]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/libsyntax/ext/tt/macro_parser.rs
Auto merge of #54547 - AstralSorcerer:issue-54028, r=eddyb
[rust.git] / src / libsyntax / ext / tt / macro_parser.rs
1 // Copyright 2012-2017 The Rust Project Developers. See the COPYRIGHT
2 // file at the top-level directory of this distribution and at
3 // http://rust-lang.org/COPYRIGHT.
4 //
5 // Licensed under the Apache License, Version 2.0 <LICENSE-APACHE or
6 // http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0> or the MIT license
7 // <LICENSE-MIT or http://opensource.org/licenses/MIT>, at your
8 // option. This file may not be copied, modified, or distributed
9 // except according to those terms.
10
11 //! This is an NFA-based parser, which calls out to the main rust parser for named nonterminals
12 //! (which it commits to fully when it hits one in a grammar). There's a set of current NFA threads
13 //! and a set of next ones. Instead of NTs, we have a special case for Kleene star. The big-O, in
14 //! pathological cases, is worse than traditional use of NFA or Earley parsing, but it's an easier
15 //! fit for Macro-by-Example-style rules.
16 //!
17 //! (In order to prevent the pathological case, we'd need to lazily construct the resulting
18 //! `NamedMatch`es at the very end. It'd be a pain, and require more memory to keep around old
19 //! items, but it would also save overhead)
20 //!
21 //! We don't say this parser uses the Earley algorithm, because it's unnecessarily inaccurate.
22 //! The macro parser restricts itself to the features of finite state automata. Earley parsers
23 //! can be described as an extension of NFAs with completion rules, prediction rules, and recursion.
24 //!
25 //! Quick intro to how the parser works:
26 //!
27 //! A 'position' is a dot in the middle of a matcher, usually represented as a
28 //! dot. For example `· a $( a )* a b` is a position, as is `a $( · a )* a b`.
29 //!
30 //! The parser walks through the input a character at a time, maintaining a list
31 //! of threads consistent with the current position in the input string: `cur_items`.
32 //!
33 //! As it processes them, it fills up `eof_items` with threads that would be valid if
34 //! the macro invocation is now over, `bb_items` with threads that are waiting on
35 //! a Rust nonterminal like `$e:expr`, and `next_items` with threads that are waiting
36 //! on a particular token. Most of the logic concerns moving the · through the
37 //! repetitions indicated by Kleene stars. The rules for moving the · without
38 //! consuming any input are called epsilon transitions. It only advances or calls
39 //! out to the real Rust parser when no `cur_items` threads remain.
40 //!
41 //! Example:
42 //!
43 //! ```text, ignore
44 //! Start parsing a a a a b against [· a $( a )* a b].
45 //!
46 //! Remaining input: a a a a b
47 //! next: [· a $( a )* a b]
48 //!
49 //! - - - Advance over an a. - - -
50 //!
51 //! Remaining input: a a a b
52 //! cur: [a · $( a )* a b]
53 //! Descend/Skip (first item).
54 //! next: [a $( · a )* a b]  [a $( a )* · a b].
55 //!
56 //! - - - Advance over an a. - - -
57 //!
58 //! Remaining input: a a b
59 //! cur: [a $( a · )* a b]  [a $( a )* a · b]
60 //! Follow epsilon transition: Finish/Repeat (first item)
61 //! next: [a $( a )* · a b]  [a $( · a )* a b]  [a $( a )* a · b]
62 //!
63 //! - - - Advance over an a. - - - (this looks exactly like the last step)
64 //!
65 //! Remaining input: a b
66 //! cur: [a $( a · )* a b]  [a $( a )* a · b]
67 //! Follow epsilon transition: Finish/Repeat (first item)
68 //! next: [a $( a )* · a b]  [a $( · a )* a b]  [a $( a )* a · b]
69 //!
70 //! - - - Advance over an a. - - - (this looks exactly like the last step)
71 //!
72 //! Remaining input: b
73 //! cur: [a $( a · )* a b]  [a $( a )* a · b]
74 //! Follow epsilon transition: Finish/Repeat (first item)
75 //! next: [a $( a )* · a b]  [a $( · a )* a b]  [a $( a )* a · b]
76 //!
77 //! - - - Advance over a b. - - -
78 //!
79 //! Remaining input: ''
80 //! eof: [a $( a )* a b ·]
81 //! ```
82
83 pub use self::NamedMatch::*;
84 pub use self::ParseResult::*;
85 use self::TokenTreeOrTokenTreeSlice::*;
86
87 use ast::Ident;
88 use syntax_pos::{self, Span};
89 use errors::FatalError;
90 use ext::tt::quoted::{self, TokenTree};
91 use parse::{Directory, ParseSess};
92 use parse::parser::{Parser, PathStyle};
93 use parse::token::{self, DocComment, Nonterminal, Token};
94 use print::pprust;
95 use smallvec::SmallVec;
96 use symbol::keywords;
97 use tokenstream::{DelimSpan, TokenStream};
98
99 use rustc_data_structures::fx::FxHashMap;
100 use std::collections::hash_map::Entry::{Occupied, Vacant};
101 use std::mem;
102 use std::ops::{Deref, DerefMut};
103 use std::rc::Rc;
104
105 // To avoid costly uniqueness checks, we require that `MatchSeq` always has a nonempty body.
106
107 /// Either a sequence of token trees or a single one. This is used as the representation of the
108 /// sequence of tokens that make up a matcher.
109 #[derive(Clone)]
110 enum TokenTreeOrTokenTreeSlice<'a> {
111     Tt(TokenTree),
112     TtSeq(&'a [TokenTree]),
113 }
114
115 impl<'a> TokenTreeOrTokenTreeSlice<'a> {
116     /// Returns the number of constituent top-level token trees of `self` (top-level in that it
117     /// will not recursively descend into subtrees).
118     fn len(&self) -> usize {
119         match *self {
120             TtSeq(ref v) => v.len(),
121             Tt(ref tt) => tt.len(),
122         }
123     }
124
125     /// The the `index`-th token tree of `self`.
126     fn get_tt(&self, index: usize) -> TokenTree {
127         match *self {
128             TtSeq(ref v) => v[index].clone(),
129             Tt(ref tt) => tt.get_tt(index),
130         }
131     }
132 }
133
134 /// An unzipping of `TokenTree`s... see the `stack` field of `MatcherPos`.
135 ///
136 /// This is used by `inner_parse_loop` to keep track of delimited submatchers that we have
137 /// descended into.
138 #[derive(Clone)]
139 struct MatcherTtFrame<'a> {
140     /// The "parent" matcher that we are descending into.
141     elts: TokenTreeOrTokenTreeSlice<'a>,
142     /// The position of the "dot" in `elts` at the time we descended.
143     idx: usize,
144 }
145
146 /// Represents a single "position" (aka "matcher position", aka "item"), as described in the module
147 /// documentation.
148 #[derive(Clone)]
149 struct MatcherPos<'a> {
150     /// The token or sequence of tokens that make up the matcher
151     top_elts: TokenTreeOrTokenTreeSlice<'a>,
152     /// The position of the "dot" in this matcher
153     idx: usize,
154     /// The first span of source source that the beginning of this matcher corresponds to. In other
155     /// words, the token in the source whose span is `sp_open` is matched against the first token of
156     /// the matcher.
157     sp_open: Span,
158
159     /// For each named metavar in the matcher, we keep track of token trees matched against the
160     /// metavar by the black box parser. In particular, there may be more than one match per
161     /// metavar if we are in a repetition (each repetition matches each of the variables).
162     /// Moreover, matchers and repetitions can be nested; the `matches` field is shared (hence the
163     /// `Rc`) among all "nested" matchers. `match_lo`, `match_cur`, and `match_hi` keep track of
164     /// the current position of the `self` matcher position in the shared `matches` list.
165     ///
166     /// Also, note that while we are descending into a sequence, matchers are given their own
167     /// `matches` vector. Only once we reach the end of a full repetition of the sequence do we add
168     /// all bound matches from the submatcher into the shared top-level `matches` vector. If `sep`
169     /// and `up` are `Some`, then `matches` is _not_ the shared top-level list. Instead, if one
170     /// wants the shared `matches`, one should use `up.matches`.
171     matches: Vec<Rc<Vec<NamedMatch>>>,
172     /// The position in `matches` corresponding to the first metavar in this matcher's sequence of
173     /// token trees. In other words, the first metavar in the first token of `top_elts` corresponds
174     /// to `matches[match_lo]`.
175     match_lo: usize,
176     /// The position in `matches` corresponding to the metavar we are currently trying to match
177     /// against the source token stream. `match_lo <= match_cur <= match_hi`.
178     match_cur: usize,
179     /// Similar to `match_lo` except `match_hi` is the position in `matches` of the _last_ metavar
180     /// in this matcher.
181     match_hi: usize,
182
183     // Specifically used if we are matching a repetition. If we aren't both should be `None`.
184     /// The KleeneOp of this sequence if we are in a repetition.
185     seq_op: Option<quoted::KleeneOp>,
186     /// The separator if we are in a repetition
187     sep: Option<Token>,
188     /// The "parent" matcher position if we are in a repetition. That is, the matcher position just
189     /// before we enter the sequence.
190     up: Option<MatcherPosHandle<'a>>,
191
192     // Specifically used to "unzip" token trees. By "unzip", we mean to unwrap the delimiters from
193     // a delimited token tree (e.g. something wrapped in `(` `)`) or to get the contents of a doc
194     // comment...
195     /// When matching against matchers with nested delimited submatchers (e.g. `pat ( pat ( .. )
196     /// pat ) pat`), we need to keep track of the matchers we are descending into. This stack does
197     /// that where the bottom of the stack is the outermost matcher.
198     // Also, throughout the comments, this "descent" is often referred to as "unzipping"...
199     stack: Vec<MatcherTtFrame<'a>>,
200 }
201
202 impl<'a> MatcherPos<'a> {
203     /// Add `m` as a named match for the `idx`-th metavar.
204     fn push_match(&mut self, idx: usize, m: NamedMatch) {
205         let matches = Rc::make_mut(&mut self.matches[idx]);
206         matches.push(m);
207     }
208 }
209
210 // Lots of MatcherPos instances are created at runtime. Allocating them on the
211 // heap is slow. Furthermore, using SmallVec<MatcherPos> to allocate them all
212 // on the stack is also slow, because MatcherPos is quite a large type and
213 // instances get moved around a lot between vectors, which requires lots of
214 // slow memcpy calls.
215 //
216 // Therefore, the initial MatcherPos is always allocated on the stack,
217 // subsequent ones (of which there aren't that many) are allocated on the heap,
218 // and this type is used to encapsulate both cases.
219 enum MatcherPosHandle<'a> {
220     Ref(&'a mut MatcherPos<'a>),
221     Box(Box<MatcherPos<'a>>),
222 }
223
224 impl<'a> Clone for MatcherPosHandle<'a> {
225     // This always produces a new Box.
226     fn clone(&self) -> Self {
227         MatcherPosHandle::Box(match *self {
228             MatcherPosHandle::Ref(ref r) => Box::new((**r).clone()),
229             MatcherPosHandle::Box(ref b) => b.clone(),
230         })
231     }
232 }
233
234 impl<'a> Deref for MatcherPosHandle<'a> {
235     type Target = MatcherPos<'a>;
236     fn deref(&self) -> &Self::Target {
237         match *self {
238             MatcherPosHandle::Ref(ref r) => r,
239             MatcherPosHandle::Box(ref b) => b,
240         }
241     }
242 }
243
244 impl<'a> DerefMut for MatcherPosHandle<'a> {
245     fn deref_mut(&mut self) -> &mut MatcherPos<'a> {
246         match *self {
247             MatcherPosHandle::Ref(ref mut r) => r,
248             MatcherPosHandle::Box(ref mut b) => b,
249         }
250     }
251 }
252
253 /// Represents the possible results of an attempted parse.
254 pub enum ParseResult<T> {
255     /// Parsed successfully.
256     Success(T),
257     /// Arm failed to match. If the second parameter is `token::Eof`, it indicates an unexpected
258     /// end of macro invocation. Otherwise, it indicates that no rules expected the given token.
259     Failure(syntax_pos::Span, Token),
260     /// Fatal error (malformed macro?). Abort compilation.
261     Error(syntax_pos::Span, String),
262 }
263
264 /// A `ParseResult` where the `Success` variant contains a mapping of `Ident`s to `NamedMatch`es.
265 /// This represents the mapping of metavars to the token trees they bind to.
266 pub type NamedParseResult = ParseResult<FxHashMap<Ident, Rc<NamedMatch>>>;
267
268 /// Count how many metavars are named in the given matcher `ms`.
269 pub fn count_names(ms: &[TokenTree]) -> usize {
270     ms.iter().fold(0, |count, elt| {
271         count + match *elt {
272             TokenTree::Sequence(_, ref seq) => seq.num_captures,
273             TokenTree::Delimited(_, ref delim) => count_names(&delim.tts),
274             TokenTree::MetaVar(..) => 0,
275             TokenTree::MetaVarDecl(..) => 1,
276             TokenTree::Token(..) => 0,
277         }
278     })
279 }
280
281 /// Initialize `len` empty shared `Vec`s to be used to store matches of metavars.
282 fn create_matches(len: usize) -> Vec<Rc<Vec<NamedMatch>>> {
283     (0..len).into_iter().map(|_| Rc::new(Vec::new())).collect()
284 }
285
286 /// Generate the top-level matcher position in which the "dot" is before the first token of the
287 /// matcher `ms` and we are going to start matching at the span `open` in the source.
288 fn initial_matcher_pos(ms: &[TokenTree], open: Span) -> MatcherPos {
289     let match_idx_hi = count_names(ms);
290     let matches = create_matches(match_idx_hi);
291     MatcherPos {
292         // Start with the top level matcher given to us
293         top_elts: TtSeq(ms), // "elts" is an abbr. for "elements"
294         // The "dot" is before the first token of the matcher
295         idx: 0,
296         // We start matching at the span `open` in the source code
297         sp_open: open,
298
299         // Initialize `matches` to a bunch of empty `Vec`s -- one for each metavar in `top_elts`.
300         // `match_lo` for `top_elts` is 0 and `match_hi` is `matches.len()`. `match_cur` is 0 since
301         // we haven't actually matched anything yet.
302         matches,
303         match_lo: 0,
304         match_cur: 0,
305         match_hi: match_idx_hi,
306
307         // Haven't descended into any delimiters, so empty stack
308         stack: vec![],
309
310         // Haven't descended into any sequences, so both of these are `None`.
311         seq_op: None,
312         sep: None,
313         up: None,
314     }
315 }
316
317 /// `NamedMatch` is a pattern-match result for a single `token::MATCH_NONTERMINAL`:
318 /// so it is associated with a single ident in a parse, and all
319 /// `MatchedNonterminal`s in the `NamedMatch` have the same nonterminal type
320 /// (expr, item, etc). Each leaf in a single `NamedMatch` corresponds to a
321 /// single `token::MATCH_NONTERMINAL` in the `TokenTree` that produced it.
322 ///
323 /// The in-memory structure of a particular `NamedMatch` represents the match
324 /// that occurred when a particular subset of a matcher was applied to a
325 /// particular token tree.
326 ///
327 /// The width of each `MatchedSeq` in the `NamedMatch`, and the identity of
328 /// the `MatchedNonterminal`s, will depend on the token tree it was applied
329 /// to: each `MatchedSeq` corresponds to a single `TTSeq` in the originating
330 /// token tree. The depth of the `NamedMatch` structure will therefore depend
331 /// only on the nesting depth of `ast::TTSeq`s in the originating
332 /// token tree it was derived from.
333 #[derive(Debug, Clone)]
334 pub enum NamedMatch {
335     MatchedSeq(Rc<Vec<NamedMatch>>, DelimSpan),
336     MatchedNonterminal(Rc<Nonterminal>),
337 }
338
339 /// Takes a sequence of token trees `ms` representing a matcher which successfully matched input
340 /// and an iterator of items that matched input and produces a `NamedParseResult`.
341 fn nameize<I: Iterator<Item = NamedMatch>>(
342     sess: &ParseSess,
343     ms: &[TokenTree],
344     mut res: I,
345 ) -> NamedParseResult {
346     // Recursively descend into each type of matcher (e.g. sequences, delimited, metavars) and make
347     // sure that each metavar has _exactly one_ binding. If a metavar does not have exactly one
348     // binding, then there is an error. If it does, then we insert the binding into the
349     // `NamedParseResult`.
350     fn n_rec<I: Iterator<Item = NamedMatch>>(
351         sess: &ParseSess,
352         m: &TokenTree,
353         res: &mut I,
354         ret_val: &mut FxHashMap<Ident, Rc<NamedMatch>>,
355     ) -> Result<(), (syntax_pos::Span, String)> {
356         match *m {
357             TokenTree::Sequence(_, ref seq) => for next_m in &seq.tts {
358                 n_rec(sess, next_m, res.by_ref(), ret_val)?
359             },
360             TokenTree::Delimited(_, ref delim) => for next_m in &delim.tts {
361                 n_rec(sess, next_m, res.by_ref(), ret_val)?;
362             },
363             TokenTree::MetaVarDecl(span, _, id) if id.name == keywords::Invalid.name() => {
364                 if sess.missing_fragment_specifiers.borrow_mut().remove(&span) {
365                     return Err((span, "missing fragment specifier".to_string()));
366                 }
367             }
368             TokenTree::MetaVarDecl(sp, bind_name, _) => {
369                 match ret_val.entry(bind_name) {
370                     Vacant(spot) => {
371                         // FIXME(simulacrum): Don't construct Rc here
372                         spot.insert(Rc::new(res.next().unwrap()));
373                     }
374                     Occupied(..) => {
375                         return Err((sp, format!("duplicated bind name: {}", bind_name)))
376                     }
377                 }
378             }
379             TokenTree::MetaVar(..) | TokenTree::Token(..) => (),
380         }
381
382         Ok(())
383     }
384
385     let mut ret_val = FxHashMap::default();
386     for m in ms {
387         match n_rec(sess, m, res.by_ref(), &mut ret_val) {
388             Ok(_) => {}
389             Err((sp, msg)) => return Error(sp, msg),
390         }
391     }
392
393     Success(ret_val)
394 }
395
396 /// Generate an appropriate parsing failure message. For EOF, this is "unexpected end...". For
397 /// other tokens, this is "unexpected token...".
398 pub fn parse_failure_msg(tok: Token) -> String {
399     match tok {
400         token::Eof => "unexpected end of macro invocation".to_string(),
401         _ => format!(
402             "no rules expected the token `{}`",
403             pprust::token_to_string(&tok)
404         ),
405     }
406 }
407
408 /// Perform a token equality check, ignoring syntax context (that is, an unhygienic comparison)
409 fn token_name_eq(t1: &Token, t2: &Token) -> bool {
410     if let (Some((id1, is_raw1)), Some((id2, is_raw2))) = (t1.ident(), t2.ident()) {
411         id1.name == id2.name && is_raw1 == is_raw2
412     } else if let (Some(id1), Some(id2)) = (t1.lifetime(), t2.lifetime()) {
413         id1.name == id2.name
414     } else {
415         *t1 == *t2
416     }
417 }
418
419 /// Process the matcher positions of `cur_items` until it is empty. In the process, this will
420 /// produce more items in `next_items`, `eof_items`, and `bb_items`.
421 ///
422 /// For more info about the how this happens, see the module-level doc comments and the inline
423 /// comments of this function.
424 ///
425 /// # Parameters
426 ///
427 /// - `sess`: the parsing session into which errors are emitted.
428 /// - `cur_items`: the set of current items to be processed. This should be empty by the end of a
429 ///   successful execution of this function.
430 /// - `next_items`: the set of newly generated items. These are used to replenish `cur_items` in
431 ///   the function `parse`.
432 /// - `eof_items`: the set of items that would be valid if this was the EOF.
433 /// - `bb_items`: the set of items that are waiting for the black-box parser.
434 /// - `token`: the current token of the parser.
435 /// - `span`: the `Span` in the source code corresponding to the token trees we are trying to match
436 ///   against the matcher positions in `cur_items`.
437 ///
438 /// # Returns
439 ///
440 /// A `ParseResult`. Note that matches are kept track of through the items generated.
441 fn inner_parse_loop<'a>(
442     sess: &ParseSess,
443     cur_items: &mut SmallVec<[MatcherPosHandle<'a>; 1]>,
444     next_items: &mut Vec<MatcherPosHandle<'a>>,
445     eof_items: &mut SmallVec<[MatcherPosHandle<'a>; 1]>,
446     bb_items: &mut SmallVec<[MatcherPosHandle<'a>; 1]>,
447     token: &Token,
448     span: syntax_pos::Span,
449 ) -> ParseResult<()> {
450     // Pop items from `cur_items` until it is empty.
451     while let Some(mut item) = cur_items.pop() {
452         // When unzipped trees end, remove them. This corresponds to backtracking out of a
453         // delimited submatcher into which we already descended. In backtracking out again, we need
454         // to advance the "dot" past the delimiters in the outer matcher.
455         while item.idx >= item.top_elts.len() {
456             match item.stack.pop() {
457                 Some(MatcherTtFrame { elts, idx }) => {
458                     item.top_elts = elts;
459                     item.idx = idx + 1;
460                 }
461                 None => break,
462             }
463         }
464
465         // Get the current position of the "dot" (`idx`) in `item` and the number of token trees in
466         // the matcher (`len`).
467         let idx = item.idx;
468         let len = item.top_elts.len();
469
470         // If `idx >= len`, then we are at or past the end of the matcher of `item`.
471         if idx >= len {
472             // We are repeating iff there is a parent. If the matcher is inside of a repetition,
473             // then we could be at the end of a sequence or at the beginning of the next
474             // repetition.
475             if item.up.is_some() {
476                 // At this point, regardless of whether there is a separator, we should add all
477                 // matches from the complete repetition of the sequence to the shared, top-level
478                 // `matches` list (actually, `up.matches`, which could itself not be the top-level,
479                 // but anyway...). Moreover, we add another item to `cur_items` in which the "dot"
480                 // is at the end of the `up` matcher. This ensures that the "dot" in the `up`
481                 // matcher is also advanced sufficiently.
482                 //
483                 // NOTE: removing the condition `idx == len` allows trailing separators.
484                 if idx == len {
485                     // Get the `up` matcher
486                     let mut new_pos = item.up.clone().unwrap();
487
488                     // Add matches from this repetition to the `matches` of `up`
489                     for idx in item.match_lo..item.match_hi {
490                         let sub = item.matches[idx].clone();
491                         let span = DelimSpan::from_pair(item.sp_open, span);
492                         new_pos.push_match(idx, MatchedSeq(sub, span));
493                     }
494
495                     // Move the "dot" past the repetition in `up`
496                     new_pos.match_cur = item.match_hi;
497                     new_pos.idx += 1;
498                     cur_items.push(new_pos);
499                 }
500
501                 // Check if we need a separator.
502                 if idx == len && item.sep.is_some() {
503                     // We have a separator, and it is the current token. We can advance past the
504                     // separator token.
505                     if item.sep
506                         .as_ref()
507                         .map(|sep| token_name_eq(token, sep))
508                         .unwrap_or(false)
509                     {
510                         item.idx += 1;
511                         next_items.push(item);
512                     }
513                 }
514                 // We don't need a separator. Move the "dot" back to the beginning of the matcher
515                 // and try to match again UNLESS we are only allowed to have _one_ repetition.
516                 else if item.seq_op != Some(quoted::KleeneOp::ZeroOrOne) {
517                     item.match_cur = item.match_lo;
518                     item.idx = 0;
519                     cur_items.push(item);
520                 }
521             }
522             // If we are not in a repetition, then being at the end of a matcher means that we have
523             // reached the potential end of the input.
524             else {
525                 eof_items.push(item);
526             }
527         }
528         // We are in the middle of a matcher.
529         else {
530             // Look at what token in the matcher we are trying to match the current token (`token`)
531             // against. Depending on that, we may generate new items.
532             match item.top_elts.get_tt(idx) {
533                 // Need to descend into a sequence
534                 TokenTree::Sequence(sp, seq) => {
535                     // Examine the case where there are 0 matches of this sequence
536                     if seq.op == quoted::KleeneOp::ZeroOrMore
537                         || seq.op == quoted::KleeneOp::ZeroOrOne
538                     {
539                         let mut new_item = item.clone();
540                         new_item.match_cur += seq.num_captures;
541                         new_item.idx += 1;
542                         for idx in item.match_cur..item.match_cur + seq.num_captures {
543                             new_item.push_match(idx, MatchedSeq(Rc::new(vec![]), sp));
544                         }
545                         cur_items.push(new_item);
546                     }
547
548                     let matches = create_matches(item.matches.len());
549                     cur_items.push(MatcherPosHandle::Box(Box::new(MatcherPos {
550                         stack: vec![],
551                         sep: seq.separator.clone(),
552                         seq_op: Some(seq.op),
553                         idx: 0,
554                         matches,
555                         match_lo: item.match_cur,
556                         match_cur: item.match_cur,
557                         match_hi: item.match_cur + seq.num_captures,
558                         up: Some(item),
559                         sp_open: sp.open,
560                         top_elts: Tt(TokenTree::Sequence(sp, seq)),
561                     })));
562                 }
563
564                 // We need to match a metavar (but the identifier is invalid)... this is an error
565                 TokenTree::MetaVarDecl(span, _, id) if id.name == keywords::Invalid.name() => {
566                     if sess.missing_fragment_specifiers.borrow_mut().remove(&span) {
567                         return Error(span, "missing fragment specifier".to_string());
568                     }
569                 }
570
571                 // We need to match a metavar with a valid ident... call out to the black-box
572                 // parser by adding an item to `bb_items`.
573                 TokenTree::MetaVarDecl(_, _, id) => {
574                     // Built-in nonterminals never start with these tokens,
575                     // so we can eliminate them from consideration.
576                     if may_begin_with(&*id.as_str(), token) {
577                         bb_items.push(item);
578                     }
579                 }
580
581                 // We need to descend into a delimited submatcher or a doc comment. To do this, we
582                 // push the current matcher onto a stack and push a new item containing the
583                 // submatcher onto `cur_items`.
584                 //
585                 // At the beginning of the loop, if we reach the end of the delimited submatcher,
586                 // we pop the stack to backtrack out of the descent.
587                 seq @ TokenTree::Delimited(..) | seq @ TokenTree::Token(_, DocComment(..)) => {
588                     let lower_elts = mem::replace(&mut item.top_elts, Tt(seq));
589                     let idx = item.idx;
590                     item.stack.push(MatcherTtFrame {
591                         elts: lower_elts,
592                         idx,
593                     });
594                     item.idx = 0;
595                     cur_items.push(item);
596                 }
597
598                 // We just matched a normal token. We can just advance the parser.
599                 TokenTree::Token(_, ref t) if token_name_eq(t, token) => {
600                     item.idx += 1;
601                     next_items.push(item);
602                 }
603
604                 // There was another token that was not `token`... This means we can't add any
605                 // rules. NOTE that this is not necessarily an error unless _all_ items in
606                 // `cur_items` end up doing this. There may still be some other matchers that do
607                 // end up working out.
608                 TokenTree::Token(..) | TokenTree::MetaVar(..) => {}
609             }
610         }
611     }
612
613     // Yay a successful parse (so far)!
614     Success(())
615 }
616
617 /// Use the given sequence of token trees (`ms`) as a matcher. Match the given token stream `tts`
618 /// against it and return the match.
619 ///
620 /// # Parameters
621 ///
622 /// - `sess`: The session into which errors are emitted
623 /// - `tts`: The tokenstream we are matching against the pattern `ms`
624 /// - `ms`: A sequence of token trees representing a pattern against which we are matching
625 /// - `directory`: Information about the file locations (needed for the black-box parser)
626 /// - `recurse_into_modules`: Whether or not to recurse into modules (needed for the black-box
627 ///   parser)
628 pub fn parse(
629     sess: &ParseSess,
630     tts: TokenStream,
631     ms: &[TokenTree],
632     directory: Option<Directory>,
633     recurse_into_modules: bool,
634 ) -> NamedParseResult {
635     // Create a parser that can be used for the "black box" parts.
636     let mut parser = Parser::new(sess, tts, directory, recurse_into_modules, true);
637
638     // A queue of possible matcher positions. We initialize it with the matcher position in which
639     // the "dot" is before the first token of the first token tree in `ms`. `inner_parse_loop` then
640     // processes all of these possible matcher positions and produces possible next positions into
641     // `next_items`. After some post-processing, the contents of `next_items` replenish `cur_items`
642     // and we start over again.
643     //
644     // This MatcherPos instance is allocated on the stack. All others -- and
645     // there are frequently *no* others! -- are allocated on the heap.
646     let mut initial = initial_matcher_pos(ms, parser.span);
647     let mut cur_items = smallvec![MatcherPosHandle::Ref(&mut initial)];
648     let mut next_items = Vec::new();
649
650     loop {
651         // Matcher positions black-box parsed by parser.rs (`parser`)
652         let mut bb_items = SmallVec::new();
653
654         // Matcher positions that would be valid if the macro invocation was over now
655         let mut eof_items = SmallVec::new();
656         assert!(next_items.is_empty());
657
658         // Process `cur_items` until either we have finished the input or we need to get some
659         // parsing from the black-box parser done. The result is that `next_items` will contain a
660         // bunch of possible next matcher positions in `next_items`.
661         match inner_parse_loop(
662             sess,
663             &mut cur_items,
664             &mut next_items,
665             &mut eof_items,
666             &mut bb_items,
667             &parser.token,
668             parser.span,
669         ) {
670             Success(_) => {}
671             Failure(sp, tok) => return Failure(sp, tok),
672             Error(sp, msg) => return Error(sp, msg),
673         }
674
675         // inner parse loop handled all cur_items, so it's empty
676         assert!(cur_items.is_empty());
677
678         // We need to do some post processing after the `inner_parser_loop`.
679         //
680         // Error messages here could be improved with links to original rules.
681
682         // If we reached the EOF, check that there is EXACTLY ONE possible matcher. Otherwise,
683         // either the parse is ambiguous (which should never happen) or their is a syntax error.
684         if token_name_eq(&parser.token, &token::Eof) {
685             if eof_items.len() == 1 {
686                 let matches = eof_items[0]
687                     .matches
688                     .iter_mut()
689                     .map(|dv| Rc::make_mut(dv).pop().unwrap());
690                 return nameize(sess, ms, matches);
691             } else if eof_items.len() > 1 {
692                 return Error(
693                     parser.span,
694                     "ambiguity: multiple successful parses".to_string(),
695                 );
696             } else {
697                 return Failure(parser.span, token::Eof);
698             }
699         }
700         // Performance hack: eof_items may share matchers via Rc with other things that we want
701         // to modify. Dropping eof_items now may drop these refcounts to 1, preventing an
702         // unnecessary implicit clone later in Rc::make_mut.
703         drop(eof_items);
704
705         // Another possibility is that we need to call out to parse some rust nonterminal
706         // (black-box) parser. However, if there is not EXACTLY ONE of these, something is wrong.
707         if (!bb_items.is_empty() && !next_items.is_empty()) || bb_items.len() > 1 {
708             let nts = bb_items
709                 .iter()
710                 .map(|item| match item.top_elts.get_tt(item.idx) {
711                     TokenTree::MetaVarDecl(_, bind, name) => format!("{} ('{}')", name, bind),
712                     _ => panic!(),
713                 })
714                 .collect::<Vec<String>>()
715                 .join(" or ");
716
717             return Error(
718                 parser.span,
719                 format!(
720                     "local ambiguity: multiple parsing options: {}",
721                     match next_items.len() {
722                         0 => format!("built-in NTs {}.", nts),
723                         1 => format!("built-in NTs {} or 1 other option.", nts),
724                         n => format!("built-in NTs {} or {} other options.", nts, n),
725                     }
726                 ),
727             );
728         }
729         // If there are no possible next positions AND we aren't waiting for the black-box parser,
730         // then their is a syntax error.
731         else if bb_items.is_empty() && next_items.is_empty() {
732             return Failure(parser.span, parser.token);
733         }
734         // Dump all possible `next_items` into `cur_items` for the next iteration.
735         else if !next_items.is_empty() {
736             // Now process the next token
737             cur_items.extend(next_items.drain(..));
738             parser.bump();
739         }
740         // Finally, we have the case where we need to call the black-box parser to get some
741         // nonterminal.
742         else {
743             assert_eq!(bb_items.len(), 1);
744
745             let mut item = bb_items.pop().unwrap();
746             if let TokenTree::MetaVarDecl(span, _, ident) = item.top_elts.get_tt(item.idx) {
747                 let match_cur = item.match_cur;
748                 item.push_match(
749                     match_cur,
750                     MatchedNonterminal(Rc::new(parse_nt(&mut parser, span, &ident.as_str()))),
751                 );
752                 item.idx += 1;
753                 item.match_cur += 1;
754             } else {
755                 unreachable!()
756             }
757             cur_items.push(item);
758         }
759
760         assert!(!cur_items.is_empty());
761     }
762 }
763
764 /// The token is an identifier, but not `_`.
765 /// We prohibit passing `_` to macros expecting `ident` for now.
766 fn get_macro_ident(token: &Token) -> Option<(Ident, bool)> {
767     match *token {
768         token::Ident(ident, is_raw) if ident.name != keywords::Underscore.name() =>
769             Some((ident, is_raw)),
770         _ => None,
771     }
772 }
773
774 /// Checks whether a non-terminal may begin with a particular token.
775 ///
776 /// Returning `false` is a *stability guarantee* that such a matcher will *never* begin with that
777 /// token. Be conservative (return true) if not sure.
778 fn may_begin_with(name: &str, token: &Token) -> bool {
779     /// Checks whether the non-terminal may contain a single (non-keyword) identifier.
780     fn may_be_ident(nt: &token::Nonterminal) -> bool {
781         match *nt {
782             token::NtItem(_) | token::NtBlock(_) | token::NtVis(_) => false,
783             _ => true,
784         }
785     }
786
787     match name {
788         "expr" => token.can_begin_expr(),
789         "ty" => token.can_begin_type(),
790         "ident" => get_macro_ident(token).is_some(),
791         "literal" => token.can_begin_literal_or_bool(),
792         "vis" => match *token {
793             // The follow-set of :vis + "priv" keyword + interpolated
794             Token::Comma | Token::Ident(..) | Token::Interpolated(_) => true,
795             _ => token.can_begin_type(),
796         },
797         "block" => match *token {
798             Token::OpenDelim(token::Brace) => true,
799             Token::Interpolated(ref nt) => match nt.0 {
800                 token::NtItem(_)
801                 | token::NtPat(_)
802                 | token::NtTy(_)
803                 | token::NtIdent(..)
804                 | token::NtMeta(_)
805                 | token::NtPath(_)
806                 | token::NtVis(_) => false, // none of these may start with '{'.
807                 _ => true,
808             },
809             _ => false,
810         },
811         "path" | "meta" => match *token {
812             Token::ModSep | Token::Ident(..) => true,
813             Token::Interpolated(ref nt) => match nt.0 {
814                 token::NtPath(_) | token::NtMeta(_) => true,
815                 _ => may_be_ident(&nt.0),
816             },
817             _ => false,
818         },
819         "pat" => match *token {
820             Token::Ident(..) |               // box, ref, mut, and other identifiers (can stricten)
821             Token::OpenDelim(token::Paren) |    // tuple pattern
822             Token::OpenDelim(token::Bracket) |  // slice pattern
823             Token::BinOp(token::And) |          // reference
824             Token::BinOp(token::Minus) |        // negative literal
825             Token::AndAnd |                     // double reference
826             Token::Literal(..) |                // literal
827             Token::DotDot |                     // range pattern (future compat)
828             Token::DotDotDot |                  // range pattern (future compat)
829             Token::ModSep |                     // path
830             Token::Lt |                         // path (UFCS constant)
831             Token::BinOp(token::Shl) => true,   // path (double UFCS)
832             Token::Interpolated(ref nt) => may_be_ident(&nt.0),
833             _ => false,
834         },
835         "lifetime" => match *token {
836             Token::Lifetime(_) => true,
837             Token::Interpolated(ref nt) => match nt.0 {
838                 token::NtLifetime(_) | token::NtTT(_) => true,
839                 _ => false,
840             },
841             _ => false,
842         },
843         _ => match *token {
844             token::CloseDelim(_) => false,
845             _ => true,
846         },
847     }
848 }
849
850 /// A call to the "black-box" parser to parse some rust nonterminal.
851 ///
852 /// # Parameters
853 ///
854 /// - `p`: the "black-box" parser to use
855 /// - `sp`: the `Span` we want to parse
856 /// - `name`: the name of the metavar _matcher_ we want to match (e.g. `tt`, `ident`, `block`,
857 ///   etc...)
858 ///
859 /// # Returns
860 ///
861 /// The parsed nonterminal.
862 fn parse_nt<'a>(p: &mut Parser<'a>, sp: Span, name: &str) -> Nonterminal {
863     if name == "tt" {
864         return token::NtTT(p.parse_token_tree());
865     }
866     // check at the beginning and the parser checks after each bump
867     p.process_potential_macro_variable();
868     match name {
869         "item" => match panictry!(p.parse_item()) {
870             Some(i) => token::NtItem(i),
871             None => {
872                 p.fatal("expected an item keyword").emit();
873                 FatalError.raise();
874             }
875         },
876         "block" => token::NtBlock(panictry!(p.parse_block())),
877         "stmt" => match panictry!(p.parse_stmt()) {
878             Some(s) => token::NtStmt(s),
879             None => {
880                 p.fatal("expected a statement").emit();
881                 FatalError.raise();
882             }
883         },
884         "pat" => token::NtPat(panictry!(p.parse_pat())),
885         "expr" => token::NtExpr(panictry!(p.parse_expr())),
886         "literal" => token::NtLiteral(panictry!(p.parse_literal_maybe_minus())),
887         "ty" => token::NtTy(panictry!(p.parse_ty())),
888         // this could be handled like a token, since it is one
889         "ident" => if let Some((ident, is_raw)) = get_macro_ident(&p.token) {
890             let span = p.span;
891             p.bump();
892             token::NtIdent(Ident::new(ident.name, span), is_raw)
893         } else {
894             let token_str = pprust::token_to_string(&p.token);
895             p.fatal(&format!("expected ident, found {}", &token_str)).emit();
896             FatalError.raise()
897         }
898         "path" => token::NtPath(panictry!(p.parse_path_common(PathStyle::Type, false))),
899         "meta" => token::NtMeta(panictry!(p.parse_meta_item())),
900         "vis" => token::NtVis(panictry!(p.parse_visibility(true))),
901         "lifetime" => if p.check_lifetime() {
902             token::NtLifetime(p.expect_lifetime().ident)
903         } else {
904             let token_str = pprust::token_to_string(&p.token);
905             p.fatal(&format!("expected a lifetime, found `{}`", &token_str)).emit();
906             FatalError.raise();
907         }
908         // this is not supposed to happen, since it has been checked
909         // when compiling the macro.
910         _ => p.span_bug(sp, "invalid fragment specifier"),
911     }
912 }