code/calculator/calc4.ml

   1 (* calc3.ml, enhanced with Mutable Cells *)
   2
   3         type term =
   4                   Intconstant of int
   5                 | Multiplication of (term * term)
   6                 | Addition of (term * term)
   7                 | Variable of char
   8                 | Let of (char * term * term)
   9                 | Iszero of term
  10                 | If of (term * term * term)
  11                 | Makepair of (term * term)
  12                 | First of term
  13                 | Lambda of (char * term)
  14                 | Apply of (term * term)
  15                 | Letrec of (char * term * term)
  16                 | Newref of term
  17                 | Deref of term
  18                 | Setref of (term * term)
  19         ;;
  20
  21         type index = int;;
  22
  23     type bound_value = Nonrecursive of expressed_value | Recursive_Closure of char * char * term * assignment
  24         and assignment = (char * bound_value) list
  25     and expressed_value = Int of int | Bool of bool | Pair of expressed_value * expressed_value | Closure of char * term * assignment | Mutcell of index;;
  26
  27         type store = expressed_value list;;
  28
  29         let rec eval (t : term) (g : assignment) (s : store) = match t with
  30           Intconstant x -> (Int x, s)
  31         | Multiplication (t1, t2) ->
  32                 (* we don't handle cases where the subterms don't evaluate to Ints *)
  33                 let (Int i1, s') = eval t1 g s
  34                 in let (Int i2, s'') = eval t2 g s'
  35                 (* Multiplication (t1, t2) should evaluate to an Int *)
  36                 in (Int (i1 * i2), s'')
  37         | Addition (t1, t2) ->
  38                 let (Int i1, s') = eval t1 g s
  39                 in let (Int i2, s'') = eval t2 g s'
  40                 in (Int (i1 + i2), s'')
  41         | Variable (var) -> (
  42                 (* we don't handle cases where g doesn't bind var to any value *)
  43                 match List.assoc var g with
  44           | Nonrecursive value -> value
  45           | Recursive_Closure (self_var, arg_var, body, savedg) as rec_closure ->
  46                           (* we update savedg to bind self_var to rec_closure here *)
  47               let savedg' = (self_var, rec_closure) :: savedg
  48               in Closure (arg_var, body, savedg')
  49         ), s
  50         | Let (var_to_bind, t2, t3) ->
  51                 (* evaluate t3 under a new assignment where var_to_bind has been bound to
  52            the result of evaluating t2 under the current assignment *)
  53                 let (value2, s') = eval t2 g s
  54                 (* we have to wrap value2 in Nonrecursive *)
  55                 in let g' = (var_to_bind, Nonrecursive value2) :: g
  56                 in eval t3 g' s'
  57         | Iszero (t1) ->
  58                 (* we don't handle cases where t1 doesn't evaluate to an Int *)
  59                 let (Int i1, s') = eval t1 g s
  60                 (* Iszero t1 should evaluate to a Bool *)
  61                 in (Bool (i1 = 0), s')
  62         | If (t1, t2, t3) ->
  63                 (* we don't handle cases where t1 doesn't evaluate to a boolean *)
  64                 let (Bool b1, s') = eval t1 g s
  65         (* note we thread s' through only one of the then/else clauses *)
  66                 in if b1 then eval t2 g s'
  67                 else eval t3 g s'
  68         | Makepair (t1, t2) ->
  69                 let (value1, s') = eval t1 g s
  70                 in let (value2, s'') = eval t2 g s'
  71                 in (Pair (value1, value2), s'')
  72         | First (t1) ->
  73                 (* we don't handle cases where t1 doesn't evaluate to a Pair *)
  74                 let (Pair (value1, value2), s') = eval t1 g s
  75                 in (value1, s')
  76         | Lambda (arg_var, t2) -> (Closure (arg_var, t2, g), s)
  77         | Apply (t1, t2) ->
  78                 (* we don't handle cases where t1 doesn't evaluate to a function value *)
  79                 let (Closure (arg_var, body, savedg), s') = eval t1 g s
  80                 in let (value2, s'') = eval t2 g s'
  81                 (* evaluate body under savedg, except with arg_var bound to Nonrecursive value2 *)
  82                 in let savedg' = (arg_var, Nonrecursive value2) :: savedg
  83                 in eval body savedg' s''
  84         | Letrec (var_to_bind, t2, t3) ->
  85                 (* we don't handle cases where t2 doesn't evaluate to a function value *)
  86                 let (Closure (arg_var, body, savedg), s') = eval t2 g s
  87         (* evaluate t3 under a new assignment where var_to_bind has been recursively bound to that function value *)
  88                 in let g' = (var_to_bind, Recursive_Closure (var_to_bind, arg_var, body, savedg)) :: g
  89                 in eval t3 g' s'
  90         | Newref (t1) ->
  91                 let (starting_val, s') = eval t1 g s
  92                 (* note that s' may be different from s, if t1 itself contained any mutation operations *)
  93                 (* now we want to retrieve the next free index in s' *)
  94                 in let new_index = List.length s'
  95                 (* now we want to insert starting_val there; the following is an easy but inefficient way to do it *)
  96                 in let s'' = List.append s' [starting_val]
  97                 (* now we return a pair of a wrapped new_index, and the new store *)
  98                 in (Mutcell new_index, s'')
  99         | Deref (t1) ->
 100                 (* we don't handle cases where t1 doesn't evaluate to a Mutcell *)
 101                 let (Mutcell index1, s') = eval t1 g s
 102                 (* note that s' may be different from s, if t1 itself contained any mutation operations *)
 103                 in (List.nth s' index1, s')
 104         | Setref (t1, t2) ->
 105                 (* we don't handle cases where t1 doesn't evaluate to a Mutcell *)
 106                 let (Mutcell index1, s') = eval t1 g s
 107                 (* note that s' may be different from s, if t1 itself contained any mutation operations *)
 108                 in let (new_value, s'') = eval t2 g s'
 109                 (* now we create a list which is just like s'' except it has new_value in index1 *)
 110                 in let rec replace_nth lst m =
 111                         match lst with
 112                         | [] -> failwith "list too short"
 113                         | x::xs when m = 0 -> new_value :: xs
 114                         | x::xs -> x :: replace_nth xs (m - 1)
 115                 in let s''' = replace_nth s'' index1
 116                 (* we'll arbitrarily return Int 42 as the expressed_value of a Setref operation *)
 117                 in (Int 42, s''')
 118     ;;