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102b5efc46
1 changed files with 220 additions and 54 deletions
274
main.ts
274
main.ts
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@ -1,5 +1,4 @@
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||||||
import isEqual from "lodash.isequal";
|
import isEqual from "lodash.isequal";
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||||||
import { match, P } from "ts-pattern";
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||||||
|
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||||||
export type expr =
|
export type expr =
|
||||||
| { kind: "var"; x: variable }
|
| { kind: "var"; x: variable }
|
||||||
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@ -22,8 +21,6 @@ export type variable =
|
||||||
| { kind: "gensym"; name: string; n: number }
|
| { kind: "gensym"; name: string; n: number }
|
||||||
| { kind: "dummy" };
|
| { kind: "dummy" };
|
||||||
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||||||
export const dummy = (): variable => ({ kind: "dummy" });
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export interface Substitution {
|
export interface Substitution {
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x: variable;
|
x: variable;
|
||||||
repl: expr;
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repl: expr;
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@ -64,7 +61,7 @@ export function substAbstraction(
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): abstraction {
|
): abstraction {
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||||||
const x2 = refresh(x);
|
const x2 = refresh(x);
|
||||||
return {
|
return {
|
||||||
x: x,
|
x: x2,
|
||||||
type: subst(s, type),
|
type: subst(s, type),
|
||||||
body: subst([{ x, repl: { kind: "var", x: x2 } }, ...s], body),
|
body: subst([{ x, repl: { kind: "var", x: x2 } }, ...s], body),
|
||||||
};
|
};
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||||||
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@ -82,13 +79,23 @@ export interface ContextEntry {
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}
|
}
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/** Returns the type of the definition associated with `x` inside the context `ctx` */
|
/** Returns the type of the definition associated with `x` inside the context `ctx` */
|
||||||
export function lookupTy(x: variable, ctx: context): expr | null {
|
export function lookupTy(x: variable, ctx: context): expr {
|
||||||
return ctx.find((entry) => isEqual(entry.x, x))?.type ?? null;
|
const res = ctx.find((entry) => isEqual(entry.x, x));
|
||||||
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if (res === undefined)
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||||||
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throw new Error(
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||||||
|
`unknown identifier ${ppVariable(x)} (ctx: ${ppContext(ctx)})`,
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);
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||||||
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return res.type;
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||||||
}
|
}
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||||||
|
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||||||
/** Returns the value of the definition associated with `x` inside the context `ctx` */
|
/** Returns the value of the definition associated with `x` inside the context `ctx` */
|
||||||
export function lookupValue(x: variable, ctx: context): expr | null {
|
export function lookupValue(x: variable, ctx: context): expr | null {
|
||||||
return ctx.find((entry) => isEqual(entry.x, x))?.value ?? null;
|
const res = ctx.find((entry) => isEqual(entry.x, x));
|
||||||
|
if (res === undefined)
|
||||||
|
throw new Error(
|
||||||
|
`unknown identifier ${ppVariable(x)} (ctx: ${ppContext(ctx)})`,
|
||||||
|
);
|
||||||
|
return res.value ?? null;
|
||||||
}
|
}
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export function extend(
|
export function extend(
|
||||||
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@ -102,32 +109,37 @@ export function extend(
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||||||
|
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||||||
/** Infer the type of the expression `e` in context `ctx` */
|
/** Infer the type of the expression `e` in context `ctx` */
|
||||||
export function inferType(ctx: context, e: expr): expr {
|
export function inferType(ctx: context, e: expr): expr {
|
||||||
switch (e.kind) {
|
function inferType(ctx: context, e: expr): expr {
|
||||||
case "var": {
|
switch (e.kind) {
|
||||||
const ty = lookupTy(e.x, ctx);
|
case "var": {
|
||||||
if (ty === null) throw new Error(`unknown identifier ${e.x}`);
|
const ty = lookupTy(e.x, ctx);
|
||||||
return ty;
|
return ty;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
case "universe":
|
case "universe":
|
||||||
return { kind: "universe", level: e.level + 1 };
|
return { kind: "universe", level: e.level + 1 };
|
||||||
case "pi": {
|
case "pi": {
|
||||||
const { x, type, body } = e.abs;
|
const { x, type, body } = e.abs;
|
||||||
const k1 = inferUniverse(ctx, type);
|
const k1 = inferUniverse(ctx, type);
|
||||||
const k2 = inferUniverse(extend(x, type, undefined, ctx), e.abs.body);
|
const k2 = inferUniverse(extend(x, type, undefined, ctx), body);
|
||||||
return { kind: "universe", level: Math.max(k1, k2) };
|
return { kind: "universe", level: Math.max(k1, k2) };
|
||||||
}
|
}
|
||||||
case "lambda": {
|
case "lambda": {
|
||||||
const { x, type, body } = e.abs;
|
const { x, type, body } = e.abs;
|
||||||
const te = inferType(extend(x, type, undefined, ctx), body);
|
inferUniverse(ctx, type);
|
||||||
return { kind: "pi", abs: { x, type, body: te } };
|
const te = inferType(extend(x, type, undefined, ctx), body);
|
||||||
}
|
return { kind: "pi", abs: { x, type, body: te } };
|
||||||
case "app": {
|
}
|
||||||
const { x, type, body } = inferPi(ctx, e.left);
|
case "app": {
|
||||||
const te = inferType(ctx, e.right);
|
const { x, type, body } = inferPi(ctx, e.left);
|
||||||
checkEqual(ctx, type, te);
|
const te = inferType(ctx, e.right);
|
||||||
return subst([{ x, repl: e.right }], body);
|
checkEqual(ctx, type, te);
|
||||||
|
return subst([{ x, repl: e.right }], body);
|
||||||
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
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|
const result = inferType(ctx, e);
|
||||||
|
return result;
|
||||||
}
|
}
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|
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||||||
export function inferUniverse(ctx: context, t: expr): number {
|
export function inferUniverse(ctx: context, t: expr): number {
|
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|
@ -161,32 +173,35 @@ export function checkEqual(ctx: context, e1: expr, e2: expr) {
|
||||||
// Normalization and equality
|
// Normalization and equality
|
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|
|
||||||
export function normalize(ctx: context, e: expr): expr {
|
export function normalize(ctx: context, e: expr): expr {
|
||||||
switch (e.kind) {
|
function normalize(ctx: context, e: expr): expr {
|
||||||
case "var": {
|
switch (e.kind) {
|
||||||
const n = lookupTy(e.x, ctx);
|
case "var": {
|
||||||
if (!n) throw new Error(`unknown identifier ${e.x}`);
|
const n = lookupValue(e.x, ctx);
|
||||||
return n;
|
return n ? normalize(ctx, n) : e;
|
||||||
}
|
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||||||
case "app": {
|
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||||||
const e2 = normalize(ctx, e.right);
|
|
||||||
const e1 = normalize(ctx, e.left);
|
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||||||
switch (e1.kind) {
|
|
||||||
case "lambda":
|
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||||||
return normalize(
|
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ctx,
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subst([{ x: e1.abs.x, repl: e2 }], e1.abs.body),
|
|
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);
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default:
|
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return { kind: "app", left: e1, right: e2 };
|
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}
|
}
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case "app": {
|
||||||
|
const e1 = normalize(ctx, e.left);
|
||||||
|
const e2 = normalize(ctx, e.right);
|
||||||
|
switch (e1.kind) {
|
||||||
|
case "lambda": {
|
||||||
|
const { x, body } = e1.abs;
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|
return normalize(ctx, subst([{ x, repl: e2 }], body));
|
||||||
|
}
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||||||
|
default:
|
||||||
|
return { kind: "app", left: e1, right: e2 };
|
||||||
|
}
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|
}
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case "universe":
|
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|
return { kind: "universe", level: e.level };
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|
case "pi":
|
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|
return { kind: "pi", abs: normalizeAbstraction(ctx, e.abs) };
|
||||||
|
case "lambda":
|
||||||
|
return { kind: "lambda", abs: normalizeAbstraction(ctx, e.abs) };
|
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}
|
}
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case "universe":
|
|
||||||
return e;
|
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case "pi":
|
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||||||
return { kind: "pi", abs: normalizeAbstraction(ctx, e.abs) };
|
|
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case "lambda":
|
|
||||||
return { kind: "lambda", abs: normalizeAbstraction(ctx, e.abs) };
|
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}
|
}
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|
const result = normalize(ctx, e);
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|
return result;
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}
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}
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export function normalizeAbstraction(
|
export function normalizeAbstraction(
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|
@ -223,3 +238,154 @@ export function equal(ctx: context, e1: expr, e2: expr): boolean {
|
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|
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||||||
return equalHelper(normalize(ctx, e1), normalize(ctx, e2));
|
return equalHelper(normalize(ctx, e1), normalize(ctx, e2));
|
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}
|
}
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||||||
|
|
||||||
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// =============================================================================
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|
// Pretty printing
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export function ppVariable(v: variable): string {
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switch (v.kind) {
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|
case "string":
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return `\`${v.name}`;
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||||||
|
case "gensym":
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return `\`${v.name}$${v.n}`;
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|
case "dummy":
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return "`_";
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|
}
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||||||
|
}
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|
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function occursIn(x: variable, e: expr): boolean {
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|
switch (e.kind) {
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||||||
|
case "var":
|
||||||
|
return isEqual(e.x, x);
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||||||
|
case "universe":
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|
return false;
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||||||
|
}
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|
}
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|
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|
export function ppExpr(e: expr): string {
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|
switch (e.kind) {
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||||||
|
case "var":
|
||||||
|
return ppVariable(e.x);
|
||||||
|
case "universe":
|
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|
if (e.level === 0) return "U";
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|
return `U(${e.level})`;
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||||||
|
case "pi":
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||||||
|
if (occursIn(e.abs.x, e.abs.body)) {
|
||||||
|
return `(∏ (${ppVariable(e.abs.x)} : ${ppExpr(e.abs.type)}), ${ppExpr(
|
||||||
|
e.abs.type,
|
||||||
|
)})`;
|
||||||
|
}
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||||||
|
return `(${ppExpr(e.abs.type)} → ${ppExpr(e.abs.body)})`;
|
||||||
|
case "lambda":
|
||||||
|
return `(λ (${ppVariable(e.abs.x)} : ${ppExpr(e.abs.type)}), ${ppExpr(
|
||||||
|
e.abs.body,
|
||||||
|
)})`;
|
||||||
|
case "app":
|
||||||
|
return `(${ppExpr(e.left)} ${ppExpr(e.right)})`;
|
||||||
|
}
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|
}
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|
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|
export function ppContext(ctx: context): string {
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|
const ss = ctx.map(
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|
({ x, type, value }) =>
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|
`${ppVariable(x)} : ${ppExpr(type)}${value ? ` = ${ppExpr(value)}` : ""}`,
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
return `[${ss.join(", ")}]`;
|
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|
}
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|
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||||||
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// =============================================================================
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|
// Testing
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function test() {
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const ctx: context = [];
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|
const dummy: variable = { kind: "dummy" };
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||||||
|
const varify = (name: string): expr => ({
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|
kind: "var",
|
||||||
|
x: { kind: "string", name },
|
||||||
|
});
|
||||||
|
const define = (name: string, e: expr) => {
|
||||||
|
const type = inferType(ctx, e);
|
||||||
|
ctx.push({ x: { kind: "string", name }, type, value: e });
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
// N : Set lzero
|
||||||
|
ctx.push({
|
||||||
|
x: { kind: "string", name: "N" },
|
||||||
|
type: { kind: "universe", level: 0 },
|
||||||
|
});
|
||||||
|
const N = varify("N");
|
||||||
|
|
||||||
|
// z : N
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||||||
|
ctx.push({ x: { kind: "string", name: "z" }, type: N });
|
||||||
|
const z = varify("z");
|
||||||
|
|
||||||
|
// s : N -> N
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||||||
|
const NtoN: expr = { kind: "pi", abs: { x: dummy, type: N, body: N } };
|
||||||
|
ctx.push({
|
||||||
|
x: { kind: "string", name: "s" },
|
||||||
|
type: NtoN,
|
||||||
|
});
|
||||||
|
const s = varify("s");
|
||||||
|
|
||||||
|
const f = varify("f");
|
||||||
|
const x = varify("x");
|
||||||
|
const threeExpr: expr = {
|
||||||
|
kind: "lambda",
|
||||||
|
abs: {
|
||||||
|
x: { kind: "string", name: "f" },
|
||||||
|
type: NtoN,
|
||||||
|
body: {
|
||||||
|
kind: "lambda",
|
||||||
|
abs: {
|
||||||
|
x: { kind: "string", name: "x" },
|
||||||
|
type: N,
|
||||||
|
body: {
|
||||||
|
kind: "app",
|
||||||
|
left: f,
|
||||||
|
right: {
|
||||||
|
kind: "app",
|
||||||
|
left: f,
|
||||||
|
right: { kind: "app", left: f, right: x },
|
||||||
|
},
|
||||||
|
},
|
||||||
|
},
|
||||||
|
},
|
||||||
|
},
|
||||||
|
};
|
||||||
|
const three = varify("three");
|
||||||
|
define("three", threeExpr);
|
||||||
|
|
||||||
|
const nineExpr: expr = {
|
||||||
|
kind: "app",
|
||||||
|
left: three,
|
||||||
|
right: {
|
||||||
|
kind: "app",
|
||||||
|
left: three,
|
||||||
|
right: s,
|
||||||
|
},
|
||||||
|
};
|
||||||
|
const nine = varify("nine");
|
||||||
|
define("nine", nineExpr);
|
||||||
|
|
||||||
|
const evaled: expr = {
|
||||||
|
kind: "app",
|
||||||
|
left: nine,
|
||||||
|
right: z,
|
||||||
|
};
|
||||||
|
define("result", normalize(ctx, evaled));
|
||||||
|
|
||||||
|
console.log("ctx =");
|
||||||
|
// biome-ignore lint/complexity/noForEach: <explanation>
|
||||||
|
ctx.forEach(({ x, type, value }, idx) => {
|
||||||
|
console.log(
|
||||||
|
` ${idx === 0 ? "[" : ","} ${ppVariable(x)} : ${ppExpr(type)}${
|
||||||
|
value ? ` = ${ppExpr(value)}` : ""
|
||||||
|
}`,
|
||||||
|
);
|
||||||
|
});
|
||||||
|
console.log(" ]");
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
test();
|
||||||
|
|
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