]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc_ast_pretty/pp.rs
Rollup merge of #74045 - tmiasko:config-debug, r=nikomatsakis
[rust.git] / src / librustc_ast_pretty / 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 //! ```
72 //! foo(hello, there, good, friends)
73 //! ```
74 //!
75 //! breaking inconsistently to become
76 //!
77 //! ```
78 //! foo(hello, there
79 //!     good, friends);
80 //! ```
81 //!
82 //! whereas a consistent breaking would yield:
83 //!
84 //! ```
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 use log::debug;
136 use std::borrow::Cow;
137 use std::collections::VecDeque;
138 use std::fmt;
139
140 /// How to break. Described in more detail in the module docs.
141 #[derive(Clone, Copy, PartialEq)]
142 pub enum Breaks {
143     Consistent,
144     Inconsistent,
145 }
146
147 #[derive(Clone, Copy)]
148 pub struct BreakToken {
149     offset: isize,
150     blank_space: isize,
151 }
152
153 #[derive(Clone, Copy)]
154 pub struct BeginToken {
155     offset: isize,
156     breaks: Breaks,
157 }
158
159 #[derive(Clone)]
160 pub enum Token {
161     // In practice a string token contains either a `&'static str` or a
162     // `String`. `Cow` is overkill for this because we never modify the data,
163     // but it's more convenient than rolling our own more specialized type.
164     String(Cow<'static, str>),
165     Break(BreakToken),
166     Begin(BeginToken),
167     End,
168     Eof,
169 }
170
171 impl Token {
172     crate fn is_eof(&self) -> bool {
173         match *self {
174             Token::Eof => true,
175             _ => false,
176         }
177     }
178
179     pub fn is_hardbreak_tok(&self) -> bool {
180         match *self {
181             Token::Break(BreakToken { offset: 0, blank_space: bs }) if bs == SIZE_INFINITY => true,
182             _ => false,
183         }
184     }
185 }
186
187 impl fmt::Display for Token {
188     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
189         match *self {
190             Token::String(ref s) => write!(f, "STR({},{})", s, s.len()),
191             Token::Break(_) => f.write_str("BREAK"),
192             Token::Begin(_) => f.write_str("BEGIN"),
193             Token::End => f.write_str("END"),
194             Token::Eof => f.write_str("EOF"),
195         }
196     }
197 }
198
199 fn buf_str(buf: &[BufEntry], left: usize, right: usize, lim: usize) -> String {
200     let n = buf.len();
201     let mut i = left;
202     let mut l = lim;
203     let mut s = String::from("[");
204     while i != right && l != 0 {
205         l -= 1;
206         if i != left {
207             s.push_str(", ");
208         }
209         s.push_str(&format!("{}={}", buf[i].size, &buf[i].token));
210         i += 1;
211         i %= n;
212     }
213     s.push(']');
214     s
215 }
216
217 #[derive(Copy, Clone)]
218 enum PrintStackBreak {
219     Fits,
220     Broken(Breaks),
221 }
222
223 #[derive(Copy, Clone)]
224 struct PrintStackElem {
225     offset: isize,
226     pbreak: PrintStackBreak,
227 }
228
229 const SIZE_INFINITY: isize = 0xffff;
230
231 pub fn mk_printer() -> Printer {
232     let linewidth = 78;
233     // Yes 55, it makes the ring buffers big enough to never fall behind.
234     let n: usize = 55 * linewidth;
235     debug!("mk_printer {}", linewidth);
236     Printer {
237         out: String::new(),
238         buf_max_len: n,
239         margin: linewidth as isize,
240         space: linewidth as isize,
241         left: 0,
242         right: 0,
243         // Initialize a single entry; advance_right() will extend it on demand
244         // up to `buf_max_len` elements.
245         buf: vec![BufEntry::default()],
246         left_total: 0,
247         right_total: 0,
248         scan_stack: VecDeque::new(),
249         print_stack: Vec::new(),
250         pending_indentation: 0,
251     }
252 }
253
254 pub struct Printer {
255     out: String,
256     buf_max_len: usize,
257     /// Width of lines we're constrained to
258     margin: isize,
259     /// Number of spaces left on line
260     space: isize,
261     /// Index of left side of input stream
262     left: usize,
263     /// Index of right side of input stream
264     right: usize,
265     /// Ring-buffer of tokens and calculated sizes
266     buf: Vec<BufEntry>,
267     /// Running size of stream "...left"
268     left_total: isize,
269     /// Running size of stream "...right"
270     right_total: isize,
271     /// Pseudo-stack, really a ring too. Holds the
272     /// primary-ring-buffers index of the Begin that started the
273     /// current block, possibly with the most recent Break after that
274     /// Begin (if there is any) on top of it. Stuff is flushed off the
275     /// bottom as it becomes irrelevant due to the primary ring-buffer
276     /// advancing.
277     scan_stack: VecDeque<usize>,
278     /// Stack of blocks-in-progress being flushed by print
279     print_stack: Vec<PrintStackElem>,
280     /// Buffered indentation to avoid writing trailing whitespace
281     pending_indentation: isize,
282 }
283
284 #[derive(Clone)]
285 struct BufEntry {
286     token: Token,
287     size: isize,
288 }
289
290 impl Default for BufEntry {
291     fn default() -> Self {
292         BufEntry { token: Token::Eof, size: 0 }
293     }
294 }
295
296 impl Printer {
297     pub fn last_token(&self) -> Token {
298         self.buf[self.right].token.clone()
299     }
300
301     /// Be very careful with this!
302     pub fn replace_last_token(&mut self, t: Token) {
303         self.buf[self.right].token = t;
304     }
305
306     fn scan_eof(&mut self) {
307         if !self.scan_stack.is_empty() {
308             self.check_stack(0);
309             self.advance_left();
310         }
311     }
312
313     fn scan_begin(&mut self, b: BeginToken) {
314         if self.scan_stack.is_empty() {
315             self.left_total = 1;
316             self.right_total = 1;
317             self.left = 0;
318             self.right = 0;
319         } else {
320             self.advance_right();
321         }
322         debug!("pp Begin({})/buffer Vec<{},{}>", b.offset, self.left, self.right);
323         self.scan_push(BufEntry { token: Token::Begin(b), size: -self.right_total });
324     }
325
326     fn scan_end(&mut self) {
327         if self.scan_stack.is_empty() {
328             debug!("pp End/print Vec<{},{}>", self.left, self.right);
329             self.print_end();
330         } else {
331             debug!("pp End/buffer Vec<{},{}>", self.left, self.right);
332             self.advance_right();
333             self.scan_push(BufEntry { token: Token::End, size: -1 });
334         }
335     }
336
337     fn scan_break(&mut self, b: BreakToken) {
338         if self.scan_stack.is_empty() {
339             self.left_total = 1;
340             self.right_total = 1;
341             self.left = 0;
342             self.right = 0;
343         } else {
344             self.advance_right();
345         }
346         debug!("pp Break({})/buffer Vec<{},{}>", b.offset, self.left, self.right);
347         self.check_stack(0);
348         self.scan_push(BufEntry { token: Token::Break(b), size: -self.right_total });
349         self.right_total += b.blank_space;
350     }
351
352     fn scan_string(&mut self, s: Cow<'static, str>) {
353         if self.scan_stack.is_empty() {
354             debug!("pp String('{}')/print Vec<{},{}>", s, self.left, self.right);
355             self.print_string(s);
356         } else {
357             debug!("pp String('{}')/buffer Vec<{},{}>", s, self.left, self.right);
358             self.advance_right();
359             let len = s.len() as isize;
360             self.buf[self.right] = BufEntry { token: Token::String(s), size: len };
361             self.right_total += len;
362             self.check_stream();
363         }
364     }
365
366     fn check_stream(&mut self) {
367         debug!(
368             "check_stream Vec<{}, {}> with left_total={}, right_total={}",
369             self.left, self.right, self.left_total, self.right_total
370         );
371         if self.right_total - self.left_total > self.space {
372             debug!(
373                 "scan window is {}, longer than space on line ({})",
374                 self.right_total - self.left_total,
375                 self.space
376             );
377             if Some(&self.left) == self.scan_stack.back() {
378                 debug!("setting {} to infinity and popping", self.left);
379                 let scanned = self.scan_pop_bottom();
380                 self.buf[scanned].size = SIZE_INFINITY;
381             }
382             self.advance_left();
383             if self.left != self.right {
384                 self.check_stream();
385             }
386         }
387     }
388
389     fn scan_push(&mut self, entry: BufEntry) {
390         debug!("scan_push {}", self.right);
391         self.buf[self.right] = entry;
392         self.scan_stack.push_front(self.right);
393     }
394
395     fn scan_pop(&mut self) -> usize {
396         self.scan_stack.pop_front().unwrap()
397     }
398
399     fn scan_top(&mut self) -> usize {
400         *self.scan_stack.front().unwrap()
401     }
402
403     fn scan_pop_bottom(&mut self) -> usize {
404         self.scan_stack.pop_back().unwrap()
405     }
406
407     fn advance_right(&mut self) {
408         self.right += 1;
409         self.right %= self.buf_max_len;
410         // Extend the buf if necessary.
411         if self.right == self.buf.len() {
412             self.buf.push(BufEntry::default());
413         }
414         assert_ne!(self.right, self.left);
415     }
416
417     fn advance_left(&mut self) {
418         debug!(
419             "advance_left Vec<{},{}>, sizeof({})={}",
420             self.left, self.right, self.left, self.buf[self.left].size
421         );
422
423         let mut left_size = self.buf[self.left].size;
424
425         while left_size >= 0 {
426             let left = self.buf[self.left].token.clone();
427
428             let len = match left {
429                 Token::Break(b) => b.blank_space,
430                 Token::String(ref s) => {
431                     let len = s.len() as isize;
432                     assert_eq!(len, left_size);
433                     len
434                 }
435                 _ => 0,
436             };
437
438             self.print(left, left_size);
439
440             self.left_total += len;
441
442             if self.left == self.right {
443                 break;
444             }
445
446             self.left += 1;
447             self.left %= self.buf_max_len;
448
449             left_size = self.buf[self.left].size;
450         }
451     }
452
453     fn check_stack(&mut self, k: usize) {
454         if !self.scan_stack.is_empty() {
455             let x = self.scan_top();
456             match self.buf[x].token {
457                 Token::Begin(_) => {
458                     if k > 0 {
459                         self.scan_pop();
460                         self.buf[x].size += self.right_total;
461                         self.check_stack(k - 1);
462                     }
463                 }
464                 Token::End => {
465                     // paper says + not =, but that makes no sense.
466                     self.scan_pop();
467                     self.buf[x].size = 1;
468                     self.check_stack(k + 1);
469                 }
470                 _ => {
471                     self.scan_pop();
472                     self.buf[x].size += self.right_total;
473                     if k > 0 {
474                         self.check_stack(k);
475                     }
476                 }
477             }
478         }
479     }
480
481     fn print_newline(&mut self, amount: isize) {
482         debug!("NEWLINE {}", amount);
483         self.out.push('\n');
484         self.pending_indentation = 0;
485         self.indent(amount);
486     }
487
488     fn indent(&mut self, amount: isize) {
489         debug!("INDENT {}", amount);
490         self.pending_indentation += amount;
491     }
492
493     fn get_top(&mut self) -> PrintStackElem {
494         match self.print_stack.last() {
495             Some(el) => *el,
496             None => {
497                 PrintStackElem { offset: 0, pbreak: PrintStackBreak::Broken(Breaks::Inconsistent) }
498             }
499         }
500     }
501
502     fn print_begin(&mut self, b: BeginToken, l: isize) {
503         if l > self.space {
504             let col = self.margin - self.space + b.offset;
505             debug!("print Begin -> push broken block at col {}", col);
506             self.print_stack
507                 .push(PrintStackElem { offset: col, pbreak: PrintStackBreak::Broken(b.breaks) });
508         } else {
509             debug!("print Begin -> push fitting block");
510             self.print_stack.push(PrintStackElem { offset: 0, pbreak: PrintStackBreak::Fits });
511         }
512     }
513
514     fn print_end(&mut self) {
515         debug!("print End -> pop End");
516         self.print_stack.pop().unwrap();
517     }
518
519     fn print_break(&mut self, b: BreakToken, l: isize) {
520         let top = self.get_top();
521         match top.pbreak {
522             PrintStackBreak::Fits => {
523                 debug!("print Break({}) in fitting block", b.blank_space);
524                 self.space -= b.blank_space;
525                 self.indent(b.blank_space);
526             }
527             PrintStackBreak::Broken(Breaks::Consistent) => {
528                 debug!("print Break({}+{}) in consistent block", top.offset, b.offset);
529                 self.print_newline(top.offset + b.offset);
530                 self.space = self.margin - (top.offset + b.offset);
531             }
532             PrintStackBreak::Broken(Breaks::Inconsistent) => {
533                 if l > self.space {
534                     debug!("print Break({}+{}) w/ newline in inconsistent", top.offset, b.offset);
535                     self.print_newline(top.offset + b.offset);
536                     self.space = self.margin - (top.offset + b.offset);
537                 } else {
538                     debug!("print Break({}) w/o newline in inconsistent", b.blank_space);
539                     self.indent(b.blank_space);
540                     self.space -= b.blank_space;
541                 }
542             }
543         }
544     }
545
546     fn print_string(&mut self, s: Cow<'static, str>) {
547         let len = s.len() as isize;
548         debug!("print String({})", s);
549         // assert!(len <= space);
550         self.space -= len;
551
552         // Write the pending indent. A more concise way of doing this would be:
553         //
554         //   write!(self.out, "{: >n$}", "", n = self.pending_indentation as usize)?;
555         //
556         // But that is significantly slower. This code is sufficiently hot, and indents can get
557         // sufficiently large, that the difference is significant on some workloads.
558         self.out.reserve(self.pending_indentation as usize);
559         self.out.extend(std::iter::repeat(' ').take(self.pending_indentation as usize));
560         self.pending_indentation = 0;
561         self.out.push_str(&s);
562     }
563
564     fn print(&mut self, token: Token, l: isize) {
565         debug!("print {} {} (remaining line space={})", token, l, self.space);
566         debug!("{}", buf_str(&self.buf, self.left, self.right, 6));
567         match token {
568             Token::Begin(b) => self.print_begin(b, l),
569             Token::End => self.print_end(),
570             Token::Break(b) => self.print_break(b, l),
571             Token::String(s) => {
572                 let len = s.len() as isize;
573                 assert_eq!(len, l);
574                 self.print_string(s);
575             }
576             Token::Eof => panic!(), // Eof should never get here.
577         }
578     }
579
580     // Convenience functions to talk to the printer.
581
582     /// "raw box"
583     pub fn rbox(&mut self, indent: usize, b: Breaks) {
584         self.scan_begin(BeginToken { offset: indent as isize, breaks: b })
585     }
586
587     /// Inconsistent breaking box
588     pub fn ibox(&mut self, indent: usize) {
589         self.rbox(indent, Breaks::Inconsistent)
590     }
591
592     /// Consistent breaking box
593     pub fn cbox(&mut self, indent: usize) {
594         self.rbox(indent, Breaks::Consistent)
595     }
596
597     pub fn break_offset(&mut self, n: usize, off: isize) {
598         self.scan_break(BreakToken { offset: off, blank_space: n as isize })
599     }
600
601     pub fn end(&mut self) {
602         self.scan_end()
603     }
604
605     pub fn eof(mut self) -> String {
606         self.scan_eof();
607         self.out
608     }
609
610     pub fn word<S: Into<Cow<'static, str>>>(&mut self, wrd: S) {
611         let s = wrd.into();
612         self.scan_string(s)
613     }
614
615     fn spaces(&mut self, n: usize) {
616         self.break_offset(n, 0)
617     }
618
619     crate fn zerobreak(&mut self) {
620         self.spaces(0)
621     }
622
623     pub fn space(&mut self) {
624         self.spaces(1)
625     }
626
627     pub fn hardbreak(&mut self) {
628         self.spaces(SIZE_INFINITY as usize)
629     }
630
631     pub fn is_beginning_of_line(&self) -> bool {
632         self.last_token().is_eof() || self.last_token().is_hardbreak_tok()
633     }
634
635     pub fn hardbreak_tok_offset(off: isize) -> Token {
636         Token::Break(BreakToken { offset: off, blank_space: SIZE_INFINITY })
637     }
638 }