お気楽 Go 言語プログラミング入門

はじめに

前回はクロージャを使って「連結リスト」を実装しました。今回は電卓プログラムに新しいデータ型として「連結リスト」を追加してみましょう。

●連結リストの定義

最初に連結リストを表すデータ型を定義します。次のリストを見てください。

リスト : 連結リストの定義

// セル
type Cell struct {
    car, cdr Value
}

// セルの生成
func newCell(a, b Value) *Cell {
    return &Cell{a, b}
}

// 空リスト
var NIL *Cell

// NIL の初期化
func makeNIL() {
    NIL = newCell(nil, nil)
    NIL.car = NIL
    NIL.cdr = NIL
    globalEnv["nil"] = NIL
}

// Value の実装
func (x *Cell) isTrue() bool { return x != NIL }

セルは構造体 Cell で表します。フィールド変数は car と cdr で、どちらも型は Value です。関数 newCell は新しいセルを作ります。大域変数 NIL は空リスト (nil) を表します。NIL の初期化は関数 makeNIL で行います。NIL の car と cdr は自分自身の値で初期化します。そして、大域変数 globalEnv に変数 nil を追加します。

セル (*Cell) は値 (Value) として扱うので、メソッド isTrue を定義します。このとき、空リスト (NIL) は偽と判定し、それ以外は真と判定します。リストを操作するプログラムでは、空リストを偽と判定したほうが都合がよい場合があります。

関数 null, pair, eql, car, cdr, cons, setCar, setCdr は組み込み関数として定義します。それから、連結リストを生成する構文としてリスト生成式を定義します。リスト生成式の構文は次のようになります。

list(引数1, ..., 引数n)

list は複数の引数を評価して、その結果を連結リストに格納して返します。これは Lisp / Scheme の関数 list と同じ働きをします。電卓プログラムの関数には可変個引数の機能がないので、構文で list を用意しました。トークンに LIST を追加し、keyTable["list"] に LIST を追加します。

●値 (Value) を文字列に変換

次は値 (Value) を文字列に変換する関数 sprintValue を作ります。

リスト : 値を文字列に変換

// リスト -> 文字列
func sprintlist(cp *Cell) string {
    s := "("
    for cp != NIL {
        s += sprintValue(cp.car)
        b, ok := cp.cdr.(*Cell)
        if ok {
            cp = b
            if cp != NIL { s += " " }
        } else {
            s += " . " + sprintValue(cp.cdr)
            break
        }
    }
    s += ")"
    return s
}

// Vec -> string
func sprintvec(xs Vec) string {
    s := "["
    i := 0
    for ; i < len(xs) - 1; i++ {
        s += sprintValue(xs[i]) + ", "
    }
    s += sprintValue(xs[i]) + "]"
    return s
}

// Value -> string
func sprintValue(v Value) string {
    switch x := v.(type) {
    case *Cell: return sprintlist(x)
    case Vec: return sprintvec(x)
    default: return fmt.Sprint(x)
    }
}

連結リストはベクタの中に格納できるので、ベクタを文字列に変換する処理も作ります。printValue は型 switch で引数 v の型を判定し、セル (*Cell) であれば、関数 sprintlist を呼び出します。連結リストは、前回と同じく Lisp / Scheme の表記法に従います。処理内容も前回の関数 printlist とほとんど同じなので、説明は割愛します。

ベクタ (Vec) の場合は関数 sprintvec を呼び出します。ベクタの表記法は [ ] で囲み、要素をカンマ ( , )で区切ります。あとは、ベクタの要素を順番に sprintValue で文字列に変換するだけです。連結リストとベクタ以外の場合は fmt.Sprint で文字列に変換します。それから、組み込み関数 print で、sprintValue の返り値を表示するように変更します。toplevel で値を表示する場合も、関数 print を呼び出すように変更します。

●連結リストの基本関数

次は連結リストの基本関数を定義します。

リスト : 連結リストの操作関数

// 等値の判定
func eql(x, y Value) Value {
    switch a := x.(type) {
    case Func: return Int(0)
    case Vec: return Int(0)
    default: return boolToValue(a == y)
    }
}

// コンスセルか
func pair(v Value) Value {
    _, ok := v.(*Cell)
    return boolToValue(ok && v != NIL)
}

// 空リストか
func null(v Value) Value {
    return boolToValue(v == NIL)
}

// コンスセルの生成
func cons(x, y Value) Value {
    return newCell(x, y)
}

// 先頭要素を取り出す
func car(v Value) Value {
    cp, ok := v.(*Cell)
    if !ok {
        panic(fmt.Errorf("car: List required, %v", v))
    }
    return cp.car
}

// 先頭要素を取り除く
func cdr(v Value) Value {
    cp, ok := v.(*Cell)
    if !ok {
        panic(fmt.Errorf("cdr: List required, %v", v))
    }
    return cp.cdr
}

// CAR 部を書き換える
func setCar(v, x Value) Value {
    cp, ok := v.(*Cell)
    if !ok {
        panic(fmt.Errorf("setCar: List required, %v", v))
    }
    cp.car = x
    return x
}

// CDR 部を書き換える
func setCdr(v, x Value) Value {
    cp, ok := v.(*Cell)
    if !ok {
        panic(fmt.Errorf("setCdr: List required, %v", v))
    }
    cp.cdr = x
    return x
}

func initFunc() {

    ・・・省略・・・

    funcTable["eql"]  = FuncV2(eql)
    funcTable["pair"] = FuncV1(pair)
    funcTable["null"] = FuncV1(null)
    funcTable["cons"] = FuncV2(cons)
    funcTable["car"]  = FuncV1(car)
    funcTable["cdr"]  = FuncV1(cdr)
    funcTable["setCar"] = FuncV2(setCar)
    funcTable["setCdr"] = FuncV2(setCdr)
}

eql は Go 言語の演算子 == で比較します。インターフェースを == で比較する場合、実体の型と値が同じ場合は真 (1) を返し、そうでなければ偽 (0) を返します。ただし、関数とスライスは == で比較できないので、無条件で偽を返しています。セル (*Cell) はポインタなので、同じポインタであれば真を返すことになります。たとえば、eql(nil, nil) は真となります。

空リスト (NIL) の car と cdr は自分自身の値がセットされているので、関数 car と cdr に nil を渡すと、返り値は nil になることに注意してください。それ以外はとくに難しいところはないと思います。

●連結リストの生成

次は連結リストを生成するリスト生成式の処理を追加します。構文解析は次のようになります。

リスト : リスト生成式の追加

func factor(lex *Lex) Expr {

    ・・・省略・・・

    case LIST:
        lex.getToken()
        if lex.Token == '(' {
            return newList(getArgs(lex))
        }
        panic(fmt.Errorf("List: '(' expected"))

    ・・・省略・・・

    default:
        panic(fmt.Errorf("unexpected token: %v", lex.TokenText()))
    }
}

関数 factor でトークンが LIST の場合、次のトークンが '(' であることを確認します。そうでなければエラーを送出します。次に、getArgs でカッコの中の式を取り出し、それを関数 newList に渡し、リストの生成を表す構造体 List に格納して返します。

連結リストを生成する List の処理も簡単です。次のリストを見てください。

リスト : 連結リストの生成

// リストの生成
type List struct {
    xs []Expr
}

func newList(xs []Expr) *List {
    return &List{xs}
}

func (x *List) Eval(env *Env) Value {
    cp := NIL
    for i := len(x.xs) - 1; i >= 0; i-- {
        cp = newCell(x.xs[i].Eval(env), cp)
    }
    return cp
}

式を格納したスライス x.xs の末尾から式を取り出して Eval で評価し、その結果を newCell で変数 cp の先頭に追加するだけです。

●組み込み関数の追加

最後に、次に示す組み込み関数を追加します。

clock() => 現在時刻を整数で返す
since(t) => 現在時刻と引数 t との差を文字列に変換して返す
input(prompt) => prompt を表示して、標準入力から式を入力する
error(err) => エラーを送出する

プログラムは次のようになります。

リスト : 組み込み関数の追加

// 時間
func clock() Value {
    return Int(time.Now().UnixNano())
}

func since(v Value) Value {
    x, ok := v.(Int)
    if !ok {
        panic(errorInt("since: ", v))
    }
    y := time.Now().UnixNano()
    return Str(time.Duration(y - int64(x)).String())
}

// エラー
func userError(v Value) Value {
    panic(fmt.Errorf("%v", v))
}

// 式の入力
func input(mes Value) Value {
    var lex Lex
    lex.Init(os.Stdin)
    print(mes)
    lex.getToken()
    e := expression(&lex)
    return e.Eval(nil)
}

clock は time.Now() で現在時刻を求め、UnixNano() で数値 (int64) に変換します。単位はナノ秒になります。since は引数 x と現在時刻 y の差を求め、それを time.Duration に型変換して、さらに String() で文字列に変換します。error は panic でエラーを送出するだけです。input は Lex (Scanner) を用意して、標準入力から expression で式を読み取り、それを Eval で評価して、その結果を返します。

あとの修正は簡単なので説明は割愛します。詳細はプログラムリストをお読みください。

●簡単な実行例

それでは簡単な実行例を示します。

Calc> a = cons(1, 2);
(1 . 2)
Calc> pair(a);
1
Calc> car(a);
1
Calc> cdr(a);
2
Calc> setCar(a, 10);
10
Calc> a;
(10 . 2)
Calc> setCdr(a, 20);
20
Calc> a;
(10 . 20)
Calc> b = list(1, 2, 3, 4, 5);
(1 2 3 4 5)

基本関数と list は正常に動作していますね。

前回作成した連結リストライブラリは、nil, null, pair, eql, car, cdr, cons, setCar, setCdr, printlist の定義を削除するだけで、そのまま利用することができます。

簡単な実行例を示します。

Calc> a = iota(1, 8);
(1 2 3 4 5 6 7 8)
Calc> b = iota(11, 18);
(11 12 13 14 15 16 17 18)
Calc> c = zip(a, b);
((1 . 11) (2 . 12) (3 . 13) (4 . 14) (5 . 15) (6 . 16) (7 . 17) (8 . 18))
Calc> flatten(c);
(1 11 2 12 3 13 4 14 5 15 6 16 7 17 8 18)
Calc> map(car, c);
(1 2 3 4 5 6 7 8)
Calc> map(cdr, c);
(11 12 13 14 15 16 17 18)
Calc> append(a, b);
(1 2 3 4 5 6 7 8 11 12 13 14 15 16 17 18)
Calc> d = list(5, 6, 4, 7, 3, 8, 2, 9, 1);
(5 6 4 7 3 8 2 9 1)
Calc> mergeSort(d, 9, fn(x, y) x < y end);
(1 2 3 4 5 6 7 8 9)
Calc> mergeSort(d, 9, fn(x, y) x > y end);
(9 8 7 6 5 4 3 2 1)
Calc> permutation(println, 3, list(1,2,3));
(1 2 3)
(1 3 2)
(2 1 3)
(2 3 1)
(3 1 2)
(3 2 1)
0
Calc> nreverse(a);
(8 7 6 5 4 3 2 1)
Calc> a;
(1)

正常に動作していますね。次は組み込み関数を試してみましょう。

Calc> def tak(x, y, z) if x <= y then z 
else tak(tak(x - 1, y, z), tak(y - 1, z, x), tak(z - 1, x, y)) end end
tak
Calc> let s = clock() in tak(10, 5, 0), since(s) end;
4.516601ms
Calc> let s = clock() in tak(12, 6, 0), since(s) end;
23.216099ms
Calc> let s = clock() in tak(14, 7, 0), since(s) end;
132.5691ms
Calc> let s = clock() in tak(16, 8, 0), since(s) end;
789.037915ms
Calc> let s = clock() in tak(18, 9, 0), since(s) end;
4.930726623s
Calc> error("oops!");
oops!
Calc> input(">>> ");
>>> 100;
100
Calc> input(">>> ");
>>> 1 + 2 * 3;
7
Calc> input(">>> ");
>>> [1,2,3,4,5];
[1, 2, 3, 4, 5]
Calc> input(">>> ");
>>> "hello, world";
hello, world
Calc> input(">>> ");
>>> list(1,2,3,4,5);
(1 2 3 4 5)

実行環境: Julia 1.23.2, Ubunts 22.04 (WSL2), Intel Core i5-6200U 2.30GHz

tak は「たらいまわし関数」といいます。引数の与え方によっては実行に時間がかかるため、Lisp などのベンチマークに利用されることがあります。結果を見ると、電卓プログラムの実行時間は遅いですね。最適化は一切やっていないので、実行時間が遅いのは仕方がないでしょう。input は式を読み込むので、最後にセミコロンが必要になります。もちろん、文字列、ベクタ、リストも入力することができます。興味のある方はいろいろ試してみてください。

今回はここまでです。次回は電卓プログラム用の簡単なライブラリを作ってみましょう。

●プログラムリスト

//
// calc8.go : 電卓プログラム (連結リストを追加)
//
//            Copyright (C) 2014-2021 Makoto Hiroi
//
package main

import (
    "fmt"
    "os"
    "math"
    "time"
    "text/scanner"
)

// キーワード
const (
    DEF = -(iota+10)
    END
    IF
    THEN
    ELSE
    NOT
    AND
    OR
    EQ
    NE
    LT
    GT
    LE
    GE
    BGN
    WHL
    DO
    LET
    IN
    FN
    CALL
    LIST
)

// キーワード表
var keyTable = make(map[string]rune)

func initKeyTable() {
    keyTable["def"]   = DEF
    keyTable["end"]   = END
    keyTable["if"]    = IF
    keyTable["then"]  = THEN
    keyTable["else"]  = ELSE
    keyTable["and"]   = AND
    keyTable["or"]    = OR
    keyTable["not"]   = NOT
    keyTable["begin"] = BGN
    keyTable["while"] = WHL
    keyTable["do"]    = DO
    keyTable["let"]   = LET
    keyTable["in"]    = IN
    keyTable["fn"]    = FN
    keyTable["call"]  = CALL
    keyTable["list"]  = LIST
}

// 値
type Value interface {
    isTrue() bool
}

// 変数
type Variable string

// 局所変数の環境
type Env struct {
    name Variable
    val  Value
    next *Env
}

// 構文木
type Expr interface {
    Eval(*Env) Value
}

// 数
type Num interface {
    Value
    Expr
    neg() Value
    sign() int
    add(Value) Value
    sub(Value) Value
    mul(Value) Value
    div(Value) Value
}

// 比較
type Cmp interface {
    compare(Value) int
}

//
// 数値
//
type Int int64
type Flt float64

// エラー
func errorNum(mes string, v Value) error {
    return fmt.Errorf("%sNumber required, %v", mes, v)
}

func errorInt(mes string, v Value) error {
    return fmt.Errorf("%sInteger required, %v", mes, v)
}

// Value の実装
func (n Int) isTrue() bool { return n != 0 }
func (n Flt) isTrue() bool { return n != 0.0 }

// Expr の実装
func (e Int) Eval(_ *Env) Value { return e }
func (e Flt) Eval(_ *Env) Value { return e }

// 符号の反転
func (n Int) neg() Value { return -n }
func (n Flt) neg() Value { return -n }

// 符号を求める
func (n Int) sign() int {
    switch {
    case n > 0: return 1
    case n < 0: return -1
    default: return 0
    }
}

func (n Flt) sign() int {
    switch {
    case n > 0.0: return 1
    case n < 0.0: return -1
    default: return 0
    }
}

// 四則演算
func (n Int) add(x Value) Value {
    switch m := x.(type) {
    case Int: return n + m
    case Flt: return Flt(n) + m
    }
    panic(errorNum("+, ", x))
}

func (n Flt) add(x Value) Value {
    switch m := x.(type) {
    case Int: return n + Flt(m)
    case Flt: return n + m
    }
    panic(errorNum("+, ", x))
}

func (n Int) sub(x Value) Value {
    switch m := x.(type) {
    case Int: return n - m
    case Flt: return Flt(n) - m
    }
    panic(errorNum("-, ", x))
}

func (n Flt) sub(x Value) Value {
    switch m := x.(type) {
    case Int: return n - Flt(m)
    case Flt: return n - m
    }
    panic(errorNum("-, ", x))
}

func (n Int) mul(x Value) Value {
    switch m := x.(type) {
    case Int: return n * m
    case Flt: return Flt(n) * m
    }
    panic(errorNum("*, ", x))
}

func (n Flt) mul(x Value) Value {
    switch m := x.(type) {
    case Int: return n * Flt(m)
    case Flt: return n * m
    }
    panic(errorNum("*, ", x))
}

func (n Int) div(x Value) Value {
    switch m := x.(type) {
    case Int: return n / m
    case Flt: return Flt(n) / m
    }
    panic(errorNum("/, ", x))
}

func (n Flt) div(x Value) Value {
    switch m := x.(type) {
    case Int: return n / Flt(m)
    case Flt: return n / m
    }
    panic(errorNum("/, ", x))
}

// Cmp の実装
func (n Int) compare(x Value) int {
    switch m := x.(type) {
    case Int: return (n - m).sign()
    case Flt: return (Flt(n) - m).sign()
    }
    panic(errorNum("compare, ", x))
}

func (n Flt) compare(x Value) int {
    switch m := x.(type) {
    case Int: return (n - Flt(m)).sign()
    case Flt: return (n - m).sign()
    }
    panic(errorNum("compare, ", x))
}

//
// 文字列
//
type Str string

// エラー
func errorStr(mes string, v Value) error {
    return fmt.Errorf("%sString required, %v", mes, v)
}

// Value, Expr, Cmp の実装
func (_ Str) isTrue() bool { return true }
func (s Str) Eval(_ *Env) Value { return s }

func (n Str) compare(x Value) int {
    m, ok := x.(Str)
    if !ok {
        panic(errorStr("compare, ", x))
    }
    switch {
    case n > m: return 1
    case n < m: return -1
    default: return 0
    }
}

//
// 配列
//
type Vec []Value

// エラー
func errorVec(mes string, v Value) error {
    return fmt.Errorf("%sVector required , %v", mes, v)
}

// Value の実装
func (_ Vec) isTrue() bool { return true }

// ベクタ生成用構文木
type Crv struct {
    xs []Expr
}

func newCrv(xs []Expr) *Crv {
    return &Crv{xs}
}

// ベクタの生成
func (a *Crv) Eval(env *Env) Value {
    v := make(Vec, len(a.xs))
    for i := 0; i < len(a.xs); i++ {
        v[i] = a.xs[i].Eval(env)
    }
    return v
}

// ベクタの参照
type Ref struct {
    name Variable
    idxs []Expr
}

func newRef(name Variable, idxs []Expr) *Ref {
    return &Ref{name, idxs}
}

// アクセス位置を求める
func getPos(a *Ref, env *Env) *Value {
    v := a.name.Eval(env)
    for k := 0; ; k++ {
        xs, ok := v.(Vec)
        if !ok {
            panic(errorVec("", v))
        }
        y := a.idxs[k].Eval(env)
        i := toInt(y)
        if j := int(i); j < 0 || j >= len(xs) {
            panic(fmt.Errorf("Out of Range, %v, %v", xs, j))
        } else if k == len(a.idxs) - 1 {
            return &xs[j]
        } else {
            v = xs[j]
        }
    }
}

// 評価
func (a *Ref) Eval(env *Env) Value {
    return *getPos(a, env)
}
    
// ベクタの更新
type Udt struct {
    ref *Ref
    val Expr
}

func newUdt(ref *Ref, val Expr) *Udt {
    return &Udt{ref, val}
}

// 評価
func (a *Udt) Eval(env *Env) Value {
    x := getPos(a.ref, env)
    v := a.val.Eval(env)
    *x = v
    return v
}

//
// 連結リスト
//
type Cell struct {
    car, cdr Value
}

func newCell(a, b Value) *Cell {
    return &Cell{a, b}
}

// 空リスト
var NIL *Cell

// NIL の初期化
func makeNIL() {
    NIL = newCell(nil, nil)
    NIL.car = NIL
    NIL.cdr = NIL
    globalEnv["nil"] = NIL
}

// Value の実装
func (x *Cell) isTrue() bool { return x != NIL }

// リストの生成
type List struct {
    xs []Expr
}

func newList(xs []Expr) *List {
    return &List{xs}
}

func (x *List) Eval(env *Env) Value {
    cp := NIL
    for i := len(x.xs) - 1; i >= 0; i-- {
        cp = newCell(x.xs[i].Eval(env), cp)
    }
    return cp
}

// リスト -> 文字列
func sprintlist(cp *Cell) string {
    s := "("
    for cp != NIL {
        s += sprintValue(cp.car)
        b, ok := cp.cdr.(*Cell)
        if ok {
            cp = b
            if cp != NIL { s += " " }
        } else {
            s += " . " + sprintValue(cp.cdr)
            break
        }
    }
    s += ")"
    return s
}

// Vec -> string
func sprintvec(xs Vec) string {
    s := "["
    i := 0
    for ; i < len(xs) - 1; i++ {
        s += sprintValue(xs[i]) + ", "
    }
    s += sprintValue(xs[i]) + "]"
    return s
}

// Value -> string
func sprintValue(v Value) string {
    switch x := v.(type) {
    case *Cell: return sprintlist(x)
    case Vec: return sprintvec(x)
    default: return fmt.Sprint(x)
    }
}

//
// 変数と環境
//

// 環境の生成
func newEnv(name Variable, val Value, env *Env) *Env {
    return &Env{name, val, env}
}

func makeBinding(xs []Variable, es []Expr, env *Env) *Env {
    var env1 *Env
    for i := 0; i < len(xs); i++ {
        env1 = newEnv(xs[i], es[i].Eval(env), env1)
    }
    return env1
}

// 局所変数を環境に追加
func addBinding(xs []Variable, es []Expr, env *Env) *Env {
    for i := 0; i < len(xs); i++ {
        env = newEnv(xs[i], es[i].Eval(env), env)
    }
    return env
}

// クロージャ用
func addBindingClo(xs []Variable, es []Expr, env, clo *Env) *Env {
    for i := 0; i < len(xs); i++ {
        clo = newEnv(xs[i], es[i].Eval(env), clo)
    }
    return clo
}

// 局所変数の探索
func lookup(name Variable, env *Env) (Value, bool) {
    for ; env != nil; env = env.next {
        if name == env.name {
            return env.val, true
        }
    }
    return Int(0), false
}

// 局所変数の更新
func update(name Variable, val Value, env *Env) bool {
    for ; env != nil; env = env.next {
        if name == env.name {
            env.val = val
            return true
        }
    }
    return false
}

// 大域的な環境
var globalEnv = make(map[Variable]Value)

// 変数の評価
func (v Variable) Eval(env *Env) Value {
    // 局所変数の探索
    val, ok := lookup(v, env)
    if ok {
        return val
    }
    // 大域変数の探索
    val, ok = globalEnv[v]
    if !ok {
        panic(fmt.Errorf("unbound variable, %v", v))
    }
    return val
}

//
// 単項演算子
//
type Op1 struct {
    code rune
    expr Expr
}

func newOp1(code rune, e Expr) Expr {
    return &Op1{code, e}
}

// bool を Value に変換する
func boolToValue(x bool) Value {
    if x {
        return Int(1)
    } else {
        return Int(0)
    }
}

// 型変換とチェック
func toNum(v Value) Num {
    n, ok := v.(Num)
    if !ok {
        panic(errorNum("", v))
    }
    return n
}

// 評価
func (e *Op1) Eval(env *Env) Value {
    v := e.expr.Eval(env)
    switch e.code {
    case '-': return toNum(v).neg()
    case '+': return v
    case NOT: return boolToValue(!v.isTrue())
    default:
        panic(fmt.Errorf("invalid Op1 code"))
    }
}

//
// 二項演算子
//
type Op2 struct {
    code rune
    left, right Expr
}

func newOp2(code rune, left, right Expr) Expr {
    return &Op2{code, left, right}
}

// 型変換とチェック
func toInt(v Value) Int {
    n, ok := v.(Int)
    if !ok {
        errorInt("", v)
    }
    return n
}

func toCmp(v Value) Cmp {
    n, ok := v.(Cmp)
    if !ok {
        panic(fmt.Errorf("%v is uncomparable type", v))
    }
    return n
}

// 評価
func (e *Op2) Eval(env *Env) Value {
    x := e.left.Eval(env)
    y := e.right.Eval(env)
    switch e.code {
    case '+': return toNum(x).add(y)
    case '-': return toNum(x).sub(y)
    case '*': return toNum(x).mul(y)
    case '/': return toNum(x).div(y)
    case '%': return toInt(x) % toInt(y)
    case EQ:  return boolToValue(toCmp(x).compare(y) == 0)
    case NE:  return boolToValue(toCmp(x).compare(y) != 0)
    case LT:  return boolToValue(toCmp(x).compare(y) < 0)
    case GT:  return boolToValue(toCmp(x).compare(y) > 0)
    case LE:  return boolToValue(toCmp(x).compare(y) <= 0)
    case GE:  return boolToValue(toCmp(x).compare(y) >= 0)
    default:
        panic(fmt.Errorf("invalid Op2 code"))
    }
}

//
// 短絡演算子
//
type Ops struct {
    code rune
    left, right Expr
}

func newOps(code rune, left, right Expr) Expr {
    return &Ops{code, left, right}
}

// 評価
func (e *Ops) Eval(env *Env) Value {
    x := e.left.Eval(env)
    switch e.code {
    case AND:
        if x.isTrue() {
            return e.right.Eval(env)
        }
        return x
    case OR:
        if x.isTrue() {
            return x
        }
        return e.right.Eval(env)
    default:
        panic(fmt.Errorf("invalid Ops code"))
    }
}

//
// if
//
type Sel struct {
    testForm, thenForm, elseForm Expr
}

func newSel(testForm, thenForm, elseForm Expr) *Sel {
    return &Sel{testForm, thenForm, elseForm}
}

func (e *Sel) Eval(env *Env) Value {
    if e.testForm.Eval(env).isTrue() {
        return e.thenForm.Eval(env)
    }
    return e.elseForm.Eval(env)
}

//
// while
//
type Whl struct {
    testForm, body Expr
}

func newWhl(testForm, body Expr) *Whl {
    return &Whl{testForm, body}
}

func (e *Whl) Eval(env *Env) Value {
    for e.testForm.Eval(env).isTrue() {
        e.body.Eval(env)
    }
    return Int(0)
}

//
// begin
//
type Bgn struct {
    body []Expr
}

func newBgn(xs []Expr) *Bgn {
    return &Bgn{xs}
}

func (e *Bgn) Eval(env *Env) Value {
    var r Value
    for _, expr := range e.body {
        r = expr.Eval(env)
    }
    return r
}

//
// let 
//
type Let struct {
    vars []Variable
    vals []Expr
    body Expr
}

func newLet(vars []Variable, vals []Expr, body Expr) *Let {
    return &Let{vars, vals, body}
}

func (e *Let) Eval(env *Env) Value {
    return e.body.Eval(addBinding(e.vars, e.vals, env))
}

//
// 代入演算子
//
type Agn struct {
    name Variable
    expr Expr
}

func newAgn(v Variable, e Expr) *Agn {
    return &Agn{v, e}
}

func (a *Agn) Eval(env *Env) Value {
    val := a.expr.Eval(env)
    if !update(a.name, val, env) {
        globalEnv[a.name] = val
    }
    return val
}

//
// 関数
//
//
// 関数
//
type Func interface {
    Value
    Expr
    Argc() int
}

type Func1 func(float64) float64

func (f Func1) Argc() int {    return 1 }
func (f Func1) isTrue() bool { return true }
func (f Func1) Eval(_ *Env) Value {    return f }
func (f Func1) String() string { return "<Function1>" }

type Func2 func(float64, float64) float64

func (f Func2) Argc() int {    return 2 }
func (f Func2) isTrue() bool { return true }
func (f Func2) Eval(_ *Env) Value {    return f }
func (f Func2) String() string { return "<Function2>" }

type FuncV0 func() Value

func (f FuncV0) Argc() int { return 0 }
func (f FuncV0) isTrue() bool {    return true }
func (f FuncV0) Eval(_ *Env) Value { return f }
func (f FuncV0) String() string { return "<FunctionV1>" }

type FuncV1 func(Value) Value

func (f FuncV1) Argc() int { return 1 }
func (f FuncV1) isTrue() bool {    return true }
func (f FuncV1) Eval(_ *Env) Value { return f }
func (f FuncV1) String() string { return "<FunctionV1>" }

type FuncV2 func(Value, Value) Value

func (f FuncV2) Argc() int { return 2 }
func (f FuncV2) isTrue() bool {    return true }
func (f FuncV2) Eval(_ *Env) Value { return f }
func (f FuncV2) String() string { return "<FunctionV2>" }

// ユーザ定義関数
type FuncU struct {
    name string
    xs   []Variable
    body Expr
}

func newFuncU(name string, xs []Variable, body Expr) *FuncU {
    return &FuncU{name, xs, body}
}

func (f *FuncU) Argc() int { return len(f.xs) }
func (f *FuncU) isTrue() bool {    return true }
func (f *FuncU) Eval(_ *Env) Value { return f }
func (f *FuncU) String() string { return fmt.Sprintf("<%s>", f.name) }

// クロージャ
type Clo struct {
    xs []Variable
    body Expr
}

func newClo(xs []Variable, body Expr) *Clo {
    return &Clo{xs, body}
}

type FuncC struct {
    xs   []Variable
    body Expr
    env  *Env
}

func (f *FuncC) Argc() int { return len(f.xs) }
func (_ *FuncC) isTrue() bool { return true }
func (f *FuncC) Eval(_ *Env) Value { return f }
func (_ *FuncC) String() string { return "<Closure>" }

func (a *Clo) Eval(env *Env) Value {
    return &FuncC{a.xs, a.body, env}
}

//
// 関数呼び出し
//
type App struct {
    fn Func
    xs []Expr
}

func newApp(fn Func, xs []Expr) *App {
    return &App{fn, xs}
}

type AppV struct {
    fn Expr
    xs []Expr
}

func newAppV(fn Expr, xs []Expr) *AppV {
    return &AppV{fn, xs}
}

func valueToFloat(v Value) float64 {
    switch x := v.(type) {
    case Int: return float64(x)
    case Flt: return float64(x)
    default:
        panic(errorNum("", v))
    }
}

// 評価
func appFunc(fn Func, xs []Expr, env *Env) Value {
    switch f := fn.(type) {
    case Func1:
        x := valueToFloat(xs[0].Eval(env))
        return Flt(f(x))
    case Func2:
        x := valueToFloat(xs[0].Eval(env))
        y := valueToFloat(xs[1].Eval(env))
        return Flt(f(x, y))
    case FuncV0:
        return f()
    case FuncV1:
        return f(xs[0].Eval(env))
    case FuncV2:
        return f(xs[0].Eval(env), xs[1].Eval(env))
    case *FuncU:
        return f.body.Eval(makeBinding(f.xs, xs, env))
    case *FuncC:
        return f.body.Eval(addBindingClo(f.xs, xs, env, f.env))
    default:
        panic(fmt.Errorf("%v is not function", f))
    }
}

func (a *App) Eval(env *Env) Value {
    return appFunc(a.fn, a.xs, env)
}

func (a *AppV) Eval(env *Env) Value {
    v := a.fn.Eval(env)
    fn, ok := v.(Func)
    if !ok {
        panic(fmt.Errorf("%v is not function", v))
    }
    if fn.Argc() != len(a.xs) {
        panic(fmt.Errorf("wrong number of arguments"))
    }
    return appFunc(fn, a.xs, env)
}

//
// 組み込み関数の初期化
//
var funcTable = make(map[string]Func)

// 値の表示
func print(x Value) Value {
    fmt.Print(sprintValue(x))
    return x
}

func println(x Value) Value {
    fmt.Println(sprintValue(x))
    return x
}

// ベクタの生成
func makeVector(n, x Value) Value {
    k := toInt(n)
    xs := make(Vec, int(k))
    for i := 0; i < int(k); i++ {
        xs[i] = x
    }
    return xs
}

func length(v Value) Value {
    xs, ok := v.(Vec)
    if !ok {
        panic(errorVec("len, ", v))
    }
    return Int(len(xs))
}

func isInt(v Value) Value {
    _, ok := v.(Int)
    return boolToValue(ok)
}

func isFlt(v Value) Value {
    _, ok := v.(Flt)
    return boolToValue(ok)
}

func isVec(v Value) Value {
    _, ok := v.(Vec)
    return boolToValue(ok)
}

func isStr(v Value) Value {
    _, ok := v.(Str)
    return boolToValue(ok)
}

func isFunc(v Value) Value {
    _, ok := v.(Func)
    return boolToValue(ok)
}

// 等値の判定
func eql(x, y Value) Value {
    switch a := x.(type) {
    case Func: return Int(0)
    case Vec: return Int(0)
    default: return boolToValue(a == y)
    }
}

// リスト関連
func pair(v Value) Value {
    _, ok := v.(*Cell)
    return boolToValue(ok && v != NIL)
}

func null(v Value) Value {
    return boolToValue(v == NIL)
}

func cons(x, y Value) Value {
    return newCell(x, y)
}

func car(v Value) Value {
    cp, ok := v.(*Cell)
    if !ok {
        panic(fmt.Errorf("car: List required, %v", v))
    }
    return cp.car
}

func cdr(v Value) Value {
    cp, ok := v.(*Cell)
    if !ok {
        panic(fmt.Errorf("cdr: List required, %v", v))
    }
    return cp.cdr
}

func setCar(v, x Value) Value {
    cp, ok := v.(*Cell)
    if !ok {
        panic(fmt.Errorf("setCar: List required, %v", v))
    }
    cp.car = x
    return x
}

func setCdr(v, x Value) Value {
    cp, ok := v.(*Cell)
    if !ok {
        panic(fmt.Errorf("setCdr: List required, %v", v))
    }
    cp.cdr = x
    return x
}

// 時間
func clock() Value {
    return Int(time.Now().UnixNano())
}

func since(v Value) Value {
    x, ok := v.(Int)
    if !ok {
        panic(errorInt("since: ", v))
    }
    y := time.Now().UnixNano()
    return Str(time.Duration(y - int64(x)).String())
}

// エラー
func userError(v Value) Value {
    panic(fmt.Errorf("%v", v))
}

// 入力
func input(mes Value) Value {
    var lex Lex
    lex.Init(os.Stdin)
    print(mes)
    lex.getToken()
    e := expression(&lex)
    return e.Eval(nil)
}

func initFunc() {
    funcTable["sqrt"]  = Func1(math.Sqrt)
    funcTable["sin"]   = Func1(math.Sin)
    funcTable["cos"]   = Func1(math.Cos)
    funcTable["tan"]   = Func1(math.Tan)
    funcTable["sinh"]  = Func1(math.Sinh)
    funcTable["cosh"]  = Func1(math.Cosh)
    funcTable["tanh"]  = Func1(math.Tanh)
    funcTable["asin"]  = Func1(math.Asin)
    funcTable["acos"]  = Func1(math.Acos)
    funcTable["atan"]  = Func1(math.Atan)
    funcTable["atan2"] = Func2(math.Atan2)
    funcTable["exp"]   = Func1(math.Exp)
    funcTable["pow"]   = Func2(math.Pow)
    funcTable["log"]   = Func1(math.Log)
    funcTable["log10"] = Func1(math.Log10)
    funcTable["log2"]  = Func1(math.Log2)
    funcTable["print"] = FuncV1(print)
    funcTable["println"] = FuncV1(println)
    funcTable["len"]   = FuncV1(length)
    funcTable["vector"] = FuncV2(makeVector)
    funcTable["isInt"] = FuncV1(isInt)
    funcTable["isFlt"] = FuncV1(isFlt)
    funcTable["isStr"] = FuncV1(isStr)
    funcTable["isVec"] = FuncV1(isVec)
    funcTable["isFunc"] = FuncV1(isFunc)
    funcTable["eql"]  = FuncV2(eql)
    funcTable["pair"] = FuncV1(pair)
    funcTable["null"] = FuncV1(null)
    funcTable["cons"] = FuncV2(cons)
    funcTable["car"] = FuncV1(car)
    funcTable["cdr"] = FuncV1(cdr)
    funcTable["setCar"] = FuncV2(setCar)
    funcTable["setCdr"] = FuncV2(setCdr)
    funcTable["clock"] = FuncV0(clock)
    funcTable["since"] = FuncV1(since)
    funcTable["error"] = FuncV1(userError)
    funcTable["input"] = FuncV1(input)
}

//
// 字句解析
//
type Lex struct {
    scanner.Scanner
    Token rune
}

func (lex *Lex) getToken() {
    lex.Token = lex.Scan()
    switch lex.Token {
    case scanner.Ident:
        key, ok := keyTable[lex.TokenText()]
        if ok {
            lex.Token = key
        }
    case '=':
        if lex.Peek() == '=' {
            lex.Next()
            lex.Token = EQ
        }
    case '!':
        if lex.Peek() == '=' {
            lex.Next()
            lex.Token = NE
        } else {
            lex.Token = NOT
        }
    case '<':
        if lex.Peek() == '=' {
            lex.Next()
            lex.Token = LE
        } else {
            lex.Token = LT
        }
    case '>':
        if lex.Peek() == '=' {
            lex.Next()
            lex.Token = GE
        } else {
            lex.Token = GT
        }
    }
}

//
// 構文解析
//

// 仮引数の取得
func getParameter(lex *Lex) []Variable {
    e := make([]Variable, 0)
    if lex.Token != '(' {
        panic(fmt.Errorf("'(' expected"))
    }
    lex.getToken()
    if lex.Token == ')' {
        lex.getToken()
        return e
    }
    for {
        if lex.Token == scanner.Ident {
            e = append(e, Variable(lex.TokenText()))
            lex.getToken()
            switch lex.Token {
            case ')':
                lex.getToken()
                return e
            case ',':
                lex.getToken()
            default:
                panic(fmt.Errorf("unexpected token in parameter list"))
            }
        } else {
            panic(fmt.Errorf("unexpected token in parameter list"))
        }
    }
}


// 引数の取得
func getArgs(lex *Lex) []Expr {
    e := make([]Expr, 0)
    if lex.Token != '(' {
        panic(fmt.Errorf("'(' expected"))
    }
    lex.getToken()
    if lex.Token == ')' {
        lex.getToken()
        return e
    }
    for {
        e = append(e, expression(lex))
        switch lex.Token {
        case ')':
            lex.getToken()
            return e
        case ',':
            lex.getToken()
        default:
            panic(fmt.Errorf("unexpected token in argument list"))
        }
    }
}

// if 式の解析
func makeSel(lex *Lex) Expr {
    testForm := expression(lex)
    if lex.Token == THEN {
        lex.getToken()
        thenForm := expression(lex)
        switch lex.Token {
        case ELSE:
            lex.getToken()
            elseForm := expression(lex)
            if lex.Token != END {
                panic(fmt.Errorf("if, 'end' expected"))
            }
            lex.getToken()
            return newSel(testForm, thenForm, elseForm)
        case END:
            lex.getToken()
            return newSel(testForm, thenForm, Int(0))
        default:
            panic(fmt.Errorf("if, 'else' or 'end' expected"))
        } 
    } else {
        panic(fmt.Errorf("if, 'then' expected"))
    }
}

// begin 式の解析
func getBody(lex *Lex) []Expr {
    body := make([]Expr, 0)
    for {
        body = append(body, expression(lex))
        switch lex.Token {
        case ',':
            lex.getToken()
        default:
            return body
        }
    }
}

func makeBegin(lex *Lex) Expr {
    if lex.Token == END {
        panic(fmt.Errorf("invalid begin form"))
    }
    body := getBody(lex)
    if lex.Token != END {
        panic(fmt.Errorf("'end' expected"))
    }
    lex.getToken()
    return newBgn(body)
}

// while 式の解析
func makeWhile(lex *Lex) Expr {
    testForm := expression(lex)
    if lex.Token == DO {
        lex.getToken()
        return newWhl(testForm, makeBegin(lex))
    } else {
        panic(fmt.Errorf("'do' expected"))
    }
}

// let 式の解析
func makeLet(lex *Lex) Expr {
    vars := make([]Variable, 0)
    vals := make([]Expr, 0)
    for {
        e := expression(lex)
        a, ok := e.(*Agn)
        if !ok {
            panic(fmt.Errorf("let: invalid assign form"))
        }
        vars = append(vars, a.name)
        vals = append(vals, a.expr)
        if lex.Token == IN {
            break
        } else if lex.Token != ',' {
            panic(fmt.Errorf("let, 'in' or ',' expected"))
        }
        lex.getToken()
    }
    lex.getToken()
    return newLet(vars, vals, makeBegin(lex))
}

// 添字の取得
func getIndex(lex *Lex) []Expr {
    xs := make([]Expr, 0)
    lex.getToken()
    for {
        e := expression(lex)
        if lex.Token != ']' {
            panic(fmt.Errorf("']' expected"))
        }
        xs = append(xs, e)
        lex.getToken()
        if lex.Token != '[' {
            return xs
        }
        lex.getToken()
    }
}

// 因子
func factor(lex *Lex) Expr {
    switch lex.Token {
    case '(':
        lex.getToken()
        e := expression(lex)
        if lex.Token != ')' {
            panic(fmt.Errorf("')' expected"))
        }
        lex.getToken()
        return e
    case '[':
        lex.getToken()
        xs := getBody(lex)
        if lex.Token != ']' {
            panic(fmt.Errorf("']' expected"))
        }
        lex.getToken()
        return newCrv(xs)
    case '+':
        lex.getToken()
        return newOp1('+', factor(lex))
    case '-':
        lex.getToken()
        return newOp1('-', factor(lex))
    case NOT:
        lex.getToken()
        return newOp1(NOT, factor(lex))
    case IF:
        lex.getToken()
        return makeSel(lex)
    case BGN:
        lex.getToken()
        return makeBegin(lex)
    case WHL:
        lex.getToken()
        return makeWhile(lex)
    case LET:
        lex.getToken()
        return makeLet(lex)
    case FN:
        lex.getToken()
        xs := getParameter(lex)
        body := makeBegin(lex)
        clo := newClo(xs, body)
        if lex.Token == '(' {
            ys := getArgs(lex)
            if len(xs) != len(ys) {
                panic(fmt.Errorf("wrong number of arguments: fn"))
            }
            return newAppV(clo, ys)
        }
        return clo
    case LIST:
        lex.getToken()
        if lex.Token == '(' {
            return newList(getArgs(lex))
        }
        panic(fmt.Errorf("List: '(' expected"))
    case CALL:
        lex.getToken()
        xs := getArgs(lex)
        if len(xs) == 0 {
            panic(fmt.Errorf("wrong number of arguments: call"))
        }
        return newAppV(xs[0], xs[1:])
    case scanner.Int:
        var n int64
        fmt.Sscan(lex.TokenText(), &n)
        lex.getToken()
        return Int(n)
    case scanner.Float:
        var n float64
        fmt.Sscan(lex.TokenText(), &n)
        lex.getToken()
        return Flt(n)
    case scanner.String:
        var s string
        fmt.Sscanf(lex.TokenText(), "%q", &s)
        lex.getToken()
        return Str(s)
    case scanner.Ident:
        name := lex.TokenText()
        lex.getToken()
        if name == "quit" {
            panic(name)
        }
        v, ok := funcTable[name]
        if ok {
            if lex.Token == '(' {
                xs := getArgs(lex)
                if len(xs) != v.Argc() {
                    panic(fmt.Errorf("wrong number of arguments: %v", name))
                }
                return newApp(v, xs)
            } else {
                // 関数値をそのまま返す
                return v
            }
        } else if lex.Token == '[' {
            return newRef(Variable(name), getIndex(lex))
        } else if lex.Token == '(' {
            // 変数に格納されている関数を呼び出す
            return newAppV(Variable(name), getArgs(lex))
        } else {
            return Variable(name)
        }
    default:
        panic(fmt.Errorf("unexpected token: %v", lex.TokenText()))
    }
}

// 項
func term(lex *Lex) Expr {
    e := factor(lex)
    for {
        switch lex.Token {
        case '*':
            lex.getToken()
            e = newOp2('*', e, factor(lex))
        case '/':
            lex.getToken()
            e = newOp2('/', e, factor(lex))
        case '%':
            lex.getToken()
            e = newOp2('%', e, factor(lex))
        default:
            return e
        }
    }
}

// 式
func expr3(lex *Lex) Expr {
    e := term(lex)
    for {
        switch lex.Token {
        case '+':
            lex.getToken()
            e = newOp2('+', e, term(lex))
        case '-':
            lex.getToken()
            e = newOp2('-', e, term(lex))
        default:
            return e
        }
    }
}

// 比較演算子
func expr2(lex *Lex) Expr {
    e := expr3(lex)
    x := lex.Token
    switch x {
    case EQ, NE, LT, GT, LE, GE:
        lex.getToken()
        return newOp2(x, e, expr3(lex))
    default:
        return e
    }
}

// 論理演算子
func expr1(lex *Lex) Expr {
    e := expr2(lex)
    for {
        x := lex.Token
        switch x {
        case AND, OR:
            lex.getToken()
            e = newOps(x, e, expr2(lex))
        default:
            return e
        }
    }
}

func expression(lex *Lex) Expr {
    e := expr1(lex)
    if lex.Token == '=' {
        switch x := e.(type) {
        case Variable:
            lex.getToken()
            return newAgn(x, expression(lex))
        case *Ref:
            lex.getToken()
            return newUdt(x, expression(lex))
        default:
            panic(fmt.Errorf("invalid assign form"))
        }
    }
    return e
}

// ユーザ関数の定義
func defineFunc(lex *Lex) string {
    lex.getToken()
    if lex.Token != scanner.Ident {
        panic(fmt.Errorf("invalid define form"))
    }
    name := lex.TokenText()
    lex.getToken()
    xs := getParameter(lex)    
    v, ok := funcTable[name]
    if ok {
        switch f := v.(type) {
        case *FuncU:
            if len(f.xs) != len(xs) {
                panic(fmt.Errorf("wrong number of arguments: %v", name))
            }
            body := newBgn(getBody(lex))
            if lex.Token != END {
                panic(fmt.Errorf("'end' expected"))
            }
            f.xs = xs
            f.body = body
        default:
            panic(fmt.Errorf("%v is built-in function", name))
        }
    } else {
        // 再帰呼び出し対応
        f := newFuncU(name, xs, nil)
        funcTable[name] = f
        f.body = newBgn(getBody(lex))
        if lex.Token != END {
            delete(funcTable, name)
            panic(fmt.Errorf("'end' expected"))
        }
    }
    return name
}

// ライブラリのロード
func loadLib(name string) {
    var lex Lex
    file, err := os.Open(name)
    if err != nil {
        fmt.Fprintln(os.Stderr, err)
        os.Exit(1)
    }
    defer func(){
        err := recover()
        file.Close()
        if err != nil {
            fmt.Fprintf(os.Stderr, "%s: %v, %s\n", name, err, lex.Position)
            os.Exit(1)
        }
    }()
    lex.Init(file)
    for {
        lex.getToken()
        if lex.Token == scanner.EOF {
            break
        } else if lex.Token == DEF {
            defineFunc(&lex)
        } else {
            e := expression(&lex)
            if lex.Token != ';' {
                panic(fmt.Errorf("invalid expression"))
            }
            e.Eval(nil)
        }
    }
}

// 式の入力と評価
func toplevel(lex *Lex) (r bool) {
    r = false
    defer func(){
        err := recover()
        if err != nil {
            mes, ok := err.(string)
            if ok && mes == "quit" {
                r = true
            } else {
                fmt.Fprintln(os.Stderr, err)
                for {
                    c := lex.Peek()
                    if c == '\n' { break }
                    lex.Next()
                }
            }
        }
    }()
    for {
        fmt.Print("Calc> ")
        lex.getToken()
        if lex.Token == DEF {
            fmt.Println(defineFunc(lex))
        } else {
            e := expression(lex)
            if lex.Token != ';' {
                panic(fmt.Errorf("invalid expression"))
            } else {
                println(e.Eval(nil))
            }
        }
    }
    return r
}

func main() {
    initKeyTable()
    initFunc()
    makeNIL()
    for _, name := range os.Args[1:] {
        loadLib(name)
    }
    var lex Lex
    lex.Init(os.Stdin)
    for {
        if toplevel(&lex) { break }
    }
}