- add sources.
[platform/framework/web/crosswalk.git] / src / third_party / re2 / re2 / dfa.cc
1 // Copyright 2008 The RE2 Authors.  All Rights Reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style
3 // license that can be found in the LICENSE file.
4
5 // A DFA (deterministic finite automaton)-based regular expression search.
6 //
7 // The DFA search has two main parts: the construction of the automaton,
8 // which is represented by a graph of State structures, and the execution
9 // of the automaton over a given input string.
10 //
11 // The basic idea is that the State graph is constructed so that the
12 // execution can simply start with a state s, and then for each byte c in
13 // the input string, execute "s = s->next[c]", checking at each point whether
14 // the current s represents a matching state.
15 //
16 // The simple explanation just given does convey the essence of this code,
17 // but it omits the details of how the State graph gets constructed as well
18 // as some performance-driven optimizations to the execution of the automaton.
19 // All these details are explained in the comments for the code following
20 // the definition of class DFA.
21 //
22 // See http://swtch.com/~rsc/regexp/ for a very bare-bones equivalent.
23
24 #include "re2/prog.h"
25 #include "re2/stringpiece.h"
26 #include "util/atomicops.h"
27 #include "util/flags.h"
28 #include "util/sparse_set.h"
29
30 #define NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
31
32 DEFINE_bool(re2_dfa_bail_when_slow, true,
33             "Whether the RE2 DFA should bail out early "
34             "if the NFA would be faster (for testing).");
35
36 namespace re2 {
37
38 #if !defined(__linux__)  /* only Linux seems to have memrchr */
39 static void* memrchr(const void* s, int c, size_t n) {
40   const unsigned char* p = (const unsigned char*)s;
41   for (p += n; n > 0; n--)
42     if (*--p == c)
43       return (void*)p;
44
45   return NULL;
46 }
47 #endif
48
49 // Changing this to true compiles in prints that trace execution of the DFA.
50 // Generates a lot of output -- only useful for debugging.
51 static const bool DebugDFA = false;
52
53 // A DFA implementation of a regular expression program.
54 // Since this is entirely a forward declaration mandated by C++,
55 // some of the comments here are better understood after reading
56 // the comments in the sections that follow the DFA definition.
57 class DFA {
58  public:
59   DFA(Prog* prog, Prog::MatchKind kind, int64 max_mem);
60   ~DFA();
61   bool ok() const { return !init_failed_; }
62   Prog::MatchKind kind() { return kind_; }
63
64   // Searches for the regular expression in text, which is considered
65   // as a subsection of context for the purposes of interpreting flags
66   // like ^ and $ and \A and \z.
67   // Returns whether a match was found.
68   // If a match is found, sets *ep to the end point of the best match in text.
69   // If "anchored", the match must begin at the start of text.
70   // If "want_earliest_match", the match that ends first is used, not
71   //   necessarily the best one.
72   // If "run_forward" is true, the DFA runs from text.begin() to text.end().
73   //   If it is false, the DFA runs from text.end() to text.begin(),
74   //   returning the leftmost end of the match instead of the rightmost one.
75   // If the DFA cannot complete the search (for example, if it is out of
76   //   memory), it sets *failed and returns false.
77   bool Search(const StringPiece& text, const StringPiece& context,
78               bool anchored, bool want_earliest_match, bool run_forward,
79               bool* failed, const char** ep, vector<int>* matches);
80
81   // Builds out all states for the entire DFA.  FOR TESTING ONLY
82   // Returns number of states.
83   int BuildAllStates();
84
85   // Computes min and max for matching strings.  Won't return strings
86   // bigger than maxlen.
87   bool PossibleMatchRange(string* min, string* max, int maxlen);
88
89   // These data structures are logically private, but C++ makes it too
90   // difficult to mark them as such.
91   class Workq;
92   class RWLocker;
93   class StateSaver;
94
95   // A single DFA state.  The DFA is represented as a graph of these
96   // States, linked by the next_ pointers.  If in state s and reading
97   // byte c, the next state should be s->next_[c].
98   struct State {
99     inline bool IsMatch() const { return flag_ & kFlagMatch; }
100     void SaveMatch(vector<int>* v);
101
102     int* inst_;         // Instruction pointers in the state.
103     int ninst_;         // # of inst_ pointers.
104     uint flag_;         // Empty string bitfield flags in effect on the way
105                         // into this state, along with kFlagMatch if this
106                         // is a matching state.
107     State** next_;      // Outgoing arrows from State,
108                         // one per input byte class
109   };
110
111   enum {
112     kByteEndText = 256,         // imaginary byte at end of text
113
114     kFlagEmptyMask = 0xFFF,     // State.flag_: bits holding kEmptyXXX flags
115     kFlagMatch = 0x1000,        // State.flag_: this is a matching state
116     kFlagLastWord = 0x2000,     // State.flag_: last byte was a word char
117     kFlagNeedShift = 16,        // needed kEmpty bits are or'ed in shifted left
118   };
119
120 #ifndef STL_MSVC
121   // STL function structures for use with unordered_set.
122   struct StateEqual {
123     bool operator()(const State* a, const State* b) const {
124       if (a == b)
125         return true;
126       if (a == NULL || b == NULL)
127         return false;
128       if (a->ninst_ != b->ninst_)
129         return false;
130       if (a->flag_ != b->flag_)
131         return false;
132       for (int i = 0; i < a->ninst_; i++)
133         if (a->inst_[i] != b->inst_[i])
134           return false;
135       return true;  // they're equal
136     }
137   };
138 #endif  // STL_MSVC
139   struct StateHash {
140     size_t operator()(const State* a) const {
141       if (a == NULL)
142         return 0;
143       const char* s = reinterpret_cast<const char*>(a->inst_);
144       int len = a->ninst_ * sizeof a->inst_[0];
145       if (sizeof(size_t) == sizeof(uint32))
146         return Hash32StringWithSeed(s, len, a->flag_);
147       else
148         return Hash64StringWithSeed(s, len, a->flag_);
149     }
150 #ifdef STL_MSVC
151     // Less than operator.
152     bool operator()(const State* a, const State* b) const {
153       if (a == b)
154         return false;
155       if (a == NULL || b == NULL)
156         return a == NULL;
157       if (a->ninst_ != b->ninst_)
158         return a->ninst_ < b->ninst_;
159       if (a->flag_ != b->flag_)
160         return a->flag_ < b->flag_;
161       for (int i = 0; i < a->ninst_; ++i)
162         if (a->inst_[i] != b->inst_[i])
163           return a->inst_[i] < b->inst_[i];
164       return false;  // they're equal
165     }
166     // The two public members are required by msvc. 4 and 8 are default values.
167     // Reference: http://msdn.microsoft.com/en-us/library/1s1byw77.aspx
168     static const size_t bucket_size = 4;
169     static const size_t min_buckets = 8;
170 #endif  // STL_MSVC
171   };
172
173 #ifdef STL_MSVC
174   typedef unordered_set<State*, StateHash> StateSet;
175 #else  // !STL_MSVC
176   typedef unordered_set<State*, StateHash, StateEqual> StateSet;
177 #endif  // STL_MSVC
178
179
180  private:
181   // Special "firstbyte" values for a state.  (Values >= 0 denote actual bytes.)
182   enum {
183     kFbUnknown = -1,   // No analysis has been performed.
184     kFbMany = -2,      // Many bytes will lead out of this state.
185     kFbNone = -3,      // No bytes lead out of this state.
186   };
187
188   enum {
189     // Indices into start_ for unanchored searches.
190     // Add kStartAnchored for anchored searches.
191     kStartBeginText = 0,          // text at beginning of context
192     kStartBeginLine = 2,          // text at beginning of line
193     kStartAfterWordChar = 4,      // text follows a word character
194     kStartAfterNonWordChar = 6,   // text follows non-word character
195     kMaxStart = 8,
196
197     kStartAnchored = 1,
198   };
199
200   // Resets the DFA State cache, flushing all saved State* information.
201   // Releases and reacquires cache_mutex_ via cache_lock, so any
202   // State* existing before the call are not valid after the call.
203   // Use a StateSaver to preserve important states across the call.
204   // cache_mutex_.r <= L < mutex_
205   // After: cache_mutex_.w <= L < mutex_
206   void ResetCache(RWLocker* cache_lock);
207
208   // Looks up and returns the State corresponding to a Workq.
209   // L >= mutex_
210   State* WorkqToCachedState(Workq* q, uint flag);
211
212   // Looks up and returns a State matching the inst, ninst, and flag.
213   // L >= mutex_
214   State* CachedState(int* inst, int ninst, uint flag);
215
216   // Clear the cache entirely.
217   // Must hold cache_mutex_.w or be in destructor.
218   void ClearCache();
219
220   // Converts a State into a Workq: the opposite of WorkqToCachedState.
221   // L >= mutex_
222   static void StateToWorkq(State* s, Workq* q);
223
224   // Runs a State on a given byte, returning the next state.
225   State* RunStateOnByteUnlocked(State*, int);  // cache_mutex_.r <= L < mutex_
226   State* RunStateOnByte(State*, int);          // L >= mutex_
227
228   // Runs a Workq on a given byte followed by a set of empty-string flags,
229   // producing a new Workq in nq.  If a match instruction is encountered,
230   // sets *ismatch to true.
231   // L >= mutex_
232   void RunWorkqOnByte(Workq* q, Workq* nq,
233                              int c, uint flag, bool* ismatch,
234                              Prog::MatchKind kind,
235                              int new_byte_loop);
236
237   // Runs a Workq on a set of empty-string flags, producing a new Workq in nq.
238   // L >= mutex_
239   void RunWorkqOnEmptyString(Workq* q, Workq* nq, uint flag);
240
241   // Adds the instruction id to the Workq, following empty arrows
242   // according to flag.
243   // L >= mutex_
244   void AddToQueue(Workq* q, int id, uint flag);
245
246   // For debugging, returns a text representation of State.
247   static string DumpState(State* state);
248
249   // For debugging, returns a text representation of a Workq.
250   static string DumpWorkq(Workq* q);
251
252   // Search parameters
253   struct SearchParams {
254     SearchParams(const StringPiece& text, const StringPiece& context,
255                  RWLocker* cache_lock)
256       : text(text), context(context),
257         anchored(false),
258         want_earliest_match(false),
259         run_forward(false),
260         start(NULL),
261         firstbyte(kFbUnknown),
262         cache_lock(cache_lock),
263         failed(false),
264         ep(NULL),
265         matches(NULL) { }
266
267     StringPiece text;
268     StringPiece context;
269     bool anchored;
270     bool want_earliest_match;
271     bool run_forward;
272     State* start;
273     int firstbyte;
274     RWLocker *cache_lock;
275     bool failed;     // "out" parameter: whether search gave up
276     const char* ep;  // "out" parameter: end pointer for match
277     vector<int>* matches;
278
279    private:
280     DISALLOW_EVIL_CONSTRUCTORS(SearchParams);
281   };
282
283   // Before each search, the parameters to Search are analyzed by
284   // AnalyzeSearch to determine the state in which to start and the
285   // "firstbyte" for that state, if any.
286   struct StartInfo {
287     StartInfo() : start(NULL), firstbyte(kFbUnknown) { }
288     State* start;
289     volatile int firstbyte;
290   };
291
292   // Fills in params->start and params->firstbyte using
293   // the other search parameters.  Returns true on success,
294   // false on failure.
295   // cache_mutex_.r <= L < mutex_
296   bool AnalyzeSearch(SearchParams* params);
297   bool AnalyzeSearchHelper(SearchParams* params, StartInfo* info, uint flags);
298
299   // The generic search loop, inlined to create specialized versions.
300   // cache_mutex_.r <= L < mutex_
301   // Might unlock and relock cache_mutex_ via params->cache_lock.
302   inline bool InlinedSearchLoop(SearchParams* params,
303                                 bool have_firstbyte,
304                                 bool want_earliest_match,
305                                 bool run_forward);
306
307   // The specialized versions of InlinedSearchLoop.  The three letters
308   // at the ends of the name denote the true/false values used as the
309   // last three parameters of InlinedSearchLoop.
310   // cache_mutex_.r <= L < mutex_
311   // Might unlock and relock cache_mutex_ via params->cache_lock.
312   bool SearchFFF(SearchParams* params);
313   bool SearchFFT(SearchParams* params);
314   bool SearchFTF(SearchParams* params);
315   bool SearchFTT(SearchParams* params);
316   bool SearchTFF(SearchParams* params);
317   bool SearchTFT(SearchParams* params);
318   bool SearchTTF(SearchParams* params);
319   bool SearchTTT(SearchParams* params);
320
321   // The main search loop: calls an appropriate specialized version of
322   // InlinedSearchLoop.
323   // cache_mutex_.r <= L < mutex_
324   // Might unlock and relock cache_mutex_ via params->cache_lock.
325   bool FastSearchLoop(SearchParams* params);
326
327   // For debugging, a slow search loop that calls InlinedSearchLoop
328   // directly -- because the booleans passed are not constants, the
329   // loop is not specialized like the SearchFFF etc. versions, so it
330   // runs much more slowly.  Useful only for debugging.
331   // cache_mutex_.r <= L < mutex_
332   // Might unlock and relock cache_mutex_ via params->cache_lock.
333   bool SlowSearchLoop(SearchParams* params);
334
335   // Looks up bytes in bytemap_ but handles case c == kByteEndText too.
336   int ByteMap(int c) {
337     if (c == kByteEndText)
338       return prog_->bytemap_range();
339     return prog_->bytemap()[c];
340   }
341
342   // Constant after initialization.
343   Prog* prog_;              // The regular expression program to run.
344   Prog::MatchKind kind_;    // The kind of DFA.
345   int start_unanchored_;  // start of unanchored program
346   bool init_failed_;        // initialization failed (out of memory)
347
348   Mutex mutex_;  // mutex_ >= cache_mutex_.r
349
350   // Scratch areas, protected by mutex_.
351   Workq* q0_;             // Two pre-allocated work queues.
352   Workq* q1_;
353   int* astack_;         // Pre-allocated stack for AddToQueue
354   int nastack_;
355
356   // State* cache.  Many threads use and add to the cache simultaneously,
357   // holding cache_mutex_ for reading and mutex_ (above) when adding.
358   // If the cache fills and needs to be discarded, the discarding is done
359   // while holding cache_mutex_ for writing, to avoid interrupting other
360   // readers.  Any State* pointers are only valid while cache_mutex_
361   // is held.
362   Mutex cache_mutex_;
363   int64 mem_budget_;       // Total memory budget for all States.
364   int64 state_budget_;     // Amount of memory remaining for new States.
365   StateSet state_cache_;   // All States computed so far.
366   StartInfo start_[kMaxStart];
367   bool cache_warned_;      // have printed to LOG(INFO) about the cache
368 };
369
370 // Shorthand for casting to uint8*.
371 static inline const uint8* BytePtr(const void* v) {
372   return reinterpret_cast<const uint8*>(v);
373 }
374
375 // Work queues
376
377 // Marks separate thread groups of different priority
378 // in the work queue when in leftmost-longest matching mode.
379 #define Mark (-1)
380
381 // Internally, the DFA uses a sparse array of
382 // program instruction pointers as a work queue.
383 // In leftmost longest mode, marks separate sections
384 // of workq that started executing at different
385 // locations in the string (earlier locations first).
386 class DFA::Workq : public SparseSet {
387  public:
388   // Constructor: n is number of normal slots, maxmark number of mark slots.
389   Workq(int n, int maxmark) :
390     SparseSet(n+maxmark),
391     n_(n),
392     maxmark_(maxmark),
393     nextmark_(n),
394     last_was_mark_(true) {
395   }
396
397   bool is_mark(int i) { return i >= n_; }
398
399   int maxmark() { return maxmark_; }
400
401   void clear() {
402     SparseSet::clear();
403     nextmark_ = n_;
404   }
405
406   void mark() {
407     if (last_was_mark_)
408       return;
409     last_was_mark_ = false;
410     SparseSet::insert_new(nextmark_++);
411   }
412
413   int size() {
414     return n_ + maxmark_;
415   }
416
417   void insert(int id) {
418     if (contains(id))
419       return;
420     insert_new(id);
421   }
422
423   void insert_new(int id) {
424     last_was_mark_ = false;
425     SparseSet::insert_new(id);
426   }
427
428  private:
429   int n_;                // size excluding marks
430   int maxmark_;          // maximum number of marks
431   int nextmark_;         // id of next mark
432   bool last_was_mark_;   // last inserted was mark
433   DISALLOW_EVIL_CONSTRUCTORS(Workq);
434 };
435
436 DFA::DFA(Prog* prog, Prog::MatchKind kind, int64 max_mem)
437   : prog_(prog),
438     kind_(kind),
439     init_failed_(false),
440     q0_(NULL),
441     q1_(NULL),
442     astack_(NULL),
443     mem_budget_(max_mem),
444     cache_warned_(false) {
445   if (DebugDFA)
446     fprintf(stderr, "\nkind %d\n%s\n", (int)kind_, prog_->DumpUnanchored().c_str());
447   int nmark = 0;
448   start_unanchored_ = 0;
449   if (kind_ == Prog::kLongestMatch) {
450     nmark = prog->size();
451     start_unanchored_ = prog->start_unanchored();
452   }
453   nastack_ = 2 * prog->size() + nmark;
454
455   // Account for space needed for DFA, q0, q1, astack.
456   mem_budget_ -= sizeof(DFA);
457   mem_budget_ -= (prog_->size() + nmark) *
458                  (sizeof(int)+sizeof(int)) * 2;  // q0, q1
459   mem_budget_ -= nastack_ * sizeof(int);  // astack
460   if (mem_budget_ < 0) {
461     LOG(INFO) << StringPrintf("DFA out of memory: prog size %lld mem %lld",
462                               prog_->size(), max_mem);
463     init_failed_ = true;
464     return;
465   }
466
467   state_budget_ = mem_budget_;
468
469   // Make sure there is a reasonable amount of working room left.
470   // At minimum, the search requires room for two states in order
471   // to limp along, restarting frequently.  We'll get better performance
472   // if there is room for a larger number of states, say 20.
473   int64 one_state = sizeof(State) + (prog_->size()+nmark)*sizeof(int) +
474                     (prog_->bytemap_range()+1)*sizeof(State*);
475   if (state_budget_ < 20*one_state) {
476     LOG(INFO) << StringPrintf("DFA out of memory: prog size %lld mem %lld",
477                               prog_->size(), max_mem);
478     init_failed_ = true;
479     return;
480   }
481
482   q0_ = new Workq(prog->size(), nmark);
483   q1_ = new Workq(prog->size(), nmark);
484   astack_ = new int[nastack_];
485 }
486
487 DFA::~DFA() {
488   delete q0_;
489   delete q1_;
490   delete[] astack_;
491   ClearCache();
492 }
493
494 // In the DFA state graph, s->next[c] == NULL means that the
495 // state has not yet been computed and needs to be.  We need
496 // a different special value to signal that s->next[c] is a
497 // state that can never lead to a match (and thus the search
498 // can be called off).  Hence DeadState.
499 #define DeadState reinterpret_cast<State*>(1)
500
501 // Signals that the rest of the string matches no matter what it is.
502 #define FullMatchState reinterpret_cast<State*>(2)
503
504 #define SpecialStateMax FullMatchState
505
506 // Debugging printouts
507
508 // For debugging, returns a string representation of the work queue.
509 string DFA::DumpWorkq(Workq* q) {
510   string s;
511   const char* sep = "";
512   for (DFA::Workq::iterator it = q->begin(); it != q->end(); ++it) {
513     if (q->is_mark(*it)) {
514       StringAppendF(&s, "|");
515       sep = "";
516     } else {
517       StringAppendF(&s, "%s%d", sep, *it);
518       sep = ",";
519     }
520   }
521   return s;
522 }
523
524 // For debugging, returns a string representation of the state.
525 string DFA::DumpState(State* state) {
526   if (state == NULL)
527     return "_";
528   if (state == DeadState)
529     return "X";
530   if (state == FullMatchState)
531     return "*";
532   string s;
533   const char* sep = "";
534   StringAppendF(&s, "(%p)", state);
535   for (int i = 0; i < state->ninst_; i++) {
536     if (state->inst_[i] == Mark) {
537       StringAppendF(&s, "|");
538       sep = "";
539     } else {
540       StringAppendF(&s, "%s%d", sep, state->inst_[i]);
541       sep = ",";
542     }
543   }
544   StringAppendF(&s, " flag=%#x", state->flag_);
545   return s;
546 }
547
548 //////////////////////////////////////////////////////////////////////
549 //
550 // DFA state graph construction.
551 //
552 // The DFA state graph is a heavily-linked collection of State* structures.
553 // The state_cache_ is a set of all the State structures ever allocated,
554 // so that if the same state is reached by two different paths,
555 // the same State structure can be used.  This reduces allocation
556 // requirements and also avoids duplication of effort across the two
557 // identical states.
558 //
559 // A State is defined by an ordered list of instruction ids and a flag word.
560 //
561 // The choice of an ordered list of instructions differs from a typical
562 // textbook DFA implementation, which would use an unordered set.
563 // Textbook descriptions, however, only care about whether
564 // the DFA matches, not where it matches in the text.  To decide where the
565 // DFA matches, we need to mimic the behavior of the dominant backtracking
566 // implementations like PCRE, which try one possible regular expression
567 // execution, then another, then another, stopping when one of them succeeds.
568 // The DFA execution tries these many executions in parallel, representing
569 // each by an instruction id.  These pointers are ordered in the State.inst_
570 // list in the same order that the executions would happen in a backtracking
571 // search: if a match is found during execution of inst_[2], inst_[i] for i>=3
572 // can be discarded.
573 //
574 // Textbooks also typically do not consider context-aware empty string operators
575 // like ^ or $.  These are handled by the flag word, which specifies the set
576 // of empty-string operators that should be matched when executing at the
577 // current text position.  These flag bits are defined in prog.h.
578 // The flag word also contains two DFA-specific bits: kFlagMatch if the state
579 // is a matching state (one that reached a kInstMatch in the program)
580 // and kFlagLastWord if the last processed byte was a word character, for the
581 // implementation of \B and \b.
582 //
583 // The flag word also contains, shifted up 16 bits, the bits looked for by
584 // any kInstEmptyWidth instructions in the state.  These provide a useful
585 // summary indicating when new flags might be useful.
586 //
587 // The permanent representation of a State's instruction ids is just an array,
588 // but while a state is being analyzed, these instruction ids are represented
589 // as a Workq, which is an array that allows iteration in insertion order.
590
591 // NOTE(rsc): The choice of State construction determines whether the DFA
592 // mimics backtracking implementations (so-called leftmost first matching) or
593 // traditional DFA implementations (so-called leftmost longest matching as
594 // prescribed by POSIX).  This implementation chooses to mimic the
595 // backtracking implementations, because we want to replace PCRE.  To get
596 // POSIX behavior, the states would need to be considered not as a simple
597 // ordered list of instruction ids, but as a list of unordered sets of instruction
598 // ids.  A match by a state in one set would inhibit the running of sets
599 // farther down the list but not other instruction ids in the same set.  Each
600 // set would correspond to matches beginning at a given point in the string.
601 // This is implemented by separating different sets with Mark pointers.
602
603 // Looks in the State cache for a State matching q, flag.
604 // If one is found, returns it.  If one is not found, allocates one,
605 // inserts it in the cache, and returns it.
606 DFA::State* DFA::WorkqToCachedState(Workq* q, uint flag) {
607   if (DEBUG_MODE)
608     mutex_.AssertHeld();
609
610   // Construct array of instruction ids for the new state.
611   // Only ByteRange, EmptyWidth, and Match instructions are useful to keep:
612   // those are the only operators with any effect in
613   // RunWorkqOnEmptyString or RunWorkqOnByte.
614   int* inst = new int[q->size()];
615   int n = 0;
616   uint needflags = 0;     // flags needed by kInstEmptyWidth instructions
617   bool sawmatch = false;  // whether queue contains guaranteed kInstMatch
618   bool sawmark = false;  // whether queue contains a Mark
619   if (DebugDFA)
620     fprintf(stderr, "WorkqToCachedState %s [%#x]", DumpWorkq(q).c_str(), flag);
621   for (Workq::iterator it = q->begin(); it != q->end(); ++it) {
622     int id = *it;
623     if (sawmatch && (kind_ == Prog::kFirstMatch || q->is_mark(id)))
624       break;
625     if (q->is_mark(id)) {
626       if (n > 0 && inst[n-1] != Mark) {
627         sawmark = true;
628         inst[n++] = Mark;
629       }
630       continue;
631     }
632     Prog::Inst* ip = prog_->inst(id);
633     switch (ip->opcode()) {
634       case kInstAltMatch:
635         // This state will continue to a match no matter what
636         // the rest of the input is.  If it is the highest priority match
637         // being considered, return the special FullMatchState
638         // to indicate that it's all matches from here out.
639         if (kind_ != Prog::kManyMatch &&
640             (kind_ != Prog::kFirstMatch ||
641              (it == q->begin() && ip->greedy(prog_))) &&
642             (kind_ != Prog::kLongestMatch || !sawmark) &&
643             (flag & kFlagMatch)) {
644           delete[] inst;
645           if (DebugDFA)
646             fprintf(stderr, " -> FullMatchState\n");
647           return FullMatchState;
648         }
649         // Fall through.
650       case kInstByteRange:    // These are useful.
651       case kInstEmptyWidth:
652       case kInstMatch:
653       case kInstAlt:          // Not useful, but necessary [*]
654         inst[n++] = *it;
655         if (ip->opcode() == kInstEmptyWidth)
656           needflags |= ip->empty();
657         if (ip->opcode() == kInstMatch && !prog_->anchor_end())
658           sawmatch = true;
659         break;
660
661       default:                // The rest are not.
662         break;
663     }
664
665     // [*] kInstAlt would seem useless to record in a state, since
666     // we've already followed both its arrows and saved all the
667     // interesting states we can reach from there.  The problem
668     // is that one of the empty-width instructions might lead
669     // back to the same kInstAlt (if an empty-width operator is starred),
670     // producing a different evaluation order depending on whether
671     // we keep the kInstAlt to begin with.  Sigh.
672     // A specific case that this affects is /(^|a)+/ matching "a".
673     // If we don't save the kInstAlt, we will match the whole "a" (0,1)
674     // but in fact the correct leftmost-first match is the leading "" (0,0).
675   }
676   DCHECK_LE(n, q->size());
677   if (n > 0 && inst[n-1] == Mark)
678     n--;
679
680   // If there are no empty-width instructions waiting to execute,
681   // then the extra flag bits will not be used, so there is no
682   // point in saving them.  (Discarding them reduces the number
683   // of distinct states.)
684   if (needflags == 0)
685     flag &= kFlagMatch;
686
687   // NOTE(rsc): The code above cannot do flag &= needflags,
688   // because if the right flags were present to pass the current
689   // kInstEmptyWidth instructions, new kInstEmptyWidth instructions
690   // might be reached that in turn need different flags.
691   // The only sure thing is that if there are no kInstEmptyWidth
692   // instructions at all, no flags will be needed.
693   // We could do the extra work to figure out the full set of
694   // possibly needed flags by exploring past the kInstEmptyWidth
695   // instructions, but the check above -- are any flags needed
696   // at all? -- handles the most common case.  More fine-grained
697   // analysis can only be justified by measurements showing that
698   // too many redundant states are being allocated.
699
700   // If there are no Insts in the list, it's a dead state,
701   // which is useful to signal with a special pointer so that
702   // the execution loop can stop early.  This is only okay
703   // if the state is *not* a matching state.
704   if (n == 0 && flag == 0) {
705     delete[] inst;
706     if (DebugDFA)
707       fprintf(stderr, " -> DeadState\n");
708     return DeadState;
709   }
710
711   // If we're in longest match mode, the state is a sequence of
712   // unordered state sets separated by Marks.  Sort each set
713   // to canonicalize, to reduce the number of distinct sets stored.
714   if (kind_ == Prog::kLongestMatch) {
715     int* ip = inst;
716     int* ep = ip + n;
717     while (ip < ep) {
718       int* markp = ip;
719       while (markp < ep && *markp != Mark)
720         markp++;
721       sort(ip, markp);
722       if (markp < ep)
723         markp++;
724       ip = markp;
725     }
726   }
727
728   // Save the needed empty-width flags in the top bits for use later.
729   flag |= needflags << kFlagNeedShift;
730
731   State* state = CachedState(inst, n, flag);
732   delete[] inst;
733   return state;
734 }
735
736 // Looks in the State cache for a State matching inst, ninst, flag.
737 // If one is found, returns it.  If one is not found, allocates one,
738 // inserts it in the cache, and returns it.
739 DFA::State* DFA::CachedState(int* inst, int ninst, uint flag) {
740   if (DEBUG_MODE)
741     mutex_.AssertHeld();
742
743   // Look in the cache for a pre-existing state.
744   State state = { inst, ninst, flag, NULL };
745   StateSet::iterator it = state_cache_.find(&state);
746   if (it != state_cache_.end()) {
747     if (DebugDFA)
748       fprintf(stderr, " -cached-> %s\n", DumpState(*it).c_str());
749     return *it;
750   }
751
752   // Must have enough memory for new state.
753   // In addition to what we're going to allocate,
754   // the state cache hash table seems to incur about 32 bytes per
755   // State*, empirically.
756   const int kStateCacheOverhead = 32;
757   int nnext = prog_->bytemap_range() + 1;  // + 1 for kByteEndText slot
758   int mem = sizeof(State) + nnext*sizeof(State*) + ninst*sizeof(int);
759   if (mem_budget_ < mem + kStateCacheOverhead) {
760     mem_budget_ = -1;
761     return NULL;
762   }
763   mem_budget_ -= mem + kStateCacheOverhead;
764
765   // Allocate new state, along with room for next and inst.
766   char* space = new char[mem];
767   State* s = reinterpret_cast<State*>(space);
768   s->next_ = reinterpret_cast<State**>(s + 1);
769   s->inst_ = reinterpret_cast<int*>(s->next_ + nnext);
770   memset(s->next_, 0, nnext*sizeof s->next_[0]);
771   memmove(s->inst_, inst, ninst*sizeof s->inst_[0]);
772   s->ninst_ = ninst;
773   s->flag_ = flag;
774   if (DebugDFA)
775     fprintf(stderr, " -> %s\n", DumpState(s).c_str());
776
777   // Put state in cache and return it.
778   state_cache_.insert(s);
779   return s;
780 }
781
782 // Clear the cache.  Must hold cache_mutex_.w or be in destructor.
783 void DFA::ClearCache() {
784   // In case state_cache_ doesn't support deleting entries
785   // during iteration, copy into a vector and then delete.
786   vector<State*> v;
787   v.reserve(state_cache_.size());
788   for (StateSet::iterator it = state_cache_.begin();
789        it != state_cache_.end(); ++it)
790     v.push_back(*it);
791   state_cache_.clear();
792   for (int i = 0; i < v.size(); i++)
793     delete[] reinterpret_cast<const char*>(v[i]);
794 }
795
796 // Copies insts in state s to the work queue q.
797 void DFA::StateToWorkq(State* s, Workq* q) {
798   q->clear();
799   for (int i = 0; i < s->ninst_; i++) {
800     if (s->inst_[i] == Mark)
801       q->mark();
802     else
803       q->insert_new(s->inst_[i]);
804   }
805 }
806
807 // Adds ip to the work queue, following empty arrows according to flag
808 // and expanding kInstAlt instructions (two-target gotos).
809 void DFA::AddToQueue(Workq* q, int id, uint flag) {
810
811   // Use astack_ to hold our stack of states yet to process.
812   // It is sized to have room for nastack_ == 2*prog->size() + nmark
813   // instructions, which is enough: each instruction can be
814   // processed by the switch below only once, and the processing
815   // pushes at most two instructions plus maybe a mark.
816   // (If we're using marks, nmark == prog->size(); otherwise nmark == 0.)
817   int* stk = astack_;
818   int nstk = 0;
819
820   stk[nstk++] = id;
821   while (nstk > 0) {
822     DCHECK_LE(nstk, nastack_);
823     id = stk[--nstk];
824
825     if (id == Mark) {
826       q->mark();
827       continue;
828     }
829
830     if (id == 0)
831       continue;
832
833     // If ip is already on the queue, nothing to do.
834     // Otherwise add it.  We don't actually keep all the ones
835     // that get added -- for example, kInstAlt is ignored
836     // when on a work queue -- but adding all ip's here
837     // increases the likelihood of q->contains(id),
838     // reducing the amount of duplicated work.
839     if (q->contains(id))
840       continue;
841     q->insert_new(id);
842
843     // Process instruction.
844     Prog::Inst* ip = prog_->inst(id);
845     switch (ip->opcode()) {
846       case kInstFail:       // can't happen: discarded above
847         break;
848
849       case kInstByteRange:  // just save these on the queue
850       case kInstMatch:
851         break;
852
853       case kInstCapture:    // DFA treats captures as no-ops.
854       case kInstNop:
855         stk[nstk++] = ip->out();
856         break;
857
858       case kInstAlt:        // two choices: expand both, in order
859       case kInstAltMatch:
860         // Want to visit out then out1, so push on stack in reverse order.
861         // This instruction is the [00-FF]* loop at the beginning of
862         // a leftmost-longest unanchored search, separate out from out1
863         // with a Mark, so that out1's threads (which will start farther
864         // to the right in the string being searched) are lower priority
865         // than the current ones.
866         stk[nstk++] = ip->out1();
867         if (q->maxmark() > 0 &&
868             id == prog_->start_unanchored() && id != prog_->start())
869           stk[nstk++] = Mark;
870         stk[nstk++] = ip->out();
871         break;
872
873       case kInstEmptyWidth:
874         if ((ip->empty() & flag) == ip->empty())
875           stk[nstk++] = ip->out();
876         break;
877     }
878   }
879 }
880
881 // Running of work queues.  In the work queue, order matters:
882 // the queue is sorted in priority order.  If instruction i comes before j,
883 // then the instructions that i produces during the run must come before
884 // the ones that j produces.  In order to keep this invariant, all the
885 // work queue runners have to take an old queue to process and then
886 // also a new queue to fill in.  It's not acceptable to add to the end of
887 // an existing queue, because new instructions will not end up in the
888 // correct position.
889
890 // Runs the work queue, processing the empty strings indicated by flag.
891 // For example, flag == kEmptyBeginLine|kEmptyEndLine means to match
892 // both ^ and $.  It is important that callers pass all flags at once:
893 // processing both ^ and $ is not the same as first processing only ^
894 // and then processing only $.  Doing the two-step sequence won't match
895 // ^$^$^$ but processing ^ and $ simultaneously will (and is the behavior
896 // exhibited by existing implementations).
897 void DFA::RunWorkqOnEmptyString(Workq* oldq, Workq* newq, uint flag) {
898   newq->clear();
899   for (Workq::iterator i = oldq->begin(); i != oldq->end(); ++i) {
900     if (oldq->is_mark(*i))
901       AddToQueue(newq, Mark, flag);
902     else
903       AddToQueue(newq, *i, flag);
904   }
905 }
906
907 // Runs the work queue, processing the single byte c followed by any empty
908 // strings indicated by flag.  For example, c == 'a' and flag == kEmptyEndLine,
909 // means to match c$.  Sets the bool *ismatch to true if the end of the
910 // regular expression program has been reached (the regexp has matched).
911 void DFA::RunWorkqOnByte(Workq* oldq, Workq* newq,
912                          int c, uint flag, bool* ismatch,
913                          Prog::MatchKind kind,
914                          int new_byte_loop) {
915   if (DEBUG_MODE)
916     mutex_.AssertHeld();
917
918   newq->clear();
919   for (Workq::iterator i = oldq->begin(); i != oldq->end(); ++i) {
920     if (oldq->is_mark(*i)) {
921       if (*ismatch)
922         return;
923       newq->mark();
924       continue;
925     }
926     int id = *i;
927     Prog::Inst* ip = prog_->inst(id);
928     switch (ip->opcode()) {
929       case kInstFail:        // never succeeds
930       case kInstCapture:     // already followed
931       case kInstNop:         // already followed
932       case kInstAlt:         // already followed
933       case kInstAltMatch:    // already followed
934       case kInstEmptyWidth:  // already followed
935         break;
936
937       case kInstByteRange:   // can follow if c is in range
938         if (ip->Matches(c))
939           AddToQueue(newq, ip->out(), flag);
940         break;
941
942       case kInstMatch:
943         if (prog_->anchor_end() && c != kByteEndText)
944           break;
945         *ismatch = true;
946         if (kind == Prog::kFirstMatch) {
947           // Can stop processing work queue since we found a match.
948           return;
949         }
950         break;
951     }
952   }
953
954   if (DebugDFA)
955     fprintf(stderr, "%s on %d[%#x] -> %s [%d]\n", DumpWorkq(oldq).c_str(),
956             c, flag, DumpWorkq(newq).c_str(), *ismatch);
957 }
958
959 // Processes input byte c in state, returning new state.
960 // Caller does not hold mutex.
961 DFA::State* DFA::RunStateOnByteUnlocked(State* state, int c) {
962   // Keep only one RunStateOnByte going
963   // even if the DFA is being run by multiple threads.
964   MutexLock l(&mutex_);
965   return RunStateOnByte(state, c);
966 }
967
968 // Processes input byte c in state, returning new state.
969 DFA::State* DFA::RunStateOnByte(State* state, int c) {
970   if (DEBUG_MODE)
971     mutex_.AssertHeld();
972   if (state <= SpecialStateMax) {
973     if (state == FullMatchState) {
974       // It is convenient for routines like PossibleMatchRange
975       // if we implement RunStateOnByte for FullMatchState:
976       // once you get into this state you never get out,
977       // so it's pretty easy.
978       return FullMatchState;
979     }
980     if (state == DeadState) {
981       LOG(DFATAL) << "DeadState in RunStateOnByte";
982       return NULL;
983     }
984     if (state == NULL) {
985       LOG(DFATAL) << "NULL state in RunStateOnByte";
986       return NULL;
987     }
988     LOG(DFATAL) << "Unexpected special state in RunStateOnByte";
989     return NULL;
990   }
991
992   // If someone else already computed this, return it.
993   MaybeReadMemoryBarrier(); // On alpha we need to ensure read ordering
994   State* ns = state->next_[ByteMap(c)];
995   ANNOTATE_HAPPENS_AFTER(ns);
996   if (ns != NULL)
997     return ns;
998
999   // Convert state into Workq.
1000   StateToWorkq(state, q0_);
1001
1002   // Flags marking the kinds of empty-width things (^ $ etc)
1003   // around this byte.  Before the byte we have the flags recorded
1004   // in the State structure itself.  After the byte we have
1005   // nothing yet (but that will change: read on).
1006   uint needflag = state->flag_ >> kFlagNeedShift;
1007   uint beforeflag = state->flag_ & kFlagEmptyMask;
1008   uint oldbeforeflag = beforeflag;
1009   uint afterflag = 0;
1010
1011   if (c == '\n') {
1012     // Insert implicit $ and ^ around \n
1013     beforeflag |= kEmptyEndLine;
1014     afterflag |= kEmptyBeginLine;
1015   }
1016
1017   if (c == kByteEndText) {
1018     // Insert implicit $ and \z before the fake "end text" byte.
1019     beforeflag |= kEmptyEndLine | kEmptyEndText;
1020   }
1021
1022   // The state flag kFlagLastWord says whether the last
1023   // byte processed was a word character.  Use that info to
1024   // insert empty-width (non-)word boundaries.
1025   bool islastword = state->flag_ & kFlagLastWord;
1026   bool isword = (c != kByteEndText && Prog::IsWordChar(c));
1027   if (isword == islastword)
1028     beforeflag |= kEmptyNonWordBoundary;
1029   else
1030     beforeflag |= kEmptyWordBoundary;
1031
1032   // Okay, finally ready to run.
1033   // Only useful to rerun on empty string if there are new, useful flags.
1034   if (beforeflag & ~oldbeforeflag & needflag) {
1035     RunWorkqOnEmptyString(q0_, q1_, beforeflag);
1036     swap(q0_, q1_);
1037   }
1038   bool ismatch = false;
1039   RunWorkqOnByte(q0_, q1_, c, afterflag, &ismatch, kind_, start_unanchored_);
1040   
1041   // Most of the time, we build the state from the output of
1042   // RunWorkqOnByte, so swap q0_ and q1_ here.  However, so that
1043   // RE2::Set can tell exactly which match instructions
1044   // contributed to the match, don't swap if c is kByteEndText.
1045   // The resulting state wouldn't be correct for further processing
1046   // of the string, but we're at the end of the text so that's okay.
1047   // Leaving q0_ alone preseves the match instructions that led to
1048   // the current setting of ismatch.
1049   if (c != kByteEndText || kind_ != Prog::kManyMatch)
1050     swap(q0_, q1_);
1051
1052   // Save afterflag along with ismatch and isword in new state.
1053   uint flag = afterflag;
1054   if (ismatch)
1055     flag |= kFlagMatch;
1056   if (isword)
1057     flag |= kFlagLastWord;
1058
1059   ns = WorkqToCachedState(q0_, flag);
1060
1061   // Write barrier before updating state->next_ so that the
1062   // main search loop can proceed without any locking, for speed.
1063   // (Otherwise it would need one mutex operation per input byte.)
1064   // The annotations below tell race detectors that:
1065   //   a) the access to next_ should be ignored,
1066   //   b) 'ns' is properly published.
1067   WriteMemoryBarrier();  // Flush ns before linking to it.
1068
1069   ANNOTATE_IGNORE_WRITES_BEGIN();
1070   ANNOTATE_HAPPENS_BEFORE(ns);
1071   state->next_[ByteMap(c)] = ns;
1072   ANNOTATE_IGNORE_WRITES_END();
1073   return ns;
1074 }
1075
1076
1077 //////////////////////////////////////////////////////////////////////
1078 // DFA cache reset.
1079
1080 // Reader-writer lock helper.
1081 //
1082 // The DFA uses a reader-writer mutex to protect the state graph itself.
1083 // Traversing the state graph requires holding the mutex for reading,
1084 // and discarding the state graph and starting over requires holding the
1085 // lock for writing.  If a search needs to expand the graph but is out
1086 // of memory, it will need to drop its read lock and then acquire the
1087 // write lock.  Since it cannot then atomically downgrade from write lock
1088 // to read lock, it runs the rest of the search holding the write lock.
1089 // (This probably helps avoid repeated contention, but really the decision
1090 // is forced by the Mutex interface.)  It's a bit complicated to keep
1091 // track of whether the lock is held for reading or writing and thread
1092 // that through the search, so instead we encapsulate it in the RWLocker
1093 // and pass that around.
1094
1095 class DFA::RWLocker {
1096  public:
1097   explicit RWLocker(Mutex* mu);
1098   ~RWLocker();
1099
1100   // If the lock is only held for reading right now,
1101   // drop the read lock and re-acquire for writing.
1102   // Subsequent calls to LockForWriting are no-ops.
1103   // Notice that the lock is *released* temporarily.
1104   void LockForWriting();
1105
1106   // Returns whether the lock is already held for writing.
1107   bool IsLockedForWriting() {
1108     return writing_;
1109   }
1110
1111  private:
1112   Mutex* mu_;
1113   bool writing_;
1114
1115   DISALLOW_EVIL_CONSTRUCTORS(RWLocker);
1116 };
1117
1118 DFA::RWLocker::RWLocker(Mutex* mu)
1119   : mu_(mu), writing_(false) {
1120
1121   mu_->ReaderLock();
1122 }
1123
1124 // This function is marked as NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS because the annotations
1125 // does not support lock upgrade.
1126 void DFA::RWLocker::LockForWriting() NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS {
1127   if (!writing_) {
1128     mu_->ReaderUnlock();
1129     mu_->Lock();
1130     writing_ = true;
1131   }
1132 }
1133
1134 DFA::RWLocker::~RWLocker() {
1135   if (writing_)
1136     mu_->WriterUnlock();
1137   else
1138     mu_->ReaderUnlock();
1139 }
1140
1141
1142 // When the DFA's State cache fills, we discard all the states in the
1143 // cache and start over.  Many threads can be using and adding to the
1144 // cache at the same time, so we synchronize using the cache_mutex_
1145 // to keep from stepping on other threads.  Specifically, all the
1146 // threads using the current cache hold cache_mutex_ for reading.
1147 // When a thread decides to flush the cache, it drops cache_mutex_
1148 // and then re-acquires it for writing.  That ensures there are no
1149 // other threads accessing the cache anymore.  The rest of the search
1150 // runs holding cache_mutex_ for writing, avoiding any contention
1151 // with or cache pollution caused by other threads.
1152
1153 void DFA::ResetCache(RWLocker* cache_lock) {
1154   // Re-acquire the cache_mutex_ for writing (exclusive use).
1155   bool was_writing = cache_lock->IsLockedForWriting();
1156   cache_lock->LockForWriting();
1157
1158   // If we already held cache_mutex_ for writing, it means
1159   // this invocation of Search() has already reset the
1160   // cache once already.  That's a pretty clear indication
1161   // that the cache is too small.  Warn about that, once.
1162   // TODO(rsc): Only warn if state_cache_.size() < some threshold.
1163   if (was_writing && !cache_warned_) {
1164     LOG(INFO) << "DFA memory cache could be too small: "
1165               << "only room for " << state_cache_.size() << " states.";
1166     cache_warned_ = true;
1167   }
1168
1169   // Clear the cache, reset the memory budget.
1170   for (int i = 0; i < kMaxStart; i++) {
1171     start_[i].start = NULL;
1172     start_[i].firstbyte = kFbUnknown;
1173   }
1174   ClearCache();
1175   mem_budget_ = state_budget_;
1176 }
1177
1178 // Typically, a couple States do need to be preserved across a cache
1179 // reset, like the State at the current point in the search.
1180 // The StateSaver class helps keep States across cache resets.
1181 // It makes a copy of the state's guts outside the cache (before the reset)
1182 // and then can be asked, after the reset, to recreate the State
1183 // in the new cache.  For example, in a DFA method ("this" is a DFA):
1184 //
1185 //   StateSaver saver(this, s);
1186 //   ResetCache(cache_lock);
1187 //   s = saver.Restore();
1188 //
1189 // The saver should always have room in the cache to re-create the state,
1190 // because resetting the cache locks out all other threads, and the cache
1191 // is known to have room for at least a couple states (otherwise the DFA
1192 // constructor fails).
1193
1194 class DFA::StateSaver {
1195  public:
1196   explicit StateSaver(DFA* dfa, State* state);
1197   ~StateSaver();
1198
1199   // Recreates and returns a state equivalent to the
1200   // original state passed to the constructor.
1201   // Returns NULL if the cache has filled, but
1202   // since the DFA guarantees to have room in the cache
1203   // for a couple states, should never return NULL
1204   // if used right after ResetCache.
1205   State* Restore();
1206
1207  private:
1208   DFA* dfa_;         // the DFA to use
1209   int* inst_;        // saved info from State
1210   int ninst_;
1211   uint flag_;
1212   bool is_special_;  // whether original state was special
1213   State* special_;   // if is_special_, the original state
1214
1215   DISALLOW_EVIL_CONSTRUCTORS(StateSaver);
1216 };
1217
1218 DFA::StateSaver::StateSaver(DFA* dfa, State* state) {
1219   dfa_ = dfa;
1220   if (state <= SpecialStateMax) {
1221     inst_ = NULL;
1222     ninst_ = 0;
1223     flag_ = 0;
1224     is_special_ = true;
1225     special_ = state;
1226     return;
1227   }
1228   is_special_ = false;
1229   special_ = NULL;
1230   flag_ = state->flag_;
1231   ninst_ = state->ninst_;
1232   inst_ = new int[ninst_];
1233   memmove(inst_, state->inst_, ninst_*sizeof inst_[0]);
1234 }
1235
1236 DFA::StateSaver::~StateSaver() {
1237   if (!is_special_)
1238     delete[] inst_;
1239 }
1240
1241 DFA::State* DFA::StateSaver::Restore() {
1242   if (is_special_)
1243     return special_;
1244   MutexLock l(&dfa_->mutex_);
1245   State* s = dfa_->CachedState(inst_, ninst_, flag_);
1246   if (s == NULL)
1247     LOG(DFATAL) << "StateSaver failed to restore state.";
1248   return s;
1249 }
1250
1251
1252 //////////////////////////////////////////////////////////////////////
1253 //
1254 // DFA execution.
1255 //
1256 // The basic search loop is easy: start in a state s and then for each
1257 // byte c in the input, s = s->next[c].
1258 //
1259 // This simple description omits a few efficiency-driven complications.
1260 //
1261 // First, the State graph is constructed incrementally: it is possible
1262 // that s->next[c] is null, indicating that that state has not been
1263 // fully explored.  In this case, RunStateOnByte must be invoked to
1264 // determine the next state, which is cached in s->next[c] to save
1265 // future effort.  An alternative reason for s->next[c] to be null is
1266 // that the DFA has reached a so-called "dead state", in which any match
1267 // is no longer possible.  In this case RunStateOnByte will return NULL
1268 // and the processing of the string can stop early.
1269 //
1270 // Second, a 256-element pointer array for s->next_ makes each State
1271 // quite large (2kB on 64-bit machines).  Instead, dfa->bytemap_[]
1272 // maps from bytes to "byte classes" and then next_ only needs to have
1273 // as many pointers as there are byte classes.  A byte class is simply a
1274 // range of bytes that the regexp never distinguishes between.
1275 // A regexp looking for a[abc] would have four byte ranges -- 0 to 'a'-1,
1276 // 'a', 'b' to 'c', and 'c' to 0xFF.  The bytemap slows us a little bit
1277 // but in exchange we typically cut the size of a State (and thus our
1278 // memory footprint) by about 5-10x.  The comments still refer to
1279 // s->next[c] for simplicity, but code should refer to s->next_[bytemap_[c]].
1280 //
1281 // Third, it is common for a DFA for an unanchored match to begin in a
1282 // state in which only one particular byte value can take the DFA to a
1283 // different state.  That is, s->next[c] != s for only one c.  In this
1284 // situation, the DFA can do better than executing the simple loop.
1285 // Instead, it can call memchr to search very quickly for the byte c.
1286 // Whether the start state has this property is determined during a
1287 // pre-compilation pass, and if so, the byte b is passed to the search
1288 // loop as the "firstbyte" argument, along with a boolean "have_firstbyte".
1289 //
1290 // Fourth, the desired behavior is to search for the leftmost-best match
1291 // (approximately, the same one that Perl would find), which is not
1292 // necessarily the match ending earliest in the string.  Each time a
1293 // match is found, it must be noted, but the DFA must continue on in
1294 // hope of finding a higher-priority match.  In some cases, the caller only
1295 // cares whether there is any match at all, not which one is found.
1296 // The "want_earliest_match" flag causes the search to stop at the first
1297 // match found.
1298 //
1299 // Fifth, one algorithm that uses the DFA needs it to run over the
1300 // input string backward, beginning at the end and ending at the beginning.
1301 // Passing false for the "run_forward" flag causes the DFA to run backward.
1302 //
1303 // The checks for these last three cases, which in a naive implementation
1304 // would be performed once per input byte, slow the general loop enough
1305 // to merit specialized versions of the search loop for each of the
1306 // eight possible settings of the three booleans.  Rather than write
1307 // eight different functions, we write one general implementation and then
1308 // inline it to create the specialized ones.
1309 //
1310 // Note that matches are delayed by one byte, to make it easier to
1311 // accomodate match conditions depending on the next input byte (like $ and \b).
1312 // When s->next[c]->IsMatch(), it means that there is a match ending just
1313 // *before* byte c.
1314
1315 // The generic search loop.  Searches text for a match, returning
1316 // the pointer to the end of the chosen match, or NULL if no match.
1317 // The bools are equal to the same-named variables in params, but
1318 // making them function arguments lets the inliner specialize
1319 // this function to each combination (see two paragraphs above).
1320 inline bool DFA::InlinedSearchLoop(SearchParams* params,
1321                                    bool have_firstbyte,
1322                                    bool want_earliest_match,
1323                                    bool run_forward) {
1324   State* start = params->start;
1325   const uint8* bp = BytePtr(params->text.begin());  // start of text
1326   const uint8* p = bp;                              // text scanning point
1327   const uint8* ep = BytePtr(params->text.end());    // end of text
1328   const uint8* resetp = NULL;                       // p at last cache reset
1329   if (!run_forward)
1330     swap(p, ep);
1331
1332   const uint8* bytemap = prog_->bytemap();
1333   const uint8* lastmatch = NULL;   // most recent matching position in text
1334   bool matched = false;
1335   State* s = start;
1336
1337   if (s->IsMatch()) {
1338     matched = true;
1339     lastmatch = p;
1340     if (want_earliest_match) {
1341       params->ep = reinterpret_cast<const char*>(lastmatch);
1342       return true;
1343     }
1344   }
1345
1346   while (p != ep) {
1347     if (DebugDFA)
1348       fprintf(stderr, "@%d: %s\n", static_cast<int>(p - bp),
1349               DumpState(s).c_str());
1350     if (have_firstbyte && s == start) {
1351       // In start state, only way out is to find firstbyte,
1352       // so use optimized assembly in memchr to skip ahead.
1353       // If firstbyte isn't found, we can skip to the end
1354       // of the string.
1355       if (run_forward) {
1356         if ((p = BytePtr(memchr(p, params->firstbyte, ep - p))) == NULL) {
1357           p = ep;
1358           break;
1359         }
1360       } else {
1361         if ((p = BytePtr(memrchr(ep, params->firstbyte, p - ep))) == NULL) {
1362           p = ep;
1363           break;
1364         }
1365         p++;
1366       }
1367     }
1368
1369     int c;
1370     if (run_forward)
1371       c = *p++;
1372     else
1373       c = *--p;
1374
1375     // Note that multiple threads might be consulting
1376     // s->next_[bytemap[c]] simultaneously.
1377     // RunStateOnByte takes care of the appropriate locking,
1378     // including a memory barrier so that the unlocked access
1379     // (sometimes known as "double-checked locking") is safe.
1380     // The alternative would be either one DFA per thread
1381     // or one mutex operation per input byte.
1382     //
1383     // ns == DeadState means the state is known to be dead
1384     // (no more matches are possible).
1385     // ns == NULL means the state has not yet been computed
1386     // (need to call RunStateOnByteUnlocked).
1387     // RunStateOnByte returns ns == NULL if it is out of memory.
1388     // ns == FullMatchState means the rest of the string matches.
1389     //
1390     // Okay to use bytemap[] not ByteMap() here, because
1391     // c is known to be an actual byte and not kByteEndText.
1392
1393     MaybeReadMemoryBarrier(); // On alpha we need to ensure read ordering
1394     State* ns = s->next_[bytemap[c]];
1395     ANNOTATE_HAPPENS_AFTER(ns);
1396     if (ns == NULL) {
1397       ns = RunStateOnByteUnlocked(s, c);
1398       if (ns == NULL) {
1399         // After we reset the cache, we hold cache_mutex exclusively,
1400         // so if resetp != NULL, it means we filled the DFA state
1401         // cache with this search alone (without any other threads).
1402         // Benchmarks show that doing a state computation on every
1403         // byte runs at about 0.2 MB/s, while the NFA (nfa.cc) can do the
1404         // same at about 2 MB/s.  Unless we're processing an average
1405         // of 10 bytes per state computation, fail so that RE2 can
1406         // fall back to the NFA.
1407         if (FLAGS_re2_dfa_bail_when_slow && resetp != NULL &&
1408             (p - resetp) < 10*state_cache_.size()) {
1409           params->failed = true;
1410           return false;
1411         }
1412         resetp = p;
1413
1414         // Prepare to save start and s across the reset.
1415         StateSaver save_start(this, start);
1416         StateSaver save_s(this, s);
1417
1418         // Discard all the States in the cache.
1419         ResetCache(params->cache_lock);
1420
1421         // Restore start and s so we can continue.
1422         if ((start = save_start.Restore()) == NULL ||
1423             (s = save_s.Restore()) == NULL) {
1424           // Restore already did LOG(DFATAL).
1425           params->failed = true;
1426           return false;
1427         }
1428         ns = RunStateOnByteUnlocked(s, c);
1429         if (ns == NULL) {
1430           LOG(DFATAL) << "RunStateOnByteUnlocked failed after ResetCache";
1431           params->failed = true;
1432           return false;
1433         }
1434       }
1435     }
1436     if (ns <= SpecialStateMax) {
1437       if (ns == DeadState) {
1438         params->ep = reinterpret_cast<const char*>(lastmatch);
1439         return matched;
1440       }
1441       // FullMatchState
1442       params->ep = reinterpret_cast<const char*>(ep);
1443       return true;
1444     }
1445     s = ns;
1446
1447     if (s->IsMatch()) {
1448       matched = true;
1449       // The DFA notices the match one byte late,
1450       // so adjust p before using it in the match.
1451       if (run_forward)
1452         lastmatch = p - 1;
1453       else
1454         lastmatch = p + 1;
1455       if (DebugDFA)
1456         fprintf(stderr, "match @%d! [%s]\n",
1457                 static_cast<int>(lastmatch - bp),
1458                 DumpState(s).c_str());
1459
1460       if (want_earliest_match) {
1461         params->ep = reinterpret_cast<const char*>(lastmatch);
1462         return true;
1463       }
1464     }
1465   }
1466
1467   // Process one more byte to see if it triggers a match.
1468   // (Remember, matches are delayed one byte.)
1469   int lastbyte;
1470   if (run_forward) {
1471     if (params->text.end() == params->context.end())
1472       lastbyte = kByteEndText;
1473     else
1474       lastbyte = params->text.end()[0] & 0xFF;
1475   } else {
1476     if (params->text.begin() == params->context.begin())
1477       lastbyte = kByteEndText;
1478     else
1479       lastbyte = params->text.begin()[-1] & 0xFF;
1480   }
1481
1482   MaybeReadMemoryBarrier(); // On alpha we need to ensure read ordering
1483   State* ns = s->next_[ByteMap(lastbyte)];
1484   ANNOTATE_HAPPENS_AFTER(ns);
1485   if (ns == NULL) {
1486     ns = RunStateOnByteUnlocked(s, lastbyte);
1487     if (ns == NULL) {
1488       StateSaver save_s(this, s);
1489       ResetCache(params->cache_lock);
1490       if ((s = save_s.Restore()) == NULL) {
1491         params->failed = true;
1492         return false;
1493       }
1494       ns = RunStateOnByteUnlocked(s, lastbyte);
1495       if (ns == NULL) {
1496         LOG(DFATAL) << "RunStateOnByteUnlocked failed after Reset";
1497         params->failed = true;
1498         return false;
1499       }
1500     }
1501   }
1502   s = ns;
1503   if (DebugDFA)
1504     fprintf(stderr, "@_: %s\n", DumpState(s).c_str());
1505   if (s == FullMatchState) {
1506     params->ep = reinterpret_cast<const char*>(ep);
1507     return true;
1508   }
1509   if (s > SpecialStateMax && s->IsMatch()) {
1510     matched = true;
1511     lastmatch = p;
1512     if (params->matches && kind_ == Prog::kManyMatch) {
1513       vector<int>* v = params->matches;
1514       v->clear();
1515       for (int i = 0; i < s->ninst_; i++) {
1516         Prog::Inst* ip = prog_->inst(s->inst_[i]);
1517         if (ip->opcode() == kInstMatch)
1518           v->push_back(ip->match_id());
1519       }
1520     }
1521     if (DebugDFA)
1522       fprintf(stderr, "match @%d! [%s]\n", static_cast<int>(lastmatch - bp),
1523               DumpState(s).c_str());
1524   }
1525   params->ep = reinterpret_cast<const char*>(lastmatch);
1526   return matched;
1527 }
1528
1529 // Inline specializations of the general loop.
1530 bool DFA::SearchFFF(SearchParams* params) {
1531   return InlinedSearchLoop(params, 0, 0, 0);
1532 }
1533 bool DFA::SearchFFT(SearchParams* params) {
1534   return InlinedSearchLoop(params, 0, 0, 1);
1535 }
1536 bool DFA::SearchFTF(SearchParams* params) {
1537   return InlinedSearchLoop(params, 0, 1, 0);
1538 }
1539 bool DFA::SearchFTT(SearchParams* params) {
1540   return InlinedSearchLoop(params, 0, 1, 1);
1541 }
1542 bool DFA::SearchTFF(SearchParams* params) {
1543   return InlinedSearchLoop(params, 1, 0, 0);
1544 }
1545 bool DFA::SearchTFT(SearchParams* params) {
1546   return InlinedSearchLoop(params, 1, 0, 1);
1547 }
1548 bool DFA::SearchTTF(SearchParams* params) {
1549   return InlinedSearchLoop(params, 1, 1, 0);
1550 }
1551 bool DFA::SearchTTT(SearchParams* params) {
1552   return InlinedSearchLoop(params, 1, 1, 1);
1553 }
1554
1555 // For debugging, calls the general code directly.
1556 bool DFA::SlowSearchLoop(SearchParams* params) {
1557   return InlinedSearchLoop(params,
1558                            params->firstbyte >= 0,
1559                            params->want_earliest_match,
1560                            params->run_forward);
1561 }
1562
1563 // For performance, calls the appropriate specialized version
1564 // of InlinedSearchLoop.
1565 bool DFA::FastSearchLoop(SearchParams* params) {
1566   // Because the methods are private, the Searches array
1567   // cannot be declared at top level.
1568   static bool (DFA::*Searches[])(SearchParams*) = {
1569     &DFA::SearchFFF,
1570     &DFA::SearchFFT,
1571     &DFA::SearchFTF,
1572     &DFA::SearchFTT,
1573     &DFA::SearchTFF,
1574     &DFA::SearchTFT,
1575     &DFA::SearchTTF,
1576     &DFA::SearchTTT,
1577   };
1578
1579   bool have_firstbyte = (params->firstbyte >= 0);
1580   int index = 4 * have_firstbyte +
1581               2 * params->want_earliest_match +
1582               1 * params->run_forward;
1583   return (this->*Searches[index])(params);
1584 }
1585
1586
1587 // The discussion of DFA execution above ignored the question of how
1588 // to determine the initial state for the search loop.  There are two
1589 // factors that influence the choice of start state.
1590 //
1591 // The first factor is whether the search is anchored or not.
1592 // The regexp program (Prog*) itself has
1593 // two different entry points: one for anchored searches and one for
1594 // unanchored searches.  (The unanchored version starts with a leading ".*?"
1595 // and then jumps to the anchored one.)
1596 //
1597 // The second factor is where text appears in the larger context, which
1598 // determines which empty-string operators can be matched at the beginning
1599 // of execution.  If text is at the very beginning of context, \A and ^ match.
1600 // Otherwise if text is at the beginning of a line, then ^ matches.
1601 // Otherwise it matters whether the character before text is a word character
1602 // or a non-word character.
1603 //
1604 // The two cases (unanchored vs not) and four cases (empty-string flags)
1605 // combine to make the eight cases recorded in the DFA's begin_text_[2],
1606 // begin_line_[2], after_wordchar_[2], and after_nonwordchar_[2] cached
1607 // StartInfos.  The start state for each is filled in the first time it
1608 // is used for an actual search.
1609
1610 // Examines text, context, and anchored to determine the right start
1611 // state for the DFA search loop.  Fills in params and returns true on success.
1612 // Returns false on failure.
1613 bool DFA::AnalyzeSearch(SearchParams* params) {
1614   const StringPiece& text = params->text;
1615   const StringPiece& context = params->context;
1616
1617   // Sanity check: make sure that text lies within context.
1618   if (text.begin() < context.begin() || text.end() > context.end()) {
1619     LOG(DFATAL) << "Text is not inside context.";
1620     params->start = DeadState;
1621     return true;
1622   }
1623
1624   // Determine correct search type.
1625   int start;
1626   uint flags;
1627   if (params->run_forward) {
1628     if (text.begin() == context.begin()) {
1629       start = kStartBeginText;
1630       flags = kEmptyBeginText|kEmptyBeginLine;
1631     } else if (text.begin()[-1] == '\n') {
1632       start = kStartBeginLine;
1633       flags = kEmptyBeginLine;
1634     } else if (Prog::IsWordChar(text.begin()[-1] & 0xFF)) {
1635       start = kStartAfterWordChar;
1636       flags = kFlagLastWord;
1637     } else {
1638       start = kStartAfterNonWordChar;
1639       flags = 0;
1640     }
1641   } else {
1642     if (text.end() == context.end()) {
1643       start = kStartBeginText;
1644       flags = kEmptyBeginText|kEmptyBeginLine;
1645     } else if (text.end()[0] == '\n') {
1646       start = kStartBeginLine;
1647       flags = kEmptyBeginLine;
1648     } else if (Prog::IsWordChar(text.end()[0] & 0xFF)) {
1649       start = kStartAfterWordChar;
1650       flags = kFlagLastWord;
1651     } else {
1652       start = kStartAfterNonWordChar;
1653       flags = 0;
1654     }
1655   }
1656   if (params->anchored || prog_->anchor_start())
1657     start |= kStartAnchored;
1658   StartInfo* info = &start_[start];
1659
1660   // Try once without cache_lock for writing.
1661   // Try again after resetting the cache
1662   // (ResetCache will relock cache_lock for writing).
1663   if (!AnalyzeSearchHelper(params, info, flags)) {
1664     ResetCache(params->cache_lock);
1665     if (!AnalyzeSearchHelper(params, info, flags)) {
1666       LOG(DFATAL) << "Failed to analyze start state.";
1667       params->failed = true;
1668       return false;
1669     }
1670   }
1671
1672   if (DebugDFA)
1673     fprintf(stderr, "anchored=%d fwd=%d flags=%#x state=%s firstbyte=%d\n",
1674             params->anchored, params->run_forward, flags,
1675             DumpState(info->start).c_str(), info->firstbyte);
1676
1677   params->start = info->start;
1678   params->firstbyte = ANNOTATE_UNPROTECTED_READ(info->firstbyte);
1679
1680   return true;
1681 }
1682
1683 // Fills in info if needed.  Returns true on success, false on failure.
1684 bool DFA::AnalyzeSearchHelper(SearchParams* params, StartInfo* info,
1685                               uint flags) {
1686   // Quick check; okay because of memory barriers below.
1687   if (ANNOTATE_UNPROTECTED_READ(info->firstbyte) != kFbUnknown) {
1688     ANNOTATE_HAPPENS_AFTER(&info->firstbyte);
1689     return true;
1690   }
1691
1692   MutexLock l(&mutex_);
1693   if (info->firstbyte != kFbUnknown) {
1694     ANNOTATE_HAPPENS_AFTER(&info->firstbyte);
1695     return true;
1696   }
1697
1698   q0_->clear();
1699   AddToQueue(q0_,
1700              params->anchored ? prog_->start() : prog_->start_unanchored(),
1701              flags);
1702   info->start = WorkqToCachedState(q0_, flags);
1703   if (info->start == NULL)
1704     return false;
1705
1706   if (info->start == DeadState) {
1707     ANNOTATE_HAPPENS_BEFORE(&info->firstbyte);
1708     WriteMemoryBarrier();  // Synchronize with "quick check" above.
1709     info->firstbyte = kFbNone;
1710     return true;
1711   }
1712
1713   if (info->start == FullMatchState) {
1714     ANNOTATE_HAPPENS_BEFORE(&info->firstbyte);
1715     WriteMemoryBarrier();  // Synchronize with "quick check" above.
1716     info->firstbyte = kFbNone;  // will be ignored
1717     return true;
1718   }
1719
1720   // Compute info->firstbyte by running state on all
1721   // possible byte values, looking for a single one that
1722   // leads to a different state.
1723   int firstbyte = kFbNone;
1724   for (int i = 0; i < 256; i++) {
1725     State* s = RunStateOnByte(info->start, i);
1726     if (s == NULL) {
1727       ANNOTATE_HAPPENS_BEFORE(&info->firstbyte);
1728       WriteMemoryBarrier();  // Synchronize with "quick check" above.
1729       info->firstbyte = firstbyte;
1730       return false;
1731     }
1732     if (s == info->start)
1733       continue;
1734     // Goes to new state...
1735     if (firstbyte == kFbNone) {
1736       firstbyte = i;        // ... first one
1737     } else {
1738       firstbyte = kFbMany;  // ... too many
1739       break;
1740     }
1741   }
1742   ANNOTATE_HAPPENS_BEFORE(&info->firstbyte);
1743   WriteMemoryBarrier();  // Synchronize with "quick check" above.
1744   info->firstbyte = firstbyte;
1745   return true;
1746 }
1747
1748 // The actual DFA search: calls AnalyzeSearch and then FastSearchLoop.
1749 bool DFA::Search(const StringPiece& text,
1750                  const StringPiece& context,
1751                  bool anchored,
1752                  bool want_earliest_match,
1753                  bool run_forward,
1754                  bool* failed,
1755                  const char** epp,
1756                  vector<int>* matches) {
1757   *epp = NULL;
1758   if (!ok()) {
1759     *failed = true;
1760     return false;
1761   }
1762   *failed = false;
1763
1764   if (DebugDFA) {
1765     fprintf(stderr, "\nprogram:\n%s\n", prog_->DumpUnanchored().c_str());
1766     fprintf(stderr, "text %s anchored=%d earliest=%d fwd=%d kind %d\n",
1767             text.as_string().c_str(), anchored, want_earliest_match,
1768             run_forward, kind_);
1769   }
1770
1771   RWLocker l(&cache_mutex_);
1772   SearchParams params(text, context, &l);
1773   params.anchored = anchored;
1774   params.want_earliest_match = want_earliest_match;
1775   params.run_forward = run_forward;
1776   params.matches = matches;
1777
1778   if (!AnalyzeSearch(&params)) {
1779     *failed = true;
1780     return false;
1781   }
1782   if (params.start == DeadState)
1783     return false;
1784   if (params.start == FullMatchState) {
1785     if (run_forward == want_earliest_match)
1786       *epp = text.begin();
1787     else
1788       *epp = text.end();
1789     return true;
1790   }
1791   if (DebugDFA)
1792     fprintf(stderr, "start %s\n", DumpState(params.start).c_str());
1793   bool ret = FastSearchLoop(&params);
1794   if (params.failed) {
1795     *failed = true;
1796     return false;
1797   }
1798   *epp = params.ep;
1799   return ret;
1800 }
1801
1802 // Deletes dfa.
1803 //
1804 // This is a separate function so that
1805 // prog.h can be used without moving the definition of
1806 // class DFA out of this file.  If you set
1807 //   prog->dfa_ = dfa;
1808 // then you also have to set
1809 //   prog->delete_dfa_ = DeleteDFA;
1810 // so that ~Prog can delete the dfa.
1811 static void DeleteDFA(DFA* dfa) {
1812   delete dfa;
1813 }
1814
1815 DFA* Prog::GetDFA(MatchKind kind) {
1816   DFA*volatile* pdfa;
1817   if (kind == kFirstMatch || kind == kManyMatch) {
1818     pdfa = &dfa_first_;
1819   } else {
1820     kind = kLongestMatch;
1821     pdfa = &dfa_longest_;
1822   }
1823
1824   // Quick check; okay because of memory barrier below.
1825   DFA *dfa = ANNOTATE_UNPROTECTED_READ(*pdfa);
1826   if (dfa != NULL) {
1827     ANNOTATE_HAPPENS_AFTER(dfa);
1828     return dfa;
1829   }
1830
1831   MutexLock l(&dfa_mutex_);
1832   dfa = *pdfa;
1833   if (dfa != NULL) {
1834     ANNOTATE_HAPPENS_AFTER(dfa);
1835     return dfa;
1836   }
1837
1838   // For a forward DFA, half the memory goes to each DFA.
1839   // For a reverse DFA, all the memory goes to the
1840   // "longest match" DFA, because RE2 never does reverse
1841   // "first match" searches.
1842   int64 m = dfa_mem_/2;
1843   if (reversed_) {
1844     if (kind == kLongestMatch || kind == kManyMatch)
1845       m = dfa_mem_;
1846     else
1847       m = 0;
1848   }
1849   dfa = new DFA(this, kind, m);
1850   delete_dfa_ = DeleteDFA;
1851
1852   // Synchronize with "quick check" above.
1853   ANNOTATE_HAPPENS_BEFORE(dfa);
1854   WriteMemoryBarrier();
1855   *pdfa = dfa;
1856
1857   return dfa;
1858 }
1859
1860
1861 // Executes the regexp program to search in text,
1862 // which itself is inside the larger context.  (As a convenience,
1863 // passing a NULL context is equivalent to passing text.)
1864 // Returns true if a match is found, false if not.
1865 // If a match is found, fills in match0->end() to point at the end of the match
1866 // and sets match0->begin() to text.begin(), since the DFA can't track
1867 // where the match actually began.
1868 //
1869 // This is the only external interface (class DFA only exists in this file).
1870 //
1871 bool Prog::SearchDFA(const StringPiece& text, const StringPiece& const_context,
1872                      Anchor anchor, MatchKind kind,
1873                      StringPiece* match0, bool* failed, vector<int>* matches) {
1874   *failed = false;
1875
1876   StringPiece context = const_context;
1877   if (context.begin() == NULL)
1878     context = text;
1879   bool carat = anchor_start();
1880   bool dollar = anchor_end();
1881   if (reversed_) {
1882     bool t = carat;
1883     carat = dollar;
1884     dollar = t;
1885   }
1886   if (carat && context.begin() != text.begin())
1887     return false;
1888   if (dollar && context.end() != text.end())
1889     return false;
1890
1891   // Handle full match by running an anchored longest match
1892   // and then checking if it covers all of text.
1893   bool anchored = anchor == kAnchored || anchor_start() || kind == kFullMatch;
1894   bool endmatch = false;
1895   if (kind == kManyMatch) {
1896     endmatch = true;
1897   } else if (kind == kFullMatch || anchor_end()) {
1898     endmatch = true;
1899     kind = kLongestMatch;
1900   }
1901
1902   // If the caller doesn't care where the match is (just whether one exists),
1903   // then we can stop at the very first match we find, the so-called
1904   // "shortest match".
1905   bool want_shortest_match = false;
1906   if (match0 == NULL && !endmatch) {
1907     want_shortest_match = true;
1908     kind = kLongestMatch;
1909   }
1910
1911   DFA* dfa = GetDFA(kind);
1912   const char* ep;
1913   bool matched = dfa->Search(text, context, anchored,
1914                              want_shortest_match, !reversed_,
1915                              failed, &ep, matches);
1916   if (*failed)
1917     return false;
1918   if (!matched)
1919     return false;
1920   if (endmatch && ep != (reversed_ ? text.begin() : text.end()))
1921     return false;
1922
1923   // If caller cares, record the boundary of the match.
1924   // We only know where it ends, so use the boundary of text
1925   // as the beginning.
1926   if (match0) {
1927     if (reversed_)
1928       *match0 = StringPiece(ep, text.end() - ep);
1929     else
1930       *match0 = StringPiece(text.begin(), ep - text.begin());
1931   }
1932   return true;
1933 }
1934
1935 // Build out all states in DFA.  Returns number of states.
1936 int DFA::BuildAllStates() {
1937   if (!ok())
1938     return 0;
1939
1940   // Pick out start state for unanchored search
1941   // at beginning of text.
1942   RWLocker l(&cache_mutex_);
1943   SearchParams params(NULL, NULL, &l);
1944   params.anchored = false;
1945   if (!AnalyzeSearch(&params) || params.start <= SpecialStateMax)
1946     return 0;
1947
1948   // Add start state to work queue.
1949   StateSet queued;
1950   vector<State*> q;
1951   queued.insert(params.start);
1952   q.push_back(params.start);
1953
1954   // Flood to expand every state.
1955   for (int i = 0; i < q.size(); i++) {
1956     State* s = q[i];
1957     for (int c = 0; c < 257; c++) {
1958       State* ns = RunStateOnByteUnlocked(s, c);
1959       if (ns > SpecialStateMax && queued.find(ns) == queued.end()) {
1960         queued.insert(ns);
1961         q.push_back(ns);
1962       }
1963     }
1964   }
1965
1966   return q.size();
1967 }
1968
1969 // Build out all states in DFA for kind.  Returns number of states.
1970 int Prog::BuildEntireDFA(MatchKind kind) {
1971   //LOG(ERROR) << "BuildEntireDFA is only for testing.";
1972   return GetDFA(kind)->BuildAllStates();
1973 }
1974
1975 // Computes min and max for matching string.
1976 // Won't return strings bigger than maxlen.
1977 bool DFA::PossibleMatchRange(string* min, string* max, int maxlen) {
1978   if (!ok())
1979     return false;
1980
1981   // NOTE: if future users of PossibleMatchRange want more precision when
1982   // presented with infinitely repeated elements, consider making this a
1983   // parameter to PossibleMatchRange.
1984   static int kMaxEltRepetitions = 0;
1985
1986   // Keep track of the number of times we've visited states previously. We only
1987   // revisit a given state if it's part of a repeated group, so if the value
1988   // portion of the map tuple exceeds kMaxEltRepetitions we bail out and set
1989   // |*max| to |PrefixSuccessor(*max)|.
1990   //
1991   // Also note that previously_visited_states[UnseenStatePtr] will, in the STL
1992   // tradition, implicitly insert a '0' value at first use. We take advantage
1993   // of that property below.
1994   map<State*, int> previously_visited_states;
1995
1996   // Pick out start state for anchored search at beginning of text.
1997   RWLocker l(&cache_mutex_);
1998   SearchParams params(NULL, NULL, &l);
1999   params.anchored = true;
2000   if (!AnalyzeSearch(&params))
2001     return false;
2002   if (params.start == DeadState) {  // No matching strings
2003     *min = "";
2004     *max = "";
2005     return true;
2006   }
2007   if (params.start == FullMatchState)  // Every string matches: no max
2008     return false;
2009
2010   // The DFA is essentially a big graph rooted at params.start,
2011   // and paths in the graph correspond to accepted strings.
2012   // Each node in the graph has potentially 256+1 arrows
2013   // coming out, one for each byte plus the magic end of
2014   // text character kByteEndText.
2015
2016   // To find the smallest possible prefix of an accepted
2017   // string, we just walk the graph preferring to follow
2018   // arrows with the lowest bytes possible.  To find the
2019   // largest possible prefix, we follow the largest bytes
2020   // possible.
2021
2022   // The test for whether there is an arrow from s on byte j is
2023   //    ns = RunStateOnByteUnlocked(s, j);
2024   //    if (ns == NULL)
2025   //      return false;
2026   //    if (ns != DeadState && ns->ninst > 0)
2027   // The RunStateOnByteUnlocked call asks the DFA to build out the graph.
2028   // It returns NULL only if the DFA has run out of memory,
2029   // in which case we can't be sure of anything.
2030   // The second check sees whether there was graph built
2031   // and whether it is interesting graph.  Nodes might have
2032   // ns->ninst == 0 if they exist only to represent the fact
2033   // that a match was found on the previous byte.
2034
2035   // Build minimum prefix.
2036   State* s = params.start;
2037   min->clear();
2038   for (int i = 0; i < maxlen; i++) {
2039     if (previously_visited_states[s] > kMaxEltRepetitions) {
2040       VLOG(2) << "Hit kMaxEltRepetitions=" << kMaxEltRepetitions
2041         << " for state s=" << s << " and min=" << CEscape(*min);
2042       break;
2043     }
2044     previously_visited_states[s]++;
2045
2046     // Stop if min is a match.
2047     State* ns = RunStateOnByteUnlocked(s, kByteEndText);
2048     if (ns == NULL)  // DFA out of memory
2049       return false;
2050     if (ns != DeadState && (ns == FullMatchState || ns->IsMatch()))
2051       break;
2052
2053     // Try to extend the string with low bytes.
2054     bool extended = false;
2055     for (int j = 0; j < 256; j++) {
2056       ns = RunStateOnByteUnlocked(s, j);
2057       if (ns == NULL)  // DFA out of memory
2058         return false;
2059       if (ns == FullMatchState ||
2060           (ns > SpecialStateMax && ns->ninst_ > 0)) {
2061         extended = true;
2062         min->append(1, j);
2063         s = ns;
2064         break;
2065       }
2066     }
2067     if (!extended)
2068       break;
2069   }
2070
2071   // Build maximum prefix.
2072   previously_visited_states.clear();
2073   s = params.start;
2074   max->clear();
2075   for (int i = 0; i < maxlen; i++) {
2076     if (previously_visited_states[s] > kMaxEltRepetitions) {
2077       VLOG(2) << "Hit kMaxEltRepetitions=" << kMaxEltRepetitions
2078         << " for state s=" << s << " and max=" << CEscape(*max);
2079       break;
2080     }
2081     previously_visited_states[s] += 1;
2082
2083     // Try to extend the string with high bytes.
2084     bool extended = false;
2085     for (int j = 255; j >= 0; j--) {
2086       State* ns = RunStateOnByteUnlocked(s, j);
2087       if (ns == NULL)
2088         return false;
2089       if (ns == FullMatchState ||
2090           (ns > SpecialStateMax && ns->ninst_ > 0)) {
2091         extended = true;
2092         max->append(1, j);
2093         s = ns;
2094         break;
2095       }
2096     }
2097     if (!extended) {
2098       // Done, no need for PrefixSuccessor.
2099       return true;
2100     }
2101   }
2102
2103   // Stopped while still adding to *max - round aaaaaaaaaa... to aaaa...b
2104   *max = PrefixSuccessor(*max);
2105
2106   // If there are no bytes left, we have no way to say "there is no maximum
2107   // string".  We could make the interface more complicated and be able to
2108   // return "there is no maximum but here is a minimum", but that seems like
2109   // overkill -- the most common no-max case is all possible strings, so not
2110   // telling the caller that the empty string is the minimum match isn't a
2111   // great loss.
2112   if (max->empty())
2113     return false;
2114
2115   return true;
2116 }
2117
2118 // PossibleMatchRange for a Prog.
2119 bool Prog::PossibleMatchRange(string* min, string* max, int maxlen) {
2120   DFA* dfa = NULL;
2121   {
2122     MutexLock l(&dfa_mutex_);
2123     // Have to use dfa_longest_ to get all strings for full matches.
2124     // For example, (a|aa) never matches aa in first-match mode.
2125     if (dfa_longest_ == NULL) {
2126       dfa_longest_ = new DFA(this, Prog::kLongestMatch, dfa_mem_/2);
2127       delete_dfa_ = DeleteDFA;
2128     }
2129     dfa = dfa_longest_;
2130   }
2131   return dfa->PossibleMatchRange(min, max, maxlen);
2132 }
2133
2134 }  // namespace re2