OSDN Git Service

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[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / ada / g-spipat.ads
1 ------------------------------------------------------------------------------
2 --                                                                          --
3 --                         GNAT LIBRARY COMPONENTS                          --
4 --                                                                          --
5 --                G N A T . S P I T B O L . P A T T E R N S                 --
6 --                                                                          --
7 --                                 S p e c                                  --
8 --                                                                          --
9 --           Copyright (C) 1997-2002 Ada Core Technologies, Inc.            --
10 --                                                                          --
11 -- GNAT is free software;  you can  redistribute it  and/or modify it under --
12 -- terms of the  GNU General Public License as published  by the Free Soft- --
13 -- ware  Foundation;  either version 2,  or (at your option) any later ver- --
14 -- sion.  GNAT is distributed in the hope that it will be useful, but WITH- --
15 -- OUT ANY WARRANTY;  without even the  implied warranty of MERCHANTABILITY --
16 -- or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License --
17 -- for  more details.  You should have  received  a copy of the GNU General --
18 -- Public License  distributed with GNAT;  see file COPYING.  If not, write --
19 -- to  the Free Software Foundation,  59 Temple Place - Suite 330,  Boston, --
20 -- MA 02111-1307, USA.                                                      --
21 --                                                                          --
22 -- As a special exception,  if other files  instantiate  generics from this --
23 -- unit, or you link  this unit with other files  to produce an executable, --
24 -- this  unit  does not  by itself cause  the resulting  executable  to  be --
25 -- covered  by the  GNU  General  Public  License.  This exception does not --
26 -- however invalidate  any other reasons why  the executable file  might be --
27 -- covered by the  GNU Public License.                                      --
28 --                                                                          --
29 -- GNAT was originally developed  by the GNAT team at  New York University. --
30 -- Extensive contributions were provided by Ada Core Technologies Inc.      --
31 --                                                                          --
32 ------------------------------------------------------------------------------
33
34 --  SPITBOL-like pattern construction and matching
35
36 --  This child package of GNAT.SPITBOL provides a complete implementation
37 --  of the SPITBOL-like pattern construction and matching operations. This
38 --  package is based on Macro-SPITBOL created by Robert Dewar.
39
40 ------------------------------------------------------------
41 -- Summary of Pattern Matching Packages in GNAT Hierarchy --
42 ------------------------------------------------------------
43
44 --  There are three related packages that perform pattern maching functions.
45 --  the following is an outline of these packages, to help you determine
46 --  which is best for your needs.
47
48 --     GNAT.Regexp (files g-regexp.ads/g-regexp.adb)
49 --       This is a simple package providing Unix-style regular expression
50 --       matching with the restriction that it matches entire strings. It
51 --       is particularly useful for file name matching, and in particular
52 --       it provides "globbing patterns" that are useful in implementing
53 --       unix or DOS style wild card matching for file names.
54
55 --     GNAT.Regpat (files g-regpat.ads/g-regpat.adb)
56 --       This is a more complete implementation of Unix-style regular
57 --       expressions, copied from the original V7 style regular expression
58 --       library written in C by Henry Spencer. It is functionally the
59 --       same as this library, and uses the same internal data structures
60 --       stored in a binary compatible manner.
61
62 --     GNAT.Spitbol.Patterns (files g-spipat.ads/g-spipat.adb)
63 --       This is a completely general patterm matching package based on the
64 --       pattern language of SNOBOL4, as implemented in SPITBOL. The pattern
65 --       language is modeled on context free grammars, with context sensitive
66 --       extensions that provide full (type 0) computational capabilities.
67
68 with Ada.Finalization; use Ada.Finalization;
69 with Ada.Strings.Maps; use Ada.Strings.Maps;
70 with Ada.Text_IO;      use Ada.Text_IO;
71
72 package GNAT.Spitbol.Patterns is
73 pragma Elaborate_Body (Patterns);
74
75    -------------------------------
76    -- Pattern Matching Tutorial --
77    -------------------------------
78
79    --  A pattern matching operation (a call to one of the Match subprograms)
80    --  takes a subject string and a pattern, and optionally a replacement
81    --  string. The replacement string option is only allowed if the subject
82    --  is a variable.
83
84    --  The pattern is matched against the subject string, and either the
85    --  match fails, or it succeeds matching a contiguous substring. If a
86    --  replacement string is specified, then the subject string is modified
87    --  by replacing the matched substring with the given replacement.
88
89    --  Concatenation and Alternation
90    --  =============================
91
92    --    A pattern consists of a series of pattern elements. The pattern is
93    --    built up using either the concatenation operator:
94
95    --       A & B
96
97    --    which means match A followed immediately by matching B, or the
98    --    alternation operator:
99
100    --       A or B
101
102    --    which means first attempt to match A, and then if that does not
103    --    succeed, match B.
104
105    --    There is full backtracking, which means that if a given pattern
106    --    element fails to match, then previous alternatives are matched.
107    --    For example if we have the pattern:
108
109    --      (A or B) & (C or D) & (E or F)
110
111    --    First we attempt to match A, if that succeeds, then we go on to try
112    --    to match C, and if that succeeds, we go on to try to match E. If E
113    --    fails, then we try F. If F fails, then we go back and try matching
114    --    D instead of C. Let's make this explicit using a specific example,
115    --    and introducing the simplest kind of pattern element, which is a
116    --    literal string. The meaning of this pattern element is simply to
117    --    match the characters that correspond to the string characters. Now
118    --    let's rewrite the above pattern form with specific string literals
119    --    as the pattern elements:
120
121    --      ("ABC" or "AB") & ("DEF" or "CDE") & ("GH" or "IJ")
122
123    --    The following strings will be attempted in sequence:
124
125    --       ABC . DEF . GH
126    --       ABC . DEF . IJ
127    --       ABC . CDE . GH
128    --       ABC . CDE . IJ
129    --       AB . DEF . GH
130    --       AB . DEF . IJ
131    --       AB . CDE . GH
132    --       AB . CDE . IJ
133
134    --    Here we use the dot simply to separate the pieces of the string
135    --    matched by the three separate elements.
136
137    --  Moving the Start Point
138    --  ======================
139
140    --    A pattern is not required to match starting at the first character
141    --    of the string, and is not required to match to the end of the string.
142    --    The first attempt does indeed attempt to match starting at the first
143    --    character of the string, trying all the possible alternatives. But
144    --    if all alternatives fail, then the starting point of the match is
145    --    moved one character, and all possible alternatives are attempted at
146    --    the new anchor point.
147
148    --    The entire match fails only when every possible starting point has
149    --    been attempted. As an example, suppose that we had the subject
150    --    string
151
152    --      "ABABCDEIJKL"
153
154    --    matched using the pattern in the previous example:
155
156    --      ("ABC" or "AB") & ("DEF" or "CDE") & ("GH" or "IJ")
157
158    --    would succeed, afer two anchor point moves:
159
160    --      "ABABCDEIJKL"
161    --         ^^^^^^^
162    --         matched
163    --         section
164
165    --    This mode of pattern matching is called the unanchored mode. It is
166    --    also possible to put the pattern matcher into anchored mode by
167    --    setting the global variable Anchored_Mode to True. This will cause
168    --    all subsequent matches to be performed in anchored mode, where the
169    --    match is required to start at the first character.
170
171    --    We will also see later how the effect of an anchored match can be
172    --    obtained for a single specified anchor point if this is desired.
173
174    --  Other Pattern Elements
175    --  ======================
176
177    --    In addition to strings (or single characters), there are many special
178    --    pattern elements that correspond to special predefined alternations:
179
180    --      Arb       Matches any string. First it matches the null string, and
181    --                then on a subsequent failure, matches one character, and
182    --                then two characters, and so on. It only fails if the
183    --                entire remaining string is matched.
184
185    --      Bal       Matches a non-empty string that is parentheses balanced
186    --                with respect to ordinary () characters. Examples of
187    --                balanced strings are "ABC", "A((B)C)", and "A(B)C(D)E".
188    --                Bal matches the shortest possible balanced string on the
189    --                first attempt, and if there is a subsequent failure,
190    --                attempts to extend the string.
191
192    --      Cancel    Immediately aborts the entire pattern match, signalling
193    --                failure. This is a specialized pattern element, which is
194    --                useful in conjunction with some of the special pattern
195    --                elements that have side effects.
196
197    --      Fail      The null alternation. Matches no possible strings, so it
198    --                always signals failure. This is a specialized pattern
199    --                element, which is useful in conjunction with some of the
200    --                special pattern elements that have side effects.
201
202    --      Fence     Matches the null string at first, and then if a failure
203    --                causes alternatives to be sought, aborts the match (like
204    --                a Cancel). Note that using Fence at the start of a pattern
205    --                has the same effect as matching in anchored mode.
206
207    --      Rest      Matches from the current point to the last character in
208    --                the string. This is a specialized pattern element, which
209    --                is useful in conjunction with some of the special pattern
210    --                elements that have side effects.
211
212    --      Succeed   Repeatedly matches the null string (it is equivalent to
213    --                the alternation ("" or "" or "" ....). This is a special
214    --                pattern element, which is useful in conjunction with some
215    --                of the special pattern elements that have side effects.
216
217    --  Pattern Construction Functions
218    --  ==============================
219
220    --    The following functions construct additional pattern elements
221
222    --      Any(S)    Where S is a string, matches a single character that is
223    --                any one of the characters in S. Fails if the current
224    --                character is not one of the given set of characters.
225
226    --      Arbno(P)  Where P is any pattern, matches any number of instances
227    --                of the pattern, starting with zero occurrences. It is
228    --                thus equivalent to ("" or (P & ("" or (P & ("" ....)))).
229    --                The pattern P may contain any number of pattern elements
230    --                including the use of alternatiion and concatenation.
231
232    --      Break(S)  Where S is a string, matches a string of zero or more
233    --                characters up to but not including a break character
234    --                that is one of the characters given in the string S.
235    --                Can match the null string, but cannot match the last
236    --                character in the string, since a break character is
237    --                required to be present.
238
239    --      BreakX(S) Where S is a string, behaves exactly like Break(S) when
240    --                it first matches, but if a string is successfully matched,
241    --                then a susequent failure causes an attempt to extend the
242    --                matched string.
243
244    --      Fence(P)  Where P is a pattern, attempts to match the pattern P
245    --                including trying all possible alternatives of P. If none
246    --                of these alternatives succeeds, then the Fence pattern
247    --                fails. If one alternative succeeds, then the pattern
248    --                match proceeds, but on a subsequent failure, no attempt
249    --                is made to search for alternative matches of P. The
250    --                pattern P may contain any number of pattern elements
251    --                including the use of alternatiion and concatenation.
252
253    --      Len(N)    Where N is a natural number, matches the given number of
254    --                characters. For example, Len(10) matches any string that
255    --                is exactly ten characters long.
256
257    --      NotAny(S) Where S is a string, matches a single character that is
258    --                not one of the characters of S. Fails if the current
259    --                characer is one of the given set of characters.
260
261    --      NSpan(S)  Where S is a string, matches a string of zero or more
262    --                characters that is among the characters given in the
263    --                string. Always matches the longest possible such string.
264    --                Always succeeds, since it can match the null string.
265
266    --      Pos(N)    Where N is a natural number, matches the null string
267    --                if exactly N characters have been matched so far, and
268    --                otherwise fails.
269
270    --      Rpos(N)   Where N is a natural number, matches the null string
271    --                if exactly N characters remain to be matched, and
272    --                otherwise fails.
273
274    --      Rtab(N)   Where N is a natural number, matches characters from
275    --                the current position until exactly N characters remain
276    --                to be matched in the string. Fails if fewer than N
277    --                unmatched characters remain in the string.
278
279    --      Tab(N)    Where N is a natural number, matches characters from
280    --                the current position until exactly N characters have
281    --                been matched in all. Fails if more than N characters
282    --                have already been matched.
283
284    --      Span(S)   Where S is a string, matches a string of one or more
285    --                characters that is among the characters given in the
286    --                string. Always matches the longest possible such string.
287    --                Fails if the current character is not one of the given
288    --                set of characters.
289
290    --  Recursive Pattern Matching
291    --  ==========================
292
293    --    The plus operator (+P) where P is a pattern variable, creates
294    --    a recursive pattern that will, at pattern matching time, follow
295    --    the pointer to obtain the referenced pattern, and then match this
296    --    pattern. This may be used to construct recursive patterns. Consider
297    --    for example:
298
299    --       P := ("A" or ("B" & (+P)))
300
301    --    On the first attempt, this pattern attempts to match the string "A".
302    --    If this fails, then the alternative matches a "B", followed by an
303    --    attempt to match P again. This second attempt first attempts to
304    --    match "A", and so on. The result is a pattern that will match a
305    --    string of B's followed by a single A.
306
307    --    This particular example could simply be written as NSpan('B') & 'A',
308    --    but the use of recursive patterns in the general case can construct
309    --    complex patterns which could not otherwise be built.
310
311    --  Pattern Assignment Operations
312    --  =============================
313
314    --    In addition to the overall result of a pattern match, which indicates
315    --    success or failure, it is often useful to be able to keep track of
316    --    the pieces of the subject string that are matched by individual
317    --    pattern elements, or subsections of the pattern.
318
319    --    The pattern assignment operators allow this capability. The first
320    --    form is the immediate assignment:
321
322    --       P * S
323
324    --    Here P is an arbitrary pattern, and S is a variable of type VString
325    --    that will be set to the substring matched by P. This assignment
326    --    happens during pattern matching, so if P matches more than once,
327    --    then the assignment happens more than once.
328
329    --    The deferred assignment operation:
330
331    --      P ** S
332
333    --    avoids these multiple assignments by deferring the assignment to the
334    --    end of the match. If the entire match is successful, and if the
335    --    pattern P was part of the successful match, then at the end of the
336    --    matching operation the assignment to S of the string matching P is
337    --    performed.
338
339    --    The cursor assignment operation:
340
341    --      Setcur(N'Access)
342
343    --    assigns the current cursor position to the natural variable N. The
344    --    cursor position is defined as the count of characters that have been
345    --    matched so far (including any start point moves).
346
347    --    Finally the operations * and ** may be used with values of type
348    --    Text_IO.File_Access. The effect is to do a Put_Line operation of
349    --    the matched substring. These are particularly useful in debugging
350    --    pattern matches.
351
352    --  Deferred Matching
353    --  =================
354
355    --    The pattern construction functions (such as Len and Any) all permit
356    --    the use of pointers to natural or string values, or functions that
357    --    return natural or string values. These forms cause the actual value
358    --    to be obtained at pattern matching time. This allows interesting
359    --    possibilities for constructing dynamic patterns as illustrated in
360    --    the examples section.
361
362    --    In addition the (+S) operator may be used where S is a pointer to
363    --    string or function returning string, with a similar deferred effect.
364
365    --    A special use of deferred matching is the construction of predicate
366    --    functions. The element (+P) where P is an access to a function that
367    --    returns a Boolean value, causes the function to be called at the
368    --    time the element is matched. If the function returns True, then the
369    --    null string is matched, if the function returns False, then failure
370    --    is signalled and previous alternatives are sought.
371
372    --  Deferred Replacement
373    --  ====================
374
375    --    The simple model given for pattern replacement (where the matched
376    --    substring is replaced by the string given as the third argument to
377    --    Match) works fine in simple cases, but this approach does not work
378    --    in the case where the expression used as the replacement string is
379    --    dependent on values set by the match.
380
381    --    For example, suppose we want to find an instance of a parenthesized
382    --    character, and replace the parentheses with square brackets. At first
383    --    glance it would seem that:
384
385    --      Match (Subject, '(' & Len (1) * Char & ')', '[' & Char & ']');
386
387    --    would do the trick, but that does not work, because the third
388    --    argument to Match gets evaluated too early, before the call to
389    --    Match, and before the pattern match has had a chance to set Char.
390
391    --    To solve this problem we provide the deferred replacement capability.
392    --    With this approach, which of course is only needed if the pattern
393    --    involved has side effects, is to do the match in two stages. The
394    --    call to Match sets a pattern result in a variable of the private
395    --    type Match_Result, and then a subsequent Replace operation uses
396    --    this Match_Result object to perform the required replacement.
397
398    --    Using this approach, we can now write the above operation properly
399    --    in a manner that will work:
400
401    --      M : Match_Result;
402    --      ...
403    --      Match (Subject, '(' & Len (1) * Char & ')', M);
404    --      Replace (M, '[' & Char & ']');
405
406    --    As with other Match cases, there is a function and procedure form
407    --    of this match call. A call to Replace after a failed match has no
408    --    effect. Note that Subject should not be modified between the calls.
409
410    --  Examples of Pattern Matching
411    --  ============================
412
413    --    First a simple example of the use of pattern replacement to remove
414    --    a line number from the start of a string. We assume that the line
415    --    number has the form of a string of decimal digits followed by a
416    --    period, followed by one or more spaces.
417
418    --       Digs : constant Pattern := Span("0123456789");
419
420    --       Lnum : constant Pattern := Pos(0) & Digs & '.' & Span(' ');
421
422    --    Now to use this pattern we simply do a match with a replacement:
423
424    --       Match (Line, Lnum, "");
425
426    --    which replaces the line number by the null string. Note that it is
427    --    also possible to use an Ada.Strings.Maps.Character_Set value as an
428    --    argument to Span and similar functions, and in particular all the
429    --    useful constants 'in Ada.Strings.Maps.Constants are available. This
430    --    means that we could define Digs as:
431
432    --       Digs : constant Pattern := Span(Decimal_Digit_Set);
433
434    --    The style we use here, of defining constant patterns and then using
435    --    them is typical. It is possible to build up patterns dynamically,
436    --    but it is usually more efficient to build them in pieces in advance
437    --    using constant declarations. Note in particular that although it is
438    --    possible to construct a pattern directly as an argument for the
439    --    Match routine, it is much more efficient to preconstruct the pattern
440    --    as we did in this example.
441
442    --    Now let's look at the use of pattern assignment to break a
443    --    string into sections. Suppose that the input string has two
444    --    unsigned decimal integers, separated by spaces or a comma,
445    --    with spaces allowed anywhere. Then we can isolate the two
446    --    numbers with the following pattern:
447
448    --       Num1, Num2 : aliased VString;
449
450    --       B : constant Pattern := NSpan(' ');
451
452    --       N : constant Pattern := Span("0123456789");
453
454    --       T : constant Pattern :=
455    --             NSpan(' ') & N * Num1 & Span(" ,") & N * Num2;
456
457    --    The match operation Match (" 124, 257  ", T) would assign the
458    --    string 124 to Num1 and the string 257 to Num2.
459
460    --    Now let's see how more complex elements can be built from the
461    --    set of primitive elements. The following pattern matches strings
462    --    that have the syntax of Ada 95 based literals:
463
464    --       Digs  : constant Pattern := Span(Decimal_Digit_Set);
465    --       UDigs : constant Pattern := Digs & Arbno('_' & Digs);
466
467    --       Edig  : constant Pattern := Span(Hexadecimal_Digit_Set);
468    --       UEdig : constant Pattern := Edig & Arbno('_' & Edig);
469
470    --       Bnum  : constant Pattern := Udigs & '#' & UEdig & '#';
471
472    --    A match against Bnum will now match the desired strings, e.g.
473    --    it will match 16#123_abc#, but not a#b#. However, this pattern
474    --    is not quite complete, since it does not allow colons to replace
475    --    the pound signs. The following is more complete:
476
477    --       Bchar : constant Pattern := Any("#:");
478    --       Bnum  : constant Pattern := Udigs & Bchar & UEdig & Bchar;
479
480    --    but that is still not quite right, since it allows # and : to be
481    --    mixed, and they are supposed to be used consistently. We solve
482    --    this by using a deferred match.
483
484    --       Temp  : aliased VString;
485
486    --       Bnum  : constant Pattern :=
487    --                 Udigs & Bchar * Temp & UEdig & (+Temp)
488
489    --    Here the first instance of the base character is stored in Temp, and
490    --    then later in the pattern we rematch the value that was assigned.
491
492    --    For an example of a recursive pattern, let's define a pattern
493    --    that is like the built in Bal, but the string matched is balanced
494    --    with respect to square brackets or curly brackets.
495
496    --    The language for such strings might be defined in extended BNF as
497
498    --      ELEMENT ::= <any character other than [] or {}>
499    --                  | '[' BALANCED_STRING ']'
500    --                  | '{' BALANCED_STRING '}'
501
502    --      BALANCED_STRING ::= ELEMENT {ELEMENT}
503
504    --    Here we use {} to indicate zero or more occurrences of a term, as
505    --    is common practice in extended BNF. Now we can translate the above
506    --    BNF into recursive patterns as follows:
507
508    --      Element, Balanced_String : aliased Pattern;
509    --      .
510    --      .
511    --      .
512    --      Element := NotAny ("[]{}")
513    --                   or
514    --                 ('[' & (+Balanced_String) & ']')
515    --                   or
516    --                 ('{' & (+Balanced_String) & '}');
517
518    --      Balanced_String := Element & Arbno (Element);
519
520    --    Note the important use of + here to refer to a pattern not yet
521    --    defined. Note also that we use assignments precisely because we
522    --    cannot refer to as yet undeclared variables in initializations.
523
524    --    Now that this pattern is constructed, we can use it as though it
525    --    were a new primitive pattern element, and for example, the match:
526
527    --      Match ("xy[ab{cd}]", Balanced_String * Current_Output & Fail);
528
529    --    will generate the output:
530
531    --       x
532    --       xy
533    --       xy[ab{cd}]
534    --       y
535    --       y[ab{cd}]
536    --       [ab{cd}]
537    --       a
538    --       ab
539    --       ab{cd}
540    --       b
541    --       b{cd}
542    --       {cd}
543    --       c
544    --       cd
545    --       d
546
547    --    Note that the function of the fail here is simply to force the
548    --    pattern Balanced_String to match all possible alternatives. Studying
549    --    the operation of this pattern in detail is highly instructive.
550
551    --    Finally we give a rather elaborate example of the use of deferred
552    --    matching. The following declarations build up a pattern which will
553    --    find the longest string of decimal digits in the subject string.
554
555    --       Max, Cur : VString;
556    --       Loc      : Natural;
557
558    --       function GtS return Boolean is
559    --       begin
560    --          return Length (Cur) > Length (Max);
561    --       end GtS;
562
563    --       Digit : constant Character_Set := Decimal_Digit_Set;
564
565    --       Digs  : constant Pattern := Span(Digit);
566
567    --       Find : constant Pattern :=
568    --         "" * Max & Fence            & -- initialize Max to null
569    --         BreakX (Digit)              & -- scan looking for digits
570    --         ((Span(Digit) * Cur         & -- assign next string to Cur
571    --          (+GtS'Unrestricted_Access) & -- check size(Cur) > Size(Max)
572    --          Setcur(Loc'Access))          -- if so, save location
573    --                   * Max)            & -- and assign to Max
574    --         Fail;                         -- seek all alternatives
575
576    --    As we see from the comments here, complex patterns like this take
577    --    on aspects of sequential programs. In fact they are sequential
578    --    programs with general backtracking. In this pattern, we first use
579    --    a pattern assignment that matches null and assigns it to Max, so
580    --    that it is initialized for the new match. Now BreakX scans to the
581    --    next digit. Arb would do here, but BreakX will be more efficient.
582    --    Once we have found a digit, we scan out the longest string of
583    --    digits with Span, and assign it to Cur. The deferred call to GtS
584    --    tests if the string we assigned to Cur is the longest so far. If
585    --    not, then failure is signalled, and we seek alternatives (this
586    --    means that BreakX will extend and look for the next digit string).
587    --    If the call to GtS succeeds then the matched string is assigned
588    --    as the largest string so far into Max and its location is saved
589    --    in Loc. Finally Fail forces the match to fail and seek alternatives,
590    --    so that the entire string is searched.
591
592    --    If the pattern Find is matched against a string, the variable Max
593    --    at the end of the pattern will have the longest string of digits,
594    --    and Loc will be the starting character location of the string. For
595    --    example, Match("ab123cd4657ef23", Find) will assign "4657" to Max
596    --    and 11 to Loc (indicating that the string ends with the eleventh
597    --    character of the string).
598
599    --    Note: the use of Unrestricted_Access to reference GtS will not
600    --    be needed if GtS is defined at the outer level, but definitely
601    --    will be necessary if GtS is a nested function (in which case of
602    --    course the scope of the pattern Find will be restricted to this
603    --    nested scope, and this cannot be checked, i.e. use of the pattern
604    --    outside this scope is erroneous). Generally it is a good idea to
605    --    define patterns and the functions they call at the outer level
606    --    where possible, to avoid such problems.
607
608    --  Correspondence with Pattern Matching in SPITBOL
609    --  ===============================================
610
611    --    Generally the Ada syntax and names correspond closely to SPITBOL
612    --    syntax for pattern matching construction.
613
614    --      The basic pattern construction operators are renamed as follows:
615
616    --          Spitbol     Ada
617
618    --          (space)      &
619    --             |         or
620    --             $         *
621    --             .         **
622
623    --      The Ada operators were chosen so that the relative precedences of
624    --      these operators corresponds to that of the Spitbol operators, but
625    --      as always, the use of parentheses is advisable to clarify.
626
627    --    The pattern construction operators all have similar names except for
628
629    --          Spitbol      Ada
630
631    --          Abort        Cancel
632    --          Rem          Rest
633
634    --    where we have clashes with Ada reserved names.
635
636    --    Ada requires the use of 'Access to refer to functions used in the
637    --    pattern match, and often the use of 'Unrestricted_Access may be
638    --    necessary to get around the scope restrictions if the functions
639    --    are not declared at the outer level.
640
641    --    The actual pattern matching syntax is modified in Ada as follows:
642
643    --          Spitbol      Ada
644
645    --          X Y          Match (X, Y);
646    --          X Y = Z      Match (X, Y, Z);
647
648    --    and pattern failure is indicated by returning a Boolean result from
649    --    the Match function (True for success, False for failure).
650
651    -----------------------
652    -- Type Declarations --
653    -----------------------
654
655    type Pattern is private;
656    --  Type representing a pattern. This package provides a complete set of
657    --  operations for constructing patterns that can be used in the pattern
658    --  matching operations provided.
659
660    type Boolean_Func is access function return Boolean;
661    --  General Boolean function type. When this type is used as a formal
662    --  parameter type in this package, it indicates a deferred predicate
663    --  pattern. The function will be called when the pattern element is
664    --  matched and failure signalled if False is returned.
665
666    type Natural_Func is access function return Natural;
667    --  General Natural function type. When this type is used as a formal
668    --  parameter type in this package, it indicates a deferred pattern.
669    --  The function will be called when the pattern element is matched
670    --  to obtain the currently referenced Natural value.
671
672    type VString_Func is access function return VString;
673    --  General VString function type. When this type is used as a formal
674    --  parameter type in this package, it indicates a deferred pattern.
675    --  The function will be called when the pattern element is matched
676    --  to obtain the currently referenced string value.
677
678    subtype PString is String;
679    --  This subtype is used in the remainder of the package to indicate a
680    --  formal parameter that is converted to its corresponding pattern,
681    --  i.e. a pattern that matches the characters of the string.
682
683    subtype PChar is Character;
684    --  Similarly, this subtype is used in the remainder of the package to
685    --  indicate a formal parameter that is converted to its corresponding
686    --  pattern, i.e. a pattern that matches this one character.
687
688    subtype VString_Var is VString;
689    subtype Pattern_Var is Pattern;
690    --  These synonyms are used as formal parameter types to a function where,
691    --  if the language allowed, we would use in out parameters, but we are
692    --  not allowed to have in out parameters for functions. Instead we pass
693    --  actuals which must be variables, and with a bit of trickery in the
694    --  body, manage to interprete them properly as though they were indeed
695    --  in out parameters.
696
697    --------------------------------
698    -- Basic Pattern Construction --
699    --------------------------------
700
701    function "&"  (L : Pattern; R : Pattern) return Pattern;
702    function "&"  (L : PString; R : Pattern) return Pattern;
703    function "&"  (L : Pattern; R : PString) return Pattern;
704    function "&"  (L : PChar;   R : Pattern) return Pattern;
705    function "&"  (L : Pattern; R : PChar)   return Pattern;
706
707    --  Pattern concatenation. Matches L followed by R.
708
709    function "or" (L : Pattern; R : Pattern) return Pattern;
710    function "or" (L : PString; R : Pattern) return Pattern;
711    function "or" (L : Pattern; R : PString) return Pattern;
712    function "or" (L : PString; R : PString) return Pattern;
713    function "or" (L : PChar;   R : Pattern) return Pattern;
714    function "or" (L : Pattern; R : PChar)   return Pattern;
715    function "or" (L : PChar;   R : PChar)   return Pattern;
716    function "or" (L : PString; R : PChar)   return Pattern;
717    function "or" (L : PChar;   R : PString) return Pattern;
718    --  Pattern alternation. Creates a pattern that will first try to match
719    --  L and then on a subsequent failure, attempts to match R instead.
720
721    ----------------------------------
722    -- Pattern Assignment Functions --
723    ----------------------------------
724
725    function "*" (P : Pattern; Var : VString_Var)  return Pattern;
726    function "*" (P : PString; Var : VString_Var)  return Pattern;
727    function "*" (P : PChar;   Var : VString_Var)  return Pattern;
728    --  Matches P, and if the match succeeds, assigns the matched substring
729    --  to the given VString variable S. This assignment happens as soon as
730    --  the substring is matched, and if the pattern P1 is matched more than
731    --  once during the course of the match, then the assignment will occur
732    --  more than once.
733
734    function "**" (P : Pattern; Var : VString_Var) return Pattern;
735    function "**" (P : PString; Var : VString_Var) return Pattern;
736    function "**" (P : PChar;   Var : VString_Var) return Pattern;
737    --  Like "*" above, except that the assignment happens at most once
738    --  after the entire match is completed successfully. If the match
739    --  fails, then no assignment takes place.
740
741    ----------------------------------
742    -- Deferred Matching Operations --
743    ----------------------------------
744
745    function "+" (Str : VString_Var)  return Pattern;
746    --  Here Str must be a VString variable. This function constructs a
747    --  pattern which at pattern matching time will access the current
748    --  value of this variable, and match against these characters.
749
750    function "+" (Str : VString_Func) return Pattern;
751    --  Constructs a pattern which at pattern matching time calls the given
752    --  function, and then matches against the string or character value
753    --  that is returned by the call.
754
755    function "+" (P : Pattern_Var)    return Pattern;
756    --  Here P must be a Pattern variable. This function constructs a
757    --  pattern which at pattern matching time will access the current
758    --  value of this variable, and match against the pattern value.
759
760    function "+" (P : Boolean_Func)   return Pattern;
761    --  Constructs a predicate pattern function that at pattern matching time
762    --  calls the given function. If True is returned, then the pattern matches.
763    --  If False is returned, then failure is signalled.
764
765    --------------------------------
766    -- Pattern Building Functions --
767    --------------------------------
768
769    function Arb                                             return Pattern;
770    --  Constructs a pattern that will match any string. On the first attempt,
771    --  the pattern matches a null string, then on each successive failure, it
772    --  matches one more character, and only fails if matching the entire rest
773    --  of the string.
774
775    function Arbno  (P : Pattern)                            return Pattern;
776    function Arbno  (P : PString)                            return Pattern;
777    function Arbno  (P : PChar)                              return Pattern;
778    --  Pattern repetition. First matches null, then on a subsequent failure
779    --  attempts to match an additional instance of the given pattern.
780    --  Equivalent to (but more efficient than) P & ("" or (P & ("" or ...
781
782    function Any    (Str : String)                           return Pattern;
783    function Any    (Str : VString)                          return Pattern;
784    function Any    (Str : Character)                        return Pattern;
785    function Any    (Str : Character_Set)                    return Pattern;
786    function Any    (Str : access VString)                   return Pattern;
787    function Any    (Str : VString_Func)                     return Pattern;
788    --  Constructs a pattern that matches a single character that is one of
789    --  the characters in the given argument. The pattern fails if the current
790    --  character is not in Str.
791
792    function Bal                                             return Pattern;
793    --  Constructs a pattern that will match any non-empty string that is
794    --  parentheses balanced with respect to the normal parentheses characters.
795    --  Attempts to extend the string if a subsequent failure occurs.
796
797    function Break  (Str : String)                           return Pattern;
798    function Break  (Str : VString)                          return Pattern;
799    function Break  (Str : Character)                        return Pattern;
800    function Break  (Str : Character_Set)                    return Pattern;
801    function Break  (Str : access VString)                   return Pattern;
802    function Break  (Str : VString_Func)                     return Pattern;
803    --  Constructs a pattern that matches a (possibly null) string which
804    --  is immediately followed by a character in the given argument. This
805    --  character is not part of the matched string. The pattern fails if
806    --  the remaining characters to be matched do not include any of the
807    --  characters in Str.
808
809    function BreakX (Str : String)                           return Pattern;
810    function BreakX (Str : VString)                          return Pattern;
811    function BreakX (Str : Character)                        return Pattern;
812    function BreakX (Str : Character_Set)                    return Pattern;
813    function BreakX (Str : access VString)                   return Pattern;
814    function BreakX (Str : VString_Func)                     return Pattern;
815    --  Like Break, but the pattern attempts to extend on a failure to find
816    --  the next occurrence of a character in Str, and only fails when the
817    --  last such instance causes a failure.
818
819    function Cancel                                          return Pattern;
820    --  Constructs a pattern that immediately aborts the entire match
821
822    function Fail                                            return Pattern;
823    --  Constructs a pattern that always fails.
824
825    function Fence                                           return Pattern;
826    --  Constructs a pattern that matches null on the first attempt, and then
827    --  causes the entire match to be aborted if a subsequent failure occurs.
828
829    function Fence  (P : Pattern)                            return Pattern;
830    --  Constructs a pattern that first matches P. if P fails, then the
831    --  constructed pattern fails. If P succeeds, then the match proceeds,
832    --  but if subsequent failure occurs, alternatives in P are not sought.
833    --  The idea of Fence is that each time the pattern is matched, just
834    --  one attempt is made to match P, without trying alternatives.
835
836    function Len    (Count : Natural)                        return Pattern;
837    function Len    (Count : access Natural)                 return Pattern;
838    function Len    (Count : Natural_Func)                   return Pattern;
839    --  Constructs a pattern that matches exactly the given number of
840    --  characters. The pattern fails if fewer than this number of characters
841    --  remain to be matched in the string.
842
843    function NotAny (Str : String)                           return Pattern;
844    function NotAny (Str : VString)                          return Pattern;
845    function NotAny (Str : Character)                        return Pattern;
846    function NotAny (Str : Character_Set)                    return Pattern;
847    function NotAny (Str : access VString)                   return Pattern;
848    function NotAny (Str : VString_Func)                     return Pattern;
849    --  Constructs a pattern that matches a single character that is not
850    --  one of the characters in the given argument. The pattern Fails if
851    --  the current character is in Str.
852
853    function NSpan  (Str : String)                           return Pattern;
854    function NSpan  (Str : VString)                          return Pattern;
855    function NSpan  (Str : Character)                        return Pattern;
856    function NSpan  (Str : Character_Set)                    return Pattern;
857    function NSpan  (Str : access VString)                   return Pattern;
858    function NSpan  (Str : VString_Func)                     return Pattern;
859    --  Constructs a pattern that matches the longest possible string
860    --  consisting entirely of characters from the given argument. The
861    --  string may be empty, so this pattern always succeeds.
862
863    function Pos    (Count : Natural)                        return Pattern;
864    function Pos    (Count : access Natural)                 return Pattern;
865    function Pos    (Count : Natural_Func)                   return Pattern;
866    --  Constructs a pattern that matches the null string if exactly Count
867    --  characters have already been matched, and otherwise fails.
868
869    function Rest                                            return Pattern;
870    --  Constructs a pattern that always succeeds, matching the remaining
871    --  unmatched characters in the pattern.
872
873    function Rpos   (Count : Natural)                        return Pattern;
874    function Rpos   (Count : access Natural)                 return Pattern;
875    function Rpos   (Count : Natural_Func)                   return Pattern;
876    --  Constructs a pattern that matches the null string if exactly Count
877    --  characters remain to be matched in the string, and otherwise fails.
878
879    function Rtab   (Count : Natural)                        return Pattern;
880    function Rtab   (Count : access Natural)                 return Pattern;
881    function Rtab   (Count : Natural_Func)                   return Pattern;
882    --  Constructs a pattern that matches from the current location until
883    --  exactly Count characters remain to be matched in the string. The
884    --  pattern fails if fewer than Count characters remain to be matched.
885
886    function Setcur (Var : access Natural)                   return Pattern;
887    --  Constructs a pattern that matches the null string, and assigns the
888    --  current cursor position in the string. This value is the number of
889    --  characters matched so far. So it is zero at the start of the match.
890
891    function Span   (Str : String)                           return Pattern;
892    function Span   (Str : VString)                          return Pattern;
893    function Span   (Str : Character)                        return Pattern;
894    function Span   (Str : Character_Set)                    return Pattern;
895    function Span   (Str : access VString)                   return Pattern;
896    function Span   (Str : VString_Func)                     return Pattern;
897    --  Constructs a pattern that matches the longest possible string
898    --  consisting entirely of characters from the given argument. The
899    --  string cannot be empty , so the pattern fails if the current
900    --  character is not one of the characters in Str.
901
902    function Succeed                                         return Pattern;
903    --  Constructs a pattern that succeeds matching null, both on the first
904    --  attempt, and on any rematch attempt, i.e. it is equivalent to an
905    --  infinite alternation of null strings.
906
907    function Tab    (Count : Natural)                        return Pattern;
908    function Tab    (Count : access Natural)                 return Pattern;
909    function Tab    (Count : Natural_Func)                   return Pattern;
910    --  Constructs a pattern that from the current location until Count
911    --  characters have been matched. The pattern fails if more than Count
912    --  characters have already been matched.
913
914    ---------------------------------
915    -- Pattern Matching Operations --
916    ---------------------------------
917
918    --  The Match function performs an actual pattern matching operation.
919    --  The versions with three parameters perform a match without modifying
920    --  the subject string and return a Boolean result indicating if the
921    --  match is successful or not. The Anchor parameter is set to True to
922    --  obtain an anchored match in which the pattern is required to match
923    --  the first character of the string. In an unanchored match, which is
924
925    --  the default, successive attempts are made to match the given pattern
926    --  at each character of the subject string until a match succeeds, or
927    --  until all possibilities have failed.
928
929    --  Note that pattern assignment functions in the pattern may generate
930    --  side effects, so these functions are not necessarily pure.
931
932    Anchored_Mode : Boolean := False;
933    --  This global variable can be set True to cause all subsequent pattern
934    --  matches to operate in anchored mode. In anchored mode, no attempt is
935    --  made to move the anchor point, so that if the match succeeds it must
936    --  succeed starting at the first character. Note that the effect of
937    --  anchored mode may be achieved in individual pattern matches by using
938    --  Fence or Pos(0) at the start of the pattern.
939
940    Pattern_Stack_Overflow : exception;
941    --  Exception raised if internal pattern matching stack overflows. This
942    --  is typically the result of runaway pattern recursion. If there is a
943    --  genuine case of stack overflow, then either the match must be broken
944    --  down into simpler steps, or the stack limit must be reset.
945
946    Stack_Size : constant Positive := 2000;
947    --  Size used for internal pattern matching stack. Increase this size if
948    --  complex patterns cause Pattern_Stack_Overflow to be raised.
949
950    --  Simple match functions. The subject is matched against the pattern.
951    --  Any immediate or deferred assignments or writes are executed, and
952    --  the returned value indicates whether or not the match succeeded.
953
954    function Match
955      (Subject : VString;
956       Pat     : Pattern)
957       return    Boolean;
958
959    function Match
960      (Subject : VString;
961       Pat     : PString)
962       return    Boolean;
963
964    function Match
965      (Subject : String;
966       Pat     : Pattern)
967       return    Boolean;
968
969    function Match
970      (Subject : String;
971       Pat     : PString)
972       return    Boolean;
973
974    --  Replacement functions. The subject is matched against the pattern.
975    --  Any immediate or deferred assignments or writes are executed, and
976    --  the returned value indicates whether or not the match succeeded.
977    --  If the match succeeds, then the matched part of the subject string
978    --  is replaced by the given Replace string.
979
980    function Match
981      (Subject : VString_Var;
982       Pat     : Pattern;
983       Replace : VString)
984       return    Boolean;
985
986    function Match
987      (Subject : VString_Var;
988       Pat     : PString;
989       Replace : VString)
990       return    Boolean;
991
992    function Match
993      (Subject : VString_Var;
994       Pat     : Pattern;
995       Replace : String)
996       return    Boolean;
997
998    function Match
999      (Subject : VString_Var;
1000       Pat     : PString;
1001       Replace : String)
1002       return    Boolean;
1003
1004    --  Simple match procedures. The subject is matched against the pattern.
1005    --  Any immediate or deferred assignments or writes are executed. No
1006    --  indication of success or failure is returned.
1007
1008    procedure Match
1009      (Subject : VString;
1010       Pat     : Pattern);
1011
1012    procedure Match
1013      (Subject : VString;
1014       Pat     : PString);
1015
1016    procedure Match
1017      (Subject : String;
1018       Pat     : Pattern);
1019
1020    procedure Match
1021      (Subject : String;
1022       Pat     : PString);
1023
1024    --  Replacement procedures. The subject is matched against the pattern.
1025    --  Any immediate or deferred assignments or writes are executed. No
1026    --  indication of success or failure is returned. If the match succeeds,
1027    --  then the matched part of the subject string is replaced by the given
1028    --  Replace string.
1029
1030    procedure Match
1031      (Subject : in out VString;
1032       Pat     : Pattern;
1033       Replace : VString);
1034
1035    procedure Match
1036      (Subject : in out VString;
1037       Pat     : PString;
1038       Replace : VString);
1039
1040    procedure Match
1041      (Subject : in out VString;
1042       Pat     : Pattern;
1043       Replace : String);
1044
1045    procedure Match
1046      (Subject : in out VString;
1047       Pat     : PString;
1048       Replace : String);
1049
1050    --  Deferred Replacement
1051
1052    type Match_Result is private;
1053    --  Type used to record result of pattern match
1054
1055    subtype Match_Result_Var is Match_Result;
1056    --  This synonyms is used as a formal parameter type to a function where,
1057    --  if the language allowed, we would use an in out parameter, but we are
1058    --  not allowed to have in out parameters for functions. Instead we pass
1059    --  actuals which must be variables, and with a bit of trickery in the
1060    --  body, manage to interprete them properly as though they were indeed
1061    --  in out parameters.
1062
1063    function Match
1064      (Subject : VString_Var;
1065       Pat     : Pattern;
1066       Result  : Match_Result_Var)
1067       return    Boolean;
1068
1069    procedure Match
1070      (Subject : in out VString;
1071       Pat     : Pattern;
1072       Result  : out Match_Result);
1073
1074    procedure Replace
1075      (Result  : in out Match_Result;
1076       Replace : VString);
1077    --  Given a previous call to Match which set Result, performs a pattern
1078    --  replacement if the match was successful. Has no effect if the match
1079    --  failed. This call should immediately follow the Match call.
1080
1081    ------------------------
1082    -- Debugging Routines --
1083    ------------------------
1084
1085    --  Debugging pattern matching operations can often be quite complex,
1086    --  since there is no obvious way to trace the progress of the match.
1087    --  The declarations in this section provide some debugging assistance.
1088
1089    Debug_Mode : Boolean := False;
1090    --  This global variable can be set True to generate debugging on all
1091    --  subsequent calls to Match. The debugging output is a full trace of
1092    --  the actions of the pattern matcher, written to Standard_Output. The
1093    --  level of this information is intended to be comprehensible at the
1094    --  abstract level of this package declaration. However, note that the
1095    --  use of this switch often generates large amounts of output.
1096
1097    function "*"  (P : Pattern; Fil : File_Access)           return Pattern;
1098    function "*"  (P : PString; Fil : File_Access)           return Pattern;
1099    function "*"  (P : PChar;   Fil : File_Access)           return Pattern;
1100    function "**" (P : Pattern; Fil : File_Access)           return Pattern;
1101    function "**" (P : PString; Fil : File_Access)           return Pattern;
1102    function "**" (P : PChar;   Fil : File_Access)           return Pattern;
1103    --  These are similar to the corresponding pattern assignment operations
1104    --  except that instead of setting the value of a variable, the matched
1105    --  substring is written to the appropriate file. This can be useful in
1106    --  following the progress of a match without generating the full amount
1107
1108    --  of information obtained by setting Debug_Mode to True.
1109
1110    Terminal : constant File_Access := Standard_Error;
1111    Output   : constant File_Access := Standard_Output;
1112    --  Two handy synonyms for use with the above pattern write operations.
1113
1114    --  Finally we have some routines that are useful for determining what
1115    --  patterns are in use, particularly if they are constructed dynamically.
1116
1117    function Image (P : Pattern) return String;
1118    function Image (P : Pattern) return VString;
1119    --  This procedures yield strings that corresponds to the syntax needed
1120    --  to create the given pattern using the functions in this package. The
1121    --  form of this string is such that it could actually be compiled and
1122    --  evaluated to yield the required pattern except for references to
1123    --  variables and functions, which are output using one of the following
1124    --  forms:
1125    --
1126    --     access Natural     NP(16#...#)
1127    --     access Pattern     PP(16#...#)
1128    --     access VString     VP(16#...#)
1129    --
1130    --     Natural_Func       NF(16#...#)
1131    --     VString_Func       VF(16#...#)
1132    --
1133    --  where 16#...# is the hex representation of the integer address that
1134    --  corresponds to the given access value
1135
1136    procedure Dump (P : Pattern);
1137    --  This procedure writes information about the pattern to Standard_Out.
1138    --  The format of this information is keyed to the internal data structures
1139    --  used to implement patterns. The information provided by Dump is thus
1140    --  more precise than that yielded by Image, but is also a bit more obscure
1141    --  (i.e. it cannot be interpreted solely in terms of this spec, you have
1142    --  to know something about the data structures).
1143
1144    ------------------
1145    -- Private Part --
1146    ------------------
1147
1148 private
1149    type PE;
1150    --  Pattern element, a pattern is a plex structure of PE's. This type
1151    --  is defined and sdescribed in the body of this package.
1152
1153    type PE_Ptr is access all PE;
1154    --  Pattern reference. PE's use PE_Ptr values to reference other PE's
1155
1156    type Pattern is new Controlled with record
1157       Stk : Natural := 0;
1158       --  Maximum number of stack entries required for matching this
1159       --  pattern. See description of pattern history stack in body.
1160
1161       P   : PE_Ptr := null;
1162       --  Pointer to initial pattern element for pattern
1163    end record;
1164
1165    pragma Finalize_Storage_Only (Pattern);
1166
1167    procedure Adjust (Object : in out Pattern);
1168    --  Adjust routine used to copy pattern objects
1169
1170    procedure Finalize (Object : in out Pattern);
1171    --  Finalization routine used to release storage allocated for a pattern.
1172
1173    type VString_Ptr is access all VString;
1174
1175    type Match_Result is record
1176       Var   : VString_Ptr;
1177       --  Pointer to subject string. Set to null if match failed.
1178
1179       Start : Natural := 1;
1180       --  Starting index position (1's origin) of matched section of
1181       --  subject string. Only valid if Var is non-null.
1182
1183       Stop  : Natural := 0;
1184       --  Ending index position (1's origin) of matched section of
1185       --  subject string. Only valid if Var is non-null.
1186
1187    end record;
1188
1189    pragma Volatile (Match_Result);
1190    --  This ensures that the Result parameter is passed by reference, so
1191    --  that we can play our games with the bogus Match_Result_Var parameter
1192    --  in the function case to treat it as though it were an in out parameter.
1193
1194 end GNAT.Spitbol.Patterns;