, q); qq=pp;
21093 }
21094
21095 @ @<Additional cases of binary operators@>=
21096 case point_of: case precontrol_of: case postcontrol_of: 
21097   if ( mp->cur_type==mp_pair_type )
21098      mp_pair_to_path(mp);
21099   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_known) )
21100     mp_find_point(mp, value(p),c);
21101   else 
21102     mp_bad_binary(mp, p,c);
21103   break;
21104 case pen_offset_of: 
21105   if ( (mp->cur_type==mp_pen_type)&& mp_nice_pair(mp, p,type(p)) )
21106     mp_set_up_offset(mp, value(p));
21107   else 
21108     mp_bad_binary(mp, p,pen_offset_of);
21109   break;
21110 case direction_time_of: 
21111   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
21112   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&& mp_nice_pair(mp, p,type(p)) )
21113     mp_set_up_direction_time(mp, value(p));
21114   else 
21115     mp_bad_binary(mp, p,direction_time_of);
21116   break;
21117 case envelope_of:
21118   if ( (type(p) != mp_pen_type) || (mp->cur_type != mp_path_type) )
21119     mp_bad_binary(mp, p,envelope_of);
21120   else
21121     mp_set_up_envelope(mp, p);
21122   break;
21123
21124 @ @<Declare binary action...@>=
21125 void mp_set_up_offset (MP mp,pointer p) { 
21126   mp_find_offset(mp, value(x_part_loc(p)),value(y_part_loc(p)),mp->cur_exp);
21127   mp_pair_value(mp, mp->cur_x,mp->cur_y);
21128 }
21129 void mp_set_up_direction_time (MP mp,pointer p) { 
21130   mp_flush_cur_exp(mp, mp_find_direction_time(mp, value(x_part_loc(p)),
21131   value(y_part_loc(p)),mp->cur_exp));
21132 }
21133 void mp_set_up_envelope (MP mp,pointer p) {
21134   pointer q = mp_copy_path(mp, mp->cur_exp); /* the original path */
21135   mp_unstash_cur_exp(mp, p);
21136   /* TODO: accept elliptical pens for straight paths */
21137   if (pen_is_elliptical(mp->cur_exp)) {
21138     mp_bad_envelope_pen(mp);
21139     mp->cur_exp = q;
21140     mp->cur_type = mp_path_type;
21141     return;
21142   }
21143   small_number ljoin, lcap;
21144   scaled miterlim;
21145   if ( mp->internal[mp_linejoin]>unity ) ljoin=2;
21146   else if ( mp->internal[mp_linejoin]>0 ) ljoin=1;
21147   else ljoin=0;
21148   if ( mp->internal[mp_linecap]>unity ) lcap=2;
21149   else if ( mp->internal[mp_linecap]>0 ) lcap=1;
21150   else lcap=0;
21151   if ( mp->internal[mp_miterlimit]<unity )
21152     miterlim=unity;
21153   else
21154     miterlim=mp->internal[mp_miterlimit];
21155   mp->cur_exp = mp_make_envelope(mp, q, mp->cur_exp, ljoin,lcap,miterlim);
21156   mp->cur_type = mp_path_type;
21157 }
21158
21159 @ @<Declare binary action...@>=
21160 void mp_find_point (MP mp,scaled v, quarterword c) {
21161   pointer p; /* the path */
21162   scaled n; /* its length */
21163   p=mp->cur_exp;
21164   if ( left_type(p)==mp_endpoint ) n=-unity; else n=0;
21165   do {  p=link(p); n=n+unity; } while (p!=mp->cur_exp);
21166   if ( n==0 ) { 
21167     v=0; 
21168   } else if ( v<0 ) {
21169     if ( left_type(p)==mp_endpoint ) v=0;
21170     else v=n-1-((-v-1) % n);
21171   } else if ( v>n ) {
21172     if ( left_type(p)==mp_endpoint ) v=n;
21173     else v=v % n;
21174   }
21175   p=mp->cur_exp;
21176   while ( v>=unity ) { p=link(p); v=v-unity;  };
21177   if ( v!=0 ) {
21178      @<Insert a fractional node by splitting the cubic@>;
21179   }
21180   @<Set the current expression to the desired path coordinates@>;
21181 }
21182
21183 @ @<Insert a fractional node...@>=
21184 { mp_split_cubic(mp, p,v*010000); p=link(p); }
21185
21186 @ @<Set the current expression to the desired path coordinates...@>=
21187 switch (c) {
21188 case point_of: 
21189   mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
21190   break;
21191 case precontrol_of: 
21192   if ( left_type(p)==mp_endpoint ) mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
21193   else mp_pair_value(mp, left_x(p),left_y(p));
21194   break;
21195 case postcontrol_of: 
21196   if ( right_type(p)==mp_endpoint ) mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
21197   else mp_pair_value(mp, right_x(p),right_y(p));
21198   break;
21199 } /* there are no other cases */
21200
21201 @ @<Additional cases of binary operators@>=
21202 case arc_time_of: 
21203   if ( mp->cur_type==mp_pair_type )
21204      mp_pair_to_path(mp);
21205   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_known) )
21206     mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_arc_time(mp, mp->cur_exp,value(p)));
21207   else 
21208     mp_bad_binary(mp, p,c);
21209   break;
21210
21211 @ @<Additional cases of bin...@>=
21212 case intersect: 
21213   if ( type(p)==mp_pair_type ) {
21214     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, p);
21215     mp_pair_to_path(mp); p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q);
21216   };
21217   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
21218   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_path_type) ) {
21219     mp_path_intersection(mp, value(p),mp->cur_exp);
21220     mp_pair_value(mp, mp->cur_t,mp->cur_tt);
21221   } else {
21222     mp_bad_binary(mp, p,intersect);
21223   }
21224   break;
21225
21226 @ @<Additional cases of bin...@>=
21227 case in_font:
21228   if ( (mp->cur_type!=mp_string_type)||(type(p)!=mp_string_type)) 
21229     mp_bad_binary(mp, p,in_font);
21230   else { mp_do_infont(mp, p); return; }
21231   break;
21232
21233 @ Function |new_text_node| owns the reference count for its second argument
21234 (the text string) but not its first (the font name).
21235
21236 @<Declare binary action...@>=
21237 void mp_do_infont (MP mp,pointer p) {
21238   pointer q;
21239   q=mp_get_node(mp, edge_header_size);
21240   mp_init_edges(mp, q);
21241   link(obj_tail(q))=mp_new_text_node(mp, str(mp->cur_exp),value(p));
21242   obj_tail(q)=link(obj_tail(q));
21243   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
21244   mp_flush_cur_exp(mp, q);
21245   mp->cur_type=mp_picture_type;
21246 }
21247
21248 @* \[40] Statements and commands.
21249 The chief executive of \MP\ is the |do_statement| routine, which
21250 contains the master switch that causes all the various pieces of \MP\
21251 to do their things, in the right order.
21252
21253 In a sense, this is the grand climax of the program: It applies all the
21254 tools that we have worked so hard to construct. In another sense, this is
21255 the messiest part of the program: It necessarily refers to other pieces
21256 of code all over the place, so that a person can't fully understand what is
21257 going on without paging back and forth to be reminded of conventions that
21258 are defined elsewhere. We are now at the hub of the web.
21259
21260 The structure of |do_statement| itself is quite simple.  The first token
21261 of the statement is fetched using |get_x_next|.  If it can be the first
21262 token of an expression, we look for an equation, an assignment, or a
21263 title. Otherwise we use a \&{case} construction to branch at high speed to
21264 the appropriate routine for various and sundry other types of commands,
21265 each of which has an ``action procedure'' that does the necessary work.
21266
21267 The program uses the fact that
21268 $$\hbox{|min_primary_command=max_statement_command=type_name|}$$
21269 to interpret a statement that starts with, e.g., `\&{string}',
21270 as a type declaration rather than a boolean expression.
21271
21272 @c void mp_do_statement (MP mp) { /* governs \MP's activities */
21273   mp->cur_type=mp_vacuous; mp_get_x_next(mp);
21274   if ( mp->cur_cmd>max_primary_command ) {
21275     @<Worry about bad statement@>;
21276   } else if ( mp->cur_cmd>max_statement_command ) {
21277     @<Do an equation, assignment, title, or
21278      `$\langle\,$expression$\,\rangle\,$\&{endgroup}'@>;
21279   } else {
21280     @<Do a statement that doesn't begin with an expression@>;
21281   }
21282   if ( mp->cur_cmd<semicolon )
21283     @<Flush unparsable junk that was found after the statement@>;
21284   mp->error_count=0;
21285 }
21286
21287 @ @<Declarations@>=
21288 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>;
21289
21290 @ The only command codes |>max_primary_command| that can be present
21291 at the beginning of a statement are |semicolon| and higher; these
21292 occur when the statement is null.
21293
21294 @<Worry about bad statement@>=
21295
21296   if ( mp->cur_cmd<semicolon ) {
21297     print_err("A statement can't begin with `");
21298 @.A statement can't begin with x@>
21299     mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod); mp_print_char(mp, '\'');
21300     help5("I was looking for the beginning of a new statement.")
21301       ("If you just proceed without changing anything, I'll ignore")
21302       ("everything up to the next `;'. Please insert a semicolon")
21303       ("now in front of anything that you don't want me to delete.")
21304       ("(See Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.)");
21305 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
21306     mp_back_error(mp); mp_get_x_next(mp);
21307   }
21308 }
21309
21310 @ The help message printed here says that everything is flushed up to
21311 a semicolon, but actually the commands |end_group| and |stop| will
21312 also terminate a statement.
21313
21314 @<Flush unparsable junk that was found after the statement@>=
21315
21316   print_err("Extra tokens will be flushed");
21317 @.Extra tokens will be flushed@>
21318   help6("I've just read as much of that statement as I could fathom,")
21319        ("so a semicolon should have been next. It's very puzzling...")
21320        ("but I'll try to get myself back together, by ignoring")
21321        ("everything up to the next `;'. Please insert a semicolon")
21322        ("now in front of anything that you don't want me to delete.")
21323        ("(See Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.)");
21324 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
21325   mp_back_error(mp); mp->scanner_status=flushing;
21326   do {  
21327     get_t_next;
21328     @<Decrease the string reference count...@>;
21329   } while (! end_of_statement); /* |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop| */
21330   mp->scanner_status=normal;
21331 }
21332
21333 @ If |do_statement| ends with |cur_cmd=end_group|, we should have
21334 |cur_type=mp_vacuous| unless the statement was simply an expression;
21335 in the latter case, |cur_type| and |cur_exp| should represent that
21336 expression.
21337
21338 @<Do a statement that doesn't...@>=
21339
21340   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>0 ) 
21341     show_cur_cmd_mod;
21342   switch (mp->cur_cmd ) {
21343   case type_name:mp_do_type_declaration(mp); break;
21344   case macro_def:
21345     if ( mp->cur_mod>var_def ) mp_make_op_def(mp);
21346     else if ( mp->cur_mod>end_def ) mp_scan_def(mp);
21347      break;
21348   @<Cases of |do_statement| that invoke particular commands@>;
21349   } /* there are no other cases */
21350   mp->cur_type=mp_vacuous;
21351 }
21352
21353 @ The most important statements begin with expressions.
21354
21355 @<Do an equation, assignment, title, or...@>=
21356
21357   mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21358   if ( mp->cur_cmd<end_group ) {
21359     if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21360     else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21361     else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {@<Do a title@> ; }
21362     else if ( mp->cur_type!=mp_vacuous ){ 
21363       exp_err("Isolated expression");
21364 @.Isolated expression@>
21365       help3("I couldn't find an `=' or `:=' after the")
21366         ("expression that is shown above this error message,")
21367         ("so I guess I'll just ignore it and carry on.");
21368       mp_put_get_error(mp);
21369     }
21370     mp_flush_cur_exp(mp, 0); mp->cur_type=mp_vacuous;
21371   }
21372 }
21373
21374 @ @<Do a title@>=
21375
21376   if ( mp->internal[mp_tracing_titles]>0 ) {
21377     mp_print_nl(mp, "");  mp_print_str(mp, mp->cur_exp); update_terminal;
21378   }
21379 }
21380
21381 @ Equations and assignments are performed by the pair of mutually recursive
21382 @^recursion@>
21383 routines |do_equation| and |do_assignment|. These routines are called when
21384 |cur_cmd=equals| and when |cur_cmd=assignment|, respectively; the left-hand
21385 side is in |cur_type| and |cur_exp|, while the right-hand side is yet
21386 to be scanned. After the routines are finished, |cur_type| and |cur_exp|
21387 will be equal to the right-hand side (which will normally be equal
21388 to the left-hand side).
21389
21390 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21391 @<Declare the procedure called |try_eq|@>;
21392 @<Declare the procedure called |make_eq|@>;
21393 void mp_do_equation (MP mp) ;
21394
21395 @ @c
21396 void mp_do_equation (MP mp) {
21397   pointer lhs; /* capsule for the left-hand side */
21398   pointer p; /* temporary register */
21399   lhs=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); 
21400   mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21401   if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21402   else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21403   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) 
21404     @<Trace the current equation@>;
21405   if ( mp->cur_type==mp_unknown_path ) if ( type(lhs)==mp_pair_type ) {
21406     p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, lhs); lhs=p;
21407   }; /* in this case |make_eq| will change the pair to a path */
21408   mp_make_eq(mp, lhs); /* equate |lhs| to |(cur_type,cur_exp)| */
21409 }
21410
21411 @ And |do_assignment| is similar to |do_expression|:
21412
21413 @<Declarations@>=
21414 void mp_do_assignment (MP mp);
21415
21416 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21417 void mp_do_assignment (MP mp) ;
21418
21419 @ @c
21420 void mp_do_assignment (MP mp) {
21421   pointer lhs; /* token list for the left-hand side */
21422   pointer p; /* where the left-hand value is stored */
21423   pointer q; /* temporary capsule for the right-hand value */
21424   if ( mp->cur_type!=mp_token_list ) { 
21425     exp_err("Improper `:=' will be changed to `='");
21426 @.Improper `:='@>
21427     help2("I didn't find a variable name at the left of the `:=',")
21428       ("so I'm going to pretend that you said `=' instead.");
21429     mp_error(mp); mp_do_equation(mp);
21430   } else { 
21431     lhs=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
21432     mp_get_x_next(mp); mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21433     if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21434     else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21435     if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) 
21436       @<Trace the current assignment@>;
21437     if ( info(lhs)>hash_end ) {
21438       @<Assign the current expression to an internal variable@>;
21439     } else  {
21440       @<Assign the current expression to the variable |lhs|@>;
21441     }
21442     mp_flush_node_list(mp, lhs);
21443   }
21444 }
21445
21446 @ @<Trace the current equation@>=
21447
21448   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{("); mp_print_exp(mp,lhs,0);
21449   mp_print(mp,")=("); mp_print_exp(mp,null,0); 
21450   mp_print(mp,")}"); mp_end_diagnostic(mp, false);
21451 }
21452
21453 @ @<Trace the current assignment@>=
21454
21455   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{");
21456   if ( info(lhs)>hash_end ) 
21457      mp_print(mp, mp->int_name[info(lhs)-(hash_end)]);
21458   else 
21459      mp_show_token_list(mp, lhs,null,1000,0);
21460   mp_print(mp, ":="); mp_print_exp(mp, null,0); 
21461   mp_print_char(mp, '}'); mp_end_diagnostic(mp, false);
21462 }
21463
21464 @ @<Assign the current expression to an internal variable@>=
21465 if ( mp->cur_type==mp_known )  {
21466   mp->internal[info(lhs)-(hash_end)]=mp->cur_exp;
21467 } else { 
21468   exp_err("Internal quantity `");
21469 @.Internal quantity...@>
21470   mp_print(mp, mp->int_name[info(lhs)-(hash_end)]);
21471   mp_print(mp, "' must receive a known value");
21472   help2("I can\'t set an internal quantity to anything but a known")
21473     ("numeric value, so I'll have to ignore this assignment.");
21474   mp_put_get_error(mp);
21475 }
21476
21477 @ @<Assign the current expression to the variable |lhs|@>=
21478
21479   p=mp_find_variable(mp, lhs);
21480   if ( p!=null ) {
21481     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp->cur_type=mp_und_type(mp, p); 
21482     mp_recycle_value(mp, p);
21483     type(p)=mp->cur_type; value(p)=null; mp_make_exp_copy(mp, p);
21484     p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q); mp_make_eq(mp, p);
21485   } else  { 
21486     mp_obliterated(mp, lhs); mp_put_get_error(mp);
21487   }
21488 }
21489
21490
21491 @ And now we get to the nitty-gritty. The |make_eq| procedure is given
21492 a pointer to a capsule that is to be equated to the current expression.
21493
21494 @<Declare the procedure called |make_eq|@>=
21495 void mp_make_eq (MP mp,pointer lhs) ;
21496
21497
21498
21499 @c void mp_make_eq (MP mp,pointer lhs) {
21500   small_number t; /* type of the left-hand side */
21501   pointer p,q; /* pointers inside of big nodes */
21502   integer v=0; /* value of the left-hand side */
21503 RESTART: 
21504   t=type(lhs);
21505   if ( t<=mp_pair_type ) v=value(lhs);
21506   switch (t) {
21507   @<For each type |t|, make an equation and |goto done| unless |cur_type|
21508     is incompatible with~|t|@>;
21509   } /* all cases have been listed */
21510   @<Announce that the equation cannot be performed@>;
21511 DONE:
21512   check_arith; mp_recycle_value(mp, lhs); 
21513   mp_free_node(mp, lhs,value_node_size);
21514 }
21515
21516 @ @<Announce that the equation cannot be performed@>=
21517 mp_disp_err(mp, lhs,""); 
21518 exp_err("Equation cannot be performed (");
21519 @.Equation cannot be performed@>
21520 if ( type(lhs)<=mp_pair_type ) mp_print_type(mp, type(lhs));
21521 else mp_print(mp, "numeric");
21522 mp_print_char(mp, '=');
21523 if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) mp_print_type(mp, mp->cur_type);
21524 else mp_print(mp, "numeric");
21525 mp_print_char(mp, ')');
21526 help2("I'm sorry, but I don't know how to make such things equal.")
21527      ("(See the two expressions just above the error message.)");
21528 mp_put_get_error(mp)
21529
21530 @ @<For each type |t|, make an equation and |goto done| unless...@>=
21531 case mp_boolean_type: case mp_string_type: case mp_pen_type:
21532 case mp_path_type: case mp_picture_type:
21533   if ( mp->cur_type==t+unknown_tag ) { 
21534     mp_nonlinear_eq(mp, v,mp->cur_exp,false); goto DONE;
21535   } else if ( mp->cur_type==t ) {
21536     @<Report redundant or inconsistent equation and |goto done|@>;
21537   }
21538   break;
21539 case unknown_types:
21540   if ( mp->cur_type==t-unknown_tag ) { 
21541     mp_nonlinear_eq(mp, mp->cur_exp,lhs,true); goto DONE;
21542   } else if ( mp->cur_type==t ) { 
21543     mp_ring_merge(mp, lhs,mp->cur_exp); goto DONE;
21544   } else if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) {
21545     if ( t==mp_unknown_path ) { 
21546      mp_pair_to_path(mp); goto RESTART;
21547     };
21548   }
21549   break;
21550 case mp_transform_type: case mp_color_type:
21551 case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type:
21552   if ( mp->cur_type==t ) {
21553     @<Do multiple equations and |goto done|@>;
21554   }
21555   break;
21556 case mp_known: case mp_dependent:
21557 case mp_proto_dependent: case mp_independent:
21558   if ( mp->cur_type>=mp_known ) { 
21559     mp_try_eq(mp, lhs,null); goto DONE;
21560   };
21561   break;
21562 case mp_vacuous:
21563   break;
21564
21565 @ @<Report redundant or inconsistent equation and |goto done|@>=
21566
21567   if ( mp->cur_type<=mp_string_type ) {
21568     if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
21569       if ( mp_str_vs_str(mp, v,mp->cur_exp)!=0 ) {
21570         goto NOT_FOUND;
21571       }
21572     } else if ( v!=mp->cur_exp ) {
21573       goto NOT_FOUND;
21574     }
21575     @<Exclaim about a redundant equation@>; goto DONE;
21576   }
21577   print_err("Redundant or inconsistent equation");
21578 @.Redundant or inconsistent equation@>
21579   help2("An equation between already-known quantities can't help.")
21580        ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21581   mp_put_get_error(mp); goto DONE;
21582 NOT_FOUND: 
21583   print_err("Inconsistent equation");
21584 @.Inconsistent equation@>
21585   help2("The equation I just read contradicts what was said before.")
21586        ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21587   mp_put_get_error(mp); goto DONE;
21588 }
21589
21590 @ @<Do multiple equations and |goto done|@>=
21591
21592   p=v+mp->big_node_size[t]; 
21593   q=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[t];
21594   do {  
21595     p=p-2; q=q-2; mp_try_eq(mp, p,q);
21596   } while (p!=v);
21597   goto DONE;
21598 }
21599
21600 @ The first argument to |try_eq| is the location of a value node
21601 in a capsule that will soon be recycled. The second argument is
21602 either a location within a pair or transform node pointed to by
21603 |cur_exp|, or it is |null| (which means that |cur_exp| itself
21604 serves as the second argument). The idea is to leave |cur_exp| unchanged,
21605 but to equate the two operands.
21606
21607 @<Declare the procedure called |try_eq|@>=
21608 void mp_try_eq (MP mp,pointer l, pointer r) ;
21609
21610
21611 @c void mp_try_eq (MP mp,pointer l, pointer r) {
21612   pointer p; /* dependency list for right operand minus left operand */
21613   int t; /* the type of list |p| */
21614   pointer q; /* the constant term of |p| is here */
21615   pointer pp; /* dependency list for right operand */
21616   int tt; /* the type of list |pp| */
21617   boolean copied; /* have we copied a list that ought to be recycled? */
21618   @<Remove the left operand from its container, negate it, and
21619     put it into dependency list~|p| with constant term~|q|@>;
21620   @<Add the right operand to list |p|@>;
21621   if ( info(p)==null ) {
21622     @<Deal with redundant or inconsistent equation@>;
21623   } else { 
21624     mp_linear_eq(mp, p,t);
21625     if ( r==null ) if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
21626       if ( type(mp->cur_exp)==mp_known ) {
21627         pp=mp->cur_exp; mp->cur_exp=value(mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_known;
21628         mp_free_node(mp, pp,value_node_size);
21629       }
21630     }
21631   }
21632 }
21633
21634 @ @<Remove the left operand from its container, negate it, and...@>=
21635 t=type(l);
21636 if ( t==mp_known ) { 
21637   t=mp_dependent; p=mp_const_dependency(mp, -value(l)); q=p;
21638 } else if ( t==mp_independent ) {
21639   t=mp_dependent; p=mp_single_dependency(mp, l); negate(value(p));
21640   q=mp->dep_final;
21641 } else { 
21642   p=dep_list(l); q=p;
21643   while (1) { 
21644     negate(value(q));
21645     if ( info(q)==null ) break;
21646     q=link(q);
21647   }
21648   link(prev_dep(l))=link(q); prev_dep(link(q))=prev_dep(l);
21649   type(l)=mp_known;
21650 }
21651
21652 @ @<Deal with redundant or inconsistent equation@>=
21653
21654   if ( abs(value(p))>64 ) { /* off by .001 or more */
21655     print_err("Inconsistent equation");
21656 @.Inconsistent equation@>
21657     mp_print(mp, " (off by "); mp_print_scaled(mp, value(p)); 
21658     mp_print_char(mp, ')');
21659     help2("The equation I just read contradicts what was said before.")
21660       ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21661     mp_put_get_error(mp);
21662   } else if ( r==null ) {
21663     @<Exclaim about a redundant equation@>;
21664   }
21665   mp_free_node(mp, p,dep_node_size);
21666 }
21667
21668 @ @<Add the right operand to list |p|@>=
21669 if ( r==null ) {
21670   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
21671     value(q)=value(q)+mp->cur_exp; goto DONE1;
21672   } else { 
21673     tt=mp->cur_type;
21674     if ( tt==mp_independent ) pp=mp_single_dependency(mp, mp->cur_exp);
21675     else pp=dep_list(mp->cur_exp);
21676   } 
21677 } else {
21678   if ( type(r)==mp_known ) {
21679     value(q)=value(q)+value(r); goto DONE1;
21680   } else { 
21681     tt=type(r);
21682     if ( tt==mp_independent ) pp=mp_single_dependency(mp, r);
21683     else pp=dep_list(r);
21684   }
21685 }
21686 if ( tt!=mp_independent ) copied=false;
21687 else  { copied=true; tt=mp_dependent; };
21688 @<Add dependency list |pp| of type |tt| to dependency list~|p| of type~|t|@>;
21689 if ( copied ) mp_flush_node_list(mp, pp);
21690 DONE1:
21691
21692 @ @<Add dependency list |pp| of type |tt| to dependency list~|p| of type~|t|@>=
21693 mp->watch_coefs=false;
21694 if ( t==tt ) {
21695   p=mp_p_plus_q(mp, p,pp,t);
21696 } else if ( t==mp_proto_dependent ) {
21697   p=mp_p_plus_fq(mp, p,unity,pp,mp_proto_dependent,mp_dependent);
21698 } else { 
21699   q=p;
21700   while ( info(q)!=null ) {
21701     value(q)=mp_round_fraction(mp, value(q)); q=link(q);
21702   }
21703   t=mp_proto_dependent; p=mp_p_plus_q(mp, p,pp,t);
21704 }
21705 mp->watch_coefs=true;
21706
21707 @ Our next goal is to process type declarations. For this purpose it's
21708 convenient to have a procedure that scans a $\langle\,$declared
21709 variable$\,\rangle$ and returns the corresponding token list. After the
21710 following procedure has acted, the token after the declared variable
21711 will have been scanned, so it will appear in |cur_cmd|, |cur_mod|,
21712 and~|cur_sym|.
21713
21714 @<Declare the function called |scan_declared_variable|@>=
21715 pointer mp_scan_declared_variable (MP mp) {
21716   pointer x; /* hash address of the variable's root */
21717   pointer h,t; /* head and tail of the token list to be returned */
21718   pointer l; /* hash address of left bracket */
21719   mp_get_symbol(mp); x=mp->cur_sym;
21720   if ( mp->cur_cmd!=tag_token ) mp_clear_symbol(mp, x,false);
21721   h=mp_get_avail(mp); info(h)=x; t=h;
21722   while (1) { 
21723     mp_get_x_next(mp);
21724     if ( mp->cur_sym==0 ) break;
21725     if ( mp->cur_cmd!=tag_token ) if ( mp->cur_cmd!=internal_quantity)  {
21726       if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
21727         @<Descend past a collective subscript@>;
21728       } else {
21729         break;
21730       }
21731     }
21732     link(t)=mp_get_avail(mp); t=link(t); info(t)=mp->cur_sym;
21733   }
21734   if ( eq_type(x)!=tag_token ) mp_clear_symbol(mp, x,false);
21735   if ( equiv(x)==null ) mp_new_root(mp, x);
21736   return h;
21737 }
21738
21739 @ If the subscript isn't collective, we don't accept it as part of the
21740 declared variable.
21741
21742 @<Descend past a collective subscript@>=
21743
21744   l=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
21745   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
21746     mp_back_input(mp); mp->cur_sym=l; mp->cur_cmd=left_bracket; break;
21747   } else {
21748     mp->cur_sym=collective_subscript;
21749   }
21750 }
21751
21752 @ Type declarations are introduced by the following primitive operations.
21753
21754 @<Put each...@>=
21755 mp_primitive(mp, "numeric",type_name,mp_numeric_type);
21756 @:numeric_}{\&{numeric} primitive@>
21757 mp_primitive(mp, "string",type_name,mp_string_type);
21758 @:string_}{\&{string} primitive@>
21759 mp_primitive(mp, "boolean",type_name,mp_boolean_type);
21760 @:boolean_}{\&{boolean} primitive@>
21761 mp_primitive(mp, "path",type_name,mp_path_type);
21762 @:path_}{\&{path} primitive@>
21763 mp_primitive(mp, "pen",type_name,mp_pen_type);
21764 @:pen_}{\&{pen} primitive@>
21765 mp_primitive(mp, "picture",type_name,mp_picture_type);
21766 @:picture_}{\&{picture} primitive@>
21767 mp_primitive(mp, "transform",type_name,mp_transform_type);
21768 @:transform_}{\&{transform} primitive@>
21769 mp_primitive(mp, "color",type_name,mp_color_type);
21770 @:color_}{\&{color} primitive@>
21771 mp_primitive(mp, "rgbcolor",type_name,mp_color_type);
21772 @:color_}{\&{rgbcolor} primitive@>
21773 mp_primitive(mp, "cmykcolor",type_name,mp_cmykcolor_type);
21774 @:color_}{\&{cmykcolor} primitive@>
21775 mp_primitive(mp, "pair",type_name,mp_pair_type);
21776 @:pair_}{\&{pair} primitive@>
21777
21778 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21779 case type_name: mp_print_type(mp, m); break;
21780
21781 @ Now we are ready to handle type declarations, assuming that a
21782 |type_name| has just been scanned.
21783
21784 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21785 void mp_do_type_declaration (MP mp) ;
21786
21787 @ @c
21788 void mp_do_type_declaration (MP mp) {
21789   small_number t; /* the type being declared */
21790   pointer p; /* token list for a declared variable */
21791   pointer q; /* value node for the variable */
21792   if ( mp->cur_mod>=mp_transform_type ) 
21793     t=mp->cur_mod;
21794   else 
21795     t=mp->cur_mod+unknown_tag;
21796   do {  
21797     p=mp_scan_declared_variable(mp);
21798     mp_flush_variable(mp, equiv(info(p)),link(p),false);
21799     q=mp_find_variable(mp, p);
21800     if ( q!=null ) { 
21801       type(q)=t; value(q)=null; 
21802     } else  { 
21803       print_err("Declared variable conflicts with previous vardef");
21804 @.Declared variable conflicts...@>
21805       help2("You can't use, e.g., `numeric foo[]' after `vardef foo'.")
21806            ("Proceed, and I'll ignore the illegal redeclaration.");
21807       mp_put_get_error(mp);
21808     }
21809     mp_flush_list(mp, p);
21810     if ( mp->cur_cmd<comma ) {
21811       @<Flush spurious symbols after the declared variable@>;
21812     }
21813   } while (! end_of_statement);
21814 }
21815
21816 @ @<Flush spurious symbols after the declared variable@>=
21817
21818   print_err("Illegal suffix of declared variable will be flushed");
21819 @.Illegal suffix...flushed@>
21820   help5("Variables in declarations must consist entirely of")
21821     ("names and collective subscripts, e.g., `x[]a'.")
21822     ("Are you trying to use a reserved word in a variable name?")
21823     ("I'm going to discard the junk I found here,")
21824     ("up to the next comma or the end of the declaration.");
21825   if ( mp->cur_cmd==numeric_token )
21826     mp->help_line[2]="Explicit subscripts like `x15a' aren't permitted.";
21827   mp_put_get_error(mp); mp->scanner_status=flushing;
21828   do {  
21829     get_t_next;
21830     @<Decrease the string reference count...@>;
21831   } while (mp->cur_cmd<comma); /* either |end_of_statement| or |cur_cmd=comma| */
21832   mp->scanner_status=normal;
21833 }
21834
21835 @ \MP's |main_control| procedure just calls |do_statement| repeatedly
21836 until coming to the end of the user's program.
21837 Each execution of |do_statement| concludes with
21838 |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop|.
21839
21840 @c void mp_main_control (MP mp) { 
21841   do {  
21842     mp_do_statement(mp);
21843     if ( mp->cur_cmd==end_group ) {
21844       print_err("Extra `endgroup'");
21845 @.Extra `endgroup'@>
21846       help2("I'm not currently working on a `begingroup',")
21847         ("so I had better not try to end anything.");
21848       mp_flush_error(mp, 0);
21849     }
21850   } while (mp->cur_cmd!=stop);
21851 }
21852 int mp_run (MP mp) {
21853   @<Install and test the non-local jump buffer@>;
21854   mp_main_control(mp); /* come to life */
21855   mp_final_cleanup(mp); /* prepare for death */
21856   mp_close_files_and_terminate(mp);
21857   return mp->history;
21858 }
21859 char * mp_mplib_version (MP mp) {
21860   assert(mp);
21861   return mplib_version;
21862 }
21863 char * mp_metapost_version (MP mp) {
21864   assert(mp);
21865   return metapost_version;
21866 }
21867
21868 @ @<Exported function headers@>=
21869 int mp_run (MP mp);
21870 char * mp_mplib_version (MP mp);
21871 char * mp_metapost_version (MP mp);
21872
21873 @ @<Put each...@>=
21874 mp_primitive(mp, "end",stop,0);
21875 @:end_}{\&{end} primitive@>
21876 mp_primitive(mp, "dump",stop,1);
21877 @:dump_}{\&{dump} primitive@>
21878
21879 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21880 case stop:
21881   if ( m==0 ) mp_print(mp, "end");
21882   else mp_print(mp, "dump");
21883   break;
21884
21885 @* \[41] Commands.
21886 Let's turn now to statements that are classified as ``commands'' because
21887 of their imperative nature. We'll begin with simple ones, so that it
21888 will be clear how to hook command processing into the |do_statement| routine;
21889 then we'll tackle the tougher commands.
21890
21891 Here's one of the simplest:
21892
21893 @<Cases of |do_statement|...@>=
21894 case random_seed: mp_do_random_seed(mp);  break;
21895
21896 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21897 void mp_do_random_seed (MP mp) ;
21898
21899 @ @c void mp_do_random_seed (MP mp) { 
21900   mp_get_x_next(mp);
21901   if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
21902     mp_missing_err(mp, ":=");
21903 @.Missing `:='@>
21904     help1("Always say `randomseed:=<numeric expression>'.");
21905     mp_back_error(mp);
21906   };
21907   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
21908   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
21909     exp_err("Unknown value will be ignored");
21910 @.Unknown value...ignored@>
21911     help2("Your expression was too random for me to handle,")
21912       ("so I won't change the random seed just now.");
21913     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
21914   } else {
21915    @<Initialize the random seed to |cur_exp|@>;
21916   }
21917 }
21918
21919 @ @<Initialize the random seed to |cur_exp|@>=
21920
21921   mp_init_randoms(mp, mp->cur_exp);
21922   if ( mp->selector>=log_only && mp->selector<write_file) {
21923     mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=log_only;
21924     mp_print_nl(mp, "{randomseed:="); 
21925     mp_print_scaled(mp, mp->cur_exp); 
21926     mp_print_char(mp, '}');
21927     mp_print_nl(mp, ""); mp->selector=mp->old_setting;
21928   }
21929 }
21930
21931 @ And here's another simple one (somewhat different in flavor):
21932
21933 @<Cases of |do_statement|...@>=
21934 case mode_command: 
21935   mp_print_ln(mp); mp->interaction=mp->cur_mod;
21936   @<Initialize the print |selector| based on |interaction|@>;
21937   if ( mp->log_opened ) mp->selector=mp->selector+2;
21938   mp_get_x_next(mp);
21939   break;
21940
21941 @ @<Put each...@>=
21942 mp_primitive(mp, "batchmode",mode_command,mp_batch_mode);
21943 @:mp_batch_mode_}{\&{batchmode} primitive@>
21944 mp_primitive(mp, "nonstopmode",mode_command,mp_nonstop_mode);
21945 @:mp_nonstop_mode_}{\&{nonstopmode} primitive@>
21946 mp_primitive(mp, "scrollmode",mode_command,mp_scroll_mode);
21947 @:mp_scroll_mode_}{\&{scrollmode} primitive@>
21948 mp_primitive(mp, "errorstopmode",mode_command,mp_error_stop_mode);
21949 @:mp_error_stop_mode_}{\&{errorstopmode} primitive@>
21950
21951 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
21952 case mode_command: 
21953   switch (m) {
21954   case mp_batch_mode: mp_print(mp, "batchmode"); break;
21955   case mp_nonstop_mode: mp_print(mp, "nonstopmode"); break;
21956   case mp_scroll_mode: mp_print(mp, "scrollmode"); break;
21957   default: mp_print(mp, "errorstopmode"); break;
21958   }
21959   break;
21960
21961 @ The `\&{inner}' and `\&{outer}' commands are only slightly harder.
21962
21963 @<Cases of |do_statement|...@>=
21964 case protection_command: mp_do_protection(mp); break;
21965
21966 @ @<Put each...@>=
21967 mp_primitive(mp, "inner",protection_command,0);
21968 @:inner_}{\&{inner} primitive@>
21969 mp_primitive(mp, "outer",protection_command,1);
21970 @:outer_}{\&{outer} primitive@>
21971
21972 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21973 case protection_command: 
21974   if ( m==0 ) mp_print(mp, "inner");
21975   else mp_print(mp, "outer");
21976   break;
21977
21978 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21979 void mp_do_protection (MP mp) ;
21980
21981 @ @c void mp_do_protection (MP mp) {
21982   int m; /* 0 to unprotect, 1 to protect */
21983   halfword t; /* the |eq_type| before we change it */
21984   m=mp->cur_mod;
21985   do {  
21986     mp_get_symbol(mp); t=eq_type(mp->cur_sym);
21987     if ( m==0 ) { 
21988       if ( t>=outer_tag ) 
21989         eq_type(mp->cur_sym)=t-outer_tag;
21990     } else if ( t<outer_tag ) {
21991       eq_type(mp->cur_sym)=t+outer_tag;
21992     }
21993     mp_get_x_next(mp);
21994   } while (mp->cur_cmd==comma);
21995 }
21996
21997 @ \MP\ never defines the tokens `\.(' and `\.)' to be primitives, but
21998 plain \MP\ begins with the declaration `\&{delimiters} \.{()}'. Such a
21999 declaration assigns the command code |left_delimiter| to `\.{(}' and
22000 |right_delimiter| to `\.{)}'; the |equiv| of each delimiter is the
22001 hash address of its mate.
22002
22003 @<Cases of |do_statement|...@>=
22004 case delimiters: mp_def_delims(mp); break;
22005
22006 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22007 void mp_def_delims (MP mp) ;
22008
22009 @ @c void mp_def_delims (MP mp) {
22010   pointer l_delim,r_delim; /* the new delimiter pair */
22011   mp_get_clear_symbol(mp); l_delim=mp->cur_sym;
22012   mp_get_clear_symbol(mp); r_delim=mp->cur_sym;
22013   eq_type(l_delim)=left_delimiter; equiv(l_delim)=r_delim;
22014   eq_type(r_delim)=right_delimiter; equiv(r_delim)=l_delim;
22015   mp_get_x_next(mp);
22016 }
22017
22018 @ Here is a procedure that is called when \MP\ has reached a point
22019 where some right delimiter is mandatory.
22020
22021 @<Declare the procedure called |check_delimiter|@>=
22022 void mp_check_delimiter (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) {
22023   if ( mp->cur_cmd==right_delimiter ) 
22024     if ( mp->cur_mod==l_delim ) 
22025       return;
22026   if ( mp->cur_sym!=r_delim ) {
22027      mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
22028 @.Missing `)'@>
22029     help2("I found no right delimiter to match a left one. So I've")
22030       ("put one in, behind the scenes; this may fix the problem.");
22031     mp_back_error(mp);
22032   } else { 
22033     print_err("The token `"); mp_print_text(r_delim);
22034 @.The token...delimiter@>
22035     mp_print(mp, "' is no longer a right delimiter");
22036     help3("Strange: This token has lost its former meaning!")
22037       ("I'll read it as a right delimiter this time;")
22038       ("but watch out, I'll probably miss it later.");
22039     mp_error(mp);
22040   }
22041 }
22042
22043 @ The next four commands save or change the values associated with tokens.
22044
22045 @<Cases of |do_statement|...@>=
22046 case save_command: 
22047   do {  
22048     mp_get_symbol(mp); mp_save_variable(mp, mp->cur_sym); mp_get_x_next(mp);
22049   } while (mp->cur_cmd==comma);
22050   break;
22051 case interim_command: mp_do_interim(mp); break;
22052 case let_command: mp_do_let(mp); break;
22053 case new_internal: mp_do_new_internal(mp); break;
22054
22055 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22056 void mp_do_statement (MP mp);
22057 void mp_do_interim (MP mp);
22058
22059 @ @c void mp_do_interim (MP mp) { 
22060   mp_get_x_next(mp);
22061   if ( mp->cur_cmd!=internal_quantity ) {
22062      print_err("The token `");
22063 @.The token...quantity@>
22064     if ( mp->cur_sym==0 ) mp_print(mp, "(%CAPSULE)");
22065     else mp_print_text(mp->cur_sym);
22066     mp_print(mp, "' isn't an internal quantity");
22067     help1("Something like `tracingonline' should follow `interim'.");
22068     mp_back_error(mp);
22069   } else { 
22070     mp_save_internal(mp, mp->cur_mod); mp_back_input(mp);
22071   }
22072   mp_do_statement(mp);
22073 }
22074
22075 @ The following procedure is careful not to undefine the left-hand symbol
22076 too soon, lest commands like `{\tt let x=x}' have a surprising effect.
22077
22078 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22079 void mp_do_let (MP mp) ;
22080
22081 @ @c void mp_do_let (MP mp) {
22082   pointer l; /* hash location of the left-hand symbol */
22083   mp_get_symbol(mp); l=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
22084   if ( mp->cur_cmd!=equals ) if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
22085      mp_missing_err(mp, "=");
22086 @.Missing `='@>
22087     help3("You should have said `let symbol = something'.")
22088       ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
22089       ("was present. The next token I read will be `something'.");
22090     mp_back_error(mp);
22091   }
22092   mp_get_symbol(mp);
22093   switch (mp->cur_cmd) {
22094   case defined_macro: case secondary_primary_macro:
22095   case tertiary_secondary_macro: case expression_tertiary_macro: 
22096     add_mac_ref(mp->cur_mod);
22097     break;
22098   default: 
22099     break;
22100   }
22101   mp_clear_symbol(mp, l,false); eq_type(l)=mp->cur_cmd;
22102   if ( mp->cur_cmd==tag_token ) equiv(l)=null;
22103   else equiv(l)=mp->cur_mod;
22104   mp_get_x_next(mp);
22105 }
22106
22107 @ @<Declarations@>=
22108 void mp_grow_internals (MP mp, int l);
22109 void mp_do_new_internal (MP mp) ;
22110
22111 @ @c
22112 void mp_grow_internals (MP mp, int l) {
22113   scaled *internal;
22114   char * *int_name; 
22115   int k;
22116   if ( hash_end+l>max_halfword ) {
22117     mp_confusion(mp, "out of memory space"); /* can't be reached */
22118   }
22119   int_name = xmalloc ((l+1),sizeof(char *));
22120   internal = xmalloc ((l+1),sizeof(scaled));
22121   for (k=0;k<=l; k++ ) { 
22122     if (k<=mp->max_internal) {
22123       internal[k]=mp->internal[k]; 
22124       int_name[k]=mp->int_name[k]; 
22125     } else {
22126       internal[k]=0; 
22127       int_name[k]=NULL; 
22128     }
22129   }
22130   xfree(mp->internal); xfree(mp->int_name);
22131   mp->int_name = int_name;
22132   mp->internal = internal;
22133   mp->max_internal = l;
22134 }
22135
22136
22137 void mp_do_new_internal (MP mp) { 
22138   do {  
22139     if ( mp->int_ptr==mp->max_internal ) {
22140       mp_grow_internals(mp, (mp->max_internal + (mp->max_internal>>2)));
22141     }
22142     mp_get_clear_symbol(mp); incr(mp->int_ptr);
22143     eq_type(mp->cur_sym)=internal_quantity; 
22144     equiv(mp->cur_sym)=mp->int_ptr;
22145     if(mp->int_name[mp->int_ptr]!=NULL)
22146       xfree(mp->int_name[mp->int_ptr]);
22147     mp->int_name[mp->int_ptr]=str(text(mp->cur_sym)); 
22148     mp->internal[mp->int_ptr]=0;
22149     mp_get_x_next(mp);
22150   } while (mp->cur_cmd==comma);
22151 }
22152
22153 @ @<Dealloc variables@>=
22154 for (k=0;k<=mp->max_internal;k++) {
22155    xfree(mp->int_name[k]);
22156 }
22157 xfree(mp->internal); 
22158 xfree(mp->int_name); 
22159
22160
22161 @ The various `\&{show}' commands are distinguished by modifier fields
22162 in the usual way.
22163
22164 @d show_token_code 0 /* show the meaning of a single token */
22165 @d show_stats_code 1 /* show current memory and string usage */
22166 @d show_code 2 /* show a list of expressions */
22167 @d show_var_code 3 /* show a variable and its descendents */
22168 @d show_dependencies_code 4 /* show dependent variables in terms of independents */
22169
22170 @<Put each...@>=
22171 mp_primitive(mp, "showtoken",show_command,show_token_code);
22172 @:show_token_}{\&{showtoken} primitive@>
22173 mp_primitive(mp, "showstats",show_command,show_stats_code);
22174 @:show_stats_}{\&{showstats} primitive@>
22175 mp_primitive(mp, "show",show_command,show_code);
22176 @:show_}{\&{show} primitive@>
22177 mp_primitive(mp, "showvariable",show_command,show_var_code);
22178 @:show_var_}{\&{showvariable} primitive@>
22179 mp_primitive(mp, "showdependencies",show_command,show_dependencies_code);
22180 @:show_dependencies_}{\&{showdependencies} primitive@>
22181
22182 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22183 case show_command: 
22184   switch (m) {
22185   case show_token_code:mp_print(mp, "showtoken"); break;
22186   case show_stats_code:mp_print(mp, "showstats"); break;
22187   case show_code:mp_print(mp, "show"); break;
22188   case show_var_code:mp_print(mp, "showvariable"); break;
22189   default: mp_print(mp, "showdependencies"); break;
22190   }
22191   break;
22192
22193 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22194 case show_command:mp_do_show_whatever(mp); break;
22195
22196 @ The value of |cur_mod| controls the |verbosity| in the |print_exp| routine:
22197 if it's |show_code|, complicated structures are abbreviated, otherwise
22198 they aren't.
22199
22200 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22201 void mp_do_show (MP mp) ;
22202
22203 @ @c void mp_do_show (MP mp) { 
22204   do {  
22205     mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22206     mp_print_nl(mp, ">> ");
22207 @.>>@>
22208     mp_print_exp(mp, null,2); mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22209   } while (mp->cur_cmd==comma);
22210 }
22211
22212 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22213 void mp_disp_token (MP mp) ;
22214
22215 @ @c void mp_disp_token (MP mp) { 
22216   mp_print_nl(mp, "> ");
22217 @.>\relax@>
22218   if ( mp->cur_sym==0 ) {
22219     @<Show a numeric or string or capsule token@>;
22220   } else { 
22221     mp_print_text(mp->cur_sym); mp_print_char(mp, '=');
22222     if ( eq_type(mp->cur_sym)>=outer_tag ) mp_print(mp, "(outer) ");
22223     mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod);
22224     if ( mp->cur_cmd==defined_macro ) {
22225       mp_print_ln(mp); mp_show_macro(mp, mp->cur_mod,null,100000);
22226     } /* this avoids recursion between |show_macro| and |print_cmd_mod| */
22227 @^recursion@>
22228   }
22229 }
22230
22231 @ @<Show a numeric or string or capsule token@>=
22232
22233   if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) {
22234     mp_print_scaled(mp, mp->cur_mod);
22235   } else if ( mp->cur_cmd==capsule_token ) {
22236     mp->g_pointer=mp->cur_mod; mp_print_capsule(mp);
22237   } else  { 
22238     mp_print_char(mp, '"'); 
22239     mp_print_str(mp, mp->cur_mod); mp_print_char(mp, '"');
22240     delete_str_ref(mp->cur_mod);
22241   }
22242 }
22243
22244 @ The following cases of |print_cmd_mod| might arise in connection
22245 with |disp_token|, although they don't correspond to any
22246 primitive tokens.
22247
22248 @<Cases of |print_cmd_...@>=
22249 case left_delimiter:
22250 case right_delimiter: 
22251   if ( c==left_delimiter ) mp_print(mp, "left");
22252   else mp_print(mp, "right");
22253   mp_print(mp, " delimiter that matches "); 
22254   mp_print_text(m);
22255   break;
22256 case tag_token:
22257   if ( m==null ) mp_print(mp, "tag");
22258    else mp_print(mp, "variable");
22259    break;
22260 case defined_macro: 
22261    mp_print(mp, "macro:");
22262    break;
22263 case secondary_primary_macro:
22264 case tertiary_secondary_macro:
22265 case expression_tertiary_macro:
22266   mp_print_cmd_mod(mp, macro_def,c); 
22267   mp_print(mp, "'d macro:");
22268   mp_print_ln(mp); mp_show_token_list(mp, link(link(m)),null,1000,0);
22269   break;
22270 case repeat_loop:
22271   mp_print(mp, "[repeat the loop]");
22272   break;
22273 case internal_quantity:
22274   mp_print(mp, mp->int_name[m]);
22275   break;
22276
22277 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22278 void mp_do_show_token (MP mp) ;
22279
22280 @ @c void mp_do_show_token (MP mp) { 
22281   do {  
22282     get_t_next; mp_disp_token(mp);
22283     mp_get_x_next(mp);
22284   } while (mp->cur_cmd==comma);
22285 }
22286
22287 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22288 void mp_do_show_stats (MP mp) ;
22289
22290 @ @c void mp_do_show_stats (MP mp) { 
22291   mp_print_nl(mp, "Memory usage ");
22292 @.Memory usage...@>
22293   mp_print_int(mp, mp->var_used); mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->dyn_used);
22294   if ( false )
22295     mp_print(mp, "unknown");
22296   mp_print(mp, " ("); mp_print_int(mp, mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max-1);
22297   mp_print(mp, " still untouched)"); mp_print_ln(mp);
22298   mp_print_nl(mp, "String usage ");
22299   mp_print_int(mp, mp->strs_in_use-mp->init_str_use);
22300   mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->pool_in_use-mp->init_pool_ptr);
22301   if ( false )
22302     mp_print(mp, "unknown");
22303   mp_print(mp, " (");
22304   mp_print_int(mp, mp->max_strings-1-mp->strs_used_up); mp_print_char(mp, '&');
22305   mp_print_int(mp, mp->pool_size-mp->pool_ptr); 
22306   mp_print(mp, " now untouched)"); mp_print_ln(mp);
22307   mp_get_x_next(mp);
22308 }
22309
22310 @ Here's a recursive procedure that gives an abbreviated account
22311 of a variable, for use by |do_show_var|.
22312
22313 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22314 void mp_disp_var (MP mp,pointer p) ;
22315
22316 @ @c void mp_disp_var (MP mp,pointer p) {
22317   pointer q; /* traverses attributes and subscripts */
22318   int n; /* amount of macro text to show */
22319   if ( type(p)==mp_structured )  {
22320     @<Descend the structure@>;
22321   } else if ( type(p)>=mp_unsuffixed_macro ) {
22322     @<Display a variable macro@>;
22323   } else if ( type(p)!=undefined ){ 
22324     mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p); 
22325     mp_print_char(mp, '=');
22326     mp_print_exp(mp, p,0);
22327   }
22328 }
22329
22330 @ @<Descend the structure@>=
22331
22332   q=attr_head(p);
22333   do {  mp_disp_var(mp, q); q=link(q); } while (q!=end_attr);
22334   q=subscr_head(p);
22335   while ( name_type(q)==mp_subscr ) { 
22336     mp_disp_var(mp, q); q=link(q);
22337   }
22338 }
22339
22340 @ @<Display a variable macro@>=
22341
22342   mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p);
22343   if ( type(p)>mp_unsuffixed_macro ) 
22344     mp_print(mp, "@@#"); /* |suffixed_macro| */
22345   mp_print(mp, "=macro:");
22346   if ( (int)mp->file_offset>=mp->max_print_line-20 ) n=5;
22347   else n=mp->max_print_line-mp->file_offset-15;
22348   mp_show_macro(mp, value(p),null,n);
22349 }
22350
22351 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22352 void mp_do_show_var (MP mp) ;
22353
22354 @ @c void mp_do_show_var (MP mp) { 
22355   do {  
22356     get_t_next;
22357     if ( mp->cur_sym>0 ) if ( mp->cur_sym<=hash_end )
22358       if ( mp->cur_cmd==tag_token ) if ( mp->cur_mod!=null ) {
22359       mp_disp_var(mp, mp->cur_mod); goto DONE;
22360     }
22361    mp_disp_token(mp);
22362   DONE:
22363    mp_get_x_next(mp);
22364   } while (mp->cur_cmd==comma);
22365 }
22366
22367 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22368 void mp_do_show_dependencies (MP mp) ;
22369
22370 @ @c void mp_do_show_dependencies (MP mp) {
22371   pointer p; /* link that runs through all dependencies */
22372   p=link(dep_head);
22373   while ( p!=dep_head ) {
22374     if ( mp_interesting(mp, p) ) {
22375       mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p);
22376       if ( type(p)==mp_dependent ) mp_print_char(mp, '=');
22377       else mp_print(mp, " = "); /* extra spaces imply proto-dependency */
22378       mp_print_dependency(mp, dep_list(p),type(p));
22379     }
22380     p=dep_list(p);
22381     while ( info(p)!=null ) p=link(p);
22382     p=link(p);
22383   }
22384   mp_get_x_next(mp);
22385 }
22386
22387 @ Finally we are ready for the procedure that governs all of the
22388 show commands.
22389
22390 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22391 void mp_do_show_whatever (MP mp) ;
22392
22393 @ @c void mp_do_show_whatever (MP mp) { 
22394   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
22395   switch (mp->cur_mod) {
22396   case show_token_code:mp_do_show_token(mp); break;
22397   case show_stats_code:mp_do_show_stats(mp); break;
22398   case show_code:mp_do_show(mp); break;
22399   case show_var_code:mp_do_show_var(mp); break;
22400   case show_dependencies_code:mp_do_show_dependencies(mp); break;
22401   } /* there are no other cases */
22402   if ( mp->internal[mp_showstopping]>0 ){ 
22403     print_err("OK");
22404 @.OK@>
22405     if ( mp->interaction<mp_error_stop_mode ) { 
22406       help0; decr(mp->error_count);
22407     } else {
22408       help1("This isn't an error message; I'm just showing something.");
22409     }
22410     if ( mp->cur_cmd==semicolon ) mp_error(mp);
22411      else mp_put_get_error(mp);
22412   }
22413 }
22414
22415 @ The `\&{addto}' command needs the following additional primitives:
22416
22417 @d double_path_code 0 /* command modifier for `\&{doublepath}' */
22418 @d contour_code 1 /* command modifier for `\&{contour}' */
22419 @d also_code 2 /* command modifier for `\&{also}' */
22420
22421 @ Pre and postscripts need two new identifiers:
22422
22423 @d with_pre_script 11
22424 @d with_post_script 13
22425
22426 @<Put each...@>=
22427 mp_primitive(mp, "doublepath",thing_to_add,double_path_code);
22428 @:double_path_}{\&{doublepath} primitive@>
22429 mp_primitive(mp, "contour",thing_to_add,contour_code);
22430 @:contour_}{\&{contour} primitive@>
22431 mp_primitive(mp, "also",thing_to_add,also_code);
22432 @:also_}{\&{also} primitive@>
22433 mp_primitive(mp, "withpen",with_option,mp_pen_type);
22434 @:with_pen_}{\&{withpen} primitive@>
22435 mp_primitive(mp, "dashed",with_option,mp_picture_type);
22436 @:dashed_}{\&{dashed} primitive@>
22437 mp_primitive(mp, "withprescript",with_option,with_pre_script);
22438 @:with_pre_script_}{\&{withprescript} primitive@>
22439 mp_primitive(mp, "withpostscript",with_option,with_post_script);
22440 @:with_post_script_}{\&{withpostscript} primitive@>
22441 mp_primitive(mp, "withoutcolor",with_option,mp_no_model);
22442 @:with_color_}{\&{withoutcolor} primitive@>
22443 mp_primitive(mp, "withgreyscale",with_option,mp_grey_model);
22444 @:with_color_}{\&{withgreyscale} primitive@>
22445 mp_primitive(mp, "withcolor",with_option,mp_uninitialized_model);
22446 @:with_color_}{\&{withcolor} primitive@>
22447 /*  \&{withrgbcolor} is an alias for \&{withcolor} */
22448 mp_primitive(mp, "withrgbcolor",with_option,mp_rgb_model);
22449 @:with_color_}{\&{withrgbcolor} primitive@>
22450 mp_primitive(mp, "withcmykcolor",with_option,mp_cmyk_model);
22451 @:with_color_}{\&{withcmykcolor} primitive@>
22452
22453 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22454 case thing_to_add:
22455   if ( m==contour_code ) mp_print(mp, "contour");
22456   else if ( m==double_path_code ) mp_print(mp, "doublepath");
22457   else mp_print(mp, "also");
22458   break;
22459 case with_option:
22460   if ( m==mp_pen_type ) mp_print(mp, "withpen");
22461   else if ( m==with_pre_script ) mp_print(mp, "withprescript");
22462   else if ( m==with_post_script ) mp_print(mp, "withpostscript");
22463   else if ( m==mp_no_model ) mp_print(mp, "withoutcolor");
22464   else if ( m==mp_rgb_model ) mp_print(mp, "withrgbcolor");
22465   else if ( m==mp_uninitialized_model ) mp_print(mp, "withcolor");
22466   else if ( m==mp_cmyk_model ) mp_print(mp, "withcmykcolor");
22467   else if ( m==mp_grey_model ) mp_print(mp, "withgreyscale");
22468   else mp_print(mp, "dashed");
22469   break;
22470
22471 @ The |scan_with_list| procedure parses a $\langle$with list$\rangle$ and
22472 updates the list of graphical objects starting at |p|.  Each $\langle$with
22473 clause$\rangle$ updates all graphical objects whose |type| is compatible.
22474 Other objects are ignored.
22475
22476 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22477 void mp_scan_with_list (MP mp,pointer p) ;
22478
22479 @ @c void mp_scan_with_list (MP mp,pointer p) {
22480   small_number t; /* |cur_mod| of the |with_option| (should match |cur_type|) */
22481   pointer q; /* for list manipulation */
22482   int old_setting; /* saved |selector| setting */
22483   pointer k; /* for finding the near-last item in a list  */
22484   str_number s; /* for string cleanup after combining  */
22485   pointer cp,pp,dp,ap,bp;
22486     /* objects being updated; |void| initially; |null| to suppress update */
22487   cp=mp_void; pp=mp_void; dp=mp_void; ap=mp_void; bp=mp_void;
22488   k=0;
22489   while ( mp->cur_cmd==with_option ){ 
22490     t=mp->cur_mod;
22491     mp_get_x_next(mp);
22492     if ( t!=mp_no_model ) mp_scan_expression(mp);
22493     if (((t==with_pre_script)&&(mp->cur_type!=mp_string_type))||
22494      ((t==with_post_script)&&(mp->cur_type!=mp_string_type))||
22495      ((t==mp_uninitialized_model)&&
22496         ((mp->cur_type!=mp_cmykcolor_type)&&(mp->cur_type!=mp_color_type)
22497           &&(mp->cur_type!=mp_known)&&(mp->cur_type!=mp_boolean_type)))||
22498      ((t==mp_cmyk_model)&&(mp->cur_type!=mp_cmykcolor_type))||
22499      ((t==mp_rgb_model)&&(mp->cur_type!=mp_color_type))||
22500      ((t==mp_grey_model)&&(mp->cur_type!=mp_known))||
22501      ((t==mp_pen_type)&&(mp->cur_type!=t))||
22502      ((t==mp_picture_type)&&(mp->cur_type!=t)) ) {
22503       @<Complain about improper type@>;
22504     } else if ( t==mp_uninitialized_model ) {
22505       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22506       if ( cp!=null )
22507         @<Transfer a color from the current expression to object~|cp|@>;
22508       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22509     } else if ( t==mp_rgb_model ) {
22510       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22511       if ( cp!=null )
22512         @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>;
22513       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22514     } else if ( t==mp_cmyk_model ) {
22515       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22516       if ( cp!=null )
22517         @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>;
22518       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22519     } else if ( t==mp_grey_model ) {
22520       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22521       if ( cp!=null )
22522         @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>;
22523       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22524     } else if ( t==mp_no_model ) {
22525       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22526       if ( cp!=null )
22527         @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>;
22528     } else if ( t==mp_pen_type ) {
22529       if ( pp==mp_void ) @<Make |pp| an object in list~|p| that needs a pen@>;
22530       if ( pp!=null ) {
22531         if ( pen_p(pp)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(pp));
22532         pen_p(pp)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
22533       }
22534     } else if ( t==with_pre_script ) {
22535       if ( ap==mp_void )
22536         ap=p;
22537       while ( (ap!=null)&&(! has_color(ap)) )
22538          ap=link(ap);
22539       if ( ap!=null ) {
22540         if ( pre_script(ap)!=null ) { /*  build a new,combined string  */
22541           s=pre_script(ap);
22542           old_setting=mp->selector;
22543               mp->selector=new_string;
22544           str_room(length(pre_script(ap))+length(mp->cur_exp)+2);
22545               mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22546           append_char(13);  /* a forced \ps\ newline  */
22547           mp_print_str(mp, pre_script(ap));
22548           pre_script(ap)=mp_make_string(mp);
22549           delete_str_ref(s);
22550           mp->selector=old_setting;
22551         } else {
22552           pre_script(ap)=mp->cur_exp;
22553         }
22554         mp->cur_type=mp_vacuous;
22555       }
22556     } else if ( t==with_post_script ) {
22557       if ( bp==mp_void )
22558         k=p; 
22559       bp=k;
22560       while ( link(k)!=null ) {
22561         k=link(k);
22562         if ( has_color(k) ) bp=k;
22563       }
22564       if ( bp!=null ) {
22565          if ( post_script(bp)!=null ) {
22566            s=post_script(bp);
22567            old_setting=mp->selector;
22568                mp->selector=new_string;
22569            str_room(length(post_script(bp))+length(mp->cur_exp)+2);
22570            mp_print_str(mp, post_script(bp));
22571            append_char(13); /* a forced \ps\ newline  */
22572            mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22573            post_script(bp)=mp_make_string(mp);
22574            delete_str_ref(s);
22575            mp->selector=old_setting;
22576          } else {
22577            post_script(bp)=mp->cur_exp;
22578          }
22579          mp->cur_type=mp_vacuous;
22580        }
22581     } else { 
22582       if ( dp==mp_void ) {
22583         @<Make |dp| a stroked node in list~|p|@>;
22584       }
22585       if ( dp!=null ) {
22586         if ( dash_p(dp)!=null ) delete_edge_ref(dash_p(dp));
22587         dash_p(dp)=mp_make_dashes(mp, mp->cur_exp);
22588         dash_scale(dp)=unity;
22589         mp->cur_type=mp_vacuous;
22590       }
22591     }
22592   }
22593   @<Copy the information from objects |cp|, |pp|, and |dp| into the rest
22594     of the list@>;
22595 };
22596
22597 @ @<Complain about improper type@>=
22598 { exp_err("Improper type");
22599 @.Improper type@>
22600 help2("Next time say `withpen <known pen expression>';")
22601   ("I'll ignore the bad `with' clause and look for another.");
22602 if ( t==with_pre_script )
22603   mp->help_line[1]="Next time say `withprescript <known string expression>';";
22604 else if ( t==with_post_script )
22605   mp->help_line[1]="Next time say `withpostscript <known string expression>';";
22606 else if ( t==mp_picture_type )
22607   mp->help_line[1]="Next time say `dashed <known picture expression>';";
22608 else if ( t==mp_uninitialized_model )
22609   mp->help_line[1]="Next time say `withcolor <known color expression>';";
22610 else if ( t==mp_rgb_model )
22611   mp->help_line[1]="Next time say `withrgbcolor <known color expression>';";
22612 else if ( t==mp_cmyk_model )
22613   mp->help_line[1]="Next time say `withcmykcolor <known cmykcolor expression>';";
22614 else if ( t==mp_grey_model )
22615   mp->help_line[1]="Next time say `withgreyscale <known numeric expression>';";;
22616 mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22617 }
22618
22619 @ Forcing the color to be between |0| and |unity| here guarantees that no
22620 picture will ever contain a color outside the legal range for \ps\ graphics.
22621
22622 @<Transfer a color from the current expression to object~|cp|@>=
22623 { if ( mp->cur_type==mp_color_type )
22624    @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>
22625 else if ( mp->cur_type==mp_cmykcolor_type )
22626    @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>
22627 else if ( mp->cur_type==mp_known )
22628    @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>
22629 else if ( mp->cur_exp==false_code )
22630    @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>;
22631 }
22632
22633 @ @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>=
22634 { q=value(mp->cur_exp);
22635 cyan_val(cp)=0;
22636 magenta_val(cp)=0;
22637 yellow_val(cp)=0;
22638 black_val(cp)=0;
22639 red_val(cp)=value(red_part_loc(q));
22640 green_val(cp)=value(green_part_loc(q));
22641 blue_val(cp)=value(blue_part_loc(q));
22642 color_model(cp)=mp_rgb_model;
22643 if ( red_val(cp)<0 ) red_val(cp)=0;
22644 if ( green_val(cp)<0 ) green_val(cp)=0;
22645 if ( blue_val(cp)<0 ) blue_val(cp)=0;
22646 if ( red_val(cp)>unity ) red_val(cp)=unity;
22647 if ( green_val(cp)>unity ) green_val(cp)=unity;
22648 if ( blue_val(cp)>unity ) blue_val(cp)=unity;
22649 }
22650
22651 @ @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>=
22652 { q=value(mp->cur_exp);
22653 cyan_val(cp)=value(cyan_part_loc(q));
22654 magenta_val(cp)=value(magenta_part_loc(q));
22655 yellow_val(cp)=value(yellow_part_loc(q));
22656 black_val(cp)=value(black_part_loc(q));
22657 color_model(cp)=mp_cmyk_model;
22658 if ( cyan_val(cp)<0 ) cyan_val(cp)=0;
22659 if ( magenta_val(cp)<0 ) magenta_val(cp)=0;
22660 if ( yellow_val(cp)<0 ) yellow_val(cp)=0;
22661 if ( black_val(cp)<0 ) black_val(cp)=0;
22662 if ( cyan_val(cp)>unity ) cyan_val(cp)=unity;
22663 if ( magenta_val(cp)>unity ) magenta_val(cp)=unity;
22664 if ( yellow_val(cp)>unity ) yellow_val(cp)=unity;
22665 if ( black_val(cp)>unity ) black_val(cp)=unity;
22666 }
22667
22668 @ @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>=
22669 { q=mp->cur_exp;
22670 cyan_val(cp)=0;
22671 magenta_val(cp)=0;
22672 yellow_val(cp)=0;
22673 black_val(cp)=0;
22674 grey_val(cp)=q;
22675 color_model(cp)=mp_grey_model;
22676 if ( grey_val(cp)<0 ) grey_val(cp)=0;
22677 if ( grey_val(cp)>unity ) grey_val(cp)=unity;
22678 }
22679
22680 @ @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>=
22681 {
22682 cyan_val(cp)=0;
22683 magenta_val(cp)=0;
22684 yellow_val(cp)=0;
22685 black_val(cp)=0;
22686 grey_val(cp)=0;
22687 color_model(cp)=mp_no_model;
22688 }
22689
22690 @ @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>=
22691 { cp=p;
22692   while ( cp!=null ){ 
22693     if ( has_color(cp) ) break;
22694     cp=link(cp);
22695   }
22696 }
22697
22698 @ @<Make |pp| an object in list~|p| that needs a pen@>=
22699 { pp=p;
22700   while ( pp!=null ) {
22701     if ( has_pen(pp) ) break;
22702     pp=link(pp);
22703   }
22704 }
22705
22706 @ @<Make |dp| a stroked node in list~|p|@>=
22707 { dp=p;
22708   while ( dp!=null ) {
22709     if ( type(dp)==mp_stroked_code ) break;
22710     dp=link(dp);
22711   }
22712 }
22713
22714 @ @<Copy the information from objects |cp|, |pp|, and |dp| into...@>=
22715 @<Copy |cp|'s color into the colored objects linked to~|cp|@>;
22716 if ( pp>mp_void ) {
22717   @<Copy |pen_p(pp)| into stroked and filled nodes linked to |pp|@>;
22718 }
22719 if ( dp>mp_void ) {
22720   @<Make stroked nodes linked to |dp| refer to |dash_p(dp)|@>;
22721 }
22722
22723
22724 @ @<Copy |cp|'s color into the colored objects linked to~|cp|@>=
22725 { q=link(cp);
22726   while ( q!=null ) { 
22727     if ( has_color(q) ) {
22728       red_val(q)=red_val(cp);
22729       green_val(q)=green_val(cp);
22730       blue_val(q)=blue_val(cp);
22731       black_val(q)=black_val(cp);
22732       color_model(q)=color_model(cp);
22733     }
22734     q=link(q);
22735   }
22736 }
22737
22738 @ @<Copy |pen_p(pp)| into stroked and filled nodes linked to |pp|@>=
22739 { q=link(pp);
22740   while ( q!=null ) {
22741     if ( has_pen(q) ) {
22742       if ( pen_p(q)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(q));
22743       pen_p(q)=copy_pen(pen_p(pp));
22744     }
22745     q=link(q);
22746   }
22747 }
22748
22749 @ @<Make stroked nodes linked to |dp| refer to |dash_p(dp)|@>=
22750 { q=link(dp);
22751   while ( q!=null ) {
22752     if ( type(q)==mp_stroked_code ) {
22753       if ( dash_p(q)!=null ) delete_edge_ref(dash_p(q));
22754       dash_p(q)=dash_p(dp);
22755       dash_scale(q)=unity;
22756       if ( dash_p(q)!=null ) add_edge_ref(dash_p(q));
22757     }
22758     q=link(q);
22759   }
22760 }
22761
22762 @ One of the things we need to do when we've parsed an \&{addto} or
22763 similar command is find the header of a supposed \&{picture} variable, given
22764 a token list for that variable.  Since the edge structure is about to be
22765 updated, we use |private_edges| to make sure that this is possible.
22766
22767 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22768 pointer mp_find_edges_var (MP mp, pointer t) ;
22769
22770 @ @c pointer mp_find_edges_var (MP mp, pointer t) {
22771   pointer p;
22772   pointer cur_edges; /* the return value */
22773   p=mp_find_variable(mp, t); cur_edges=null;
22774   if ( p==null ) { 
22775     mp_obliterated(mp, t); mp_put_get_error(mp);
22776   } else if ( type(p)!=mp_picture_type )  { 
22777     print_err("Variable "); mp_show_token_list(mp, t,null,1000,0);
22778 @.Variable x is the wrong type@>
22779     mp_print(mp, " is the wrong type ("); 
22780     mp_print_type(mp, type(p)); mp_print_char(mp, ')');
22781     help2("I was looking for a \"known\" picture variable.")
22782          ("So I'll not change anything just now."); 
22783     mp_put_get_error(mp);
22784   } else { 
22785     value(p)=mp_private_edges(mp, value(p));
22786     cur_edges=value(p);
22787   }
22788   mp_flush_node_list(mp, t);
22789   return cur_edges;
22790 };
22791
22792 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22793 case add_to_command: mp_do_add_to(mp); break;
22794 case bounds_command:mp_do_bounds(mp); break;
22795
22796 @ @<Put each...@>=
22797 mp_primitive(mp, "clip",bounds_command,mp_start_clip_code);
22798 @:clip_}{\&{clip} primitive@>
22799 mp_primitive(mp, "setbounds",bounds_command,mp_start_bounds_code);
22800 @:set_bounds_}{\&{setbounds} primitive@>
22801
22802 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22803 case bounds_command: 
22804   if ( m==mp_start_clip_code ) mp_print(mp, "clip");
22805   else mp_print(mp, "setbounds");
22806   break;
22807
22808 @ The following function parses the beginning of an \&{addto} or \&{clip}
22809 command: it expects a variable name followed by a token with |cur_cmd=sep|
22810 and then an expression.  The function returns the token list for the variable
22811 and stores the command modifier for the separator token in the global variable
22812 |last_add_type|.  We must be careful because this variable might get overwritten
22813 any time we call |get_x_next|.
22814
22815 @<Glob...@>=
22816 quarterword last_add_type;
22817   /* command modifier that identifies the last \&{addto} command */
22818
22819 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22820 pointer mp_start_draw_cmd (MP mp,quarterword sep) ;
22821
22822 @ @c pointer mp_start_draw_cmd (MP mp,quarterword sep) {
22823   pointer lhv; /* variable to add to left */
22824   quarterword add_type=0; /* value to be returned in |last_add_type| */
22825   lhv=null;
22826   mp_get_x_next(mp); mp->var_flag=sep; mp_scan_primary(mp);
22827   if ( mp->cur_type!=mp_token_list ) {
22828     @<Abandon edges command because there's no variable@>;
22829   } else  { 
22830     lhv=mp->cur_exp; add_type=mp->cur_mod;
22831     mp->cur_type=mp_vacuous; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22832   }
22833   mp->last_add_type=add_type;
22834   return lhv;
22835 }
22836
22837 @ @<Abandon edges command because there's no variable@>=
22838 { exp_err("Not a suitable variable");
22839 @.Not a suitable variable@>
22840   help4("At this point I needed to see the name of a picture variable.")
22841     ("(Or perhaps you have indeed presented me with one; I might")
22842     ("have missed it, if it wasn't followed by the proper token.)")
22843     ("So I'll not change anything just now.");
22844   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22845 }
22846
22847 @ Here is an example of how to use |start_draw_cmd|.
22848
22849 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22850 void mp_do_bounds (MP mp) ;
22851
22852 @ @c void mp_do_bounds (MP mp) {
22853   pointer lhv,lhe; /* variable on left, the corresponding edge structure */
22854   pointer p; /* for list manipulation */
22855   integer m; /* initial value of |cur_mod| */
22856   m=mp->cur_mod;
22857   lhv=mp_start_draw_cmd(mp, to_token);
22858   if ( lhv!=null ) {
22859     lhe=mp_find_edges_var(mp, lhv);
22860     if ( lhe==null ) {
22861       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22862     } else if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) {
22863       exp_err("Improper `clip'");
22864 @.Improper `addto'@>
22865       help2("This expression should have specified a known path.")
22866         ("So I'll not change anything just now."); 
22867       mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22868     } else if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
22869       @<Complain about a non-cycle@>;
22870     } else {
22871       @<Make |cur_exp| into a \&{setbounds} or clipping path and add it to |lhe|@>;
22872     }
22873   }
22874 }
22875
22876 @ @<Complain about a non-cycle@>=
22877 { print_err("Not a cycle");
22878 @.Not a cycle@>
22879   help2("That contour should have ended with `..cycle' or `&cycle'.")
22880     ("So I'll not change anything just now."); mp_put_get_error(mp);
22881 }
22882
22883 @ @<Make |cur_exp| into a \&{setbounds} or clipping path and add...@>=
22884 { p=mp_new_bounds_node(mp, mp->cur_exp,m);
22885   link(p)=link(dummy_loc(lhe));
22886   link(dummy_loc(lhe))=p;
22887   if ( obj_tail(lhe)==dummy_loc(lhe) ) obj_tail(lhe)=p;
22888   p=mp_get_node(mp, mp->gr_object_size[stop_type(m)]);
22889   type(p)=stop_type(m);
22890   link(obj_tail(lhe))=p;
22891   obj_tail(lhe)=p;
22892   mp_init_bbox(mp, lhe);
22893 }
22894
22895 @ The |do_add_to| procedure is a little like |do_clip| but there are a lot more
22896 cases to deal with.
22897
22898 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22899 void mp_do_add_to (MP mp) ;
22900
22901 @ @c void mp_do_add_to (MP mp) {
22902   pointer lhv,lhe; /* variable on left, the corresponding edge structure */
22903   pointer p; /* the graphical object or list for |scan_with_list| to update */
22904   pointer e; /* an edge structure to be merged */
22905   quarterword add_type; /* |also_code|, |contour_code|, or |double_path_code| */
22906   lhv=mp_start_draw_cmd(mp, thing_to_add); add_type=mp->last_add_type;
22907   if ( lhv!=null ) {
22908     if ( add_type==also_code ) {
22909       @<Make sure the current expression is a suitable picture and set |e| and |p|
22910        appropriately@>;
22911     } else {
22912       @<Create a graphical object |p| based on |add_type| and the current
22913         expression@>;
22914     }
22915     mp_scan_with_list(mp, p);
22916     @<Use |p|, |e|, and |add_type| to augment |lhv| as requested@>;
22917   }
22918 }
22919
22920 @ Setting |p:=null| causes the $\langle$with list$\rangle$ to be ignored;
22921 setting |e:=null| prevents anything from being added to |lhe|.
22922
22923 @ @<Make sure the current expression is a suitable picture and set |e|...@>=
22924
22925   p=null; e=null;
22926   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
22927     exp_err("Improper `addto'");
22928 @.Improper `addto'@>
22929     help2("This expression should have specified a known picture.")
22930       ("So I'll not change anything just now."); mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22931   } else { 
22932     e=mp_private_edges(mp, mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_vacuous;
22933     p=link(dummy_loc(e));
22934   }
22935 }
22936
22937 @ In this case |add_type<>also_code| so setting |p:=null| suppresses future
22938 attempts to add to the edge structure.
22939
22940 @<Create a graphical object |p| based on |add_type| and the current...@>=
22941 { e=null; p=null;
22942   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
22943   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) {
22944     exp_err("Improper `addto'");
22945 @.Improper `addto'@>
22946     help2("This expression should have specified a known path.")
22947       ("So I'll not change anything just now."); 
22948     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22949   } else if ( add_type==contour_code ) {
22950     if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
22951       @<Complain about a non-cycle@>;
22952     } else { 
22953       p=mp_new_fill_node(mp, mp->cur_exp);
22954       mp->cur_type=mp_vacuous;
22955     }
22956   } else { 
22957     p=mp_new_stroked_node(mp, mp->cur_exp);
22958     mp->cur_type=mp_vacuous;
22959   }
22960 }
22961
22962 @ @<Use |p|, |e|, and |add_type| to augment |lhv| as requested@>=
22963 lhe=mp_find_edges_var(mp, lhv);
22964 if ( lhe==null ) {
22965   if ( (e==null)&&(p!=null) ) e=mp_toss_gr_object(mp, p);
22966   if ( e!=null ) delete_edge_ref(e);
22967 } else if ( add_type==also_code ) {
22968   if ( e!=null ) {
22969     @<Merge |e| into |lhe| and delete |e|@>;
22970   } else { 
22971     do_nothing;
22972   }
22973 } else if ( p!=null ) {
22974   link(obj_tail(lhe))=p;
22975   obj_tail(lhe)=p;
22976   if ( add_type==double_path_code )
22977     if ( pen_p(p)==null ) 
22978       pen_p(p)=mp_get_pen_circle(mp, 0);
22979 }
22980
22981 @ @<Merge |e| into |lhe| and delete |e|@>=
22982 { if ( link(dummy_loc(e))!=null ) {
22983     link(obj_tail(lhe))=link(dummy_loc(e));
22984     obj_tail(lhe)=obj_tail(e);
22985     obj_tail(e)=dummy_loc(e);
22986     link(dummy_loc(e))=null;
22987     mp_flush_dash_list(mp, lhe);
22988   }
22989   mp_toss_edges(mp, e);
22990 }
22991
22992 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22993 case ship_out_command: mp_do_ship_out(mp); break;
22994
22995 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22996 @<Declare the function called |tfm_check|@>;
22997 @<Declare the \ps\ output procedures@>;
22998 void mp_do_ship_out (MP mp) ;
22999
23000 @ @c void mp_do_ship_out (MP mp) {
23001   integer c; /* the character code */
23002   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23003   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
23004     @<Complain that it's not a known picture@>;
23005   } else { 
23006     c=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_char_code]) % 256;
23007     if ( c<0 ) c=c+256;
23008     @<Store the width information for character code~|c|@>;
23009     mp_ship_out(mp, mp->cur_exp);
23010     mp_flush_cur_exp(mp, 0);
23011   }
23012 }
23013
23014 @ @<Complain that it's not a known picture@>=
23015
23016   exp_err("Not a known picture");
23017   help1("I can only output known pictures.");
23018   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
23019 }
23020
23021 @ The \&{everyjob} command simply assigns a nonzero value to the global variable
23022 |start_sym|.
23023
23024 @<Cases of |do_statement|...@>=
23025 case every_job_command: 
23026   mp_get_symbol(mp); mp->start_sym=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
23027   break;
23028
23029 @ @<Glob...@>=
23030 halfword start_sym; /* a symbolic token to insert at beginning of job */
23031
23032 @ @<Set init...@>=
23033 mp->start_sym=0;
23034
23035 @ Finally, we have only the ``message'' commands remaining.
23036
23037 @d message_code 0
23038 @d err_message_code 1
23039 @d err_help_code 2
23040 @d filename_template_code 3
23041 @d print_with_leading_zeroes(A)  g = mp->pool_ptr;
23042               mp_print_int(mp, (A)); g = mp->pool_ptr-g;
23043               if ( f>g ) {
23044                 mp->pool_ptr = mp->pool_ptr - g;
23045                 while ( f>g ) {
23046                   mp_print_char(mp, '0');
23047                   decr(f);
23048                   };
23049                 mp_print_int(mp, (A));
23050               };
23051               f = 0
23052
23053 @<Put each...@>=
23054 mp_primitive(mp, "message",message_command,message_code);
23055 @:message_}{\&{message} primitive@>
23056 mp_primitive(mp, "errmessage",message_command,err_message_code);
23057 @:err_message_}{\&{errmessage} primitive@>
23058 mp_primitive(mp, "errhelp",message_command,err_help_code);
23059 @:err_help_}{\&{errhelp} primitive@>
23060 mp_primitive(mp, "filenametemplate",message_command,filename_template_code);
23061 @:filename_template_}{\&{filenametemplate} primitive@>
23062
23063 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
23064 case message_command: 
23065   if ( m<err_message_code ) mp_print(mp, "message");
23066   else if ( m==err_message_code ) mp_print(mp, "errmessage");
23067   else if ( m==filename_template_code ) mp_print(mp, "filenametemplate");
23068   else mp_print(mp, "errhelp");
23069   break;
23070
23071 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
23072 case message_command: mp_do_message(mp); break;
23073
23074 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23075 @<Declare a procedure called |no_string_err|@>;
23076 void mp_do_message (MP mp) ;
23077
23078
23079 @c void mp_do_message (MP mp) {
23080   int m; /* the type of message */
23081   m=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23082   if ( mp->cur_type!=mp_string_type )
23083     mp_no_string_err(mp, "A message should be a known string expression.");
23084   else {
23085     switch (m) {
23086     case message_code: 
23087       mp_print_nl(mp, ""); mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
23088       break;
23089     case err_message_code:
23090       @<Print string |cur_exp| as an error message@>;
23091       break;
23092     case err_help_code:
23093       @<Save string |cur_exp| as the |err_help|@>;
23094       break;
23095     case filename_template_code:
23096       @<Save the filename template@>;
23097       break;
23098     } /* there are no other cases */
23099   }
23100   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
23101 }
23102
23103 @ @<Declare a procedure called |no_string_err|@>=
23104 void mp_no_string_err (MP mp,char *s) { 
23105    exp_err("Not a string");
23106 @.Not a string@>
23107   help1(s);
23108   mp_put_get_error(mp);
23109 }
23110
23111 @ The global variable |err_help| is zero when the user has most recently
23112 given an empty help string, or if none has ever been given.
23113
23114 @<Save string |cur_exp| as the |err_help|@>=
23115
23116   if ( mp->err_help!=0 ) delete_str_ref(mp->err_help);
23117   if ( length(mp->cur_exp)==0 ) mp->err_help=0;
23118   else  { mp->err_help=mp->cur_exp; add_str_ref(mp->err_help); }
23119 }
23120
23121 @ If \&{errmessage} occurs often in |mp_scroll_mode|, without user-defined
23122 \&{errhelp}, we don't want to give a long help message each time. So we
23123 give a verbose explanation only once.
23124
23125 @<Glob...@>=
23126 boolean long_help_seen; /* has the long \.{\\errmessage} help been used? */
23127
23128 @ @<Set init...@>=mp->long_help_seen=false;
23129
23130 @ @<Print string |cur_exp| as an error message@>=
23131
23132   print_err(""); mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
23133   if ( mp->err_help!=0 ) {
23134     mp->use_err_help=true;
23135   } else if ( mp->long_help_seen ) { 
23136     help1("(That was another `errmessage'.)") ; 
23137   } else  { 
23138    if ( mp->interaction<mp_error_stop_mode ) mp->long_help_seen=true;
23139     help4("This error message was generated by an `errmessage'")
23140      ("command, so I can\'t give any explicit help.")
23141      ("Pretend that you're Miss Marple: Examine all clues,")
23142 @^Marple, Jane@>
23143      ("and deduce the truth by inspired guesses.");
23144   }
23145   mp_put_get_error(mp); mp->use_err_help=false;
23146 }
23147
23148 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
23149 case write_command: mp_do_write(mp); break;
23150
23151 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23152 void mp_do_write (MP mp) ;
23153
23154 @ @c void mp_do_write (MP mp) {
23155   str_number t; /* the line of text to be written */
23156   write_index n,n0; /* for searching |wr_fname| and |wr_file| arrays */
23157   int old_setting; /* for saving |selector| during output */
23158   mp_get_x_next(mp);
23159   mp_scan_expression(mp);
23160   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
23161     mp_no_string_err(mp, "The text to be written should be a known string expression");
23162   } else if ( mp->cur_cmd!=to_token ) { 
23163     print_err("Missing `to' clause");
23164     help1("A write command should end with `to <filename>'");
23165     mp_put_get_error(mp);
23166   } else { 
23167     t=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
23168     mp_get_x_next(mp);
23169     mp_scan_expression(mp);
23170     if ( mp->cur_type!=mp_string_type )
23171       mp_no_string_err(mp, "I can\'t write to that file name.  It isn't a known string");
23172     else {
23173       @<Write |t| to the file named by |cur_exp|@>;
23174     }
23175     delete_str_ref(t);
23176   }
23177   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
23178 }
23179
23180 @ @<Write |t| to the file named by |cur_exp|@>=
23181
23182   @<Find |n| where |wr_fname[n]=cur_exp| and call |open_write_file| if
23183     |cur_exp| must be inserted@>;
23184   if ( mp_str_vs_str(mp, t,mp->eof_line)==0 ) {
23185     @<Record the end of file on |wr_file[n]|@>;
23186   } else { 
23187     old_setting=mp->selector;
23188     mp->selector=n+write_file;
23189     mp_print_str(mp, t); mp_print_ln(mp);
23190     mp->selector = old_setting;
23191   }
23192 }
23193
23194 @ @<Find |n| where |wr_fname[n]=cur_exp| and call |open_write_file| if...@>=
23195 {
23196   char *fn = str(mp->cur_exp);
23197   n=mp->write_files;
23198   n0=mp->write_files;
23199   while (mp_xstrcmp(fn,mp->wr_fname[n])!=0) { 
23200     if ( n==0 ) { /* bottom reached */
23201           if ( n0==mp->write_files ) {
23202         if ( mp->write_files<mp->max_write_files ) {
23203           incr(mp->write_files);
23204         } else {
23205           FILE **wr_file;
23206           char **wr_fname;
23207               write_index l,k;
23208           l = mp->max_write_files + (mp->max_write_files>>2);
23209           wr_file = xmalloc((l+1),sizeof(FILE *));
23210           wr_fname = xmalloc((l+1),sizeof(char *));
23211               for (k=0;k<=l;k++) {
23212             if (k<=mp->max_write_files) {
23213                   wr_file[k]=mp->wr_file[k]; 
23214               wr_fname[k]=mp->wr_fname[k];
23215             } else {
23216                   wr_file[k]=0; 
23217               wr_fname[k]=NULL;
23218             }
23219           }
23220               xfree(mp->wr_file); xfree(mp->wr_fname);
23221           mp->max_write_files = l;
23222           mp->wr_file = wr_file;
23223           mp->wr_fname = wr_fname;
23224         }
23225       }
23226       n=n0;
23227       mp_open_write_file(mp, fn ,n);
23228     } else { 
23229       decr(n);
23230           if ( mp->wr_fname[n]==NULL )  n0=n; 
23231     }
23232   }
23233 }
23234
23235 @ @<Record the end of file on |wr_file[n]|@>=
23236 { fclose(mp->wr_file[n]);
23237   xfree(mp->wr_fname[n]);
23238   mp->wr_fname[n]=NULL;
23239   if ( n==mp->write_files-1 ) mp->write_files=n;
23240 }
23241
23242
23243 @* \[42] Writing font metric data.
23244 \TeX\ gets its knowledge about fonts from font metric files, also called
23245 \.{TFM} files; the `\.T' in `\.{TFM}' stands for \TeX,
23246 but other programs know about them too. One of \MP's duties is to
23247 write \.{TFM} files so that the user's fonts can readily be
23248 applied to typesetting.
23249 @:TFM files}{\.{TFM} files@>
23250 @^font metric files@>
23251
23252 The information in a \.{TFM} file appears in a sequence of 8-bit bytes.
23253 Since the number of bytes is always a multiple of~4, we could
23254 also regard the file as a sequence of 32-bit words, but \MP\ uses the
23255 byte interpretation. The format of \.{TFM} files was designed by
23256 Lyle Ramshaw in 1980. The intent is to convey a lot of different kinds
23257 @^Ramshaw, Lyle Harold@>
23258 of information in a compact but useful form.
23259
23260 @<Glob...@>=
23261 FILE * tfm_file; /* the font metric output goes here */
23262 char * metric_file_name; /* full name of the font metric file */
23263
23264 @ The first 24 bytes (6 words) of a \.{TFM} file contain twelve 16-bit
23265 integers that give the lengths of the various subsequent portions
23266 of the file. These twelve integers are, in order:
23267 $$\vbox{\halign{\hfil#&$\null=\null$#\hfil\cr
23268 |lf|&length of the entire file, in words;\cr
23269 |lh|&length of the header data, in words;\cr
23270 |bc|&smallest character code in the font;\cr
23271 |ec|&largest character code in the font;\cr
23272 |nw|&number of words in the width table;\cr
23273 |nh|&number of words in the height table;\cr
23274 |nd|&number of words in the depth table;\cr
23275 |ni|&number of words in the italic correction table;\cr
23276 |nl|&number of words in the lig/kern table;\cr
23277 |nk|&number of words in the kern table;\cr
23278 |ne|&number of words in the extensible character table;\cr
23279 |np|&number of font parameter words.\cr}}$$
23280 They are all nonnegative and less than $2^{15}$. We must have |bc-1<=ec<=255|,
23281 |ne<=256|, and
23282 $$\hbox{|lf=6+lh+(ec-bc+1)+nw+nh+nd+ni+nl+nk+ne+np|.}$$
23283 Note that a font may contain as many as 256 characters (if |bc=0| and |ec=255|),
23284 and as few as 0 characters (if |bc=ec+1|).
23285
23286 Incidentally, when two or more 8-bit bytes are combined to form an integer of
23287 16 or more bits, the most significant bytes appear first in the file.
23288 This is called BigEndian order.
23289 @^BigEndian order@>
23290
23291 @ The rest of the \.{TFM} file may be regarded as a sequence of ten data
23292 arrays.
23293
23294 The most important data type used here is a |fix_word|, which is
23295 a 32-bit representation of a binary fraction. A |fix_word| is a signed
23296 quantity, with the two's complement of the entire word used to represent
23297 negation. Of the 32 bits in a |fix_word|, exactly 12 are to the left of the
23298 binary point; thus, the largest |fix_word| value is $2048-2^{-20}$, and
23299 the smallest is $-2048$. We will see below, however, that all but two of
23300 the |fix_word| values must lie between $-16$ and $+16$.
23301
23302 @ The first data array is a block of header information, which contains
23303 general facts about the font. The header must contain at least two words,
23304 |header[0]| and |header[1]|, whose meaning is explained below.  Additional
23305 header information of use to other software routines might also be
23306 included, and \MP\ will generate it if the \.{headerbyte} command occurs.
23307 For example, 16 more words of header information are in use at the Xerox
23308 Palo Alto Research Center; the first ten specify the character coding
23309 scheme used (e.g., `\.{XEROX TEXT}' or `\.{TEX MATHSY}'), the next five
23310 give the font family name (e.g., `\.{HELVETICA}' or `\.{CMSY}'), and the
23311 last gives the ``face byte.''
23312
23313 \yskip\hang|header[0]| is a 32-bit check sum that \MP\ will copy into
23314 the \.{GF} output file. This helps ensure consistency between files,
23315 since \TeX\ records the check sums from the \.{TFM}'s it reads, and these
23316 should match the check sums on actual fonts that are used.  The actual
23317 relation between this check sum and the rest of the \.{TFM} file is not
23318 important; the check sum is simply an identification number with the
23319 property that incompatible fonts almost always have distinct check sums.
23320 @^check sum@>
23321
23322 \yskip\hang|header[1]| is a |fix_word| containing the design size of the
23323 font, in units of \TeX\ points. This number must be at least 1.0; it is
23324 fairly arbitrary, but usually the design size is 10.0 for a ``10 point''
23325 font, i.e., a font that was designed to look best at a 10-point size,
23326 whatever that really means. When a \TeX\ user asks for a font `\.{at}
23327 $\delta$ \.{pt}', the effect is to override the design size and replace it
23328 by $\delta$, and to multiply the $x$ and~$y$ coordinates of the points in
23329 the font image by a factor of $\delta$ divided by the design size.  {\sl
23330 All other dimensions in the\/ \.{TFM} file are |fix_word|\kern-1pt\
23331 numbers in design-size units.} Thus, for example, the value of |param[6]|,
23332 which defines the \.{em} unit, is often the |fix_word| value $2^{20}=1.0$,
23333 since many fonts have a design size equal to one em.  The other dimensions
23334 must be less than 16 design-size units in absolute value; thus,
23335 |header[1]| and |param[1]| are the only |fix_word| entries in the whole
23336 \.{TFM} file whose first byte might be something besides 0 or 255.
23337
23338 @ Next comes the |char_info| array, which contains one |char_info_word|
23339 per character. Each word in this part of the file contains six fields
23340 packed into four bytes as follows.
23341
23342 \yskip\hang first byte: |width_index| (8 bits)\par
23343 \hang second byte: |height_index| (4 bits) times 16, plus |depth_index|
23344   (4~bits)\par
23345 \hang third byte: |italic_index| (6 bits) times 4, plus |tag|
23346   (2~bits)\par
23347 \hang fourth byte: |remainder| (8 bits)\par
23348 \yskip\noindent
23349 The actual width of a character is \\{width}|[width_index]|, in design-size
23350 units; this is a device for compressing information, since many characters
23351 have the same width. Since it is quite common for many characters
23352 to have the same height, depth, or italic correction, the \.{TFM} format
23353 imposes a limit of 16 different heights, 16 different depths, and
23354 64 different italic corrections.
23355
23356 Incidentally, the relation $\\{width}[0]=\\{height}[0]=\\{depth}[0]=
23357 \\{italic}[0]=0$ should always hold, so that an index of zero implies a
23358 value of zero.  The |width_index| should never be zero unless the
23359 character does not exist in the font, since a character is valid if and
23360 only if it lies between |bc| and |ec| and has a nonzero |width_index|.
23361
23362 @ The |tag| field in a |char_info_word| has four values that explain how to
23363 interpret the |remainder| field.
23364
23365 \yskip\hang|tag=0| (|no_tag|) means that |remainder| is unused.\par
23366 \hang|tag=1| (|lig_tag|) means that this character has a ligature/kerning
23367 program starting at location |remainder| in the |lig_kern| array.\par
23368 \hang|tag=2| (|list_tag|) means that this character is part of a chain of
23369 characters of ascending sizes, and not the largest in the chain.  The
23370 |remainder| field gives the character code of the next larger character.\par
23371 \hang|tag=3| (|ext_tag|) means that this character code represents an
23372 extensible character, i.e., a character that is built up of smaller pieces
23373 so that it can be made arbitrarily large. The pieces are specified in
23374 |exten[remainder]|.\par
23375 \yskip\noindent
23376 Characters with |tag=2| and |tag=3| are treated as characters with |tag=0|
23377 unless they are used in special circumstances in math formulas. For example,
23378 \TeX's \.{\\sum} operation looks for a |list_tag|, and the \.{\\left}
23379 operation looks for both |list_tag| and |ext_tag|.
23380
23381 @d no_tag 0 /* vanilla character */
23382 @d lig_tag 1 /* character has a ligature/kerning program */
23383 @d list_tag 2 /* character has a successor in a charlist */
23384 @d ext_tag 3 /* character is extensible */
23385
23386 @ The |lig_kern| array contains instructions in a simple programming language
23387 that explains what to do for special letter pairs. Each word in this array is a
23388 |lig_kern_command| of four bytes.
23389
23390 \yskip\hang first byte: |skip_byte|, indicates that this is the final program
23391   step if the byte is 128 or more, otherwise the next step is obtained by
23392   skipping this number of intervening steps.\par
23393 \hang second byte: |next_char|, ``if |next_char| follows the current character,
23394   then perform the operation and stop, otherwise continue.''\par
23395 \hang third byte: |op_byte|, indicates a ligature step if less than~128,
23396   a kern step otherwise.\par
23397 \hang fourth byte: |remainder|.\par
23398 \yskip\noindent
23399 In a kern step, an
23400 additional space equal to |kern[256*(op_byte-128)+remainder]| is inserted
23401 between the current character and |next_char|. This amount is
23402 often negative, so that the characters are brought closer together
23403 by kerning; but it might be positive.
23404
23405 There are eight kinds of ligature steps, having |op_byte| codes $4a+2b+c$ where
23406 $0\le a\le b+c$ and $0\le b,c\le1$. The character whose code is
23407 |remainder| is inserted between the current character and |next_char|;
23408 then the current character is deleted if $b=0$, and |next_char| is
23409 deleted if $c=0$; then we pass over $a$~characters to reach the next
23410 current character (which may have a ligature/kerning program of its own).
23411
23412 If the very first instruction of the |lig_kern| array has |skip_byte=255|,
23413 the |next_char| byte is the so-called right boundary character of this font;
23414 the value of |next_char| need not lie between |bc| and~|ec|.
23415 If the very last instruction of the |lig_kern| array has |skip_byte=255|,
23416 there is a special ligature/kerning program for a left boundary character,
23417 beginning at location |256*op_byte+remainder|.
23418 The interpretation is that \TeX\ puts implicit boundary characters
23419 before and after each consecutive string of characters from the same font.
23420 These implicit characters do not appear in the output, but they can affect
23421 ligatures and kerning.
23422
23423 If the very first instruction of a character's |lig_kern| program has
23424 |skip_byte>128|, the program actually begins in location
23425 |256*op_byte+remainder|. This feature allows access to large |lig_kern|
23426 arrays, because the first instruction must otherwise
23427 appear in a location |<=255|.
23428
23429 Any instruction with |skip_byte>128| in the |lig_kern| array must satisfy
23430 the condition
23431 $$\hbox{|256*op_byte+remainder<nl|.}$$
23432 If such an instruction is encountered during
23433 normal program execution, it denotes an unconditional halt; no ligature
23434 command is performed.
23435
23436 @d stop_flag (128)
23437   /* value indicating `\.{STOP}' in a lig/kern program */
23438 @d kern_flag (128) /* op code for a kern step */
23439 @d skip_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b0
23440 @d next_char(A) mp->lig_kern[(A)].b1
23441 @d op_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b2
23442 @d rem_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b3
23443
23444 @ Extensible characters are specified by an |extensible_recipe|, which
23445 consists of four bytes called |top|, |mid|, |bot|, and |rep| (in this
23446 order). These bytes are the character codes of individual pieces used to
23447 build up a large symbol.  If |top|, |mid|, or |bot| are zero, they are not
23448 present in the built-up result. For example, an extensible vertical line is
23449 like an extensible bracket, except that the top and bottom pieces are missing.
23450
23451 Let $T$, $M$, $B$, and $R$ denote the respective pieces, or an empty box
23452 if the piece isn't present. Then the extensible characters have the form
23453 $TR^kMR^kB$ from top to bottom, for some |k>=0|, unless $M$ is absent;
23454 in the latter case we can have $TR^kB$ for both even and odd values of~|k|.
23455 The width of the extensible character is the width of $R$; and the
23456 height-plus-depth is the sum of the individual height-plus-depths of the
23457 components used, since the pieces are butted together in a vertical list.
23458
23459 @d ext_top(A) mp->exten[(A)].b0 /* |top| piece in a recipe */
23460 @d ext_mid(A) mp->exten[(A)].b1 /* |mid| piece in a recipe */
23461 @d ext_bot(A) mp->exten[(A)].b2 /* |bot| piece in a recipe */
23462 @d ext_rep(A) mp->exten[(A)].b3 /* |rep| piece in a recipe */
23463
23464 @ The final portion of a \.{TFM} file is the |param| array, which is another
23465 sequence of |fix_word| values.
23466
23467 \yskip\hang|param[1]=slant| is the amount of italic slant, which is used
23468 to help position accents. For example, |slant=.25| means that when you go
23469 up one unit, you also go .25 units to the right. The |slant| is a pure
23470 number; it is the only |fix_word| other than the design size itself that is
23471 not scaled by the design size.
23472
23473 \hang|param[2]=space| is the normal spacing between words in text.
23474 Note that character 040 in the font need not have anything to do with
23475 blank spaces.
23476
23477 \hang|param[3]=space_stretch| is the amount of glue stretching between words.
23478
23479 \hang|param[4]=space_shrink| is the amount of glue shrinking between words.
23480
23481 \hang|param[5]=x_height| is the size of one ex in the font; it is also
23482 the height of letters for which accents don't have to be raised or lowered.
23483
23484 \hang|param[6]=quad| is the size of one em in the font.
23485
23486 \hang|param[7]=extra_space| is the amount added to |param[2]| at the
23487 ends of sentences.
23488
23489 \yskip\noindent
23490 If fewer than seven parameters are present, \TeX\ sets the missing parameters
23491 to zero.
23492
23493 @d slant_code 1
23494 @d space_code 2
23495 @d space_stretch_code 3
23496 @d space_shrink_code 4
23497 @d x_height_code 5
23498 @d quad_code 6
23499 @d extra_space_code 7
23500
23501 @ So that is what \.{TFM} files hold. One of \MP's duties is to output such
23502 information, and it does this all at once at the end of a job.
23503 In order to prepare for such frenetic activity, it squirrels away the
23504 necessary facts in various arrays as information becomes available.
23505
23506 Character dimensions (\&{charwd}, \&{charht}, \&{chardp}, and \&{charic})
23507 are stored respectively in |tfm_width|, |tfm_height|, |tfm_depth|, and
23508 |tfm_ital_corr|. Other information about a character (e.g., about
23509 its ligatures or successors) is accessible via the |char_tag| and
23510 |char_remainder| arrays. Other information about the font as a whole
23511 is kept in additional arrays called |header_byte|, |lig_kern|,
23512 |kern|, |exten|, and |param|.
23513
23514 @d max_tfm_int 32510
23515 @d undefined_label max_tfm_int /* an undefined local label */
23516
23517 @<Glob...@>=
23518 #define TFM_ITEMS 257
23519 eight_bits bc;
23520 eight_bits ec; /* smallest and largest character codes shipped out */
23521 scaled tfm_width[TFM_ITEMS]; /* \&{charwd} values */
23522 scaled tfm_height[TFM_ITEMS]; /* \&{charht} values */
23523 scaled tfm_depth[TFM_ITEMS]; /* \&{chardp} values */
23524 scaled tfm_ital_corr[TFM_ITEMS]; /* \&{charic} values */
23525 boolean char_exists[TFM_ITEMS]; /* has this code been shipped out? */
23526 int char_tag[TFM_ITEMS]; /* |remainder| category */
23527 int char_remainder[TFM_ITEMS]; /* the |remainder| byte */
23528 char *header_byte; /* bytes of the \.{TFM} header */
23529 int header_last; /* last initialized \.{TFM} header byte */
23530 int header_size; /* size of the \.{TFM} header */
23531 four_quarters *lig_kern; /* the ligature/kern table */
23532 short nl; /* the number of ligature/kern steps so far */
23533 scaled *kern; /* distinct kerning amounts */
23534 short nk; /* the number of distinct kerns so far */
23535 four_quarters exten[TFM_ITEMS]; /* extensible character recipes */
23536 short ne; /* the number of extensible characters so far */
23537 scaled *param; /* \&{fontinfo} parameters */
23538 short np; /* the largest \&{fontinfo} parameter specified so far */
23539 short nw;short nh;short nd;short ni; /* sizes of \.{TFM} subtables */
23540 short skip_table[TFM_ITEMS]; /* local label status */
23541 boolean lk_started; /* has there been a lig/kern step in this command yet? */
23542 integer bchar; /* right boundary character */
23543 short bch_label; /* left boundary starting location */
23544 short ll;short lll; /* registers used for lig/kern processing */
23545 short label_loc[257]; /* lig/kern starting addresses */
23546 eight_bits label_char[257]; /* characters for |label_loc| */
23547 short label_ptr; /* highest position occupied in |label_loc| */
23548
23549 @ @<Allocate or initialize ...@>=
23550 mp->header_last = 0; mp->header_size = 128; /* just for init */
23551 mp->header_byte = xmalloc(mp->header_size, sizeof(char));
23552 mp->lig_kern = NULL; /* allocated when needed */
23553 mp->kern = NULL; /* allocated when needed */ 
23554 mp->param = NULL; /* allocated when needed */
23555
23556 @ @<Dealloc variables@>=
23557 xfree(mp->header_byte);
23558 xfree(mp->lig_kern);
23559 xfree(mp->kern);
23560 xfree(mp->param);
23561
23562 @ @<Set init...@>=
23563 for (k=0;k<= 255;k++ ) {
23564   mp->tfm_width[k]=0; mp->tfm_height[k]=0; mp->tfm_depth[k]=0; mp->tfm_ital_corr[k]=0;
23565   mp->char_exists[k]=false; mp->char_tag[k]=no_tag; mp->char_remainder[k]=0;
23566   mp->skip_table[k]=undefined_label;
23567 };
23568 memset(mp->header_byte,0,mp->header_size);
23569 mp->bc=255; mp->ec=0; mp->nl=0; mp->nk=0; mp->ne=0; mp->np=0;
23570 mp->internal[mp_boundary_char]=-unity;
23571 mp->bch_label=undefined_label;
23572 mp->label_loc[0]=-1; mp->label_ptr=0;
23573
23574 @ @<Declarations@>=
23575 scaled mp_tfm_check (MP mp,small_number m) ;
23576
23577 @ @<Declare the function called |tfm_check|@>=
23578 scaled mp_tfm_check (MP mp,small_number m) {
23579   if ( abs(mp->internal[m])>=fraction_half ) {
23580     print_err("Enormous "); mp_print(mp, mp->int_name[m]);
23581 @.Enormous charwd...@>
23582 @.Enormous chardp...@>
23583 @.Enormous charht...@>
23584 @.Enormous charic...@>
23585 @.Enormous designsize...@>
23586     mp_print(mp, " has been reduced");
23587     help1("Font metric dimensions must be less than 2048pt.");
23588     mp_put_get_error(mp);
23589     if ( mp->internal[m]>0 ) return (fraction_half-1);
23590     else return (1-fraction_half);
23591   } else {
23592     return mp->internal[m];
23593   }
23594 }
23595
23596 @ @<Store the width information for character code~|c|@>=
23597 if ( c<mp->bc ) mp->bc=c;
23598 if ( c>mp->ec ) mp->ec=c;
23599 mp->char_exists[c]=true;
23600 mp->tfm_width[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_wd);
23601 mp->tfm_height[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_ht);
23602 mp->tfm_depth[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_dp);
23603 mp->tfm_ital_corr[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_ic)
23604
23605 @ Now let's consider \MP's special \.{TFM}-oriented commands.
23606
23607 @<Cases of |do_statement|...@>=
23608 case tfm_command: mp_do_tfm_command(mp); break;
23609
23610 @ @d char_list_code 0
23611 @d lig_table_code 1
23612 @d extensible_code 2
23613 @d header_byte_code 3
23614 @d font_dimen_code 4
23615
23616 @<Put each...@>=
23617 mp_primitive(mp, "charlist",tfm_command,char_list_code);
23618 @:char_list_}{\&{charlist} primitive@>
23619 mp_primitive(mp, "ligtable",tfm_command,lig_table_code);
23620 @:lig_table_}{\&{ligtable} primitive@>
23621 mp_primitive(mp, "extensible",tfm_command,extensible_code);
23622 @:extensible_}{\&{extensible} primitive@>
23623 mp_primitive(mp, "headerbyte",tfm_command,header_byte_code);
23624 @:header_byte_}{\&{headerbyte} primitive@>
23625 mp_primitive(mp, "fontdimen",tfm_command,font_dimen_code);
23626 @:font_dimen_}{\&{fontdimen} primitive@>
23627
23628 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
23629 case tfm_command: 
23630   switch (m) {
23631   case char_list_code:mp_print(mp, "charlist"); break;
23632   case lig_table_code:mp_print(mp, "ligtable"); break;
23633   case extensible_code:mp_print(mp, "extensible"); break;
23634   case header_byte_code:mp_print(mp, "headerbyte"); break;
23635   default: mp_print(mp, "fontdimen"); break;
23636   }
23637   break;
23638
23639 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23640 eight_bits mp_get_code (MP mp) ;
23641
23642 @ @c eight_bits mp_get_code (MP mp) { /* scans a character code value */
23643   integer c; /* the code value found */
23644   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23645   if ( mp->cur_type==mp_known ) { 
23646     c=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp);
23647     if ( c>=0 ) if ( c<256 ) return c;
23648   } else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
23649     if ( length(mp->cur_exp)==1 )  { 
23650       c=mp->str_pool[mp->str_start[mp->cur_exp]];
23651       return c;
23652     }
23653   }
23654   exp_err("Invalid code has been replaced by 0");
23655 @.Invalid code...@>
23656   help2("I was looking for a number between 0 and 255, or for a")
23657        ("string of length 1. Didn't find it; will use 0 instead.");
23658   mp_put_get_flush_error(mp, 0); c=0;
23659   return c;
23660 };
23661
23662 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23663 void mp_set_tag (MP mp,halfword c, small_number t, halfword r) ;
23664
23665 @ @c void mp_set_tag (MP mp,halfword c, small_number t, halfword r) { 
23666   if ( mp->char_tag[c]==no_tag ) {
23667     mp->char_tag[c]=t; mp->char_remainder[c]=r;
23668     if ( t==lig_tag ){ 
23669       incr(mp->label_ptr); mp->label_loc[mp->label_ptr]=r; 
23670       mp->label_char[mp->label_ptr]=c;
23671     }
23672   } else {
23673     @<Complain about a character tag conflict@>;
23674   }
23675 }
23676
23677 @ @<Complain about a character tag conflict@>=
23678
23679   print_err("Character ");
23680   if ( (c>' ')&&(c<127) ) mp_print_char(mp,c);
23681   else if ( c==256 ) mp_print(mp, "||");
23682   else  { mp_print(mp, "code "); mp_print_int(mp, c); };
23683   mp_print(mp, " is already ");
23684 @.Character c is already...@>
23685   switch (mp->char_tag[c]) {
23686   case lig_tag: mp_print(mp, "in a ligtable"); break;
23687   case list_tag: mp_print(mp, "in a charlist"); break;
23688   case ext_tag: mp_print(mp, "extensible"); break;
23689   } /* there are no other cases */
23690   help2("It's not legal to label a character more than once.")
23691     ("So I'll not change anything just now.");
23692   mp_put_get_error(mp); 
23693 }
23694
23695 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23696 void mp_do_tfm_command (MP mp) ;
23697
23698 @ @c void mp_do_tfm_command (MP mp) {
23699   int c,cc; /* character codes */
23700   int k; /* index into the |kern| array */
23701   int j; /* index into |header_byte| or |param| */
23702   switch (mp->cur_mod) {
23703   case char_list_code: 
23704     c=mp_get_code(mp);
23705      /* we will store a list of character successors */
23706     while ( mp->cur_cmd==colon )   { 
23707       cc=mp_get_code(mp); mp_set_tag(mp, c,list_tag,cc); c=cc;
23708     };
23709     break;
23710   case lig_table_code: 
23711     if (mp->lig_kern==NULL) 
23712        mp->lig_kern = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(four_quarters));
23713     if (mp->kern==NULL) 
23714        mp->kern = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(scaled));
23715     @<Store a list of ligature/kern steps@>;
23716     break;
23717   case extensible_code: 
23718     @<Define an extensible recipe@>;
23719     break;
23720   case header_byte_code: 
23721   case font_dimen_code: 
23722     c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp);
23723     mp_scan_expression(mp);
23724     if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<half_unit) ) {
23725       exp_err("Improper location");
23726 @.Improper location@>
23727       help2("I was looking for a known, positive number.")
23728        ("For safety's sake I'll ignore the present command.");
23729       mp_put_get_error(mp);
23730     } else  { 
23731       j=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp);
23732       if ( mp->cur_cmd!=colon ) {
23733         mp_missing_err(mp, ":");
23734 @.Missing `:'@>
23735         help1("A colon should follow a headerbyte or fontinfo location.");
23736         mp_back_error(mp);
23737       }
23738       if ( c==header_byte_code ) { 
23739         @<Store a list of header bytes@>;
23740       } else {     
23741         if (mp->param==NULL) 
23742           mp->param = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(scaled));
23743         @<Store a list of font dimensions@>;
23744       }
23745     }
23746     break;
23747   } /* there are no other cases */
23748 };
23749
23750 @ @<Store a list of ligature/kern steps@>=
23751
23752   mp->lk_started=false;
23753 CONTINUE: 
23754   mp_get_x_next(mp);
23755   if ((mp->cur_cmd==skip_to)&& mp->lk_started )
23756     @<Process a |skip_to| command and |goto done|@>;
23757   if ( mp->cur_cmd==bchar_label ) { c=256; mp->cur_cmd=colon; }
23758   else { mp_back_input(mp); c=mp_get_code(mp); };
23759   if ((mp->cur_cmd==colon)||(mp->cur_cmd==double_colon)) {
23760     @<Record a label in a lig/kern subprogram and |goto continue|@>;
23761   }
23762   if ( mp->cur_cmd==lig_kern_token ) { 
23763     @<Compile a ligature/kern command@>; 
23764   } else  { 
23765     print_err("Illegal ligtable step");
23766 @.Illegal ligtable step@>
23767     help1("I was looking for `=:' or `kern' here.");
23768     mp_back_error(mp); next_char(mp->nl)=qi(0); 
23769     op_byte(mp->nl)=qi(0); rem_byte(mp->nl)=qi(0);
23770     skip_byte(mp->nl)=stop_flag+1; /* this specifies an unconditional stop */
23771   }
23772   if ( mp->nl==max_tfm_int) mp_fatal_error(mp, "ligtable too large");
23773   incr(mp->nl);
23774   if ( mp->cur_cmd==comma ) goto CONTINUE;
23775   if ( skip_byte(mp->nl-1)<stop_flag ) skip_byte(mp->nl-1)=stop_flag;
23776 }
23777 DONE:
23778
23779 @ @<Put each...@>=
23780 mp_primitive(mp, "=:",lig_kern_token,0);
23781 @:=:_}{\.{=:} primitive@>
23782 mp_primitive(mp, "=:|",lig_kern_token,1);
23783 @:=:/_}{\.{=:\char'174} primitive@>
23784 mp_primitive(mp, "=:|>",lig_kern_token,5);
23785 @:=:/>_}{\.{=:\char'174>} primitive@>
23786 mp_primitive(mp, "|=:",lig_kern_token,2);
23787 @:=:/_}{\.{\char'174=:} primitive@>
23788 mp_primitive(mp, "|=:>",lig_kern_token,6);
23789 @:=:/>_}{\.{\char'174=:>} primitive@>
23790 mp_primitive(mp, "|=:|",lig_kern_token,3);
23791 @:=:/_}{\.{\char'174=:\char'174} primitive@>
23792 mp_primitive(mp, "|=:|>",lig_kern_token,7);
23793 @:=:/>_}{\.{\char'174=:\char'174>} primitive@>
23794 mp_primitive(mp, "|=:|>>",lig_kern_token,11);
23795 @:=:/>_}{\.{\char'174=:\char'174>>} primitive@>
23796 mp_primitive(mp, "kern",lig_kern_token,128);
23797 @:kern_}{\&{kern} primitive@>
23798
23799 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
23800 case lig_kern_token: 
23801   switch (m) {
23802   case 0:mp_print(mp, "=:"); break;
23803   case 1:mp_print(mp, "=:|"); break;
23804   case 2:mp_print(mp, "|=:"); break;
23805   case 3:mp_print(mp, "|=:|"); break;
23806   case 5:mp_print(mp, "=:|>"); break;
23807   case 6:mp_print(mp, "|=:>"); break;
23808   case 7:mp_print(mp, "|=:|>"); break;
23809   case 11:mp_print(mp, "|=:|>>"); break;
23810   default: mp_print(mp, "kern"); break;
23811   }
23812   break;
23813
23814 @ Local labels are implemented by maintaining the |skip_table| array,
23815 where |skip_table[c]| is either |undefined_label| or the address of the
23816 most recent lig/kern instruction that skips to local label~|c|. In the
23817 latter case, the |skip_byte| in that instruction will (temporarily)
23818 be zero if there were no prior skips to this label, or it will be the
23819 distance to the prior skip.
23820
23821 We may need to cancel skips that span more than 127 lig/kern steps.
23822
23823 @d cancel_skips(A) mp->ll=(A);
23824   do {  
23825     mp->lll=qo(skip_byte(mp->ll)); 
23826     skip_byte(mp->ll)=stop_flag; mp->ll=mp->ll-mp->lll;
23827   } while (mp->lll!=0)
23828 @d skip_error(A) { print_err("Too far to skip");
23829 @.Too far to skip@>
23830   help1("At most 127 lig/kern steps can separate skipto1 from 1::.");
23831   mp_error(mp); cancel_skips((A));
23832   }
23833
23834 @<Process a |skip_to| command and |goto done|@>=
23835
23836   c=mp_get_code(mp);
23837   if ( mp->nl-mp->skip_table[c]>128 ) { /* |skip_table[c]<<nl<=undefined_label| */
23838     skip_error(mp->skip_table[c]); mp->skip_table[c]=undefined_label;
23839   }
23840   if ( mp->skip_table[c]==undefined_label ) skip_byte(mp->nl-1)=qi(0);
23841   else skip_byte(mp->nl-1)=qi(mp->nl-mp->skip_table[c]-1);
23842   mp->skip_table[c]=mp->nl-1; goto DONE;
23843 }
23844
23845 @ @<Record a label in a lig/kern subprogram and |goto continue|@>=
23846
23847   if ( mp->cur_cmd==colon ) {
23848     if ( c==256 ) mp->bch_label=mp->nl;
23849     else mp_set_tag(mp, c,lig_tag,mp->nl);
23850   } else if ( mp->skip_table[c]<undefined_label ) {
23851     mp->ll=mp->skip_table[c]; mp->skip_table[c]=undefined_label;
23852     do {  
23853       mp->lll=qo(skip_byte(mp->ll));
23854       if ( mp->nl-mp->ll>128 ) {
23855         skip_error(mp->ll); goto CONTINUE;
23856       }
23857       skip_byte(mp->ll)=qi(mp->nl-mp->ll-1); mp->ll=mp->ll-mp->lll;
23858     } while (mp->lll!=0);
23859   }
23860   goto CONTINUE;
23861 }
23862
23863 @ @<Compile a ligature/kern...@>=
23864
23865   next_char(mp->nl)=qi(c); skip_byte(mp->nl)=qi(0);
23866   if ( mp->cur_mod<128 ) { /* ligature op */
23867     op_byte(mp->nl)=qi(mp->cur_mod); rem_byte(mp->nl)=qi(mp_get_code(mp));
23868   } else { 
23869     mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23870     if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
23871       exp_err("Improper kern");
23872 @.Improper kern@>
23873       help2("The amount of kern should be a known numeric value.")
23874         ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
23875       mp_put_get_flush_error(mp, 0);
23876     }
23877     mp->kern[mp->nk]=mp->cur_exp;
23878     k=0; 
23879     while ( mp->kern[k]!=mp->cur_exp ) incr(k);
23880     if ( k==mp->nk ) {
23881       if ( mp->nk==max_tfm_int ) mp_fatal_error(mp, "too many TFM kerns");
23882       incr(mp->nk);
23883     }
23884     op_byte(mp->nl)=kern_flag+(k / 256);
23885     rem_byte(mp->nl)=qi((k % 256));
23886   }
23887   mp->lk_started=true;
23888 }
23889
23890 @ @d missing_extensible_punctuation(A) 
23891   { mp_missing_err(mp, (A));
23892 @.Missing `\char`\#'@>
23893   help1("I'm processing `extensible c: t,m,b,r'."); mp_back_error(mp);
23894   }
23895
23896 @<Define an extensible recipe@>=
23897
23898   if ( mp->ne==256 ) mp_fatal_error(mp, "too many extensible recipies");
23899   c=mp_get_code(mp); mp_set_tag(mp, c,ext_tag,mp->ne);
23900   if ( mp->cur_cmd!=colon ) missing_extensible_punctuation(":");
23901   ext_top(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23902   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23903   ext_mid(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23904   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23905   ext_bot(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23906   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23907   ext_rep(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23908   incr(mp->ne);
23909 }
23910
23911 @ The header could contain ASCII zeroes, so can't use |strdup|.
23912
23913 @<Store a list of header bytes@>=
23914 do {  
23915   if ( j>=mp->header_size ) {
23916     int l = mp->header_size + (mp->header_size >> 2);
23917     char *t = xmalloc(l,sizeof(char));
23918     memset(t,0,l); 
23919     memcpy(t,mp->header_byte,mp->header_size);
23920     xfree (mp->header_byte);
23921     mp->header_byte = t;
23922     mp->header_size = l;
23923   }
23924   mp->header_byte[j]=mp_get_code(mp); 
23925   incr(j); incr(mp->header_last);
23926 } while (mp->cur_cmd==comma)
23927
23928 @ @<Store a list of font dimensions@>=
23929 do {  
23930   if ( j>max_tfm_int ) mp_fatal_error(mp, "too many fontdimens");
23931   while ( j>mp->np ) { incr(mp->np); mp->param[mp->np]=0; };
23932   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23933   if ( mp->cur_type!=mp_known ){ 
23934     exp_err("Improper font parameter");
23935 @.Improper font parameter@>
23936     help1("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
23937     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
23938   }
23939   mp->param[j]=mp->cur_exp; incr(j);
23940 } while (mp->cur_cmd==comma)
23941
23942 @ OK: We've stored all the data that is needed for the \.{TFM} file.
23943 All that remains is to output it in the correct format.
23944
23945 An interesting problem needs to be solved in this connection, because
23946 the \.{TFM} format allows at most 256~widths, 16~heights, 16~depths,
23947 and 64~italic corrections. If the data has more distinct values than
23948 this, we want to meet the necessary restrictions by perturbing the
23949 given values as little as possible.
23950
23951 \MP\ solves this problem in two steps. First the values of a given
23952 kind (widths, heights, depths, or italic corrections) are sorted;
23953 then the list of sorted values is perturbed, if necessary.
23954
23955 The sorting operation is facilitated by having a special node of
23956 essentially infinite |value| at the end of the current list.
23957
23958 @<Initialize table entries...@>=
23959 value(inf_val)=fraction_four;
23960
23961 @ Straight linear insertion is good enough for sorting, since the lists
23962 are usually not terribly long. As we work on the data, the current list
23963 will start at |link(temp_head)| and end at |inf_val|; the nodes in this
23964 list will be in increasing order of their |value| fields.
23965
23966 Given such a list, the |sort_in| function takes a value and returns a pointer
23967 to where that value can be found in the list. The value is inserted in
23968 the proper place, if necessary.
23969
23970 At the time we need to do these operations, most of \MP's work has been
23971 completed, so we will have plenty of memory to play with. The value nodes
23972 that are allocated for sorting will never be returned to free storage.
23973
23974 @d clear_the_list link(temp_head)=inf_val
23975
23976 @c pointer mp_sort_in (MP mp,scaled v) {
23977   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
23978   p=temp_head;
23979   while (1) { 
23980     q=link(p);
23981     if ( v<=value(q) ) break;
23982     p=q;
23983   }
23984   if ( v<value(q) ) {
23985     r=mp_get_node(mp, value_node_size); value(r)=v; link(r)=q; link(p)=r;
23986   }
23987   return link(p);
23988 }
23989
23990 @ Now we come to the interesting part, where we reduce the list if necessary
23991 until it has the required size. The |min_cover| routine is basic to this
23992 process; it computes the minimum number~|m| such that the values of the
23993 current sorted list can be covered by |m|~intervals of width~|d|. It
23994 also sets the global value |perturbation| to the smallest value $d'>d$
23995 such that the covering found by this algorithm would be different.
23996
23997 In particular, |min_cover(0)| returns the number of distinct values in the
23998 current list and sets |perturbation| to the minimum distance between
23999 adjacent values.
24000
24001 @c integer mp_min_cover (MP mp,scaled d) {
24002   pointer p; /* runs through the current list */
24003   scaled l; /* the least element covered by the current interval */
24004   integer m; /* lower bound on the size of the minimum cover */
24005   m=0; p=link(temp_head); mp->perturbation=el_gordo;
24006   while ( p!=inf_val ){ 
24007     incr(m); l=value(p);
24008     do {  p=link(p); } while (value(p)<=l+d);
24009     if ( value(p)-l<mp->perturbation ) 
24010       mp->perturbation=value(p)-l;
24011   }
24012   return m;
24013 }
24014
24015 @ @<Glob...@>=
24016 scaled perturbation; /* quantity related to \.{TFM} rounding */
24017 integer excess; /* the list is this much too long */
24018
24019 @ The smallest |d| such that a given list can be covered with |m| intervals
24020 is determined by the |threshold| routine, which is sort of an inverse
24021 to |min_cover|. The idea is to increase the interval size rapidly until
24022 finding the range, then to go sequentially until the exact borderline has
24023 been discovered.
24024
24025 @c scaled mp_threshold (MP mp,integer m) {
24026   scaled d; /* lower bound on the smallest interval size */
24027   mp->excess=mp_min_cover(mp, 0)-m;
24028   if ( mp->excess<=0 ) {
24029     return 0;
24030   } else  { 
24031     do {  
24032       d=mp->perturbation;
24033     } while (mp_min_cover(mp, d+d)>m);
24034     while ( mp_min_cover(mp, d)>m ) 
24035       d=mp->perturbation;
24036     return d;
24037   }
24038 }
24039
24040 @ The |skimp| procedure reduces the current list to at most |m| entries,
24041 by changing values if necessary. It also sets |info(p):=k| if |value(p)|
24042 is the |k|th distinct value on the resulting list, and it sets
24043 |perturbation| to the maximum amount by which a |value| field has
24044 been changed. The size of the resulting list is returned as the
24045 value of |skimp|.
24046
24047 @c integer mp_skimp (MP mp,integer m) {
24048   scaled d; /* the size of intervals being coalesced */
24049   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
24050   scaled l; /* the least value in the current interval */
24051   scaled v; /* a compromise value */
24052   d=mp_threshold(mp, m); mp->perturbation=0;
24053   q=temp_head; m=0; p=link(temp_head);
24054   while ( p!=inf_val ) {
24055     incr(m); l=value(p); info(p)=m;
24056     if ( value(link(p))<=l+d ) {
24057       @<Replace an interval of values by its midpoint@>;
24058     }
24059     q=p; p=link(p);
24060   }
24061   return m;
24062 }
24063
24064 @ @<Replace an interval...@>=
24065
24066   do {  
24067     p=link(p); info(p)=m;
24068     decr(mp->excess); if ( mp->excess==0 ) d=0;
24069   } while (value(link(p))<=l+d);
24070   v=l+halfp(value(p)-l);
24071   if ( value(p)-v>mp->perturbation ) 
24072     mp->perturbation=value(p)-v;
24073   r=q;
24074   do {  
24075     r=link(r); value(r)=v;
24076   } while (r!=p);
24077   link(q)=p; /* remove duplicate values from the current list */
24078 }
24079
24080 @ A warning message is issued whenever something is perturbed by
24081 more than 1/16\thinspace pt.
24082
24083 @c void mp_tfm_warning (MP mp,small_number m) { 
24084   mp_print_nl(mp, "(some "); 
24085   mp_print(mp, mp->int_name[m]);
24086 @.some charwds...@>
24087 @.some chardps...@>
24088 @.some charhts...@>
24089 @.some charics...@>
24090   mp_print(mp, " values had to be adjusted by as much as ");
24091   mp_print_scaled(mp, mp->perturbation); mp_print(mp, "pt)");
24092 }
24093
24094 @ Here's an example of how we use these routines.
24095 The width data needs to be perturbed only if there are 256 distinct
24096 widths, but \MP\ must check for this case even though it is
24097 highly unusual.
24098
24099 An integer variable |k| will be defined when we use this code.
24100 The |dimen_head| array will contain pointers to the sorted
24101 lists of dimensions.
24102
24103 @<Massage the \.{TFM} widths@>=
24104 clear_the_list;
24105 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++)  {
24106   if ( mp->char_exists[k] )
24107     mp->tfm_width[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_width[k]);
24108 }
24109 mp->nw=mp_skimp(mp, 255)+1; mp->dimen_head[1]=link(temp_head);
24110 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_wd)
24111
24112 @ @<Glob...@>=
24113 pointer dimen_head[5]; /* lists of \.{TFM} dimensions */
24114
24115 @ Heights, depths, and italic corrections are different from widths
24116 not only because their list length is more severely restricted, but
24117 also because zero values do not need to be put into the lists.
24118
24119 @<Massage the \.{TFM} heights, depths, and italic corrections@>=
24120 clear_the_list;
24121 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
24122   if ( mp->char_exists[k] ) {
24123     if ( mp->tfm_height[k]==0 ) mp->tfm_height[k]=zero_val;
24124     else mp->tfm_height[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_height[k]);
24125   }
24126 }
24127 mp->nh=mp_skimp(mp, 15)+1; mp->dimen_head[2]=link(temp_head);
24128 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_ht);
24129 clear_the_list;
24130 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
24131   if ( mp->char_exists[k] ) {
24132     if ( mp->tfm_depth[k]==0 ) mp->tfm_depth[k]=zero_val;
24133     else mp->tfm_depth[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_depth[k]);
24134   }
24135 }
24136 mp->nd=mp_skimp(mp, 15)+1; mp->dimen_head[3]=link(temp_head);
24137 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_dp);
24138 clear_the_list;
24139 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
24140   if ( mp->char_exists[k] ) {
24141     if ( mp->tfm_ital_corr[k]==0 ) mp->tfm_ital_corr[k]=zero_val;
24142     else mp->tfm_ital_corr[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_ital_corr[k]);
24143   }
24144 }
24145 mp->ni=mp_skimp(mp, 63)+1; mp->dimen_head[4]=link(temp_head);
24146 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_ic)
24147
24148 @ @<Initialize table entries...@>=
24149 value(zero_val)=0; info(zero_val)=0;
24150
24151 @ Bytes 5--8 of the header are set to the design size, unless the user has
24152 some crazy reason for specifying them differently.
24153
24154 Error messages are not allowed at the time this procedure is called,
24155 so a warning is printed instead.
24156
24157 The value of |max_tfm_dimen| is calculated so that
24158 $$\hbox{|make_scaled(16*max_tfm_dimen,internal[mp_design_size])|}
24159  < \\{three\_bytes}.$$
24160
24161 @d three_bytes 0100000000 /* $2^{24}$ */
24162
24163 @c 
24164 void mp_fix_design_size (MP mp) {
24165   scaled d; /* the design size */
24166   d=mp->internal[mp_design_size];
24167   if ( (d<unity)||(d>=fraction_half) ) {
24168     if ( d!=0 )
24169       mp_print_nl(mp, "(illegal design size has been changed to 128pt)");
24170 @.illegal design size...@>
24171     d=040000000; mp->internal[mp_design_size]=d;
24172   }
24173   if ( mp->header_byte[4]<0 ) if ( mp->header_byte[5]<0 )
24174     if ( mp->header_byte[6]<0 ) if ( mp->header_byte[7]<0 ) {
24175      mp->header_byte[4]=d / 04000000;
24176      mp->header_byte[5]=(d / 4096) % 256;
24177      mp->header_byte[6]=(d / 16) % 256;
24178      mp->header_byte[7]=(d % 16)*16;
24179   };
24180   mp->max_tfm_dimen=16*mp->internal[mp_design_size]-mp->internal[mp_design_size] / 010000000;
24181   if ( mp->max_tfm_dimen>=fraction_half ) mp->max_tfm_dimen=fraction_half-1;
24182 }
24183
24184 @ The |dimen_out| procedure computes a |fix_word| relative to the
24185 design size. If the data was out of range, it is corrected and the
24186 global variable |tfm_changed| is increased by~one.
24187
24188 @c integer mp_dimen_out (MP mp,scaled x) { 
24189   if ( abs(x)>mp->max_tfm_dimen ) {
24190     incr(mp->tfm_changed);
24191     if ( x>0 ) x=three_bytes-1; else x=1-three_bytes;
24192   } else {
24193     x=mp_make_scaled(mp, x*16,mp->internal[mp_design_size]);
24194   }
24195   return x;
24196 }
24197
24198 @ @<Glob...@>=
24199 scaled max_tfm_dimen; /* bound on widths, heights, kerns, etc. */
24200 integer tfm_changed; /* the number of data entries that were out of bounds */
24201
24202 @ If the user has not specified any of the first four header bytes,
24203 the |fix_check_sum| procedure replaces them by a ``check sum'' computed
24204 from the |tfm_width| data relative to the design size.
24205 @^check sum@>
24206
24207 @c void mp_fix_check_sum (MP mp) {
24208   eight_bits k; /* runs through character codes */
24209   eight_bits B1,B2,B3,B4; /* bytes of the check sum */
24210   integer x;  /* hash value used in check sum computation */
24211   if ( mp->header_byte[0]==0 && mp->header_byte[1]==0 &&
24212        mp->header_byte[2]==0 && mp->header_byte[3]==0 ) {
24213     @<Compute a check sum in |(b1,b2,b3,b4)|@>;
24214     mp->header_byte[0]=B1; mp->header_byte[1]=B2;
24215     mp->header_byte[2]=B3; mp->header_byte[3]=B4; 
24216     return;
24217   }
24218 }
24219
24220 @ @<Compute a check sum in |(b1,b2,b3,b4)|@>=
24221 B1=mp->bc; B2=mp->ec; B3=mp->bc; B4=mp->ec; mp->tfm_changed=0;
24222 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) { 
24223   if ( mp->char_exists[k] ) {
24224     x=mp_dimen_out(mp, value(mp->tfm_width[k]))+(k+4)*020000000; /* this is positive */
24225     B1=(B1+B1+x) % 255;
24226     B2=(B2+B2+x) % 253;
24227     B3=(B3+B3+x) % 251;
24228     B4=(B4+B4+x) % 247;
24229   }
24230 }
24231
24232 @ Finally we're ready to actually write the \.{TFM} information.
24233 Here are some utility routines for this purpose.
24234
24235 @d tfm_out(A) fputc((A),mp->tfm_file) /* output one byte to |tfm_file| */
24236
24237 @c void mp_tfm_two (MP mp,integer x) { /* output two bytes to |tfm_file| */
24238   tfm_out(x / 256); tfm_out(x % 256);
24239 }
24240 void mp_tfm_four (MP mp,integer x) { /* output four bytes to |tfm_file| */
24241   if ( x>=0 ) tfm_out(x / three_bytes);
24242   else { 
24243     x=x+010000000000; /* use two's complement for negative values */
24244     x=x+010000000000;
24245     tfm_out((x / three_bytes) + 128);
24246   };
24247   x=x % three_bytes; tfm_out(x / unity);
24248   x=x % unity; tfm_out(x / 0400);
24249   tfm_out(x % 0400);
24250 }
24251 void mp_tfm_qqqq (MP mp,four_quarters x) { /* output four quarterwords to |tfm_file| */
24252   tfm_out(qo(x.b0)); tfm_out(qo(x.b1)); 
24253   tfm_out(qo(x.b2)); tfm_out(qo(x.b3));
24254 }
24255
24256 @ @<Finish the \.{TFM} file@>=
24257 if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
24258 mp_pack_job_name(mp, ".tfm");
24259 while ( ! mp_b_open_out(mp, &mp->tfm_file, mp_filetype_metrics) )
24260   mp_prompt_file_name(mp, "file name for font metrics",".tfm");
24261 mp->metric_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
24262 @<Output the subfile sizes and header bytes@>;
24263 @<Output the character information bytes, then
24264   output the dimensions themselves@>;
24265 @<Output the ligature/kern program@>;
24266 @<Output the extensible character recipes and the font metric parameters@>;
24267   if ( mp->internal[mp_tracing_stats]>0 )
24268   @<Log the subfile sizes of the \.{TFM} file@>;
24269 mp_print_nl(mp, "Font metrics written on "); 
24270 mp_print(mp, mp->metric_file_name); mp_print_char(mp, '.');
24271 @.Font metrics written...@>
24272 fclose(mp->tfm_file)
24273
24274 @ Integer variables |lh|, |k|, and |lk_offset| will be defined when we use
24275 this code.
24276
24277 @<Output the subfile sizes and header bytes@>=
24278 k=mp->header_last;
24279 LH=(k+3) / 4; /* this is the number of header words */
24280 if ( mp->bc>mp->ec ) mp->bc=1; /* if there are no characters, |ec=0| and |bc=1| */
24281 @<Compute the ligature/kern program offset and implant the
24282   left boundary label@>;
24283 mp_tfm_two(mp,6+LH+(mp->ec-mp->bc+1)+mp->nw+mp->nh+mp->nd+mp->ni+mp->nl
24284      +lk_offset+mp->nk+mp->ne+mp->np);
24285   /* this is the total number of file words that will be output */
24286 mp_tfm_two(mp, LH); mp_tfm_two(mp, mp->bc); mp_tfm_two(mp, mp->ec); 
24287 mp_tfm_two(mp, mp->nw); mp_tfm_two(mp, mp->nh);
24288 mp_tfm_two(mp, mp->nd); mp_tfm_two(mp, mp->ni); mp_tfm_two(mp, mp->nl+lk_offset); 
24289 mp_tfm_two(mp, mp->nk); mp_tfm_two(mp, mp->ne);
24290 mp_tfm_two(mp, mp->np);
24291 for (k=0;k< 4*LH;k++)   { 
24292   tfm_out(mp->header_byte[k]);
24293 }
24294
24295 @ @<Output the character information bytes...@>=
24296 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
24297   if ( ! mp->char_exists[k] ) {
24298     mp_tfm_four(mp, 0);
24299   } else { 
24300     tfm_out(info(mp->tfm_width[k])); /* the width index */
24301     tfm_out((info(mp->tfm_height[k]))*16+info(mp->tfm_depth[k]));
24302     tfm_out((info(mp->tfm_ital_corr[k]))*4+mp->char_tag[k]);
24303     tfm_out(mp->char_remainder[k]);
24304   };
24305 }
24306 mp->tfm_changed=0;
24307 for (k=1;k<=4;k++) { 
24308   mp_tfm_four(mp, 0); p=mp->dimen_head[k];
24309   while ( p!=inf_val ) {
24310     mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, value(p))); p=link(p);
24311   }
24312 }
24313
24314
24315 @ We need to output special instructions at the beginning of the
24316 |lig_kern| array in order to specify the right boundary character
24317 and/or to handle starting addresses that exceed 255. The |label_loc|
24318 and |label_char| arrays have been set up to record all the
24319 starting addresses; we have $-1=|label_loc|[0]<|label_loc|[1]\le\cdots
24320 \le|label_loc|[|label_ptr]|$.
24321
24322 @<Compute the ligature/kern program offset...@>=
24323 mp->bchar=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_boundary_char]);
24324 if ((mp->bchar<0)||(mp->bchar>255))
24325   { mp->bchar=-1; mp->lk_started=false; lk_offset=0; }
24326 else { mp->lk_started=true; lk_offset=1; };
24327 @<Find the minimum |lk_offset| and adjust all remainders@>;
24328 if ( mp->bch_label<undefined_label )
24329   { skip_byte(mp->nl)=qi(255); next_char(mp->nl)=qi(0);
24330   op_byte(mp->nl)=qi(((mp->bch_label+lk_offset)/ 256));
24331   rem_byte(mp->nl)=qi(((mp->bch_label+lk_offset)% 256));
24332   incr(mp->nl); /* possibly |nl=lig_table_size+1| */
24333   }
24334
24335 @ @<Find the minimum |lk_offset|...@>=
24336 k=mp->label_ptr; /* pointer to the largest unallocated label */
24337 if ( mp->label_loc[k]+lk_offset>255 ) {
24338   lk_offset=0; mp->lk_started=false; /* location 0 can do double duty */
24339   do {  
24340     mp->char_remainder[mp->label_char[k]]=lk_offset;
24341     while ( mp->label_loc[k-1]==mp->label_loc[k] ) {
24342        decr(k); mp->char_remainder[mp->label_char[k]]=lk_offset;
24343     }
24344     incr(lk_offset); decr(k);
24345   } while (! (lk_offset+mp->label_loc[k]<256));
24346     /* N.B.: |lk_offset=256| satisfies this when |k=0| */
24347 };
24348 if ( lk_offset>0 ) {
24349   while ( k>0 ) {
24350     mp->char_remainder[mp->label_char[k]]
24351      =mp->char_remainder[mp->label_char[k]]+lk_offset;
24352     decr(k);
24353   }
24354 }
24355
24356 @ @<Output the ligature/kern program@>=
24357 for (k=0;k<= 255;k++ ) {
24358   if ( mp->skip_table[k]<undefined_label ) {
24359      mp_print_nl(mp, "(local label "); mp_print_int(mp, k); mp_print(mp, ":: was missing)");
24360 @.local label l:: was missing@>
24361     cancel_skips(mp->skip_table[k]);
24362   }
24363 }
24364 if ( mp->lk_started ) { /* |lk_offset=1| for the special |bchar| */
24365   tfm_out(255); tfm_out(mp->bchar); mp_tfm_two(mp, 0);
24366 } else {
24367   for (k=1;k<=lk_offset;k++) {/* output the redirection specs */
24368     mp->ll=mp->label_loc[mp->label_ptr];
24369     if ( mp->bchar<0 ) { tfm_out(254); tfm_out(0);   }
24370     else { tfm_out(255); tfm_out(mp->bchar);   };
24371     mp_tfm_two(mp, mp->ll+lk_offset);
24372     do {  
24373       decr(mp->label_ptr);
24374     } while (! (mp->label_loc[mp->label_ptr]<mp->ll));
24375   }
24376 }
24377 for (k=0;k<=mp->nl-1;k++) mp_tfm_qqqq(mp, mp->lig_kern[k]);
24378 for (k=0;k<=mp->nk-1;k++) mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, mp->kern[k]))
24379
24380 @ @<Output the extensible character recipes...@>=
24381 for (k=0;k<=mp->ne-1;k++) 
24382   mp_tfm_qqqq(mp, mp->exten[k]);
24383 for (k=1;k<=mp->np;k++) {
24384   if ( k==1 ) {
24385     if ( abs(mp->param[1])<fraction_half ) {
24386       mp_tfm_four(mp, mp->param[1]*16);
24387     } else  { 
24388       incr(mp->tfm_changed);
24389       if ( mp->param[1]>0 ) mp_tfm_four(mp, el_gordo);
24390       else mp_tfm_four(mp, -el_gordo);
24391     }
24392   } else {
24393     mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, mp->param[k]));
24394   }
24395 }
24396 if ( mp->tfm_changed>0 )  { 
24397   if ( mp->tfm_changed==1 ) mp_print_nl(mp, "(a font metric dimension");
24398 @.a font metric dimension...@>
24399   else  { 
24400     mp_print_nl(mp, "("); mp_print_int(mp, mp->tfm_changed);
24401 @.font metric dimensions...@>
24402     mp_print(mp, " font metric dimensions");
24403   }
24404   mp_print(mp, " had to be decreased)");
24405 }
24406
24407 @ @<Log the subfile sizes of the \.{TFM} file@>=
24408
24409   char s[200];
24410   wlog_ln(" ");
24411   if ( mp->bch_label<undefined_label ) decr(mp->nl);
24412   snprintf(s,128,"(You used %iw,%ih,%id,%ii,%il,%ik,%ie,%ip metric file positions)",
24413                  mp->nw, mp->nh, mp->nd, mp->ni, mp->nl, mp->nk, mp->ne,mp->np);
24414   wlog_ln(s);
24415 }
24416
24417 @* \[43] Reading font metric data.
24418
24419 \MP\ isn't a typesetting program but it does need to find the bounding box
24420 of a sequence of typeset characters.  Thus it needs to read \.{TFM} files as
24421 well as write them.
24422
24423 @<Glob...@>=
24424 FILE * tfm_infile;
24425
24426 @ All the width, height, and depth information is stored in an array called
24427 |font_info|.  This array is allocated sequentially and each font is stored
24428 as a series of |char_info| words followed by the width, height, and depth
24429 tables.  Since |font_name| entries are permanent, their |str_ref| values are
24430 set to |max_str_ref|.
24431
24432 @<Types...@>=
24433 typedef unsigned int font_number; /* |0..font_max| */
24434
24435 @ The |font_info| array is indexed via a group directory arrays.
24436 For example, the |char_info| data for character~|c| in font~|f| will be
24437 in |font_info[char_base[f]+c].qqqq|.
24438
24439 @<Glob...@>=
24440 font_number font_max; /* maximum font number for included text fonts */
24441 size_t      font_mem_size; /* number of words for \.{TFM} information for text fonts */
24442 memory_word *font_info; /* height, width, and depth data */
24443 char        **font_enc_name; /* encoding names, if any */
24444 boolean     *font_ps_name_fixed; /* are the postscript names fixed already?  */
24445 int         next_fmem; /* next unused entry in |font_info| */
24446 font_number last_fnum; /* last font number used so far */
24447 scaled      *font_dsize;  /* 16 times the ``design'' size in \ps\ points */
24448 char        **font_name;  /* name as specified in the \&{infont} command */
24449 char        **font_ps_name;  /* PostScript name for use when |internal[mp_prologues]>0| */
24450 font_number last_ps_fnum; /* last valid |font_ps_name| index */
24451 eight_bits  *font_bc;
24452 eight_bits  *font_ec;  /* first and last character code */
24453 int         *char_base;  /* base address for |char_info| */
24454 int         *width_base; /* index for zeroth character width */
24455 int         *height_base; /* index for zeroth character height */
24456 int         *depth_base; /* index for zeroth character depth */
24457 pointer     *font_sizes;
24458
24459 @ @<Allocate or initialize ...@>=
24460 mp->font_mem_size = 10000; 
24461 mp->font_info = xmalloc ((mp->font_mem_size+1),sizeof(memory_word));
24462 memset (mp->font_info,0,sizeof(memory_word)*(mp->font_mem_size+1));
24463 mp->font_enc_name = NULL;
24464 mp->font_ps_name_fixed = NULL;
24465 mp->font_dsize = NULL;
24466 mp->font_name = NULL;
24467 mp->font_ps_name = NULL;
24468 mp->font_bc = NULL;
24469 mp->font_ec = NULL;
24470 mp->last_fnum = null_font;
24471 mp->char_base = NULL;
24472 mp->width_base = NULL;
24473 mp->height_base = NULL;
24474 mp->depth_base = NULL;
24475 mp->font_sizes = null;
24476
24477 @ @<Dealloc variables@>=
24478 xfree(mp->font_info);
24479 xfree(mp->font_enc_name);
24480 xfree(mp->font_ps_name_fixed);
24481 xfree(mp->font_dsize);
24482 xfree(mp->font_name);
24483 xfree(mp->font_ps_name);
24484 xfree(mp->font_bc);
24485 xfree(mp->font_ec);
24486 xfree(mp->char_base);
24487 xfree(mp->width_base);
24488 xfree(mp->height_base);
24489 xfree(mp->depth_base);
24490 xfree(mp->font_sizes);
24491
24492
24493 @c 
24494 void mp_reallocate_fonts (MP mp, font_number l) {
24495   font_number f;
24496   XREALLOC(mp->font_enc_name,      l, char *);
24497   XREALLOC(mp->font_ps_name_fixed, l, boolean);
24498   XREALLOC(mp->font_dsize,         l, scaled);
24499   XREALLOC(mp->font_name,          l, char *);
24500   XREALLOC(mp->font_ps_name,       l, char *);
24501   XREALLOC(mp->font_bc,            l, eight_bits);
24502   XREALLOC(mp->font_ec,            l, eight_bits);
24503   XREALLOC(mp->char_base,          l, int);
24504   XREALLOC(mp->width_base,         l, int);
24505   XREALLOC(mp->height_base,        l, int);
24506   XREALLOC(mp->depth_base,         l, int);
24507   XREALLOC(mp->font_sizes,         l, pointer);
24508   for (f=(mp->last_fnum+1);f<=l;f++) {
24509     mp->font_enc_name[f]=NULL;
24510     mp->font_ps_name_fixed[f] = false;
24511     mp->font_name[f]=NULL;
24512     mp->font_ps_name[f]=NULL;
24513     mp->font_sizes[f]=null;
24514   }
24515   mp->font_max = l;
24516 }
24517
24518 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
24519 void mp_reallocate_fonts (MP mp, font_number l);
24520
24521
24522 @ A |null_font| containing no characters is useful for error recovery.  Its
24523 |font_name| entry starts out empty but is reset each time an erroneous font is
24524 found.  This helps to cut down on the number of duplicate error messages without
24525 wasting a lot of space.
24526
24527 @d null_font 0 /* the |font_number| for an empty font */
24528
24529 @<Set initial...@>=
24530 mp->font_dsize[null_font]=0;
24531 mp->font_bc[null_font]=1;
24532 mp->font_ec[null_font]=0;
24533 mp->char_base[null_font]=0;
24534 mp->width_base[null_font]=0;
24535 mp->height_base[null_font]=0;
24536 mp->depth_base[null_font]=0;
24537 mp->next_fmem=0;
24538 mp->last_fnum=null_font;
24539 mp->last_ps_fnum=null_font;
24540 mp->font_name[null_font]="nullfont";
24541 mp->font_ps_name[null_font]="";
24542
24543 @ Each |char_info| word is of type |four_quarters|.  The |b0| field contains
24544 the |width index|; the |b1| field contains the height
24545 index; the |b2| fields contains the depth index, and the |b3| field used only
24546 for temporary storage. (It is used to keep track of which characters occur in
24547 an edge structure that is being shipped out.)
24548 The corresponding words in the width, height, and depth tables are stored as
24549 |scaled| values in units of \ps\ points.
24550
24551 With the macros below, the |char_info| word for character~|c| in font~|f| is
24552 |char_info(f)(c)| and the width is
24553 $$\hbox{|char_width(f)(char_info(f)(c)).sc|.}$$
24554
24555 @d char_info_end(A) (A)].qqqq
24556 @d char_info(A) mp->font_info[mp->char_base[(A)]+char_info_end
24557 @d char_width_end(A) (A).b0].sc
24558 @d char_width(A) mp->font_info[mp->width_base[(A)]+char_width_end
24559 @d char_height_end(A) (A).b1].sc
24560 @d char_height(A) mp->font_info[mp->height_base[(A)]+char_height_end
24561 @d char_depth_end(A) (A).b2].sc
24562 @d char_depth(A) mp->font_info[mp->depth_base[(A)]+char_depth_end
24563 @d ichar_exists(A) ((A).b0>0)
24564
24565 @ The |font_ps_name| for a built-in font should be what PostScript expects.
24566 A preliminary name is obtained here from the \.{TFM} name as given in the
24567 |fname| argument.  This gets updated later from an external table if necessary.
24568
24569 @<Declare text measuring subroutines@>=
24570 @<Declare subroutines for parsing file names@>;
24571 font_number mp_read_font_info (MP mp, char*fname) {
24572   boolean file_opened; /* has |tfm_infile| been opened? */
24573   font_number n; /* the number to return */
24574   halfword lf,tfm_lh,bc,ec,nw,nh,nd; /* subfile size parameters */
24575   size_t whd_size; /* words needed for heights, widths, and depths */
24576   int i,ii; /* |font_info| indices */
24577   int jj; /* counts bytes to be ignored */
24578   scaled z; /* used to compute the design size */
24579   fraction d;
24580   /* height, width, or depth as a fraction of design size times $2^{-8}$ */
24581   eight_bits h_and_d; /* height and depth indices being unpacked */
24582   int tfbyte; /* a byte read from the file */
24583   n=null_font;
24584   @<Open |tfm_infile| for input@>;
24585   @<Read data from |tfm_infile|; if there is no room, say so and |goto done|;
24586     otherwise |goto bad_tfm| or |goto done| as appropriate@>;
24587 BAD_TFM:
24588   @<Complain that the \.{TFM} file is bad@>;
24589 DONE:
24590   if ( file_opened ) fclose(mp->tfm_infile);
24591   if ( n!=null_font ) { 
24592     mp->font_ps_name[n]=fname;
24593     mp->font_name[n]=fname;
24594   }
24595   return n;
24596 }
24597
24598 @ \MP\ doesn't bother to check the entire \.{TFM} file for errors or explain
24599 precisely what is wrong if it does find a problem.  Programs called \.{TFtoPL}
24600 @.TFtoPL@> @.PLtoTF@>
24601 and \.{PLtoTF} can be used to debug \.{TFM} files.
24602
24603 @<Complain that the \.{TFM} file is bad@>=
24604 print_err("Font ");
24605 mp_print(mp, fname);
24606 if ( file_opened ) mp_print(mp, " not usable: TFM file is bad");
24607 else mp_print(mp, " not usable: TFM file not found");
24608 help3("I wasn't able to read the size data for this font so this")
24609   ("`infont' operation won't produce anything. If the font name")
24610   ("is right, you might ask an expert to make a TFM file");
24611 if ( file_opened )
24612   mp->help_line[0]="is right, try asking an expert to fix the TFM file";
24613 mp_error(mp)
24614
24615 @ @<Read data from |tfm_infile|; if there is no room, say so...@>=
24616 @<Read the \.{TFM} size fields@>;
24617 @<Use the size fields to allocate space in |font_info|@>;
24618 @<Read the \.{TFM} header@>;
24619 @<Read the character data and the width, height, and depth tables and
24620   |goto done|@>
24621
24622 @ A bad \.{TFM} file can be shorter than it claims to be.  The code given here
24623 might try to read past the end of the file if this happens.  Changes will be
24624 needed if it causes a system error to refer to |tfm_infile^| or call
24625 |get_tfm_infile| when |eof(tfm_infile)| is true.  For example, the definition
24626 @^system dependencies@>
24627 of |tfget| could be changed to
24628 ``|begin get(tfm_infile); if eof(tfm_infile) then goto bad_tfm; end|.''
24629
24630 @d tfget {tfbyte = fgetc(mp->tfm_infile); }
24631 @d read_two(A) { (A)=tfbyte;
24632   if ( (A)>127 ) goto BAD_TFM;
24633   tfget; (A)=(A)*0400+tfbyte;
24634   }
24635 @d tf_ignore(A) { for (jj=(A);jj>=1;jj--) tfget; }
24636
24637 @<Read the \.{TFM} size fields@>=
24638 tfget; read_two(lf);
24639 tfget; read_two(tfm_lh);
24640 tfget; read_two(bc);
24641 tfget; read_two(ec);
24642 if ( (bc>1+ec)||(ec>255) ) goto BAD_TFM;
24643 tfget; read_two(nw);
24644 tfget; read_two(nh);
24645 tfget; read_two(nd);
24646 whd_size=(ec+1-bc)+nw+nh+nd;
24647 if ( lf<(int)(6+tfm_lh+whd_size) ) goto BAD_TFM;
24648 tf_ignore(10)
24649
24650 @ Offsets are added to |char_base[n]| and |width_base[n]| so that is not
24651 necessary to apply the |so|  and |qo| macros when looking up the width of a
24652 character in the string pool.  In order to ensure nonnegative |char_base|
24653 values when |bc>0|, it may be necessary to reserve a few unused |font_info|
24654 elements.
24655
24656 @<Use the size fields to allocate space in |font_info|@>=
24657 if ( mp->next_fmem<bc) mp->next_fmem=bc;  /* ensure nonnegative |char_base| */
24658 if (mp->last_fnum==mp->font_max)
24659   mp_reallocate_fonts(mp,(mp->font_max+(mp->font_max>>2)));
24660 while (mp->next_fmem+whd_size>=mp->font_mem_size) {
24661   size_t l = mp->font_mem_size+(mp->font_mem_size>>2);
24662   memory_word *font_info;
24663   font_info = xmalloc ((l+1),sizeof(memory_word));
24664   memset (font_info,0,sizeof(memory_word)*(l+1));
24665   memcpy (font_info,mp->font_info,sizeof(memory_word)*(mp->font_mem_size+1));
24666   xfree(mp->font_info);
24667   mp->font_info = font_info;
24668   mp->font_mem_size = l;
24669 }
24670 incr(mp->last_fnum);
24671 n=mp->last_fnum;
24672 mp->font_bc[n]=bc;
24673 mp->font_ec[n]=ec;
24674 mp->char_base[n]=mp->next_fmem-bc;
24675 mp->width_base[n]=mp->next_fmem+ec-bc+1;
24676 mp->height_base[n]=mp->width_base[n]+nw;
24677 mp->depth_base[n]=mp->height_base[n]+nh;
24678 mp->next_fmem=mp->next_fmem+whd_size;
24679
24680
24681 @ @<Read the \.{TFM} header@>=
24682 if ( tfm_lh<2 ) goto BAD_TFM;
24683 tf_ignore(4);
24684 tfget; read_two(z);
24685 tfget; z=z*0400+tfbyte;
24686 tfget; z=z*0400+tfbyte; /* now |z| is 16 times the design size */
24687 mp->font_dsize[n]=mp_take_fraction(mp, z,267432584);
24688   /* times ${72\over72.27}2^{28}$ to convert from \TeX\ points */
24689 tf_ignore(4*(tfm_lh-2))
24690
24691 @ @<Read the character data and the width, height, and depth tables...@>=
24692 ii=mp->width_base[n];
24693 i=mp->char_base[n]+bc;
24694 while ( i<ii ) { 
24695   tfget; mp->font_info[i].qqqq.b0=qi(tfbyte);
24696   tfget; h_and_d=tfbyte;
24697   mp->font_info[i].qqqq.b1=h_and_d / 16;
24698   mp->font_info[i].qqqq.b2=h_and_d % 16;
24699   tfget; tfget;
24700   incr(i);
24701 }
24702 while ( i<mp->next_fmem ) {
24703   @<Read a four byte dimension, scale it by the design size, store it in
24704     |font_info[i]|, and increment |i|@>;
24705 }
24706 if (feof(mp->tfm_infile) ) goto BAD_TFM;
24707 goto DONE
24708
24709 @ The raw dimension read into |d| should have magnitude at most $2^{24}$ when
24710 interpreted as an integer, and this includes a scale factor of $2^{20}$.  Thus
24711 we can multiply it by sixteen and think of it as a |fraction| that has been
24712 divided by sixteen.  This cancels the extra scale factor contained in
24713 |font_dsize[n|.
24714
24715 @<Read a four byte dimension, scale it by the design size, store it in...@>=
24716
24717 tfget; d=tfbyte;
24718 if ( d>=0200 ) d=d-0400;
24719 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24720 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24721 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24722 mp->font_info[i].sc=mp_take_fraction(mp, d*16,mp->font_dsize[n]);
24723 incr(i);
24724 }
24725
24726 @ This function does no longer use the file name parser, because |fname| is
24727 a C string already.
24728 @<Open |tfm_infile| for input@>=
24729 file_opened=false;
24730 mp_ptr_scan_file(mp, fname);
24731 if ( strlen(mp->cur_area)==0 ) { xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(MP_font_area);}
24732 if ( strlen(mp->cur_ext)==0 )  { xfree(mp->cur_ext); mp->cur_ext=xstrdup(".tfm"); }
24733 pack_cur_name;
24734 mp->tfm_infile = mp_open_file(mp, mp->name_of_file, "rb",mp_filetype_metrics);
24735 if ( !mp->tfm_infile  ) goto BAD_TFM;
24736 file_opened=true
24737
24738 @ When we have a font name and we don't know whether it has been loaded yet,
24739 we scan the |font_name| array before calling |read_font_info|.
24740
24741 @<Declare text measuring subroutines@>=
24742 font_number mp_find_font (MP mp, char *f) {
24743   font_number n;
24744   for (n=0;n<=mp->last_fnum;n++) {
24745     if (mp_xstrcmp(f,mp->font_name[n])==0 )
24746       return n;
24747   }
24748   return mp_read_font_info(mp, f);
24749 }
24750
24751 @ One simple application of |find_font| is the implementation of the |font_size|
24752 operator that gets the design size for a given font name.
24753
24754 @<Find the design size of the font whose name is |cur_exp|@>=
24755 mp_flush_cur_exp(mp, (mp->font_dsize[mp_find_font(mp, str(mp->cur_exp))]+8) / 16)
24756
24757 @ If we discover that the font doesn't have a requested character, we omit it
24758 from the bounding box computation and expect the \ps\ interpreter to drop it.
24759 This routine issues a warning message if the user has asked for it.
24760
24761 @<Declare text measuring subroutines@>=
24762 void mp_lost_warning (MP mp,font_number f, pool_pointer k) { 
24763   if ( mp->internal[mp_tracing_lost_chars]>0 ) { 
24764     mp_begin_diagnostic(mp);
24765     if ( mp->selector==log_only ) incr(mp->selector);
24766     mp_print_nl(mp, "Missing character: There is no ");
24767 @.Missing character@>
24768     mp_print_str(mp, mp->str_pool[k]); 
24769     mp_print(mp, " in font ");
24770     mp_print(mp, mp->font_name[f]); mp_print_char(mp, '!'); 
24771     mp_end_diagnostic(mp, false);
24772   }
24773 }
24774
24775 @ The whole purpose of saving the height, width, and depth information is to be
24776 able to find the bounding box of an item of text in an edge structure.  The
24777 |set_text_box| procedure takes a text node and adds this information.
24778
24779 @<Declare text measuring subroutines@>=
24780 void mp_set_text_box (MP mp,pointer p) {
24781   font_number f; /* |font_n(p)| */
24782   ASCII_code bc,ec; /* range of valid characters for font |f| */
24783   pool_pointer k,kk; /* current character and character to stop at */
24784   four_quarters cc; /* the |char_info| for the current character */
24785   scaled h,d; /* dimensions of the current character */
24786   width_val(p)=0;
24787   height_val(p)=-el_gordo;
24788   depth_val(p)=-el_gordo;
24789   f=font_n(p);
24790   bc=mp->font_bc[f];
24791   ec=mp->font_ec[f];
24792   kk=str_stop(text_p(p));
24793   k=mp->str_start[text_p(p)];
24794   while ( k<kk ) {
24795     @<Adjust |p|'s bounding box to contain |str_pool[k]|; advance |k|@>;
24796   }
24797   @<Set the height and depth to zero if the bounding box is empty@>;
24798 }
24799
24800 @ @<Adjust |p|'s bounding box to contain |str_pool[k]|; advance |k|@>=
24801
24802   if ( (mp->str_pool[k]<bc)||(mp->str_pool[k]>ec) ) {
24803     mp_lost_warning(mp, f,k);
24804   } else { 
24805     cc=char_info(f)(mp->str_pool[k]);
24806     if ( ! ichar_exists(cc) ) {
24807       mp_lost_warning(mp, f,k);
24808     } else { 
24809       width_val(p)=width_val(p)+char_width(f)(cc);
24810       h=char_height(f)(cc);
24811       d=char_depth(f)(cc);
24812       if ( h>height_val(p) ) height_val(p)=h;
24813       if ( d>depth_val(p) ) depth_val(p)=d;
24814     }
24815   }
24816   incr(k);
24817 }
24818
24819 @ Let's hope modern compilers do comparisons correctly when the difference would
24820 overflow.
24821
24822 @<Set the height and depth to zero if the bounding box is empty@>=
24823 if ( height_val(p)<-depth_val(p) ) { 
24824   height_val(p)=0;
24825   depth_val(p)=0;
24826 }
24827
24828 @ The new primitives fontmapfile and fontmapline.
24829
24830 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
24831 void mp_do_mapfile (MP mp) ;
24832 void mp_do_mapline (MP mp) ;
24833
24834 @ @c void mp_do_mapfile (MP mp) { 
24835   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
24836   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
24837     @<Complain about improper map operation@>;
24838   } else {
24839     mp_map_file(mp,mp->cur_exp);
24840   }
24841 }
24842 void mp_do_mapline (MP mp) { 
24843   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
24844   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
24845      @<Complain about improper map operation@>;
24846   } else { 
24847      mp_map_line(mp,mp->cur_exp);
24848   }
24849 }
24850
24851 @ @<Complain about improper map operation@>=
24852
24853   exp_err("Unsuitable expression");
24854   help1("Only known strings can be map files or map lines.");
24855   mp_put_get_error(mp);
24856 }
24857
24858 @ This is temporary.
24859
24860 @d ps_room(A) mp_ps_room(mp,A)
24861
24862 @ To print |scaled| value to PDF output we need some subroutines to ensure
24863 accurary.
24864
24865 @d max_integer   0x7FFFFFFF /* $2^{31}-1$ */
24866
24867 @<Glob...@>=
24868 scaled one_bp; /* scaled value corresponds to 1bp */
24869 scaled one_hundred_bp; /* scaled value corresponds to 100bp */
24870 scaled one_hundred_inch; /* scaled value corresponds to 100in */
24871 integer ten_pow[10]; /* $10^0..10^9$ */
24872 integer scaled_out; /* amount of |scaled| that was taken out in |divide_scaled| */
24873
24874 @ @<Set init...@>=
24875 mp->one_bp = 65782; /* 65781.76 */
24876 mp->one_hundred_bp = 6578176;
24877 mp->one_hundred_inch = 473628672;
24878 mp->ten_pow[0] = 1;
24879 for (i = 1;i<= 9; i++ ) {
24880   mp->ten_pow[i] = 10*mp->ten_pow[i - 1];
24881 }
24882
24883 @ The following function divides |s| by |m|. |dd| is number of decimal digits.
24884
24885 @c scaled mp_divide_scaled (MP mp,scaled s, scaled m, integer  dd) {
24886   scaled q,r;
24887   integer sign,i;
24888   sign = 1;
24889   if ( s < 0 ) { sign = -sign; s = -s; }
24890   if ( m < 0 ) { sign = -sign; m = -m; }
24891   if ( m == 0 )
24892     mp_confusion(mp, "arithmetic: divided by zero");
24893   else if ( m >= (max_integer / 10) )
24894     mp_confusion(mp, "arithmetic: number too big");
24895   q = s / m;
24896   r = s % m;
24897   for (i = 1;i<=dd;i++) {
24898     q = 10*q + (10*r) / m;
24899     r = (10*r) % m;
24900   }
24901   if ( 2*r >= m ) { incr(q); r = r - m; }
24902   mp->scaled_out = sign*(s - (r / mp->ten_pow[dd]));
24903   return (sign*q);
24904 }
24905
24906 @* \[44] Shipping pictures out.
24907 The |ship_out| procedure, to be described below, is given a pointer to
24908 an edge structure. Its mission is to output a file containing the \ps\
24909 description of an edge structure.
24910
24911 @ Each time an edge structure is shipped out we write a new \ps\ output
24912 file named according to the current \&{charcode}.
24913 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24914
24915 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24916 void mp_open_output_file (MP mp) ;
24917
24918 @ @c void mp_open_output_file (MP mp) {
24919   integer c; /* \&{charcode} rounded to the nearest integer */
24920   int old_setting; /* previous |selector| setting */
24921   pool_pointer i; /*  indexes into |filename_template|  */
24922   integer cc; /* a temporary integer for template building  */
24923   integer f,g=0; /* field widths */
24924   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
24925   c=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_char_code]);
24926   if ( mp->filename_template==0 ) {
24927     char *s; /* a file extension derived from |c| */
24928     if ( c<0 ) 
24929       s=xstrdup(".ps");
24930     else 
24931       @<Use |c| to compute the file extension |s|@>;
24932     mp_pack_job_name(mp, s);
24933     xfree(s);
24934     while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->ps_file, mp_filetype_postscript) )
24935       mp_prompt_file_name(mp, "file name for output",s);
24936   } else { /* initializations */
24937     str_number s, n; /* a file extension derived from |c| */
24938     old_setting=mp->selector; 
24939     mp->selector=new_string;
24940     f = 0;
24941     i = mp->str_start[mp->filename_template];
24942     n = rts(""); /* initialize */
24943     while ( i<str_stop(mp->filename_template) ) {
24944        if ( mp->str_pool[i]=='%' ) {
24945       CONTINUE:
24946         incr(i);
24947         if ( i<str_stop(mp->filename_template) ) {
24948           if ( mp->str_pool[i]=='j' ) {
24949             mp_print(mp, mp->job_name);
24950           } else if ( mp->str_pool[i]=='d' ) {
24951              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_day]);
24952              print_with_leading_zeroes(cc);
24953           } else if ( mp->str_pool[i]=='m' ) {
24954              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_month]);
24955              print_with_leading_zeroes(cc);
24956           } else if ( mp->str_pool[i]=='y' ) {
24957              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_year]);
24958              print_with_leading_zeroes(cc);
24959           } else if ( mp->str_pool[i]=='H' ) {
24960              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]) / 60;
24961              print_with_leading_zeroes(cc);
24962           }  else if ( mp->str_pool[i]=='M' ) {
24963              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]) % 60;
24964              print_with_leading_zeroes(cc);
24965           } else if ( mp->str_pool[i]=='c' ) {
24966             if ( c<0 ) mp_print(mp, "ps");
24967             else print_with_leading_zeroes(c);
24968           } else if ( (mp->str_pool[i]>='0') && 
24969                       (mp->str_pool[i]<='9') ) {
24970             if ( (f<10)  )
24971               f = (f*10) + mp->str_pool[i]-'0';
24972             goto CONTINUE;
24973           } else {
24974             mp_print_str(mp, mp->str_pool[i]);
24975           }
24976         }
24977       } else {
24978         if ( mp->str_pool[i]=='.' )
24979           if (length(n)==0)
24980             n = mp_make_string(mp);
24981         mp_print_str(mp, mp->str_pool[i]);
24982       };
24983       incr(i);
24984     };
24985     s = mp_make_string(mp);
24986     mp->selector= old_setting;
24987     if (length(n)==0) {
24988        n=s;
24989        s=rts("");
24990     };
24991     mp_pack_file_name(mp, str(n),"",str(s));
24992     while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->ps_file, mp_filetype_postscript) )
24993       mp_prompt_file_name(mp, "file name for output",str(s));
24994     delete_str_ref(n);
24995     delete_str_ref(s);
24996   }
24997   @<Store the true output file name if appropriate@>;
24998   @<Begin the progress report for the output of picture~|c|@>;
24999 }
25000
25001 @ The file extension created here could be up to five characters long in
25002 extreme cases so it may have to be shortened on some systems.
25003 @^system dependencies@>
25004
25005 @<Use |c| to compute the file extension |s|@>=
25006
25007   s = xmalloc(7,1);
25008   snprintf(s,7,".%i",(int)c);
25009 }
25010
25011 @ The user won't want to see all the output file names so we only save the
25012 first and last ones and a count of how many there were.  For this purpose
25013 files are ordered primarily by \&{charcode} and secondarily by order of
25014 creation.
25015 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
25016
25017 @<Store the true output file name if appropriate@>=
25018 if ((c<mp->first_output_code)&&(mp->first_output_code>=0)) {
25019   mp->first_output_code=c;
25020   xfree(mp->first_file_name);
25021   mp->first_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
25022 }
25023 if ( c>=mp->last_output_code ) {
25024   mp->last_output_code=c;
25025   xfree(mp->last_file_name);
25026   mp->last_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
25027 }
25028
25029 @ @<Glob...@>=
25030 char * first_file_name;
25031 char * last_file_name; /* full file names */
25032 integer first_output_code;integer last_output_code; /* rounded \&{charcode} values */
25033 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
25034 integer total_shipped; /* total number of |ship_out| operations completed */
25035
25036 @ @<Set init...@>=
25037 mp->first_file_name=xstrdup("");
25038 mp->last_file_name=xstrdup("");
25039 mp->first_output_code=32768;
25040 mp->last_output_code=-32768;
25041 mp->total_shipped=0;
25042
25043 @ @<Dealloc variables@>=
25044 xfree(mp->first_file_name);
25045 xfree(mp->last_file_name);
25046
25047 @ @<Begin the progress report for the output of picture~|c|@>=
25048 if ( (int)mp->term_offset>mp->max_print_line-6 ) mp_print_ln(mp);
25049 else if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_char(mp, ' ');
25050 mp_print_char(mp, '[');
25051 if ( c>=0 ) mp_print_int(mp, c)
25052
25053 @ @<End progress report@>=
25054 mp_print_char(mp, ']');
25055 update_terminal;
25056 incr(mp->total_shipped)
25057
25058 @ @<Explain what output files were written@>=
25059 if ( mp->total_shipped>0 ) { 
25060   mp_print_nl(mp, "");
25061   mp_print_int(mp, mp->total_shipped);
25062   mp_print(mp, " output file");
25063   if ( mp->total_shipped>1 ) mp_print_char(mp, 's');
25064   mp_print(mp, " written: ");
25065   mp_print(mp, mp->first_file_name);
25066   if ( mp->total_shipped>1 ) {
25067     if ( 31+strlen(mp->first_file_name)+
25068          strlen(mp->last_file_name)> (unsigned)mp->max_print_line) 
25069       mp_print_ln(mp);
25070     mp_print(mp, " .. ");
25071     mp_print(mp, mp->last_file_name);
25072   }
25073 }
25074
25075 @ A text node may specify an arbitrary transformation but the usual case
25076 involves only shifting, scaling, and occasionally rotation.  The purpose
25077 of |choose_scale| is to select a scale factor so that the remaining
25078 transformation is as ``nice'' as possible.  The definition of ``nice''
25079 is somewhat arbitrary but shifting and $90^\circ$ rotation are especially
25080 nice because they work out well for bitmap fonts.  The code here selects
25081 a scale factor equal to $1/\sqrt2$ times the Frobenius norm of the
25082 non-shifting part of the transformation matrix.  It is careful to avoid
25083 additions that might cause undetected overflow.
25084
25085 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25086 scaled mp_choose_scale (MP mp,pointer p) ;
25087
25088 @ @c scaled mp_choose_scale (MP mp,pointer p) {
25089   /* |p| should point to a text node */
25090   scaled a,b,c,d,ad,bc; /* temporary values */
25091   a=txx_val(p);
25092   b=txy_val(p);
25093   c=tyx_val(p);
25094   d=tyy_val(p);
25095   if ( (a<0) ) negate(a);
25096   if ( (b<0) ) negate(b);
25097   if ( (c<0) ) negate(c);
25098   if ( (d<0) ) negate(d);
25099   ad=half(a-d);
25100   bc=half(b-c);
25101   return mp_pyth_add(mp, mp_pyth_add(mp, d+ad,ad), mp_pyth_add(mp, c+bc,bc));
25102 }
25103
25104 @ There may be many sizes of one font and we need to keep track of the
25105 characters used for each size.  This is done by keeping a linked list of
25106 sizes for each font with a counter in each text node giving the appropriate
25107 position in the size list for its font.
25108
25109 @d sc_factor(A) mp->mem[(A)+1].sc /* the scale factor stored in a font size node */
25110 @d font_size_size 2 /* size of a font size node */
25111
25112 @ @<Internal library declarations@>=
25113 boolean mp_has_font_size(MP mp, font_number f );
25114
25115 @ @c 
25116 boolean mp_has_font_size(MP mp, font_number f ) {
25117   return (mp->font_sizes[f]!=null);
25118 }
25119
25120
25121 @ The potential overflow here is caused by the fact the returned value
25122 has to fit in a |name_type|, which is a quarterword. 
25123
25124 @d fscale_tolerance 65 /* that's $.001\times2^{16}$ */
25125
25126 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25127 quarterword mp_size_index (MP mp, font_number f, scaled s) {
25128   pointer p,q; /* the previous and current font size nodes */
25129   quarterword i; /* the size index for |q| */
25130   q=mp->font_sizes[f];
25131   i=0;
25132   while ( q!=null ) {
25133     if ( abs(s-sc_factor(q))<=fscale_tolerance ) 
25134       return i;
25135     else 
25136       { p=q; q=link(q); incr(i); };
25137     if ( i==max_quarterword )
25138       mp_overflow(mp, "sizes per font",max_quarterword);
25139 @:MetaPost capacity exceeded sizes per font}{\quad sizes per font@>
25140   }
25141   q=mp_get_node(mp, font_size_size);
25142   sc_factor(q)=s;
25143   if ( i==0 ) mp->font_sizes[f]=q;  else link(p)=q;
25144   return i;
25145 }
25146
25147 @ @<Internal library ...@>=
25148 scaled mp_indexed_size (MP mp,font_number f, quarterword j);
25149
25150 @ @c
25151 scaled mp_indexed_size (MP mp,font_number f, quarterword j) {
25152   pointer p; /* a font size node */
25153   quarterword i; /* the size index for |p| */
25154   p=mp->font_sizes[f];
25155   i=0;
25156   if ( p==null ) mp_confusion(mp, "size");
25157   while ( (i!=j) ) { 
25158     incr(i); p=link(p);
25159     if ( p==null ) mp_confusion(mp, "size");
25160   }
25161   return sc_factor(p);
25162 }
25163
25164 @ @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25165 void mp_clear_sizes (MP mp) ;
25166
25167 @ @c void mp_clear_sizes (MP mp) {
25168   font_number f;  /* the font whose size list is being cleared */
25169   pointer p;  /* current font size nodes */
25170   for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25171     while ( mp->font_sizes[f]!=null ) {
25172       p=mp->font_sizes[f];
25173       mp->font_sizes[f]=link(p);
25174       mp_free_node(mp, p,font_size_size);
25175     }
25176   }
25177 }
25178
25179 @ The \&{special} command saves up lines of text to be printed during the next
25180 |ship_out| operation.  The saved items are stored as a list of capsule tokens.
25181
25182 @<Glob...@>=
25183 pointer last_pending; /* the last token in a list of pending specials */
25184
25185 @ @<Set init...@>=
25186 mp->last_pending=spec_head;
25187
25188 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
25189 case special_command: 
25190   if ( mp->cur_mod==0 ) mp_do_special(mp); else 
25191   if ( mp->cur_mod==1 ) mp_do_mapfile(mp); else 
25192   mp_do_mapline(mp);
25193   break;
25194
25195 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
25196 void mp_do_special (MP mp) ;
25197
25198 @ @c void mp_do_special (MP mp) { 
25199   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
25200   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
25201     @<Complain about improper special operation@>;
25202   } else { 
25203     link(mp->last_pending)=mp_stash_cur_exp(mp);
25204     mp->last_pending=link(mp->last_pending);
25205     link(mp->last_pending)=null;
25206   }
25207 }
25208
25209 @ @<Complain about improper special operation@>=
25210
25211   exp_err("Unsuitable expression");
25212   help1("Only known strings are allowed for output as specials.");
25213   mp_put_get_error(mp);
25214 }
25215
25216 @ @<Print any pending specials@>=
25217 t=link(spec_head);
25218 while ( t!=null ) {
25219   mp_print_str(mp, value(t));
25220   mp_print_ln(mp);
25221   t=link(t);
25222 }
25223 mp_flush_token_list(mp, link(spec_head));
25224 link(spec_head)=null;
25225 mp->last_pending=spec_head
25226
25227 @ We are now ready for the main output procedure.  Note that the |selector|
25228 setting is saved in a global variable so that |begin_diagnostic| can access it.
25229
25230 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25231 void mp_ship_out (MP mp, pointer h) ;
25232
25233
25234 @d gr_type(A)         (A)->_type_field
25235 @d gr_link(A)         (A)->_link_field
25236 @d gr_name_type(A)    (A)->name_type_field
25237 @d gr_path_p(A)       (A)->path_p_field 
25238 @d gr_htap_p(A)       (A)->htap_p_field 
25239 @d gr_pen_p(A)        (A)->pen_p_field 
25240 @d gr_ljoin_val(A)    (A)->ljoin_field
25241 @d gr_lcap_val(A)     (A)->lcap_field
25242 @d gr_dash_scale(A)   (A)->dash_scale_field
25243 @d gr_miterlim_val(A) (A)->miterlim_field
25244 @d gr_pre_script(A)   (A)->pre_script_field
25245 @d gr_post_script(A)  (A)->post_script_field
25246 @d gr_dash_p(A)       (A)->dash_p_field
25247 @d gr_text_p(A)       (A)->text_p_field 
25248 @d gr_font_n(A)       (A)->font_n_field 
25249 @d gr_width_val(A)    (A)->width_field
25250 @d gr_height_val(A)   (A)->height_field
25251 @d gr_depth_val(A)    (A)->depth_field
25252 @d gr_tx_val(A)       (A)->tx_field
25253 @d gr_ty_val(A)       (A)->ty_field
25254 @d gr_txx_val(A)      (A)->txx_field
25255 @d gr_txy_val(A)      (A)->txy_field
25256 @d gr_tyx_val(A)      (A)->tyx_field
25257 @d gr_tyy_val(A)      (A)->tyy_field
25258
25259 @c
25260 void mp_ship_out (MP mp, pointer h) { /* output edge structure |h| */
25261   pointer p; /* the current graphical object */
25262   integer t; /* a temporary value */
25263   font_number f; /* fonts used in a text node or as loop counters */
25264   mp_open_output_file(mp);
25265   mp->non_ps_setting=mp->selector;
25266   mp->selector=ps_file_only;
25267   mp_set_bbox(mp, h, true);
25268   mp_print_initial_comment(mp, minx_val(h),miny_val(h),maxx_val(h),maxy_val(h));
25269   if ( (mp->internal[mp_prologues]==two)||(mp->internal[mp_prologues]==three) ) {
25270     @<Scan all the text nodes and mark the used characters@>;
25271     @<Update encoding names@>;
25272     mp_print_improved_prologue(mp, h);
25273   } else {
25274     @<Scan all the text nodes and set the |font_sizes| lists;
25275      if |internal[mp_prologues]<=0| list the sizes selected by |choose_scale|,
25276      apply |unmark_font| to each font encountered, and call |mark_string|
25277      whenever the size index is zero@>;
25278     mp_print_prologue(mp, h);
25279   }
25280   @<Print any pending specials@>;
25281   {
25282     struct mp_edge_object *hh; /* the first graphical object */
25283     struct mp_graphic_object *hp; /* the current graphical object */
25284     struct mp_graphic_object *hq; /* something |hp| points to  */
25285     hh = mp_xmalloc(mp,1,sizeof(struct mp_edge_object));
25286         hh->body = NULL;
25287         p=link(dummy_loc(h));
25288     while ( p!=null ) { 
25289           hq = mp_new_graphic_object(mp,type(p));
25290       switch (type(p)) {
25291       case mp_fill_code:
25292             gr_pen_p(hq)        = mp_export_knot_list(mp,pen_p(p));
25293         if ((pen_p(p)==null) || pen_is_elliptical(pen_p(p)))  {
25294                   gr_path_p(hq)       = mp_export_knot_list(mp,path_p(p));
25295         } else {
25296               pointer pc, pp;
25297               pc = mp_copy_path(mp, path_p(p));
25298           pp = mp_make_envelope(mp, pc, pen_p(p),ljoin_val(p),0,miterlim_val(p));
25299           gr_path_p(hq)       = mp_export_knot_list(mp,pp);
25300           mp_toss_knot_list(mp, pp);
25301               pc = mp_htap_ypoc(mp, path_p(p));
25302           pp = mp_make_envelope(mp, pc, pen_p(p),ljoin_val(p),0,miterlim_val(p));
25303           gr_htap_p(hq)       = mp_export_knot_list(mp,pp);
25304           mp_toss_knot_list(mp, pp);
25305         }
25306         @<Export object color@>;
25307         @<Export object scripts@>;
25308         gr_ljoin_val(hq)    = ljoin_val(p);
25309         gr_miterlim_val(hq) = miterlim_val(p);
25310             break;
25311       case mp_stroked_code:
25312             gr_pen_p(hq)        = mp_export_knot_list(mp,pen_p(p));
25313         if (pen_is_elliptical(pen_p(p)))  {
25314               gr_path_p(hq)       = mp_export_knot_list(mp,path_p(p));
25315         } else {
25316               pointer pc;
25317           pc=mp_copy_path(mp, path_p(p));
25318           t=lcap_val(p);
25319           if ( left_type(pc)!=mp_endpoint ) { 
25320             left_type(mp_insert_knot(mp, pc,x_coord(pc),y_coord(pc)))=mp_endpoint;
25321             right_type(pc)=mp_endpoint;
25322             pc=link(pc);
25323             t=1;
25324           }
25325           pc=mp_make_envelope(mp,pc,pen_p(p),ljoin_val(p),t,miterlim_val(p));
25326           gr_path_p(hq)       = mp_export_knot_list(mp,pc);
25327           mp_toss_knot_list(mp, pc);
25328         }
25329         @<Export object color@>;
25330         @<Export object scripts@>;
25331         gr_ljoin_val(hq)    = ljoin_val(p);
25332         gr_miterlim_val(hq) = miterlim_val(p);
25333         gr_lcap_val(hq)     = lcap_val(p);
25334         gr_dash_scale(hq)   = dash_scale(p);
25335         gr_dash_p(hq)       = mp_export_dashes(mp,dash_p(p));
25336             break;
25337       case mp_text_code:
25338             gr_text_p(hq)       = str(text_p(p));
25339             gr_font_n(hq)       = font_n(p);
25340         @<Export object color@>;
25341         @<Export object scripts@>;
25342         gr_width_val(hq)    = width_val(p);
25343         gr_height_val(hq)   = height_val(p);
25344         gr_depth_val(hq)    = depth_val(p);
25345         gr_tx_val(hq)       = tx_val(p);
25346         gr_ty_val(hq)       = ty_val(p);
25347         gr_txx_val(hq)      = txx_val(p);
25348         gr_txy_val(hq)      = txy_val(p);
25349         gr_tyx_val(hq)      = tyx_val(p);
25350         gr_tyy_val(hq)      = tyy_val(p);
25351             break;
25352       case mp_start_clip_code: 
25353       case mp_start_bounds_code:
25354             gr_path_p(hq) = mp_export_knot_list(mp,path_p(p));
25355             break;
25356       case mp_stop_clip_code: 
25357       case mp_stop_bounds_code:
25358         /* nothing to do here */
25359             break;
25360       } 
25361       if (hh->body==NULL) { 
25362          hh->body=hq; hp = hq; 
25363       } else {
25364         gr_link(hp) = hq;
25365         hp = gr_link(hp);
25366       }
25367       p=link(p);
25368     }
25369     mp_gr_ship_out (mp, hh->body);
25370     mp_xfree(hh);
25371   }
25372   fclose(mp->ps_file);
25373   mp->selector=mp->non_ps_setting;
25374   if ( mp->internal[mp_prologues]<=0 ) mp_clear_sizes(mp);
25375   @<End progress report@>;
25376   if ( mp->internal[mp_tracing_output]>0 ) 
25377    mp_print_edges(mp, h," (just shipped out)",true);
25378 }
25379
25380
25381 @d gr_color_model(A)  (A)->color_model_field
25382 @d gr_red_val(A)      (A)->color_field.rgb._red_val
25383 @d gr_green_val(A)    (A)->color_field.rgb._green_val
25384 @d gr_blue_val(A)     (A)->color_field.rgb._blue_val
25385 @d gr_cyan_val(A)     (A)->color_field.cmyk._cyan_val
25386 @d gr_magenta_val(A)  (A)->color_field.cmyk._magenta_val
25387 @d gr_yellow_val(A)   (A)->color_field.cmyk._yellow_val
25388 @d gr_black_val(A)    (A)->color_field.cmyk._black_val
25389 @d gr_grey_val(A)     (A)->color_field.grey._grey_val
25390
25391 @<Export object color@>=
25392 gr_color_model(hq)  = color_model(p);
25393 gr_cyan_val(hq)     = cyan_val(p);
25394 gr_magenta_val(hq)  = magenta_val(p);
25395 gr_yellow_val(hq)   = yellow_val(p);
25396 gr_black_val(hq)    = black_val(p);
25397 gr_red_val(hq)      = red_val(p);
25398 gr_green_val(hq)    = green_val(p);
25399 gr_blue_val(hq)     = blue_val(p);
25400 gr_grey_val(hq)     = grey_val(p)
25401
25402
25403 @ @<Export object scripts@>=
25404 if (pre_script(p)!=null)
25405   gr_pre_script(hq)   = str(pre_script(p));
25406 if (post_script(p)!=null)
25407   gr_post_script(hq)  = str(post_script(p));
25408
25409 @ @<Internal library declarations@>=
25410 void mp_apply_mark_string_chars(MP mp, pointer h, int next_size);
25411
25412 @ @c
25413 void mp_apply_mark_string_chars(MP mp, pointer h, int next_size) {
25414   pointer p;
25415   p=link(dummy_loc(h));
25416   while ( p!=null ) {
25417     if ( type(p)==mp_text_code )
25418       if ( font_n(p)!=null_font )
25419         if ( name_type(p)==next_size )
25420           mp_mark_string_chars(mp, font_n(p),text_p(p));
25421     p=link(p);
25422   }
25423 }
25424
25425 @ @<Scan all the text nodes and mark the used ...@>=
25426 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25427   if ( mp->font_sizes[f]!=null ) {
25428     mp_unmark_font(mp, f);
25429     mp->font_sizes[f]=null;
25430   }
25431 }
25432 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25433   p=link(dummy_loc(h));
25434   while ( p!=null ) {
25435     if ( type(p)==mp_text_code ) {
25436       if ( font_n(p)!=null_font ) {
25437         mp->font_sizes[font_n(p)] = mp_void;
25438         mp_mark_string_chars(mp, font_n(p),text_p(p));
25439         if ( mp_has_fm_entry(mp,font_n(p),NULL) )
25440           mp->font_ps_name[font_n(p)] = mp_fm_font_name(mp,font_n(p));
25441       }
25442     }
25443     p=link(p);
25444   }
25445 }
25446
25447 @ @<Update encoding names@>=
25448 mp_reload_encodings(mp);
25449 p=link(dummy_loc(h));
25450 while ( p!=null ) {
25451   if ( type(p)==mp_text_code )
25452     if ( font_n(p)!=null_font )
25453       if ( mp_has_fm_entry(mp,font_n(p),NULL) )
25454         if ( mp->font_enc_name[font_n(p)]==NULL )
25455           mp->font_enc_name[font_n(p)] = mp_fm_encoding_name(mp,font_n(p));
25456   p=link(p);
25457 }
25458
25459
25460 @ @<Scan all the text nodes and set the |font_sizes| lists;...@>=
25461 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) 
25462   mp->font_sizes[f]=null;
25463 p=link(dummy_loc(h));
25464 while ( p!=null ) {
25465   if ( type(p)==mp_text_code ) {
25466     if ( font_n(p)!=null_font ) {
25467       f=font_n(p);
25468       if ( mp->internal[mp_prologues]>0 ) {
25469         mp->font_sizes[f]=mp_void;
25470       } else { 
25471         if ( mp->font_sizes[f]==null )
25472           mp_unmark_font(mp, f);
25473         name_type(p)=mp_size_index(mp, f,mp_choose_scale(mp, p));
25474         if ( name_type(p)==0 )
25475           mp_mark_string_chars(mp, f,text_p(p));
25476       }
25477     }
25478   }
25479   p=link(p);
25480 }
25481
25482 @ Now that we've finished |ship_out|, let's look at the other commands
25483 by which a user can send things to the \.{GF} file.
25484
25485 @ @<Determine if a character has been shipped out@>=
25486
25487   mp->cur_exp=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp) % 256;
25488   if ( mp->cur_exp<0 ) mp->cur_exp=mp->cur_exp+256;
25489   boolean_reset(mp->char_exists[mp->cur_exp]);
25490   mp->cur_type=mp_boolean_type;
25491 }
25492
25493 @ @<Glob...@>=
25494 psout_data ps;
25495
25496 @ @<Allocate or initialize ...@>=
25497 mp_backend_initialize(mp);
25498
25499 @ @<Dealloc...@>=
25500 mp_backend_free(mp);
25501
25502
25503 @* \[45] Dumping and undumping the tables.
25504 After \.{INIMP} has seen a collection of macros, it
25505 can write all the necessary information on an auxiliary file so
25506 that production versions of \MP\ are able to initialize their
25507 memory at high speed. The present section of the program takes
25508 care of such output and input. We shall consider simultaneously
25509 the processes of storing and restoring,
25510 so that the inverse relation between them is clear.
25511 @.INIMP@>
25512
25513 The global variable |mem_ident| is a string that is printed right
25514 after the |banner| line when \MP\ is ready to start. For \.{INIMP} this
25515 string says simply `\.{(INIMP)}'; for other versions of \MP\ it says,
25516 for example, `\.{(mem=plain 90.4.14)}', showing the year,
25517 month, and day that the mem file was created. We have |mem_ident=0|
25518 before \MP's tables are loaded.
25519
25520 @<Glob...@>=
25521 char * mem_ident;
25522
25523 @ @<Set init...@>=
25524 mp->mem_ident=NULL;
25525
25526 @ @<Initialize table entries...@>=
25527 mp->mem_ident=xstrdup(" (INIMP)");
25528
25529 @ @<Declare act...@>=
25530 void mp_store_mem_file (MP mp) ;
25531
25532 @ @c void mp_store_mem_file (MP mp) {
25533   integer k;  /* all-purpose index */
25534   pointer p,q; /* all-purpose pointers */
25535   integer x; /* something to dump */
25536   four_quarters w; /* four ASCII codes */
25537   memory_word WW;
25538   @<Create the |mem_ident|, open the mem file,
25539     and inform the user that dumping has begun@>;
25540   @<Dump constants for consistency check@>;
25541   @<Dump the string pool@>;
25542   @<Dump the dynamic memory@>;
25543   @<Dump the table of equivalents and the hash table@>;
25544   @<Dump a few more things and the closing check word@>;
25545   @<Close the mem file@>;
25546 }
25547
25548 @ Corresponding to the procedure that dumps a mem file, we also have a function
25549 that reads~one~in. The function returns |false| if the dumped mem is
25550 incompatible with the present \MP\ table sizes, etc.
25551
25552 @d off_base 6666 /* go here if the mem file is unacceptable */
25553 @d too_small(A) { wake_up_terminal;
25554   wterm_ln("---! Must increase the "); wterm((A));
25555 @.Must increase the x@>
25556   goto OFF_BASE;
25557   }
25558
25559 @c 
25560 boolean mp_load_mem_file (MP mp) {
25561   integer k; /* all-purpose index */
25562   pointer p,q; /* all-purpose pointers */
25563   integer x; /* something undumped */
25564   str_number s; /* some temporary string */
25565   four_quarters w; /* four ASCII codes */
25566   memory_word WW;
25567   @<Undump constants for consistency check@>;
25568   @<Undump the string pool@>;
25569   @<Undump the dynamic memory@>;
25570   @<Undump the table of equivalents and the hash table@>;
25571   @<Undump a few more things and the closing check word@>;
25572   return true; /* it worked! */
25573 OFF_BASE: 
25574   wake_up_terminal;
25575   wterm_ln("(Fatal mem file error; I'm stymied)\n");
25576 @.Fatal mem file error@>
25577    return false;
25578 }
25579
25580 @ @<Declarations@>=
25581 boolean mp_load_mem_file (MP mp) ;
25582
25583 @ Mem files consist of |memory_word| items, and we use the following
25584 macros to dump words of different types:
25585
25586 @d dump_wd(A)   { WW=(A);       fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
25587 @d dump_int(A)  { int cint=(A); fwrite(&cint,sizeof(cint),1,mp->mem_file); }
25588 @d dump_hh(A)   { WW.hh=(A);    fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
25589 @d dump_qqqq(A) { WW.qqqq=(A);  fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
25590 @d dump_string(A) { dump_int(strlen(A)+1);
25591                     fwrite(A,strlen(A)+1,1,mp->mem_file); }
25592
25593 @<Glob...@>=
25594 FILE * mem_file; /* for input or output of mem information */
25595
25596 @ The inverse macros are slightly more complicated, since we need to check
25597 the range of the values we are reading in. We say `|undump(a)(b)(x)|' to
25598 read an integer value |x| that is supposed to be in the range |a<=x<=b|.
25599
25600 @d undump_wd(A)   { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); A=WW; }
25601 @d undump_int(A)  { int cint; fread(&cint,sizeof(cint),1,mp->mem_file); A=cint; }
25602 @d undump_hh(A)   { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); A=WW.hh; }
25603 @d undump_qqqq(A) { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); A=WW.qqqq; }
25604 @d undump_strings(A,B,C) { 
25605    undump_int(x); if ( (x<(A)) || (x>(B)) ) goto OFF_BASE; else C=str(x); }
25606 @d undump(A,B,C) { undump_int(x); if ( (x<(A)) || (x>(int)(B)) ) goto OFF_BASE; else C=x; }
25607 @d undump_size(A,B,C,D) { undump_int(x);
25608                           if (x<(A)) goto OFF_BASE; 
25609                           if (x>(B)) { too_small((C)); } else { D=x;} }
25610 @d undump_string(A) { integer XX=0; undump_int(XX);
25611                       A = xmalloc(XX,sizeof(char));
25612                       fread(A,XX,1,mp->mem_file); }
25613
25614 @ The next few sections of the program should make it clear how we use the
25615 dump/undump macros.
25616
25617 @<Dump constants for consistency check@>=
25618 dump_int(mp->mem_top);
25619 dump_int(mp->hash_size);
25620 dump_int(mp->hash_prime)
25621 dump_int(mp->param_size);
25622 dump_int(mp->max_in_open);
25623
25624 @ Sections of a \.{WEB} program that are ``commented out'' still contribute
25625 strings to the string pool; therefore \.{INIMP} and \MP\ will have
25626 the same strings. (And it is, of course, a good thing that they do.)
25627 @.WEB@>
25628 @^string pool@>
25629
25630 @<Undump constants for consistency check@>=
25631 undump_int(x); mp->mem_top = x;
25632 undump_int(x); if (mp->hash_size != x) goto OFF_BASE;
25633 undump_int(x); if (mp->hash_prime != x) goto OFF_BASE;
25634 undump_int(x); if (mp->param_size != x) goto OFF_BASE;
25635 undump_int(x); if (mp->max_in_open != x) goto OFF_BASE
25636
25637 @ We do string pool compaction to avoid dumping unused strings.
25638
25639 @d dump_four_ASCII 
25640   w.b0=qi(mp->str_pool[k]); w.b1=qi(mp->str_pool[k+1]);
25641   w.b2=qi(mp->str_pool[k+2]); w.b3=qi(mp->str_pool[k+3]);
25642   dump_qqqq(w)
25643
25644 @<Dump the string pool@>=
25645 mp_do_compaction(mp, mp->pool_size);
25646 dump_int(mp->pool_ptr);
25647 dump_int(mp->max_str_ptr);
25648 dump_int(mp->str_ptr);
25649 k=0;
25650 while ( (mp->next_str[k]==k+1) && (k<=mp->max_str_ptr) ) 
25651   incr(k);
25652 dump_int(k);
25653 while ( k<=mp->max_str_ptr ) { 
25654   dump_int(mp->next_str[k]); incr(k);
25655 }
25656 k=0;
25657 while (1)  { 
25658   dump_int(mp->str_start[k]); /* TODO: valgrind warning here */
25659   if ( k==mp->str_ptr ) {
25660     break;
25661   } else { 
25662     k=mp->next_str[k]; 
25663   }
25664 };
25665 k=0;
25666 while (k+4<mp->pool_ptr ) { 
25667   dump_four_ASCII; k=k+4; 
25668 }
25669 k=mp->pool_ptr-4; dump_four_ASCII;
25670 mp_print_ln(mp); mp_print(mp, "at most "); mp_print_int(mp, mp->max_str_ptr);
25671 mp_print(mp, " strings of total length ");
25672 mp_print_int(mp, mp->pool_ptr)
25673
25674 @ @d undump_four_ASCII 
25675   undump_qqqq(w);
25676   mp->str_pool[k]=qo(w.b0); mp->str_pool[k+1]=qo(w.b1);
25677   mp->str_pool[k+2]=qo(w.b2); mp->str_pool[k+3]=qo(w.b3)
25678
25679 @<Undump the string pool@>=
25680 undump_int(mp->pool_ptr);
25681 mp_reallocate_pool(mp, mp->pool_ptr) ;
25682 undump_int(mp->max_str_ptr);
25683 mp_reallocate_strings (mp,mp->max_str_ptr) ;
25684 undump(0,mp->max_str_ptr,mp->str_ptr);
25685 undump(0,mp->max_str_ptr+1,s);
25686 for (k=0;k<=s-1;k++) 
25687   mp->next_str[k]=k+1;
25688 for (k=s;k<=mp->max_str_ptr;k++) 
25689   undump(s+1,mp->max_str_ptr+1,mp->next_str[k]);
25690 mp->fixed_str_use=0;
25691 k=0;
25692 while (1) { 
25693   undump(0,mp->pool_ptr,mp->str_start[k]);
25694   if ( k==mp->str_ptr ) break;
25695   mp->str_ref[k]=max_str_ref;
25696   incr(mp->fixed_str_use);
25697   mp->last_fixed_str=k; k=mp->next_str[k];
25698 }
25699 k=0;
25700 while ( k+4<mp->pool_ptr ) { 
25701   undump_four_ASCII; k=k+4;
25702 }
25703 k=mp->pool_ptr-4; undump_four_ASCII;
25704 mp->init_str_use=mp->fixed_str_use; mp->init_pool_ptr=mp->pool_ptr;
25705 mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr;
25706 mp->strs_used_up=mp->fixed_str_use;
25707 mp->pool_in_use=mp->str_start[mp->str_ptr]; mp->strs_in_use=mp->fixed_str_use;
25708 mp->max_pl_used=mp->pool_in_use; mp->max_strs_used=mp->strs_in_use;
25709 mp->pact_count=0; mp->pact_chars=0; mp->pact_strs=0;
25710
25711 @ By sorting the list of available spaces in the variable-size portion of
25712 |mem|, we are usually able to get by without having to dump very much
25713 of the dynamic memory.
25714
25715 We recompute |var_used| and |dyn_used|, so that \.{INIMP} dumps valid
25716 information even when it has not been gathering statistics.
25717
25718 @<Dump the dynamic memory@>=
25719 mp_sort_avail(mp); mp->var_used=0;
25720 dump_int(mp->lo_mem_max); dump_int(mp->rover);
25721 p=0; q=mp->rover; x=0;
25722 do {  
25723   for (k=p;k<= q+1;k++) 
25724     dump_wd(mp->mem[k]);
25725   x=x+q+2-p; mp->var_used=mp->var_used+q-p;
25726   p=q+node_size(q); q=rlink(q);
25727 } while (q!=mp->rover);
25728 mp->var_used=mp->var_used+mp->lo_mem_max-p; 
25729 mp->dyn_used=mp->mem_end+1-mp->hi_mem_min;
25730 for (k=p;k<= mp->lo_mem_max;k++ ) 
25731   dump_wd(mp->mem[k]);
25732 x=x+mp->lo_mem_max+1-p;
25733 dump_int(mp->hi_mem_min); dump_int(mp->avail);
25734 for (k=mp->hi_mem_min;k<=mp->mem_end;k++ ) 
25735   dump_wd(mp->mem[k]);
25736 x=x+mp->mem_end+1-mp->hi_mem_min;
25737 p=mp->avail;
25738 while ( p!=null ) { 
25739   decr(mp->dyn_used); p=link(p);
25740 }
25741 dump_int(mp->var_used); dump_int(mp->dyn_used);
25742 mp_print_ln(mp); mp_print_int(mp, x);
25743 mp_print(mp, " memory locations dumped; current usage is ");
25744 mp_print_int(mp, mp->var_used); mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->dyn_used)
25745
25746 @ @<Undump the dynamic memory@>=
25747 undump(lo_mem_stat_max+1000,hi_mem_stat_min-1,mp->lo_mem_max);
25748 undump(lo_mem_stat_max+1,mp->lo_mem_max,mp->rover);
25749 p=0; q=mp->rover;
25750 do {  
25751   for (k=p;k<= q+1; k++) 
25752     undump_wd(mp->mem[k]);
25753   p=q+node_size(q);
25754   if ( (p>mp->lo_mem_max)||((q>=rlink(q))&&(rlink(q)!=mp->rover)) ) 
25755     goto OFF_BASE;
25756   q=rlink(q);
25757 } while (q!=mp->rover);
25758 for (k=p;k<=mp->lo_mem_max;k++ ) 
25759   undump_wd(mp->mem[k]);
25760 undump(mp->lo_mem_max+1,hi_mem_stat_min,mp->hi_mem_min);
25761 undump(null,mp->mem_top,mp->avail); mp->mem_end=mp->mem_top;
25762 for (k=mp->hi_mem_min;k<= mp->mem_end;k++) 
25763   undump_wd(mp->mem[k]);
25764 undump_int(mp->var_used); undump_int(mp->dyn_used)
25765
25766 @ A different scheme is used to compress the hash table, since its lower region
25767 is usually sparse. When |text(p)<>0| for |p<=hash_used|, we output three
25768 words: |p|, |hash[p]|, and |eqtb[p]|. The hash table is, of course, densely
25769 packed for |p>=hash_used|, so the remaining entries are output in~a~block.
25770
25771 @<Dump the table of equivalents and the hash table@>=
25772 dump_int(mp->hash_used); 
25773 mp->st_count=frozen_inaccessible-1-mp->hash_used;
25774 for (p=1;p<=mp->hash_used;p++) {
25775   if ( text(p)!=0 ) {
25776      dump_int(p); dump_hh(mp->hash[p]); dump_hh(mp->eqtb[p]); incr(mp->st_count);
25777   }
25778 }
25779 for (p=mp->hash_used+1;p<=(int)hash_end;p++) {
25780   dump_hh(mp->hash[p]); dump_hh(mp->eqtb[p]);
25781 }
25782 dump_int(mp->st_count);
25783 mp_print_ln(mp); mp_print_int(mp, mp->st_count); mp_print(mp, " symbolic tokens")
25784
25785 @ @<Undump the table of equivalents and the hash table@>=
25786 undump(1,frozen_inaccessible,mp->hash_used); 
25787 p=0;
25788 do {  
25789   undump(p+1,mp->hash_used,p); 
25790   undump_hh(mp->hash[p]); undump_hh(mp->eqtb[p]);
25791 } while (p!=mp->hash_used);
25792 for (p=mp->hash_used+1;p<=(int)hash_end;p++ )  { 
25793   undump_hh(mp->hash[p]); undump_hh(mp->eqtb[p]);
25794 }
25795 undump_int(mp->st_count)
25796
25797 @ We have already printed a lot of statistics, so we set |mp_tracing_stats:=0|
25798 to prevent them appearing again.
25799
25800 @<Dump a few more things and the closing check word@>=
25801 dump_int(mp->max_internal);
25802 dump_int(mp->int_ptr);
25803 for (k=1;k<= mp->int_ptr;k++ ) { 
25804   dump_int(mp->internal[k]); 
25805   dump_string(mp->int_name[k]);
25806 }
25807 dump_int(mp->start_sym); 
25808 dump_int(mp->interaction); 
25809 dump_string(mp->mem_ident);
25810 dump_int(mp->bg_loc); dump_int(mp->eg_loc); dump_int(mp->serial_no); dump_int(69073);
25811 mp->internal[mp_tracing_stats]=0
25812
25813 @ @<Undump a few more things and the closing check word@>=
25814 undump_int(x);
25815 if (x>mp->max_internal) mp_grow_internals(mp,x);
25816 undump_int(mp->int_ptr);
25817 for (k=1;k<= mp->int_ptr;k++) { 
25818   undump_int(mp->internal[k]);
25819   undump_string(mp->int_name[k]);
25820 }
25821 undump(0,frozen_inaccessible,mp->start_sym);
25822 if (mp->interaction==mp_unspecified_mode) {
25823   undump(mp_unspecified_mode,mp_error_stop_mode,mp->interaction);
25824 } else {
25825   undump(mp_unspecified_mode,mp_error_stop_mode,x);
25826 }
25827 undump_string(mp->mem_ident);
25828 undump(1,hash_end,mp->bg_loc);
25829 undump(1,hash_end,mp->eg_loc);
25830 undump_int(mp->serial_no);
25831 undump_int(x); 
25832 if ( (x!=69073)|| feof(mp->mem_file) ) goto OFF_BASE
25833
25834 @ @<Create the |mem_ident|...@>=
25835
25836   xfree(mp->mem_ident);
25837   mp->mem_ident = xmalloc(256,1);
25838   snprintf(mp->mem_ident,256," (mem=%s %i.%i.%i)", 
25839            mp->job_name,
25840            (int)(mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_year]) % 100),
25841            (int)mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_month]),
25842            (int)mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_day]));
25843   mp_pack_job_name(mp, mem_extension);
25844   while (! mp_w_open_out(mp, &mp->mem_file) )
25845     mp_prompt_file_name(mp, "mem file name", mem_extension);
25846   mp_print_nl(mp, "Beginning to dump on file ");
25847 @.Beginning to dump...@>
25848   mp_print(mp, mp->name_of_file); 
25849   mp_print_nl(mp, mp->mem_ident);
25850 }
25851
25852 @ @<Dealloc variables@>=
25853 xfree(mp->mem_ident);
25854
25855 @ @<Close the mem file@>=
25856 fclose(mp->mem_file)
25857
25858 @* \[46] The main program.
25859 This is it: the part of \MP\ that executes all those procedures we have
25860 written.
25861
25862 Well---almost. We haven't put the parsing subroutines into the
25863 program yet; and we'd better leave space for a few more routines that may
25864 have been forgotten.
25865
25866 @c @<Declare the basic parsing subroutines@>;
25867 @<Declare miscellaneous procedures that were declared |forward|@>;
25868 @<Last-minute procedures@>
25869
25870 @ We've noted that there are two versions of \MP. One, called \.{INIMP},
25871 @.INIMP@>
25872 has to be run first; it initializes everything from scratch, without
25873 reading a mem file, and it has the capability of dumping a mem file.
25874 The other one is called `\.{VIRMP}'; it is a ``virgin'' program that needs
25875 @.VIRMP@>
25876 to input a mem file in order to get started. \.{VIRMP} typically has
25877 a bit more memory capacity than \.{INIMP}, because it does not need the
25878 space consumed by the dumping/undumping routines and the numerous calls on
25879 |primitive|, etc.
25880
25881 The \.{VIRMP} program cannot read a mem file instantaneously, of course;
25882 the best implementations therefore allow for production versions of \MP\ that
25883 not only avoid the loading routine for \PASCAL\ object code, they also have
25884 a mem file pre-loaded. 
25885
25886 @<Glob...@>=
25887 boolean ini_version; /* are we iniMP? */
25888
25889 @ @<Option variables@>=
25890 int ini_version; /* are we iniMP? */
25891
25892 @ @<Set |ini_version|@>=
25893 mp->ini_version = (opt->ini_version ? true : false);
25894
25895 @ Here we do whatever is needed to complete \MP's job gracefully on the
25896 local operating system. The code here might come into play after a fatal
25897 error; it must therefore consist entirely of ``safe'' operations that
25898 cannot produce error messages. For example, it would be a mistake to call
25899 |str_room| or |make_string| at this time, because a call on |overflow|
25900 might lead to an infinite loop.
25901 @^system dependencies@>
25902
25903 This program doesn't bother to close the input files that may still be open.
25904
25905 @<Last-minute...@>=
25906 void mp_close_files_and_terminate (MP mp) {
25907   integer k; /* all-purpose index */
25908   integer LH; /* the length of the \.{TFM} header, in words */
25909   int lk_offset; /* extra words inserted at beginning of |lig_kern| array */
25910   pointer p; /* runs through a list of \.{TFM} dimensions */
25911   @<Close all open files in the |rd_file| and |wr_file| arrays@>;
25912   if ( mp->internal[mp_tracing_stats]>0 )
25913     @<Output statistics about this job@>;
25914   wake_up_terminal; 
25915   @<Do all the finishing work on the \.{TFM} file@>;
25916   @<Explain what output files were written@>;
25917   if ( mp->log_opened ){ 
25918     wlog_cr;
25919     fclose(mp->log_file); mp->selector=mp->selector-2;
25920     if ( mp->selector==term_only ) {
25921       mp_print_nl(mp, "Transcript written on ");
25922 @.Transcript written...@>
25923       mp_print(mp, mp->log_name); mp_print_char(mp, '.');
25924     }
25925   }
25926   mp_print_ln(mp);
25927 }
25928
25929 @ @<Declarations@>=
25930 void mp_close_files_and_terminate (MP mp) ;
25931
25932 @ @<Close all open files in the |rd_file| and |wr_file| arrays@>=
25933 if (mp->rd_fname!=NULL) {
25934   for (k=0;k<=(int)mp->read_files-1;k++ ) {
25935     if ( mp->rd_fname[k]!=NULL ) {
25936       fclose(mp->rd_file[k]);
25937    }
25938  }
25939 }
25940 if (mp->wr_fname!=NULL) {
25941   for (k=0;k<=(int)mp->write_files-1;k++) {
25942     if ( mp->wr_fname[k]!=NULL ) {
25943      fclose(mp->wr_file[k]);
25944     }
25945   }
25946 }
25947
25948 @ @<Dealloc ...@>=
25949 for (k=0;k<(int)mp->max_read_files;k++ ) {
25950   if ( mp->rd_fname[k]!=NULL ) {
25951     fclose(mp->rd_file[k]);
25952     mp_xfree(mp->rd_fname[k]); 
25953   }
25954 }
25955 mp_xfree(mp->rd_file);
25956 mp_xfree(mp->rd_fname);
25957 for (k=0;k<(int)mp->max_write_files;k++) {
25958   if ( mp->wr_fname[k]!=NULL ) {
25959     fclose(mp->wr_file[k]);
25960     mp_xfree(mp->wr_fname[k]); 
25961   }
25962 }
25963 mp_xfree(mp->wr_file);
25964 mp_xfree(mp->wr_fname);
25965
25966
25967 @ We want to produce a \.{TFM} file if and only if |mp_fontmaking| is positive.
25968
25969 We reclaim all of the variable-size memory at this point, so that
25970 there is no chance of another memory overflow after the memory capacity
25971 has already been exceeded.
25972
25973 @<Do all the finishing work on the \.{TFM} file@>=
25974 if ( mp->internal[mp_fontmaking]>0 ) {
25975   @<Make the dynamic memory into one big available node@>;
25976   @<Massage the \.{TFM} widths@>;
25977   mp_fix_design_size(mp); mp_fix_check_sum(mp);
25978   @<Massage the \.{TFM} heights, depths, and italic corrections@>;
25979   mp->internal[mp_fontmaking]=0; /* avoid loop in case of fatal error */
25980   @<Finish the \.{TFM} file@>;
25981 }
25982
25983 @ @<Make the dynamic memory into one big available node@>=
25984 mp->rover=lo_mem_stat_max+1; link(mp->rover)=empty_flag; mp->lo_mem_max=mp->hi_mem_min-1;
25985 if ( mp->lo_mem_max-mp->rover>max_halfword ) mp->lo_mem_max=max_halfword+mp->rover;
25986 node_size(mp->rover)=mp->lo_mem_max-mp->rover; 
25987 llink(mp->rover)=mp->rover; rlink(mp->rover)=mp->rover;
25988 link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null
25989
25990 @ The present section goes directly to the log file instead of using
25991 |print| commands, because there's no need for these strings to take
25992 up |str_pool| memory when a non-{\bf stat} version of \MP\ is being used.
25993
25994 @<Output statistics...@>=
25995 if ( mp->log_opened ) { 
25996   char s[128];
25997   wlog_ln(" ");
25998   wlog_ln("Here is how much of MetaPost's memory you used:");
25999 @.Here is how much...@>
26000   snprintf(s,128," %i string%s out of %i",(int)mp->max_strs_used-mp->init_str_use,
26001           (mp->max_strs_used!=mp->init_str_use+1 ? "s" : ""),
26002           (int)(mp->max_strings-1-mp->init_str_use));
26003   wlog_ln(s);
26004   snprintf(s,128," %i string characters out of %i",
26005            (int)mp->max_pl_used-mp->init_pool_ptr,
26006            (int)mp->pool_size-mp->init_pool_ptr);
26007   wlog_ln(s);
26008   snprintf(s,128," %i words of memory out of %i",
26009            (int)mp->lo_mem_max+mp->mem_end-mp->hi_mem_min+2,
26010            (int)mp->mem_end+1);
26011   wlog_ln(s);
26012   snprintf(s,128," %i symbolic tokens out of %i", (int)mp->st_count, (int)mp->hash_size);
26013   wlog_ln(s);
26014   snprintf(s,128," %ii, %in, %ip, %ib stack positions out of %ii, %in, %ip, %ib",
26015            (int)mp->max_in_stack,(int)mp->int_ptr,
26016            (int)mp->max_param_stack,(int)mp->max_buf_stack+1,
26017            (int)mp->stack_size,(int)mp->max_internal,(int)mp->param_size,(int)mp->buf_size);
26018   wlog_ln(s);
26019   snprintf(s,128," %i string compactions (moved %i characters, %i strings)",
26020           (int)mp->pact_count,(int)mp->pact_chars,(int)mp->pact_strs);
26021   wlog_ln(s);
26022 }
26023
26024 @ We get to the |final_cleanup| routine when \&{end} or \&{dump} has
26025 been scanned.
26026
26027 @<Last-minute...@>=
26028 void mp_final_cleanup (MP mp) {
26029   small_number c; /* 0 for \&{end}, 1 for \&{dump} */
26030   c=mp->cur_mod;
26031   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
26032   while ( mp->input_ptr>0 ) {
26033     if ( token_state ) mp_end_token_list(mp);
26034     else  mp_end_file_reading(mp);
26035   }
26036   while ( mp->loop_ptr!=null ) mp_stop_iteration(mp);
26037   while ( mp->open_parens>0 ) { 
26038     mp_print(mp, " )"); decr(mp->open_parens);
26039   };
26040   while ( mp->cond_ptr!=null ) {
26041     mp_print_nl(mp, "(end occurred when ");
26042 @.end occurred...@>
26043     mp_print_cmd_mod(mp, fi_or_else,mp->cur_if);
26044     /* `\.{if}' or `\.{elseif}' or `\.{else}' */
26045     if ( mp->if_line!=0 ) {
26046       mp_print(mp, " on line "); mp_print_int(mp, mp->if_line);
26047     }
26048     mp_print(mp, " was incomplete)");
26049     mp->if_line=if_line_field(mp->cond_ptr);
26050     mp->cur_if=name_type(mp->cond_ptr); mp->cond_ptr=link(mp->cond_ptr);
26051   }
26052   if ( mp->history!=mp_spotless )
26053     if ( ((mp->history==mp_warning_issued)||(mp->interaction<mp_error_stop_mode)) )
26054       if ( mp->selector==term_and_log ) {
26055     mp->selector=term_only;
26056     mp_print_nl(mp, "(see the transcript file for additional information)");
26057 @.see the transcript file...@>
26058     mp->selector=term_and_log;
26059   }
26060   if ( c==1 ) {
26061     if (mp->ini_version) {
26062       mp_store_mem_file(mp); return;
26063     }
26064     mp_print_nl(mp, "(dump is performed only by INIMP)"); return;
26065 @.dump...only by INIMP@>
26066   }
26067 }
26068
26069 @ @<Declarations@>=
26070 void mp_final_cleanup (MP mp) ;
26071 void mp_init_prim (MP mp) ;
26072 void mp_init_tab (MP mp) ;
26073
26074 @ @<Last-minute...@>=
26075 void mp_init_prim (MP mp) { /* initialize all the primitives */
26076   @<Put each...@>;
26077 }
26078 @#
26079 void mp_init_tab (MP mp) { /* initialize other tables */
26080   integer k; /* all-purpose index */
26081   @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>;
26082 }
26083
26084
26085 @ When we begin the following code, \MP's tables may still contain garbage;
26086 the strings might not even be present. Thus we must proceed cautiously to get
26087 bootstrapped in.
26088
26089 But when we finish this part of the program, \MP\ is ready to call on the
26090 |main_control| routine to do its work.
26091
26092 @<Get the first line...@>=
26093
26094   @<Initialize the input routines@>;
26095   if ( (mp->mem_ident==NULL)||(mp->buffer[loc]=='&') ) {
26096     if ( mp->mem_ident!=NULL ) {
26097       mp_do_initialize(mp); /* erase preloaded mem */
26098     }
26099     if ( ! mp_open_mem_file(mp) ) return mp_fatal_error_stop;
26100     if ( ! mp_load_mem_file(mp) ) {
26101       fclose( mp->mem_file); return mp_fatal_error_stop;
26102     }
26103     fclose( mp->mem_file);
26104     while ( (loc<limit)&&(mp->buffer[loc]==' ') ) incr(loc);
26105   }
26106   mp->buffer[limit]='%';
26107   mp_fix_date_and_time(mp);
26108   mp->sys_random_seed = (scaled)(mp->get_random_seed)(mp);
26109   mp_init_randoms(mp, mp->sys_random_seed);
26110   @<Initialize the print |selector|...@>;
26111   if ( loc<limit ) if ( mp->buffer[loc]!='\\' ) 
26112     mp_start_input(mp); /* \&{input} assumed */
26113 }
26114
26115 @ @<Run inimpost commands@>=
26116 {
26117   mp_get_strings_started(mp);
26118   mp_init_tab(mp); /* initialize the tables */
26119   mp_init_prim(mp); /* call |primitive| for each primitive */
26120   mp->init_str_use=mp->str_ptr; mp->init_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26121   mp->max_str_ptr=mp->str_ptr; mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26122   mp_fix_date_and_time(mp);
26123 }
26124
26125
26126 @* \[47] Debugging.
26127 Once \MP\ is working, you should be able to diagnose most errors with
26128 the \.{show} commands and other diagnostic features. But for the initial
26129 stages of debugging, and for the revelation of really deep mysteries, you
26130 can compile \MP\ with a few more aids, including the \PASCAL\ runtime
26131 checks and its debugger. An additional routine called |debug_help|
26132 will also come into play when you type `\.D' after an error message;
26133 |debug_help| also occurs just before a fatal error causes \MP\ to succumb.
26134 @^debugging@>
26135 @^system dependencies@>
26136
26137 The interface to |debug_help| is primitive, but it is good enough when used
26138 with a \PASCAL\ debugger that allows you to set breakpoints and to read
26139 variables and change their values. After getting the prompt `\.{debug \#}', you
26140 type either a negative number (this exits |debug_help|), or zero (this
26141 goes to a location where you can set a breakpoint, thereby entering into
26142 dialog with the \PASCAL\ debugger), or a positive number |m| followed by
26143 an argument |n|. The meaning of |m| and |n| will be clear from the
26144 program below. (If |m=13|, there is an additional argument, |l|.)
26145 @.debug \#@>
26146
26147 @<Last-minute...@>=
26148 void mp_debug_help (MP mp) { /* routine to display various things */
26149   integer k;
26150   int l,m,n;
26151   while (1) { 
26152     wake_up_terminal;
26153     mp_print_nl(mp, "debug # (-1 to exit):"); update_terminal;
26154 @.debug \#@>
26155     m = 0;
26156     fscanf(mp->term_in,"%i",&m);
26157     if ( m<=0 )
26158       return;
26159     n = 0 ;
26160     fscanf(mp->term_in,"%i",&n);
26161     switch (m) {
26162     @<Numbered cases for |debug_help|@>;
26163     default: mp_print(mp, "?"); break;
26164     }
26165   }
26166 }
26167
26168 @ @<Numbered cases...@>=
26169 case 1: mp_print_word(mp, mp->mem[n]); /* display |mem[n]| in all forms */
26170   break;
26171 case 2: mp_print_int(mp, info(n));
26172   break;
26173 case 3: mp_print_int(mp, link(n));
26174   break;
26175 case 4: mp_print_int(mp, eq_type(n)); mp_print_char(mp, ':'); mp_print_int(mp, equiv(n));
26176   break;
26177 case 5: mp_print_variable_name(mp, n);
26178   break;
26179 case 6: mp_print_int(mp, mp->internal[n]);
26180   break;
26181 case 7: mp_do_show_dependencies(mp);
26182   break;
26183 case 9: mp_show_token_list(mp, n,null,100000,0);
26184   break;
26185 case 10: mp_print_str(mp, n);
26186   break;
26187 case 11: mp_check_mem(mp, n>0); /* check wellformedness; print new busy locations if |n>0| */
26188   break;
26189 case 12: mp_search_mem(mp, n); /* look for pointers to |n| */
26190   break;
26191 case 13: l = 0;  fscanf(mp->term_in,"%i",&l); mp_print_cmd_mod(mp, n,l); 
26192   break;
26193 case 14: for (k=0;k<=n;k++) mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
26194   break;
26195 case 15: mp->panicking=! mp->panicking;
26196   break;
26197
26198
26199 @ Saving the filename template
26200
26201 @<Save the filename template@>=
26202
26203   if ( mp->filename_template!=0 ) delete_str_ref(mp->filename_template);
26204   if ( length(mp->cur_exp)==0 ) mp->filename_template=0;
26205   else { 
26206     mp->filename_template=mp->cur_exp; add_str_ref(mp->filename_template);
26207   }
26208 }
26209
26210 @* \[48] System-dependent changes.
26211 This section should be replaced, if necessary, by any special
26212 modification of the program
26213 that are necessary to make \MP\ work at a particular installation.
26214 It is usually best to design your change file so that all changes to
26215 previous sections preserve the section numbering; then everybody's version
26216 will be consistent with the published program. More extensive changes,
26217 which introduce new sections, can be inserted here; then only the index
26218 itself will get a new section number.
26219 @^system dependencies@>
26220
26221 @* \[49] Index.
26222 Here is where you can find all uses of each identifier in the program,
26223 with underlined entries pointing to where the identifier was defined.
26224 If the identifier is only one letter long, however, you get to see only
26225 the underlined entries. {\sl All references are to section numbers instead of
26226 page numbers.}
26227
26228 This index also lists error messages and other aspects of the program
26229 that you might want to look up some day. For example, the entry
26230 for ``system dependencies'' lists all sections that should receive
26231 special attention from people who are installing \MP\ in a new
26232 operating environment. A list of various things that can't happen appears
26233 under ``this can't happen''.
26234 Approximately 25 sections are listed under ``inner loop''; these account
26235 for more than 60\pct! of \MP's running time, exclusive of input and output.