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[rust.git] / compiler / rustc_ast / src / tokenstream.rs
1 //! # Token Streams
2 //!
3 //! `TokenStream`s represent syntactic objects before they are converted into ASTs.
4 //! A `TokenStream` is, roughly speaking, a sequence of [`TokenTree`]s,
5 //! which are themselves a single [`Token`] or a `Delimited` subsequence of tokens.
6 //!
7 //! ## Ownership
8 //!
9 //! `TokenStream`s are persistent data structures constructed as ropes with reference
10 //! counted-children. In general, this means that calling an operation on a `TokenStream`
11 //! (such as `slice`) produces an entirely new `TokenStream` from the borrowed reference to
12 //! the original. This essentially coerces `TokenStream`s into "views" of their subparts,
13 //! and a borrowed `TokenStream` is sufficient to build an owned `TokenStream` without taking
14 //! ownership of the original.
15
16 use crate::token::{self, DelimToken, Token, TokenKind};
17 use crate::AttrVec;
18
19 use rustc_data_structures::stable_hasher::{HashStable, StableHasher};
20 use rustc_data_structures::sync::{self, Lrc};
21 use rustc_macros::HashStable_Generic;
22 use rustc_serialize::{Decodable, Decoder, Encodable, Encoder};
23 use rustc_span::{Span, DUMMY_SP};
24 use smallvec::{smallvec, SmallVec};
25
26 use std::{fmt, iter, mem};
27
28 /// When the main Rust parser encounters a syntax-extension invocation, it
29 /// parses the arguments to the invocation as a token tree. This is a very
30 /// loose structure, such that all sorts of different AST fragments can
31 /// be passed to syntax extensions using a uniform type.
32 ///
33 /// If the syntax extension is an MBE macro, it will attempt to match its
34 /// LHS token tree against the provided token tree, and if it finds a
35 /// match, will transcribe the RHS token tree, splicing in any captured
36 /// `macro_parser::matched_nonterminals` into the `SubstNt`s it finds.
37 ///
38 /// The RHS of an MBE macro is the only place `SubstNt`s are substituted.
39 /// Nothing special happens to misnamed or misplaced `SubstNt`s.
40 #[derive(Debug, Clone, PartialEq, Encodable, Decodable, HashStable_Generic)]
41 pub enum TokenTree {
42     /// A single token.
43     Token(Token),
44     /// A delimited sequence of token trees.
45     Delimited(DelimSpan, DelimToken, TokenStream),
46 }
47
48 #[derive(Copy, Clone)]
49 pub enum CanSynthesizeMissingTokens {
50     Yes,
51     No,
52 }
53
54 // Ensure all fields of `TokenTree` is `Send` and `Sync`.
55 #[cfg(parallel_compiler)]
56 fn _dummy()
57 where
58     Token: Send + Sync,
59     DelimSpan: Send + Sync,
60     DelimToken: Send + Sync,
61     TokenStream: Send + Sync,
62 {
63 }
64
65 impl TokenTree {
66     /// Checks if this `TokenTree` is equal to the other, regardless of span information.
67     pub fn eq_unspanned(&self, other: &TokenTree) -> bool {
68         match (self, other) {
69             (TokenTree::Token(token), TokenTree::Token(token2)) => token.kind == token2.kind,
70             (TokenTree::Delimited(_, delim, tts), TokenTree::Delimited(_, delim2, tts2)) => {
71                 delim == delim2 && tts.eq_unspanned(&tts2)
72             }
73             _ => false,
74         }
75     }
76
77     /// Retrieves the `TokenTree`'s span.
78     pub fn span(&self) -> Span {
79         match self {
80             TokenTree::Token(token) => token.span,
81             TokenTree::Delimited(sp, ..) => sp.entire(),
82         }
83     }
84
85     /// Modify the `TokenTree`'s span in-place.
86     pub fn set_span(&mut self, span: Span) {
87         match self {
88             TokenTree::Token(token) => token.span = span,
89             TokenTree::Delimited(dspan, ..) => *dspan = DelimSpan::from_single(span),
90         }
91     }
92
93     pub fn token(kind: TokenKind, span: Span) -> TokenTree {
94         TokenTree::Token(Token::new(kind, span))
95     }
96
97     /// Returns the opening delimiter as a token tree.
98     pub fn open_tt(span: DelimSpan, delim: DelimToken) -> TokenTree {
99         TokenTree::token(token::OpenDelim(delim), span.open)
100     }
101
102     /// Returns the closing delimiter as a token tree.
103     pub fn close_tt(span: DelimSpan, delim: DelimToken) -> TokenTree {
104         TokenTree::token(token::CloseDelim(delim), span.close)
105     }
106
107     pub fn uninterpolate(self) -> TokenTree {
108         match self {
109             TokenTree::Token(token) => TokenTree::Token(token.uninterpolate().into_owned()),
110             tt => tt,
111         }
112     }
113 }
114
115 impl<CTX> HashStable<CTX> for TokenStream
116 where
117     CTX: crate::HashStableContext,
118 {
119     fn hash_stable(&self, hcx: &mut CTX, hasher: &mut StableHasher) {
120         for sub_tt in self.trees() {
121             sub_tt.hash_stable(hcx, hasher);
122         }
123     }
124 }
125
126 pub trait CreateTokenStream: sync::Send + sync::Sync {
127     fn create_token_stream(&self) -> AttrAnnotatedTokenStream;
128 }
129
130 impl CreateTokenStream for AttrAnnotatedTokenStream {
131     fn create_token_stream(&self) -> AttrAnnotatedTokenStream {
132         self.clone()
133     }
134 }
135
136 /// A lazy version of [`TokenStream`], which defers creation
137 /// of an actual `TokenStream` until it is needed.
138 /// `Box` is here only to reduce the structure size.
139 #[derive(Clone)]
140 pub struct LazyTokenStream(Lrc<Box<dyn CreateTokenStream>>);
141
142 impl LazyTokenStream {
143     pub fn new(inner: impl CreateTokenStream + 'static) -> LazyTokenStream {
144         LazyTokenStream(Lrc::new(Box::new(inner)))
145     }
146
147     pub fn create_token_stream(&self) -> AttrAnnotatedTokenStream {
148         self.0.create_token_stream()
149     }
150 }
151
152 impl fmt::Debug for LazyTokenStream {
153     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
154         write!(f, "LazyTokenStream({:?})", self.create_token_stream())
155     }
156 }
157
158 impl<S: Encoder> Encodable<S> for LazyTokenStream {
159     fn encode(&self, s: &mut S) -> Result<(), S::Error> {
160         // Used by AST json printing.
161         Encodable::encode(&self.create_token_stream(), s)
162     }
163 }
164
165 impl<D: Decoder> Decodable<D> for LazyTokenStream {
166     fn decode(_d: &mut D) -> Self {
167         panic!("Attempted to decode LazyTokenStream");
168     }
169 }
170
171 impl<CTX> HashStable<CTX> for LazyTokenStream {
172     fn hash_stable(&self, _hcx: &mut CTX, _hasher: &mut StableHasher) {
173         panic!("Attempted to compute stable hash for LazyTokenStream");
174     }
175 }
176
177 /// A `AttrAnnotatedTokenStream` is similar to a `TokenStream`, but with extra
178 /// information about the tokens for attribute targets. This is used
179 /// during expansion to perform early cfg-expansion, and to process attributes
180 /// during proc-macro invocations.
181 #[derive(Clone, Debug, Default, Encodable, Decodable)]
182 pub struct AttrAnnotatedTokenStream(pub Lrc<Vec<(AttrAnnotatedTokenTree, Spacing)>>);
183
184 /// Like `TokenTree`, but for `AttrAnnotatedTokenStream`
185 #[derive(Clone, Debug, Encodable, Decodable)]
186 pub enum AttrAnnotatedTokenTree {
187     Token(Token),
188     Delimited(DelimSpan, DelimToken, AttrAnnotatedTokenStream),
189     /// Stores the attributes for an attribute target,
190     /// along with the tokens for that attribute target.
191     /// See `AttributesData` for more information
192     Attributes(AttributesData),
193 }
194
195 impl AttrAnnotatedTokenStream {
196     pub fn new(tokens: Vec<(AttrAnnotatedTokenTree, Spacing)>) -> AttrAnnotatedTokenStream {
197         AttrAnnotatedTokenStream(Lrc::new(tokens))
198     }
199
200     /// Converts this `AttrAnnotatedTokenStream` to a plain `TokenStream
201     /// During conversion, `AttrAnnotatedTokenTree::Attributes` get 'flattened'
202     /// back to a `TokenStream` of the form `outer_attr attr_target`.
203     /// If there are inner attributes, they are inserted into the proper
204     /// place in the attribute target tokens.
205     pub fn to_tokenstream(&self) -> TokenStream {
206         let trees: Vec<_> = self
207             .0
208             .iter()
209             .flat_map(|tree| match &tree.0 {
210                 AttrAnnotatedTokenTree::Token(inner) => {
211                     smallvec![(TokenTree::Token(inner.clone()), tree.1)].into_iter()
212                 }
213                 AttrAnnotatedTokenTree::Delimited(span, delim, stream) => smallvec![(
214                     TokenTree::Delimited(*span, *delim, stream.to_tokenstream()),
215                     tree.1,
216                 )]
217                 .into_iter(),
218                 AttrAnnotatedTokenTree::Attributes(data) => {
219                     let mut outer_attrs = Vec::new();
220                     let mut inner_attrs = Vec::new();
221                     for attr in &data.attrs {
222                         match attr.style {
223                             crate::AttrStyle::Outer => {
224                                 outer_attrs.push(attr);
225                             }
226                             crate::AttrStyle::Inner => {
227                                 inner_attrs.push(attr);
228                             }
229                         }
230                     }
231
232                     let mut target_tokens: Vec<_> = data
233                         .tokens
234                         .create_token_stream()
235                         .to_tokenstream()
236                         .0
237                         .iter()
238                         .cloned()
239                         .collect();
240                     if !inner_attrs.is_empty() {
241                         let mut found = false;
242                         // Check the last two trees (to account for a trailing semi)
243                         for (tree, _) in target_tokens.iter_mut().rev().take(2) {
244                             if let TokenTree::Delimited(span, delim, delim_tokens) = tree {
245                                 // Inner attributes are only supported on extern blocks, functions, impls,
246                                 // and modules. All of these have their inner attributes placed at
247                                 // the beginning of the rightmost outermost braced group:
248                                 // e.g. fn foo() { #![my_attr} }
249                                 //
250                                 // Therefore, we can insert them back into the right location
251                                 // without needing to do any extra position tracking.
252                                 //
253                                 // Note: Outline modules are an exception - they can
254                                 // have attributes like `#![my_attr]` at the start of a file.
255                                 // Support for custom attributes in this position is not
256                                 // properly implemented - we always synthesize fake tokens,
257                                 // so we never reach this code.
258
259                                 let mut builder = TokenStreamBuilder::new();
260                                 for inner_attr in inner_attrs {
261                                     builder.push(inner_attr.tokens().to_tokenstream());
262                                 }
263                                 builder.push(delim_tokens.clone());
264                                 *tree = TokenTree::Delimited(*span, *delim, builder.build());
265                                 found = true;
266                                 break;
267                             }
268                         }
269
270                         assert!(
271                             found,
272                             "Failed to find trailing delimited group in: {:?}",
273                             target_tokens
274                         );
275                     }
276                     let mut flat: SmallVec<[_; 1]> = SmallVec::new();
277                     for attr in outer_attrs {
278                         // FIXME: Make this more efficient
279                         flat.extend(attr.tokens().to_tokenstream().0.clone().iter().cloned());
280                     }
281                     flat.extend(target_tokens);
282                     flat.into_iter()
283                 }
284             })
285             .collect();
286         TokenStream::new(trees)
287     }
288 }
289
290 /// Stores the tokens for an attribute target, along
291 /// with its attributes.
292 ///
293 /// This is constructed during parsing when we need to capture
294 /// tokens.
295 ///
296 /// For example, `#[cfg(FALSE)] struct Foo {}` would
297 /// have an `attrs` field containing the `#[cfg(FALSE)]` attr,
298 /// and a `tokens` field storing the (unparsed) tokens `struct Foo {}`
299 #[derive(Clone, Debug, Encodable, Decodable)]
300 pub struct AttributesData {
301     /// Attributes, both outer and inner.
302     /// These are stored in the original order that they were parsed in.
303     pub attrs: AttrVec,
304     /// The underlying tokens for the attribute target that `attrs`
305     /// are applied to
306     pub tokens: LazyTokenStream,
307 }
308
309 /// A `TokenStream` is an abstract sequence of tokens, organized into [`TokenTree`]s.
310 ///
311 /// The goal is for procedural macros to work with `TokenStream`s and `TokenTree`s
312 /// instead of a representation of the abstract syntax tree.
313 /// Today's `TokenTree`s can still contain AST via `token::Interpolated` for
314 /// backwards compatibility.
315 #[derive(Clone, Debug, Default, Encodable, Decodable)]
316 pub struct TokenStream(pub(crate) Lrc<Vec<TreeAndSpacing>>);
317
318 pub type TreeAndSpacing = (TokenTree, Spacing);
319
320 // `TokenStream` is used a lot. Make sure it doesn't unintentionally get bigger.
321 #[cfg(all(target_arch = "x86_64", target_pointer_width = "64"))]
322 rustc_data_structures::static_assert_size!(TokenStream, 8);
323
324 #[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq, Encodable, Decodable)]
325 pub enum Spacing {
326     Alone,
327     Joint,
328 }
329
330 impl TokenStream {
331     /// Given a `TokenStream` with a `Stream` of only two arguments, return a new `TokenStream`
332     /// separating the two arguments with a comma for diagnostic suggestions.
333     pub fn add_comma(&self) -> Option<(TokenStream, Span)> {
334         // Used to suggest if a user writes `foo!(a b);`
335         let mut suggestion = None;
336         let mut iter = self.0.iter().enumerate().peekable();
337         while let Some((pos, ts)) = iter.next() {
338             if let Some((_, next)) = iter.peek() {
339                 let sp = match (&ts, &next) {
340                     (_, (TokenTree::Token(Token { kind: token::Comma, .. }), _)) => continue,
341                     (
342                         (TokenTree::Token(token_left), Spacing::Alone),
343                         (TokenTree::Token(token_right), _),
344                     ) if ((token_left.is_ident() && !token_left.is_reserved_ident())
345                         || token_left.is_lit())
346                         && ((token_right.is_ident() && !token_right.is_reserved_ident())
347                             || token_right.is_lit()) =>
348                     {
349                         token_left.span
350                     }
351                     ((TokenTree::Delimited(sp, ..), Spacing::Alone), _) => sp.entire(),
352                     _ => continue,
353                 };
354                 let sp = sp.shrink_to_hi();
355                 let comma = (TokenTree::token(token::Comma, sp), Spacing::Alone);
356                 suggestion = Some((pos, comma, sp));
357             }
358         }
359         if let Some((pos, comma, sp)) = suggestion {
360             let mut new_stream = Vec::with_capacity(self.0.len() + 1);
361             let parts = self.0.split_at(pos + 1);
362             new_stream.extend_from_slice(parts.0);
363             new_stream.push(comma);
364             new_stream.extend_from_slice(parts.1);
365             return Some((TokenStream::new(new_stream), sp));
366         }
367         None
368     }
369 }
370
371 impl From<(AttrAnnotatedTokenTree, Spacing)> for AttrAnnotatedTokenStream {
372     fn from((tree, spacing): (AttrAnnotatedTokenTree, Spacing)) -> AttrAnnotatedTokenStream {
373         AttrAnnotatedTokenStream::new(vec![(tree, spacing)])
374     }
375 }
376
377 impl From<TokenTree> for TokenStream {
378     fn from(tree: TokenTree) -> TokenStream {
379         TokenStream::new(vec![(tree, Spacing::Alone)])
380     }
381 }
382
383 impl From<TokenTree> for TreeAndSpacing {
384     fn from(tree: TokenTree) -> TreeAndSpacing {
385         (tree, Spacing::Alone)
386     }
387 }
388
389 impl iter::FromIterator<TokenTree> for TokenStream {
390     fn from_iter<I: IntoIterator<Item = TokenTree>>(iter: I) -> Self {
391         TokenStream::new(iter.into_iter().map(Into::into).collect::<Vec<TreeAndSpacing>>())
392     }
393 }
394
395 impl Eq for TokenStream {}
396
397 impl PartialEq<TokenStream> for TokenStream {
398     fn eq(&self, other: &TokenStream) -> bool {
399         self.trees().eq(other.trees())
400     }
401 }
402
403 impl TokenStream {
404     pub fn new(streams: Vec<TreeAndSpacing>) -> TokenStream {
405         TokenStream(Lrc::new(streams))
406     }
407
408     pub fn is_empty(&self) -> bool {
409         self.0.is_empty()
410     }
411
412     pub fn len(&self) -> usize {
413         self.0.len()
414     }
415
416     pub fn from_streams(mut streams: SmallVec<[TokenStream; 2]>) -> TokenStream {
417         match streams.len() {
418             0 => TokenStream::default(),
419             1 => streams.pop().unwrap(),
420             _ => {
421                 // We are going to extend the first stream in `streams` with
422                 // the elements from the subsequent streams. This requires
423                 // using `make_mut()` on the first stream, and in practice this
424                 // doesn't cause cloning 99.9% of the time.
425                 //
426                 // One very common use case is when `streams` has two elements,
427                 // where the first stream has any number of elements within
428                 // (often 1, but sometimes many more) and the second stream has
429                 // a single element within.
430
431                 // Determine how much the first stream will be extended.
432                 // Needed to avoid quadratic blow up from on-the-fly
433                 // reallocations (#57735).
434                 let num_appends = streams.iter().skip(1).map(|ts| ts.len()).sum();
435
436                 // Get the first stream. If it's `None`, create an empty
437                 // stream.
438                 let mut iter = streams.drain(..);
439                 let mut first_stream_lrc = iter.next().unwrap().0;
440
441                 // Append the elements to the first stream, after reserving
442                 // space for them.
443                 let first_vec_mut = Lrc::make_mut(&mut first_stream_lrc);
444                 first_vec_mut.reserve(num_appends);
445                 for stream in iter {
446                     first_vec_mut.extend(stream.0.iter().cloned());
447                 }
448
449                 // Create the final `TokenStream`.
450                 TokenStream(first_stream_lrc)
451             }
452         }
453     }
454
455     pub fn trees(&self) -> Cursor {
456         self.clone().into_trees()
457     }
458
459     pub fn into_trees(self) -> Cursor {
460         Cursor::new(self)
461     }
462
463     /// Compares two `TokenStream`s, checking equality without regarding span information.
464     pub fn eq_unspanned(&self, other: &TokenStream) -> bool {
465         let mut t1 = self.trees();
466         let mut t2 = other.trees();
467         for (t1, t2) in iter::zip(&mut t1, &mut t2) {
468             if !t1.eq_unspanned(&t2) {
469                 return false;
470             }
471         }
472         t1.next().is_none() && t2.next().is_none()
473     }
474
475     pub fn map_enumerated<F: FnMut(usize, &TokenTree) -> TokenTree>(self, mut f: F) -> TokenStream {
476         TokenStream(Lrc::new(
477             self.0
478                 .iter()
479                 .enumerate()
480                 .map(|(i, (tree, is_joint))| (f(i, tree), *is_joint))
481                 .collect(),
482         ))
483     }
484 }
485
486 // 99.5%+ of the time we have 1 or 2 elements in this vector.
487 #[derive(Clone)]
488 pub struct TokenStreamBuilder(SmallVec<[TokenStream; 2]>);
489
490 impl TokenStreamBuilder {
491     pub fn new() -> TokenStreamBuilder {
492         TokenStreamBuilder(SmallVec::new())
493     }
494
495     pub fn push<T: Into<TokenStream>>(&mut self, stream: T) {
496         let mut stream = stream.into();
497
498         // If `self` is not empty and the last tree within the last stream is a
499         // token tree marked with `Joint`...
500         if let Some(TokenStream(ref mut last_stream_lrc)) = self.0.last_mut()
501             && let Some((TokenTree::Token(last_token), Spacing::Joint)) = last_stream_lrc.last()
502             // ...and `stream` is not empty and the first tree within it is
503             // a token tree...
504             && let TokenStream(ref mut stream_lrc) = stream
505             && let Some((TokenTree::Token(token), spacing)) = stream_lrc.first()
506             // ...and the two tokens can be glued together...
507             && let Some(glued_tok) = last_token.glue(&token)
508         {
509             // ...then do so, by overwriting the last token
510             // tree in `self` and removing the first token tree
511             // from `stream`. This requires using `make_mut()`
512             // on the last stream in `self` and on `stream`,
513             // and in practice this doesn't cause cloning 99.9%
514             // of the time.
515
516             // Overwrite the last token tree with the merged
517             // token.
518             let last_vec_mut = Lrc::make_mut(last_stream_lrc);
519             *last_vec_mut.last_mut().unwrap() = (TokenTree::Token(glued_tok), *spacing);
520
521             // Remove the first token tree from `stream`. (This
522             // is almost always the only tree in `stream`.)
523             let stream_vec_mut = Lrc::make_mut(stream_lrc);
524             stream_vec_mut.remove(0);
525
526             // Don't push `stream` if it's empty -- that could
527             // block subsequent token gluing, by getting
528             // between two token trees that should be glued
529             // together.
530             if !stream.is_empty() {
531                 self.0.push(stream);
532             }
533             return;
534         }
535         self.0.push(stream);
536     }
537
538     pub fn build(self) -> TokenStream {
539         TokenStream::from_streams(self.0)
540     }
541 }
542
543 /// By-reference iterator over a [`TokenStream`].
544 #[derive(Clone)]
545 pub struct CursorRef<'t> {
546     stream: &'t TokenStream,
547     index: usize,
548 }
549
550 impl<'t> CursorRef<'t> {
551     fn next_with_spacing(&mut self) -> Option<&'t TreeAndSpacing> {
552         self.stream.0.get(self.index).map(|tree| {
553             self.index += 1;
554             tree
555         })
556     }
557 }
558
559 impl<'t> Iterator for CursorRef<'t> {
560     type Item = &'t TokenTree;
561
562     fn next(&mut self) -> Option<&'t TokenTree> {
563         self.next_with_spacing().map(|(tree, _)| tree)
564     }
565 }
566
567 /// Owning by-value iterator over a [`TokenStream`].
568 // FIXME: Many uses of this can be replaced with by-reference iterator to avoid clones.
569 #[derive(Clone)]
570 pub struct Cursor {
571     pub stream: TokenStream,
572     index: usize,
573 }
574
575 impl Iterator for Cursor {
576     type Item = TokenTree;
577
578     fn next(&mut self) -> Option<TokenTree> {
579         self.next_with_spacing().map(|(tree, _)| tree)
580     }
581 }
582
583 impl Cursor {
584     fn new(stream: TokenStream) -> Self {
585         Cursor { stream, index: 0 }
586     }
587
588     pub fn next_with_spacing(&mut self) -> Option<TreeAndSpacing> {
589         if self.index < self.stream.len() {
590             self.index += 1;
591             Some(self.stream.0[self.index - 1].clone())
592         } else {
593             None
594         }
595     }
596
597     pub fn index(&self) -> usize {
598         self.index
599     }
600
601     pub fn append(&mut self, new_stream: TokenStream) {
602         if new_stream.is_empty() {
603             return;
604         }
605         let index = self.index;
606         let stream = mem::take(&mut self.stream);
607         *self = TokenStream::from_streams(smallvec![stream, new_stream]).into_trees();
608         self.index = index;
609     }
610
611     pub fn look_ahead(&self, n: usize) -> Option<&TokenTree> {
612         self.stream.0[self.index..].get(n).map(|(tree, _)| tree)
613     }
614 }
615
616 #[derive(Debug, Copy, Clone, PartialEq, Encodable, Decodable, HashStable_Generic)]
617 pub struct DelimSpan {
618     pub open: Span,
619     pub close: Span,
620 }
621
622 impl DelimSpan {
623     pub fn from_single(sp: Span) -> Self {
624         DelimSpan { open: sp, close: sp }
625     }
626
627     pub fn from_pair(open: Span, close: Span) -> Self {
628         DelimSpan { open, close }
629     }
630
631     pub fn dummy() -> Self {
632         Self::from_single(DUMMY_SP)
633     }
634
635     pub fn entire(self) -> Span {
636         self.open.with_hi(self.close.hi())
637     }
638 }