]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_ast_pretty/src/pp.rs
fix most compiler/ doctests
[rust.git] / compiler / rustc_ast_pretty / src / pp.rs
1 //! This pretty-printer is a direct reimplementation of Philip Karlton's
2 //! Mesa pretty-printer, as described in the appendix to
3 //! Derek C. Oppen, "Pretty Printing" (1979),
4 //! Stanford Computer Science Department STAN-CS-79-770,
5 //! <http://i.stanford.edu/pub/cstr/reports/cs/tr/79/770/CS-TR-79-770.pdf>.
6 //!
7 //! The algorithm's aim is to break a stream into as few lines as possible
8 //! while respecting the indentation-consistency requirements of the enclosing
9 //! block, and avoiding breaking at silly places on block boundaries, for
10 //! example, between "x" and ")" in "x)".
11 //!
12 //! I am implementing this algorithm because it comes with 20 pages of
13 //! documentation explaining its theory, and because it addresses the set of
14 //! concerns I've seen other pretty-printers fall down on. Weirdly. Even though
15 //! it's 32 years old. What can I say?
16 //!
17 //! Despite some redundancies and quirks in the way it's implemented in that
18 //! paper, I've opted to keep the implementation here as similar as I can,
19 //! changing only what was blatantly wrong, a typo, or sufficiently
20 //! non-idiomatic rust that it really stuck out.
21 //!
22 //! In particular you'll see a certain amount of churn related to INTEGER vs.
23 //! CARDINAL in the Mesa implementation. Mesa apparently interconverts the two
24 //! somewhat readily? In any case, I've used usize for indices-in-buffers and
25 //! ints for character-sizes-and-indentation-offsets. This respects the need
26 //! for ints to "go negative" while carrying a pending-calculation balance, and
27 //! helps differentiate all the numbers flying around internally (slightly).
28 //!
29 //! I also inverted the indentation arithmetic used in the print stack, since
30 //! the Mesa implementation (somewhat randomly) stores the offset on the print
31 //! stack in terms of margin-col rather than col itself. I store col.
32 //!
33 //! I also implemented a small change in the String token, in that I store an
34 //! explicit length for the string. For most tokens this is just the length of
35 //! the accompanying string. But it's necessary to permit it to differ, for
36 //! encoding things that are supposed to "go on their own line" -- certain
37 //! classes of comment and blank-line -- where relying on adjacent
38 //! hardbreak-like Break tokens with long blankness indication doesn't actually
39 //! work. To see why, consider when there is a "thing that should be on its own
40 //! line" between two long blocks, say functions. If you put a hardbreak after
41 //! each function (or before each) and the breaking algorithm decides to break
42 //! there anyways (because the functions themselves are long) you wind up with
43 //! extra blank lines. If you don't put hardbreaks you can wind up with the
44 //! "thing which should be on its own line" not getting its own line in the
45 //! rare case of "really small functions" or such. This re-occurs with comments
46 //! and explicit blank lines. So in those cases we use a string with a payload
47 //! we want isolated to a line and an explicit length that's huge, surrounded
48 //! by two zero-length breaks. The algorithm will try its best to fit it on a
49 //! line (which it can't) and so naturally place the content on its own line to
50 //! avoid combining it with other lines and making matters even worse.
51 //!
52 //! # Explanation
53 //!
54 //! In case you do not have the paper, here is an explanation of what's going
55 //! on.
56 //!
57 //! There is a stream of input tokens flowing through this printer.
58 //!
59 //! The printer buffers up to 3N tokens inside itself, where N is linewidth.
60 //! Yes, linewidth is chars and tokens are multi-char, but in the worst
61 //! case every token worth buffering is 1 char long, so it's ok.
62 //!
63 //! Tokens are String, Break, and Begin/End to delimit blocks.
64 //!
65 //! Begin tokens can carry an offset, saying "how far to indent when you break
66 //! inside here", as well as a flag indicating "consistent" or "inconsistent"
67 //! breaking. Consistent breaking means that after the first break, no attempt
68 //! will be made to flow subsequent breaks together onto lines. Inconsistent
69 //! is the opposite. Inconsistent breaking example would be, say:
70 //!
71 //! ```ignore (illustrative)
72 //! foo(hello, there, good, friends)
73 //! ```
74 //!
75 //! breaking inconsistently to become
76 //!
77 //! ```ignore (illustrative)
78 //! foo(hello, there,
79 //!     good, friends);
80 //! ```
81 //!
82 //! whereas a consistent breaking would yield:
83 //!
84 //! ```ignore (illustrative)
85 //! foo(hello,
86 //!     there,
87 //!     good,
88 //!     friends);
89 //! ```
90 //!
91 //! That is, in the consistent-break blocks we value vertical alignment
92 //! more than the ability to cram stuff onto a line. But in all cases if it
93 //! can make a block a one-liner, it'll do so.
94 //!
95 //! Carrying on with high-level logic:
96 //!
97 //! The buffered tokens go through a ring-buffer, 'tokens'. The 'left' and
98 //! 'right' indices denote the active portion of the ring buffer as well as
99 //! describing hypothetical points-in-the-infinite-stream at most 3N tokens
100 //! apart (i.e., "not wrapped to ring-buffer boundaries"). The paper will switch
101 //! between using 'left' and 'right' terms to denote the wrapped-to-ring-buffer
102 //! and point-in-infinite-stream senses freely.
103 //!
104 //! There is a parallel ring buffer, `size`, that holds the calculated size of
105 //! each token. Why calculated? Because for Begin/End pairs, the "size"
106 //! includes everything between the pair. That is, the "size" of Begin is
107 //! actually the sum of the sizes of everything between Begin and the paired
108 //! End that follows. Since that is arbitrarily far in the future, `size` is
109 //! being rewritten regularly while the printer runs; in fact most of the
110 //! machinery is here to work out `size` entries on the fly (and give up when
111 //! they're so obviously over-long that "infinity" is a good enough
112 //! approximation for purposes of line breaking).
113 //!
114 //! The "input side" of the printer is managed as an abstract process called
115 //! SCAN, which uses `scan_stack`, to manage calculating `size`. SCAN is, in
116 //! other words, the process of calculating 'size' entries.
117 //!
118 //! The "output side" of the printer is managed by an abstract process called
119 //! PRINT, which uses `print_stack`, `margin` and `space` to figure out what to
120 //! do with each token/size pair it consumes as it goes. It's trying to consume
121 //! the entire buffered window, but can't output anything until the size is >=
122 //! 0 (sizes are set to negative while they're pending calculation).
123 //!
124 //! So SCAN takes input and buffers tokens and pending calculations, while
125 //! PRINT gobbles up completed calculations and tokens from the buffer. The
126 //! theory is that the two can never get more than 3N tokens apart, because
127 //! once there's "obviously" too much data to fit on a line, in a size
128 //! calculation, SCAN will write "infinity" to the size and let PRINT consume
129 //! it.
130 //!
131 //! In this implementation (following the paper, again) the SCAN process is the
132 //! methods called `Printer::scan_*`, and the 'PRINT' process is the
133 //! method called `Printer::print`.
134
135 mod convenience;
136 mod ring;
137
138 use ring::RingBuffer;
139 use std::borrow::Cow;
140 use std::cmp;
141 use std::collections::VecDeque;
142 use std::iter;
143
144 /// How to break. Described in more detail in the module docs.
145 #[derive(Clone, Copy, PartialEq)]
146 pub enum Breaks {
147     Consistent,
148     Inconsistent,
149 }
150
151 #[derive(Clone, Copy, PartialEq)]
152 enum IndentStyle {
153     /// Vertically aligned under whatever column this block begins at.
154     ///
155     ///     fn demo(arg1: usize,
156     ///             arg2: usize) {}
157     Visual,
158     /// Indented relative to the indentation level of the previous line.
159     ///
160     ///     fn demo(
161     ///         arg1: usize,
162     ///         arg2: usize,
163     ///     ) {}
164     Block { offset: isize },
165 }
166
167 #[derive(Clone, Copy, Default, PartialEq)]
168 pub struct BreakToken {
169     offset: isize,
170     blank_space: isize,
171     pre_break: Option<char>,
172 }
173
174 #[derive(Clone, Copy, PartialEq)]
175 pub struct BeginToken {
176     indent: IndentStyle,
177     breaks: Breaks,
178 }
179
180 #[derive(Clone, PartialEq)]
181 pub enum Token {
182     // In practice a string token contains either a `&'static str` or a
183     // `String`. `Cow` is overkill for this because we never modify the data,
184     // but it's more convenient than rolling our own more specialized type.
185     String(Cow<'static, str>),
186     Break(BreakToken),
187     Begin(BeginToken),
188     End,
189 }
190
191 #[derive(Copy, Clone)]
192 enum PrintFrame {
193     Fits,
194     Broken { indent: usize, breaks: Breaks },
195 }
196
197 const SIZE_INFINITY: isize = 0xffff;
198
199 /// Target line width.
200 const MARGIN: isize = 78;
201 /// Every line is allowed at least this much space, even if highly indented.
202 const MIN_SPACE: isize = 60;
203
204 pub struct Printer {
205     out: String,
206     /// Number of spaces left on line
207     space: isize,
208     /// Ring-buffer of tokens and calculated sizes
209     buf: RingBuffer<BufEntry>,
210     /// Running size of stream "...left"
211     left_total: isize,
212     /// Running size of stream "...right"
213     right_total: isize,
214     /// Pseudo-stack, really a ring too. Holds the
215     /// primary-ring-buffers index of the Begin that started the
216     /// current block, possibly with the most recent Break after that
217     /// Begin (if there is any) on top of it. Stuff is flushed off the
218     /// bottom as it becomes irrelevant due to the primary ring-buffer
219     /// advancing.
220     scan_stack: VecDeque<usize>,
221     /// Stack of blocks-in-progress being flushed by print
222     print_stack: Vec<PrintFrame>,
223     /// Level of indentation of current line
224     indent: usize,
225     /// Buffered indentation to avoid writing trailing whitespace
226     pending_indentation: isize,
227     /// The token most recently popped from the left boundary of the
228     /// ring-buffer for printing
229     last_printed: Option<Token>,
230 }
231
232 #[derive(Clone)]
233 struct BufEntry {
234     token: Token,
235     size: isize,
236 }
237
238 impl Printer {
239     pub fn new() -> Self {
240         Printer {
241             out: String::new(),
242             space: MARGIN,
243             buf: RingBuffer::new(),
244             left_total: 0,
245             right_total: 0,
246             scan_stack: VecDeque::new(),
247             print_stack: Vec::new(),
248             indent: 0,
249             pending_indentation: 0,
250             last_printed: None,
251         }
252     }
253
254     pub fn last_token(&self) -> Option<&Token> {
255         self.last_token_still_buffered().or_else(|| self.last_printed.as_ref())
256     }
257
258     pub fn last_token_still_buffered(&self) -> Option<&Token> {
259         self.buf.last().map(|last| &last.token)
260     }
261
262     /// Be very careful with this!
263     pub fn replace_last_token_still_buffered(&mut self, token: Token) {
264         self.buf.last_mut().unwrap().token = token;
265     }
266
267     fn scan_eof(&mut self) {
268         if !self.scan_stack.is_empty() {
269             self.check_stack(0);
270             self.advance_left();
271         }
272     }
273
274     fn scan_begin(&mut self, token: BeginToken) {
275         if self.scan_stack.is_empty() {
276             self.left_total = 1;
277             self.right_total = 1;
278             self.buf.clear();
279         }
280         let right = self.buf.push(BufEntry { token: Token::Begin(token), size: -self.right_total });
281         self.scan_stack.push_back(right);
282     }
283
284     fn scan_end(&mut self) {
285         if self.scan_stack.is_empty() {
286             self.print_end();
287         } else {
288             let right = self.buf.push(BufEntry { token: Token::End, size: -1 });
289             self.scan_stack.push_back(right);
290         }
291     }
292
293     fn scan_break(&mut self, token: BreakToken) {
294         if self.scan_stack.is_empty() {
295             self.left_total = 1;
296             self.right_total = 1;
297             self.buf.clear();
298         } else {
299             self.check_stack(0);
300         }
301         let right = self.buf.push(BufEntry { token: Token::Break(token), size: -self.right_total });
302         self.scan_stack.push_back(right);
303         self.right_total += token.blank_space;
304     }
305
306     fn scan_string(&mut self, string: Cow<'static, str>) {
307         if self.scan_stack.is_empty() {
308             self.print_string(&string);
309         } else {
310             let len = string.len() as isize;
311             self.buf.push(BufEntry { token: Token::String(string), size: len });
312             self.right_total += len;
313             self.check_stream();
314         }
315     }
316
317     pub fn offset(&mut self, offset: isize) {
318         if let Some(BufEntry { token: Token::Break(token), .. }) = &mut self.buf.last_mut() {
319             token.offset += offset;
320         }
321     }
322
323     fn check_stream(&mut self) {
324         while self.right_total - self.left_total > self.space {
325             if *self.scan_stack.front().unwrap() == self.buf.index_of_first() {
326                 self.scan_stack.pop_front().unwrap();
327                 self.buf.first_mut().unwrap().size = SIZE_INFINITY;
328             }
329             self.advance_left();
330             if self.buf.is_empty() {
331                 break;
332             }
333         }
334     }
335
336     fn advance_left(&mut self) {
337         while self.buf.first().unwrap().size >= 0 {
338             let left = self.buf.pop_first().unwrap();
339
340             match &left.token {
341                 Token::String(string) => {
342                     self.left_total += string.len() as isize;
343                     self.print_string(string);
344                 }
345                 Token::Break(token) => {
346                     self.left_total += token.blank_space;
347                     self.print_break(*token, left.size);
348                 }
349                 Token::Begin(token) => self.print_begin(*token, left.size),
350                 Token::End => self.print_end(),
351             }
352
353             self.last_printed = Some(left.token);
354
355             if self.buf.is_empty() {
356                 break;
357             }
358         }
359     }
360
361     fn check_stack(&mut self, mut depth: usize) {
362         while let Some(&index) = self.scan_stack.back() {
363             let mut entry = &mut self.buf[index];
364             match entry.token {
365                 Token::Begin(_) => {
366                     if depth == 0 {
367                         break;
368                     }
369                     self.scan_stack.pop_back().unwrap();
370                     entry.size += self.right_total;
371                     depth -= 1;
372                 }
373                 Token::End => {
374                     // paper says + not =, but that makes no sense.
375                     self.scan_stack.pop_back().unwrap();
376                     entry.size = 1;
377                     depth += 1;
378                 }
379                 _ => {
380                     self.scan_stack.pop_back().unwrap();
381                     entry.size += self.right_total;
382                     if depth == 0 {
383                         break;
384                     }
385                 }
386             }
387         }
388     }
389
390     fn get_top(&self) -> PrintFrame {
391         *self
392             .print_stack
393             .last()
394             .unwrap_or(&PrintFrame::Broken { indent: 0, breaks: Breaks::Inconsistent })
395     }
396
397     fn print_begin(&mut self, token: BeginToken, size: isize) {
398         if size > self.space {
399             self.print_stack.push(PrintFrame::Broken { indent: self.indent, breaks: token.breaks });
400             self.indent = match token.indent {
401                 IndentStyle::Block { offset } => {
402                     usize::try_from(self.indent as isize + offset).unwrap()
403                 }
404                 IndentStyle::Visual => (MARGIN - self.space) as usize,
405             };
406         } else {
407             self.print_stack.push(PrintFrame::Fits);
408         }
409     }
410
411     fn print_end(&mut self) {
412         if let PrintFrame::Broken { indent, .. } = self.print_stack.pop().unwrap() {
413             self.indent = indent;
414         }
415     }
416
417     fn print_break(&mut self, token: BreakToken, size: isize) {
418         let fits = match self.get_top() {
419             PrintFrame::Fits => true,
420             PrintFrame::Broken { breaks: Breaks::Consistent, .. } => false,
421             PrintFrame::Broken { breaks: Breaks::Inconsistent, .. } => size <= self.space,
422         };
423         if fits {
424             self.pending_indentation += token.blank_space;
425             self.space -= token.blank_space;
426         } else {
427             if let Some(pre_break) = token.pre_break {
428                 self.out.push(pre_break);
429             }
430             self.out.push('\n');
431             let indent = self.indent as isize + token.offset;
432             self.pending_indentation = indent;
433             self.space = cmp::max(MARGIN - indent, MIN_SPACE);
434         }
435     }
436
437     fn print_string(&mut self, string: &str) {
438         // Write the pending indent. A more concise way of doing this would be:
439         //
440         //   write!(self.out, "{: >n$}", "", n = self.pending_indentation as usize)?;
441         //
442         // But that is significantly slower. This code is sufficiently hot, and indents can get
443         // sufficiently large, that the difference is significant on some workloads.
444         self.out.reserve(self.pending_indentation as usize);
445         self.out.extend(iter::repeat(' ').take(self.pending_indentation as usize));
446         self.pending_indentation = 0;
447
448         self.out.push_str(string);
449         self.space -= string.len() as isize;
450     }
451 }