src/edu/berkeley/sbp/Parser.java

   1 package edu.berkeley.sbp;
   2 import edu.berkeley.sbp.*;
   3 import edu.berkeley.sbp.util.*;
   4 import edu.berkeley.sbp.*;
   5 import edu.berkeley.sbp.Sequence.Position;
   6 import edu.berkeley.sbp.*;
   7 import java.io.*;
   8 import java.util.*;
   9 import java.lang.reflect.*;
  10
  11 /** a parser which translates streams of Tokens of type T into a Forest<R> */
  12 public abstract class Parser<T extends Token, R> {
  13
  14     private final Table pt;
  15
  16     /** create a parser to parse the grammar with start symbol <tt>u</tt> */
  17     protected Parser(Union u)  { this.pt = new Table(u, top()); }
  18     protected Parser(Table pt) { this.pt = pt; }
  19
  20     public abstract Forest<R> shiftedToken(T t, Token.Location loc);
  21     public abstract Topology<T> top();
  22
  23
  24     /** parse <tt>input</tt> for a exactly one unique result, throwing <tt>Ambiguous</tt> if not unique or <tt>Failed</tt> if none */
  25     public Tree<R> parse1(Token.Stream<T> input) throws IOException, Failed, Ambiguous {
  26         Forest<R> ret = parse(input);
  27         try { return ret.expand1(); }
  28         catch (Ambiguous a) {
  29             System.out.println("while expanding:");
  30             System.out.println(ret);
  31             throw a;
  32         }
  33     }
  34
  35     /** parse <tt>input</tt>, using the table <tt>pt</tt> to drive the parser */
  36     public Forest<R> parse(Token.Stream<T> input) throws IOException, Failed {
  37         GSS gss = new GSS();
  38         Token.Location loc = input.getLocation();
  39         GSS.Phase current = gss.new Phase(null, input.next(), loc);
  40         current.newNode(null, null, pt.start, true, null);
  41         for(;;) {
  42             loc = input.getLocation();
  43             GSS.Phase next = gss.new Phase(current, input.next(), loc);
  44             current.reduce();
  45             Forest forest = current.token==null ? null : shiftedToken((T)current.token, loc);
  46             current.shift(next, forest);
  47             if (current.isDone()) return (Forest<R>)current.finalResult;
  48             current.checkFailure();
  49             current = next;
  50         }
  51     }
  52
  53
  54     // Exceptions //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  55
  56     public static class Failed extends Exception {
  57         private final Token.Location location;
  58         private final String         message;
  59         public Failed() { this("", null); }
  60         public Failed(String message, Token.Location loc) { this.location = loc; this.message = message; }
  61         public Token.Location getLocation() { return location; }
  62         public String toString() { return message + (location==null ? "" : (" at " + location)); }
  63     }
  64
  65     public static class Ambiguous extends RuntimeException {
  66         public final Forest ambiguity;
  67         public Ambiguous(Forest ambiguity) { this.ambiguity = ambiguity; }
  68         public String toString() {
  69             StringBuffer sb = new StringBuffer();
  70             sb.append("unresolved ambiguity "/*"at " + ambiguity.getLocation() + ":"*/);
  71             for(Object result : ambiguity.expand(false))
  72                 sb.append("\n    " + result);
  73             return sb.toString();
  74         }
  75     }
  76
  77
  78     // Table //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  79
  80     /** an SLR(1) parse table which may contain conflicts */
  81     static class Table extends Walk.Cache {
  82
  83         public final Walk.Cache cache = this;
  84
  85         private void walk(Element e, HashSet<Element> hs) {
  86             if (e==null) return;
  87             if (hs.contains(e)) return;
  88             hs.add(e);
  89             if (e instanceof Atom) return;
  90             for(Sequence s : (Union)e) {
  91                 hs.add(s);
  92                 for(Position p = s.firstp(); p != null; p = p.next())
  93                     walk(p.element(), hs);
  94             }
  95         }
  96
  97         /** the start state */
  98         public final State   start;
  99
 100         /** used to generate unique values for State.idx */
 101         private int master_state_idx = 0;
 102
 103         /** construct a parse table for the given grammar */
 104         public Table(Topology top) { this("s", top); }
 105         public Table(String startSymbol, Topology top) { this(new Union(startSymbol), top); }
 106         public Table(Union ux, Topology top) {
 107             Union start0 = new Union("0");
 108             start0.add(new Sequence.Singleton(ux, null, null));
 109
 110             for(Sequence s : start0) cache.eof.put(s, true);
 111             cache.eof.put(start0, true);
 112
 113             // construct the set of states
 114             HashMap<HashSet<Position>,State>   all_states    = new HashMap<HashSet<Position>,State>();
 115             HashSet<Element>                   all_elements  = new HashSet<Element>();
 116             walk(start0, all_elements);
 117             for(Element e : all_elements)
 118                 cache.ys.put(e, new Walk.YieldSet(e, cache).walk());
 119             HashSet<Position> hp = new HashSet<Position>();
 120             reachable(start0, hp);
 121             this.start = new State(hp, all_states, all_elements);
 122
 123             // for each state, fill in the corresponding "row" of the parse table
 124             for(State state : all_states.values())
 125                 for(Position p : state.hs) {
 126
 127                     // the Grammar's designated "last position" is the only accepting state
 128                     if (start0.contains(p.owner()) && p.next()==null)
 129                         state.accept = true;
 130
 131                     // FIXME: how does right-nullability interact with follow restrictions?
 132                     // all right-nullable rules get a reduction [Johnstone 2000]
 133                     if (p.isRightNullable(cache)) {
 134                         Walk.Follow wf = new Walk.Follow(top.empty(), p.owner(), all_elements, cache);
 135                         Reduction red = new Reduction(p);
 136                         state.reductions.put(wf.walk(p.owner()), red);
 137                         if (wf.includesEof()) state.eofReductions.add(red);
 138                     }
 139
 140                     // if the element following this position is an atom, copy the corresponding
 141                     // set of rows out of the "master" goto table and into this state's shift table
 142                     if (p.element() != null && p.element() instanceof Atom)
 143                         state.shifts.addAll(state.gotoSetTerminals.subset(((Atom)p.element())));
 144                 }
 145         }
 146
 147         /** a single state in the LR table and the transitions possible from it */
 148         public class State implements Comparable<Table.State>, Iterable<Position> {
 149
 150             /*
 151             public boolean isResolvable(Token t) {
 152                 boolean found = false;
 153                 for(Reduction r : getReductions(t)) {
 154                     Position p = r.position;
 155                     if (!p.isRightNullable(cache)) continue;
 156                     if (p.owner().firstp()==p) continue;
 157                     if (found) {
 158                         // found two items meeting criteria #1
 159                         return false;
 160                     } else {
 161                         found = true;
 162                         continue;
 163                     }
 164                     if (p.element()==null) continue;
 165                     Topology first = new Walk.First(top(), cache).walk(p.element());
 166                     if (first.contains(t))
 167                 }
 168             }
 169             */
 170
 171             public  final     int               idx    = master_state_idx++;
 172             private final     HashSet<Position> hs;
 173
 174             private transient HashMap<Element,State>          gotoSetNonTerminals = new HashMap<Element,State>();
 175             private transient TopologicalBag<Token,State>     gotoSetTerminals    = new TopologicalBag<Token,State>();
 176
 177             private           TopologicalBag<Token,Reduction> reductions          = new TopologicalBag<Token,Reduction>();
 178             private           HashSet<Reduction>              eofReductions       = new HashSet<Reduction>();
 179             private           TopologicalBag<Token,State>     shifts              = new TopologicalBag<Token,State>();
 180             private           boolean                         accept              = false;
 181
 182             // Interface Methods //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 183
 184             public boolean             canShift(Token t)           { return shifts.contains(t); }
 185             public Iterable<State>     getShifts(Token t)          { return shifts.get(t); }
 186             public boolean             isAccepting()               { return accept; }
 187             public Iterable<Reduction> getReductions(Token t)      { return t==null ? eofReductions : reductions.get(t); }
 188             public boolean             hasReductions(Token t)      { return t==null ? eofReductions.size()>0 : reductions.has(t); }
 189             public Iterable<Reduction> getEofReductions()          { return eofReductions; }
 190             public Iterator<Position>  iterator()                  { return hs.iterator(); }
 191
 192             // Constructor //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 193
 194             /**
 195              *  create a new state consisting of all the <tt>Position</tt>s in <tt>hs</tt>
 196              *  @param hs           the set of <tt>Position</tt>s comprising this <tt>State</tt>
 197              *  @param all_states   the set of states already constructed (to avoid recreating states)
 198              *  @param all_elements the set of all elements (Atom instances need not be included)
 199              *
 200              *   In principle these two steps could be merged, but they
 201              *   are written separately to highlight these two facts:
 202              * <ul>
 203              * <li> Non-atom elements either match all-or-nothing, and do not overlap
 204              *      with each other (at least not in the sense of which element corresponds
 205              *      to the last reduction performed).  Therefore, in order to make sure we
 206              *      wind up with the smallest number of states and shifts, we wait until
 207              *      we've figured out all the token-to-position multimappings before creating
 208              *      any new states
 209              *
 210              * <li> In order to be able to run the state-construction algorithm in a single
 211              *      shot (rather than repeating until no new items appear in any state set),
 212              *      we need to use the "yields" semantics rather than the "produces" semantics
 213              *      for non-Atom Elements.
 214              *  </ul>
 215              */
 216             public State(HashSet<Position> hs,
 217                          HashMap<HashSet<Position>,State> all_states,
 218                          HashSet<Element> all_elements) {
 219                 this.hs = hs;
 220
 221                 // register ourselves in the all_states hash so that no
 222                 // two states are ever created with an identical position set
 223                 all_states.put(hs, this);
 224
 225                 // Step 1a: examine all Position's in this state and compute the mappings from
 226                 //          sets of follow tokens (tokens which could follow this position) to sets
 227                 //          of _new_ positions (positions after shifting).  These mappings are
 228                 //          collectively known as the _closure_
 229
 230                 TopologicalBag<Token,Position> bag0 = new TopologicalBag<Token,Position>();
 231                 for(Position position : hs) {
 232                     if (position.isLast() || !(position.element() instanceof Atom)) continue;
 233                     Atom a = (Atom)position.element();
 234                     HashSet<Position> hp = new HashSet<Position>();
 235                     reachable(position.next(), hp);
 236                     bag0.addAll(a, hp);
 237                 }
 238
 239                 // Step 1b: for each _minimal, contiguous_ set of characters having an identical next-position
 240                 //          set, add that character set to the goto table (with the State corresponding to the
 241                 //          computed next-position set).
 242
 243                 for(Topology<Token> r : bag0) {
 244                     HashSet<Position> h = new HashSet<Position>();
 245                     for(Position p : bag0.getAll(r)) h.add(p);
 246                     gotoSetTerminals.put(r, all_states.get(h) == null ? new State(h, all_states, all_elements) : all_states.get(h));
 247                 }
 248
 249                 // Step 2: for every non-Atom element (ie every Element which has a corresponding reduction),
 250                 //         compute the closure over every position in this set which is followed by a symbol
 251                 //         which could yield the Element in question.
 252                 //
 253                 //         "yields" [in one or more step] is used instead of "produces" [in exactly one step]
 254                 //         to avoid having to iteratively construct our set of States as shown in most
 255                 //         expositions of the algorithm (ie "keep doing XYZ until things stop changing").
 256                 /*
 257                 for(Element e : all_elements) {
 258                     if (e instanceof Atom) continue;
 259                     HashSet<Position> h = new Walk.Closure(null, g.cache).closure(e, hs);
 260                     State s = all_states.get(h) == null ? new State(h, all_states, all_elements) : all_states.get(h);
 261                     if (gotoSetNonTerminals.get(e) != null)
 262                         throw new Error("this should not happen");
 263                     gotoSetNonTerminals.put(e, s);
 264                 }
 265                 */
 266                 HashMapBag<Element,Position> move = new HashMapBag<Element,Position>();
 267                 for(Position p : hs) {
 268                     Element e = p.element();
 269                     if (e==null) continue;
 270                     HashSet<Element> ys = cache.ys.get(e);
 271                     if (ys != null) {
 272                         for(Element y : ys) {
 273                             HashSet<Position> hp = new HashSet<Position>();
 274                             reachable(p.next(), hp);
 275                             move.addAll(y, hp);
 276                         }
 277                     }
 278                 }
 279                 for(Element y : move) {
 280                     HashSet<Position> h = move.getAll(y);
 281                     State s = all_states.get(h) == null ? new State(h, all_states, all_elements) : all_states.get(h);
 282                     gotoSetNonTerminals.put(y, s);
 283                 }
 284             }
 285
 286             public String toString() { return "state["+idx+"]"; }
 287
 288             public int compareTo(Table.State s) { return idx==s.idx ? 0 : idx < s.idx ? -1 : 1; }
 289         }
 290
 291         /**
 292          *  the information needed to perform a reduction; copied here to
 293          *  avoid keeping references to <tt>Element</tt> objects in a Table
 294          */
 295         public class Reduction {
 296             // FIXME: cleanup; almost everything in here could go in either Sequence.Position.getRewrite() or else in GSS.Reduct
 297             public final int numPop;
 298             /*private*/ final Position position;
 299             private final Forest[] holder;    // to avoid constant reallocation
 300             public int hashCode() { return position.hashCode(); }
 301             public boolean equals(Object o) {
 302                 if (o==null) return false;
 303                 if (o==this) return true;
 304                 if (!(o instanceof Reduction)) return false;
 305                 Reduction r = (Reduction)o;
 306                 return r.position == position;
 307             }
 308             public Reduction(Position p) {
 309                 this.position = p;
 310                 this.numPop = p.pos;
 311                 this.holder = new Forest[numPop];
 312             }
 313             public String toString() { return "[reduce " + position + "]"; }
 314
 315             private Forest zero = null;
 316             public Forest zero() {
 317                 if (zero != null) return zero;
 318                 if (numPop > 0) throw new Error();
 319                 return zero = position.rewrite(null);
 320             }
 321
 322             public void reduce(GSS.Phase.Node parent) {
 323                 if (numPop==0) finish(parent, zero(), parent.phase());
 324                 else           reduce(parent, numPop-1, parent.phase());
 325             }
 326
 327             public void reduce(GSS.Phase.Node parent, GSS.Phase.Node onlychild) {
 328                 if (numPop<=0) throw new Error("called wrong form of reduce()");
 329                 int pos = numPop-1;
 330                 holder[pos] = parent.pending();
 331                 if (pos==0) {
 332                     System.arraycopy(holder, 0, position.holder, 0, holder.length);
 333                     finish(onlychild, position.rewrite(parent.phase().getLocation()), parent.phase());
 334                 } else {
 335                     reduce(onlychild, pos-1, parent.phase());
 336                 }
 337             }
 338
 339             // FIXME: this could be more elegant and/or cleaner and/or somewhere else
 340             private void reduce(GSS.Phase.Node parent, int pos, GSS.Phase target) {
 341                 holder[pos] = parent.pending();
 342                 if (pos==0) {
 343                     System.arraycopy(holder, 0, position.holder, 0, holder.length);
 344                     Forest rex = position.rewrite(target.getLocation());
 345                     for(GSS.Phase.Node child : parent.parents()) finish(child, rex, target);
 346                 } else {
 347                     for(GSS.Phase.Node child : parent.parents()) reduce(child, pos-1, target);
 348                 }
 349             }
 350             private void finish(GSS.Phase.Node parent, Forest result, GSS.Phase target) {
 351                 State state = parent.state.gotoSetNonTerminals.get(position.owner());
 352                 if (state!=null)
 353                     target.newNode(parent, result, state, numPop<=0, parent.phase());
 354             }
 355         }
 356     }
 357
 358     private static final Forest[] emptyForestArray = new Forest[0];
 359
 360
 361     // Helpers //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 362
 363     private static void reachable(Element e, HashSet<Position> h) {
 364         if (e instanceof Atom) return;
 365         for(Sequence s : ((Union)e))
 366             reachable(s.firstp(), h);
 367     }
 368     private static void reachable(Position p, HashSet<Position> h) {
 369         if (h.contains(p)) return;
 370         h.add(p);
 371         if (p.element() != null) reachable(p.element(), h);
 372     }
 373
 374 }