Anforderungen  |   Konzepte  |   Entwurf  |   Entwicklung  |   Qualitätssicherung  |   Lebenszyklus  |   Steuerung
 
 
 
 


Quelle  onepass.rs   Sprache: unbekannt

 
Spracherkennung für: .rs vermutete Sprache: Unknown {[0] [0] [0]} [Methode: Schwerpunktbildung, einfache Gewichte, sechs Dimensionen]

/*!
A DFA that can return spans for matching capturing groups.

This module is the home of a [one-pass DFA](DFA).

This module also contains a [`Builder`] and a [`Config`] for building and
configuring a one-pass DFA.
*/

// A note on naming and credit:
//
// As far as I know, Russ Cox came up with the practical vision and
// implementation of a "one-pass regex engine." He mentions and describes it
// briefly in the third article of his regexp article series:
// https://swtch.com/~rsc/regexp/regexp3.html
//
// Cox's implementation is in RE2, and the implementation below is most
// heavily inspired by RE2's. The key thing they have in common is that
// their transitions are defined over an alphabet of bytes. In contrast,
// Go's regex engine also has a one-pass engine, but its transitions are
// more firmly rooted on Unicode codepoints. The ideas are the same, but the
// implementations are different.
//
// RE2 tends to call this a "one-pass NFA." Here, we call it a "one-pass DFA."
// They're both true in their own ways:
//
// * The "one-pass" criterion is generally a property of the NFA itself. In
// particular, it is said that an NFA is one-pass if, after each byte of input
// during a search, there is at most one "VM thread" remaining to take for the
// next byte of input. That is, there is never any ambiguity as to the path to
// take through the NFA during a search.
//
// * On the other hand, once a one-pass NFA has its representation converted
// to something where a constant number of instructions is used for each byte
// of input, the implementation looks a lot more like a DFA. It's technically
// more powerful than a DFA since it has side effects (storing offsets inside
// of slots activated by a transition), but it is far closer to a DFA than an
// NFA simulation.
//
// Thus, in this crate, we call it a one-pass DFA.

use alloc::{vec, vec::Vec};

use crate::{
    dfa::{remapper::Remapper, DEAD},
    nfa::thompson::{self, NFA},
    util::{
        alphabet::ByteClasses,
        captures::Captures,
        escape::DebugByte,
        int::{Usize, U32, U64, U8},
        look::{Look, LookSet, UnicodeWordBoundaryError},
        primitives::{NonMaxUsize, PatternID, StateID},
        search::{Anchored, Input, Match, MatchError, MatchKind, Span},
        sparse_set::SparseSet,
    },
};

/// The configuration used for building a [one-pass DFA](DFA).
///
/// A one-pass DFA configuration is a simple data object that is typically used
/// with [`Builder::configure`]. It can be cheaply cloned.
///
/// A default configuration can be created either with `Config::new`, or
/// perhaps more conveniently, with [`DFA::config`].
#[derive(Clone, Debug, Default)]
pub struct Config {
    match_kind: Option<MatchKind>,
    starts_for_each_pattern: Option<bool>,
    byte_classes: Option<bool>,
    size_limit: Option<Option<usize>>,
}

impl Config {
    /// Return a new default one-pass DFA configuration.
    pub fn new() -> Config {
        Config::default()
    }

    /// Set the desired match semantics.
    ///
    /// The default is [`MatchKind::LeftmostFirst`], which corresponds to the
    /// match semantics of Perl-like regex engines. That is, when multiple
    /// patterns would match at the same leftmost position, the pattern that
    /// appears first in the concrete syntax is chosen.
    ///
    /// Currently, the only other kind of match semantics supported is
    /// [`MatchKind::All`]. This corresponds to "classical DFA" construction
    /// where all possible matches are visited.
    ///
    /// When it comes to the one-pass DFA, it is rarer for preference order and
    /// "longest match" to actually disagree. Since if they did disagree, then
    /// the regex typically isn't one-pass. For example, searching `Samwise`
    /// for `Sam|Samwise` will report `Sam` for leftmost-first matching and
    /// `Samwise` for "longest match" or "all" matching. However, this regex is
    /// not one-pass if taken literally. The equivalent regex, `Sam(?:|wise)`
    /// is one-pass and `Sam|Samwise` may be optimized to it.
    ///
    /// The other main difference is that "all" match semantics don't support
    /// non-greedy matches. "All" match semantics always try to match as much
    /// as possible.
    pub fn match_kind(mut self, kind: MatchKind) -> Config {
        self.match_kind = Some(kind);
        self
    }

    /// Whether to compile a separate start state for each pattern in the
    /// one-pass DFA.
    ///
    /// When enabled, a separate **anchored** start state is added for each
    /// pattern in the DFA. When this start state is used, then the DFA will
    /// only search for matches for the pattern specified, even if there are
    /// other patterns in the DFA.
    ///
    /// The main downside of this option is that it can potentially increase
    /// the size of the DFA and/or increase the time it takes to build the DFA.
    ///
    /// You might want to enable this option when you want to both search for
    /// anchored matches of any pattern or to search for anchored matches of
    /// one particular pattern while using the same DFA. (Otherwise, you would
    /// need to compile a new DFA for each pattern.)
    ///
    /// By default this is disabled.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// This example shows how to build a multi-regex and then search for
    /// matches for a any of the patterns or matches for a specific pattern.
    ///
    /// ```
    /// use regex_automata::{
    ///     dfa::onepass::DFA, Anchored, Input, Match, PatternID,
    /// };
    ///
    /// let re = DFA::builder()
    ///     .configure(DFA::config().starts_for_each_pattern(true))
    ///     .build_many(&["[a-z]+", "[0-9]+"])?;
    /// let (mut cache, mut caps) = (re.create_cache(), re.create_captures());
    /// let haystack = "123abc";
    /// let input = Input::new(haystack).anchored(Anchored::Yes);
    ///
    /// // A normal multi-pattern search will show pattern 1 matches.
    /// re.try_search(&mut cache, &input, &mut caps)?;
    /// assert_eq!(Some(Match::must(1, 0..3)), caps.get_match());
    ///
    /// // If we only want to report pattern 0 matches, then we'll get no
    /// // match here.
    /// let input = input.anchored(Anchored::Pattern(PatternID::must(0)));
    /// re.try_search(&mut cache, &input, &mut caps)?;
    /// assert_eq!(None, caps.get_match());
    ///
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    pub fn starts_for_each_pattern(mut self, yes: bool) -> Config {
        self.starts_for_each_pattern = Some(yes);
        self
    }

    /// Whether to attempt to shrink the size of the DFA's alphabet or not.
    ///
    /// This option is enabled by default and should never be disabled unless
    /// one is debugging a one-pass DFA.
    ///
    /// When enabled, the DFA will use a map from all possible bytes to their
    /// corresponding equivalence class. Each equivalence class represents a
    /// set of bytes that does not discriminate between a match and a non-match
    /// in the DFA. For example, the pattern `[ab]+` has at least two
    /// equivalence classes: a set containing `a` and `b` and a set containing
    /// every byte except for `a` and `b`. `a` and `b` are in the same
    /// equivalence class because they never discriminate between a match and a
    /// non-match.
    ///
    /// The advantage of this map is that the size of the transition table
    /// can be reduced drastically from (approximately) `#states * 256 *
    /// sizeof(StateID)` to `#states * k * sizeof(StateID)` where `k` is the
    /// number of equivalence classes (rounded up to the nearest power of 2).
    /// As a result, total space usage can decrease substantially. Moreover,
    /// since a smaller alphabet is used, DFA compilation becomes faster as
    /// well.
    ///
    /// **WARNING:** This is only useful for debugging DFAs. Disabling this
    /// does not yield any speed advantages. Namely, even when this is
    /// disabled, a byte class map is still used while searching. The only
    /// difference is that every byte will be forced into its own distinct
    /// equivalence class. This is useful for debugging the actual generated
    /// transitions because it lets one see the transitions defined on actual
    /// bytes instead of the equivalence classes.
    pub fn byte_classes(mut self, yes: bool) -> Config {
        self.byte_classes = Some(yes);
        self
    }

    /// Set a size limit on the total heap used by a one-pass DFA.
    ///
    /// This size limit is expressed in bytes and is applied during
    /// construction of a one-pass DFA. If the DFA's heap usage exceeds
    /// this configured limit, then construction is stopped and an error is
    /// returned.
    ///
    /// The default is no limit.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// This example shows a one-pass DFA that fails to build because of
    /// a configured size limit. This particular example also serves as a
    /// cautionary tale demonstrating just how big DFAs with large Unicode
    /// character classes can get.
    ///
    /// ```
    /// # if cfg!(miri) { return Ok(()); } // miri takes too long
    /// use regex_automata::{dfa::onepass::DFA, Match};
    ///
    /// // 6MB isn't enough!
    /// DFA::builder()
    ///     .configure(DFA::config().size_limit(Some(6_000_000)))
    ///     .build(r"\w{20}")
    ///     .unwrap_err();
    ///
    /// // ... but 7MB probably is!
    /// // (Note that DFA sizes aren't necessarily stable between releases.)
    /// let re = DFA::builder()
    ///     .configure(DFA::config().size_limit(Some(7_000_000)))
    ///     .build(r"\w{20}")?;
    /// let (mut cache, mut caps) = (re.create_cache(), re.create_captures());
    /// let haystack = "A".repeat(20);
    /// re.captures(&mut cache, &haystack, &mut caps);
    /// assert_eq!(Some(Match::must(0, 0..20)), caps.get_match());
    ///
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    ///
    /// While one needs a little more than 3MB to represent `\w{20}`, it
    /// turns out that you only need a little more than 4KB to represent
    /// `(?-u:\w{20})`. So only use Unicode if you need it!
    pub fn size_limit(mut self, limit: Option<usize>) -> Config {
        self.size_limit = Some(limit);
        self
    }

    /// Returns the match semantics set in this configuration.
    pub fn get_match_kind(&self) -> MatchKind {
        self.match_kind.unwrap_or(MatchKind::LeftmostFirst)
    }

    /// Returns whether this configuration has enabled anchored starting states
    /// for every pattern in the DFA.
    pub fn get_starts_for_each_pattern(&self) -> bool {
        self.starts_for_each_pattern.unwrap_or(false)
    }

    /// Returns whether this configuration has enabled byte classes or not.
    /// This is typically a debugging oriented option, as disabling it confers
    /// no speed benefit.
    pub fn get_byte_classes(&self) -> bool {
        self.byte_classes.unwrap_or(true)
    }

    /// Returns the DFA size limit of this configuration if one was set.
    /// The size limit is total number of bytes on the heap that a DFA is
    /// permitted to use. If the DFA exceeds this limit during construction,
    /// then construction is stopped and an error is returned.
    pub fn get_size_limit(&self) -> Option<usize> {
        self.size_limit.unwrap_or(None)
    }

    /// Overwrite the default configuration such that the options in `o` are
    /// always used. If an option in `o` is not set, then the corresponding
    /// option in `self` is used. If it's not set in `self` either, then it
    /// remains not set.
    pub(crate) fn overwrite(&self, o: Config) -> Config {
        Config {
            match_kind: o.match_kind.or(self.match_kind),
            starts_for_each_pattern: o
                .starts_for_each_pattern
                .or(self.starts_for_each_pattern),
            byte_classes: o.byte_classes.or(self.byte_classes),
            size_limit: o.size_limit.or(self.size_limit),
        }
    }
}

/// A builder for a [one-pass DFA](DFA).
///
/// This builder permits configuring options for the syntax of a pattern, the
/// NFA construction and the DFA construction. This builder is different from a
/// general purpose regex builder in that it permits fine grain configuration
/// of the construction process. The trade off for this is complexity, and
/// the possibility of setting a configuration that might not make sense. For
/// example, there are two different UTF-8 modes:
///
/// * [`syntax::Config::utf8`](crate::util::syntax::Config::utf8) controls
/// whether the pattern itself can contain sub-expressions that match invalid
/// UTF-8.
/// * [`thompson::Config::utf8`] controls whether empty matches that split a
/// Unicode codepoint are reported or not.
///
/// Generally speaking, callers will want to either enable all of these or
/// disable all of these.
///
/// # Example
///
/// This example shows how to disable UTF-8 mode in the syntax and the NFA.
/// This is generally what you want for matching on arbitrary bytes.
///
/// ```
/// # if cfg!(miri) { return Ok(()); } // miri takes too long
/// use regex_automata::{
///     dfa::onepass::DFA,
///     nfa::thompson,
///     util::syntax,
///     Match,
/// };
///
/// let re = DFA::builder()
///     .syntax(syntax::Config::new().utf8(false))
///     .thompson(thompson::Config::new().utf8(false))
///     .build(r"foo(?-u:[^b])ar.*")?;
/// let (mut cache, mut caps) = (re.create_cache(), re.create_captures());
///
/// let haystack = b"foo\xFFarzz\xE2\x98\xFF\n";
/// re.captures(&mut cache, haystack, &mut caps);
/// // Notice that `(?-u:[^b])` matches invalid UTF-8,
/// // but the subsequent `.*` does not! Disabling UTF-8
/// // on the syntax permits this.
/// //
/// // N.B. This example does not show the impact of
/// // disabling UTF-8 mode on a one-pass DFA Config,
/// //  since that only impacts regexes that can
/// // produce matches of length 0.
/// assert_eq!(Some(Match::must(0, 0..8)), caps.get_match());
///
/// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
/// ```
#[derive(Clone, Debug)]
pub struct Builder {
    config: Config,
    #[cfg(feature = "syntax")]
    thompson: thompson::Compiler,
}

impl Builder {
    /// Create a new one-pass DFA builder with the default configuration.
    pub fn new() -> Builder {
        Builder {
            config: Config::default(),
            #[cfg(feature = "syntax")]
            thompson: thompson::Compiler::new(),
        }
    }

    /// Build a one-pass DFA from the given pattern.
    ///
    /// If there was a problem parsing or compiling the pattern, then an error
    /// is returned.
    #[cfg(feature = "syntax")]
    pub fn build(&self, pattern: &str) -> Result<DFA, BuildError> {
        self.build_many(&[pattern])
    }

    /// Build a one-pass DFA from the given patterns.
    ///
    /// When matches are returned, the pattern ID corresponds to the index of
    /// the pattern in the slice given.
    #[cfg(feature = "syntax")]
    pub fn build_many<P: AsRef<str>>(
        &self,
        patterns: &[P],
    ) -> Result<DFA, BuildError> {
        let nfa =
            self.thompson.build_many(patterns).map_err(BuildError::nfa)?;
        self.build_from_nfa(nfa)
    }

    /// Build a DFA from the given NFA.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// This example shows how to build a DFA if you already have an NFA in
    /// hand.
    ///
    /// ```
    /// use regex_automata::{dfa::onepass::DFA, nfa::thompson::NFA, Match};
    ///
    /// // This shows how to set non-default options for building an NFA.
    /// let nfa = NFA::compiler()
    ///     .configure(NFA::config().shrink(true))
    ///     .build(r"[a-z0-9]+")?;
    /// let re = DFA::builder().build_from_nfa(nfa)?;
    /// let (mut cache, mut caps) = (re.create_cache(), re.create_captures());
    /// re.captures(&mut cache, "foo123bar", &mut caps);
    /// assert_eq!(Some(Match::must(0, 0..9)), caps.get_match());
    ///
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    pub fn build_from_nfa(&self, nfa: NFA) -> Result<DFA, BuildError> {
        // Why take ownership if we're just going to pass a reference to the
        // NFA to our internal builder? Well, the first thing to note is that
        // an NFA uses reference counting internally, so either choice is going
        // to be cheap. So there isn't much cost either way.
        //
        // The real reason is that a one-pass DFA, semantically, shares
        // ownership of an NFA. This is unlike other DFAs that don't share
        // ownership of an NFA at all, primarily because they want to be
        // self-contained in order to support cheap (de)serialization.
        //
        // But then why pass a '&nfa' below if we want to share ownership?
        // Well, it turns out that using a '&NFA' in our internal builder
        // separates its lifetime from the DFA we're building, and this turns
        // out to make code a bit more composable. e.g., We can iterate over
        // things inside the NFA while borrowing the builder as mutable because
        // we know the NFA cannot be mutated. So TL;DR --- this weirdness is
        // "because borrow checker."
        InternalBuilder::new(self.config.clone(), &nfa).build()
    }

    /// Apply the given one-pass DFA configuration options to this builder.
    pub fn configure(&mut self, config: Config) -> &mut Builder {
        self.config = self.config.overwrite(config);
        self
    }

    /// Set the syntax configuration for this builder using
    /// [`syntax::Config`](crate::util::syntax::Config).
    ///
    /// This permits setting things like case insensitivity, Unicode and multi
    /// line mode.
    ///
    /// These settings only apply when constructing a one-pass DFA directly
    /// from a pattern.
    #[cfg(feature = "syntax")]
    pub fn syntax(
        &mut self,
        config: crate::util::syntax::Config,
    ) -> &mut Builder {
        self.thompson.syntax(config);
        self
    }

    /// Set the Thompson NFA configuration for this builder using
    /// [`nfa::thompson::Config`](crate::nfa::thompson::Config).
    ///
    /// This permits setting things like whether additional time should be
    /// spent shrinking the size of the NFA.
    ///
    /// These settings only apply when constructing a DFA directly from a
    /// pattern.
    #[cfg(feature = "syntax")]
    pub fn thompson(&mut self, config: thompson::Config) -> &mut Builder {
        self.thompson.configure(config);
        self
    }
}

/// An internal builder for encapsulating the state necessary to build a
/// one-pass DFA. Typical use is just `InternalBuilder::new(..).build()`.
///
/// There is no separate pass for determining whether the NFA is one-pass or
/// not. We just try to build the DFA. If during construction we discover that
/// it is not one-pass, we bail out. This is likely to lead to some undesirable
/// expense in some cases, so it might make sense to try an identify common
/// patterns in the NFA that make it definitively not one-pass. That way, we
/// can avoid ever trying to build a one-pass DFA in the first place. For
/// example, '\w*\s' is not one-pass, and since '\w' is Unicode-aware by
/// default, it's probably not a trivial cost to try and build a one-pass DFA
/// for it and then fail.
///
/// Note that some (immutable) fields are duplicated here. For example, the
/// 'nfa' and 'classes' fields are both in the 'DFA'. They are the same thing,
/// but we duplicate them because it makes composition easier below. Otherwise,
/// since the borrow checker can't see through method calls, the mutable borrow
/// we use to mutate the DFA winds up preventing borrowing from any other part
/// of the DFA, even though we aren't mutating those parts. We only do this
/// because the duplication is cheap.
#[derive(Debug)]
struct InternalBuilder<'a> {
    /// The DFA we're building.
    dfa: DFA,
    /// An unordered collection of NFA state IDs that we haven't yet tried to
    /// build into a DFA state yet.
    ///
    /// This collection does not ultimately wind up including every NFA state
    /// ID. Instead, each ID represents a "start" state for a sub-graph of the
    /// NFA. The set of NFA states we then use to build a DFA state consists
    /// of that "start" state and all states reachable from it via epsilon
    /// transitions.
    uncompiled_nfa_ids: Vec<StateID>,
    /// A map from NFA state ID to DFA state ID. This is useful for easily
    /// determining whether an NFA state has been used as a "starting" point
    /// to build a DFA state yet. If it hasn't, then it is mapped to DEAD,
    /// and since DEAD is specially added and never corresponds to any NFA
    /// state, it follows that a mapping to DEAD implies the NFA state has
    /// no corresponding DFA state yet.
    nfa_to_dfa_id: Vec<StateID>,
    /// A stack used to traverse the NFA states that make up a single DFA
    /// state. Traversal occurs until the stack is empty, and we only push to
    /// the stack when the state ID isn't in 'seen'. Actually, even more than
    /// that, if we try to push something on to this stack that is already in
    /// 'seen', then we bail out on construction completely, since it implies
    /// that the NFA is not one-pass.
    stack: Vec<(StateID, Epsilons)>,
    /// The set of NFA states that we've visited via 'stack'.
    seen: SparseSet,
    /// Whether a match NFA state has been observed while constructing a
    /// one-pass DFA state. Once a match state is seen, assuming we are using
    /// leftmost-first match semantics, then we don't add any more transitions
    /// to the DFA state we're building.
    matched: bool,
    /// The config passed to the builder.
    ///
    /// This is duplicated in dfa.config.
    config: Config,
    /// The NFA we're building a one-pass DFA from.
    ///
    /// This is duplicated in dfa.nfa.
    nfa: &'a NFA,
    /// The equivalence classes that make up the alphabet for this DFA>
    ///
    /// This is duplicated in dfa.classes.
    classes: ByteClasses,
}

impl<'a> InternalBuilder<'a> {
    /// Create a new builder with an initial empty DFA.
    fn new(config: Config, nfa: &'a NFA) -> InternalBuilder {
        let classes = if !config.get_byte_classes() {
            // A one-pass DFA will always use the equivalence class map, but
            // enabling this option is useful for debugging. Namely, this will
            // cause all transitions to be defined over their actual bytes
            // instead of an opaque equivalence class identifier. The former is
            // much easier to grok as a human.
            ByteClasses::singletons()
        } else {
            nfa.byte_classes().clone()
        };
        // Normally a DFA alphabet includes the EOI symbol, but we don't need
        // that in the one-pass DFA since we handle look-around explicitly
        // without encoding it into the DFA. Thus, we don't need to delay
        // matches by 1 byte. However, we reuse the space that *would* be used
        // by the EOI transition by putting match information there (like which
        // pattern matches and which look-around assertions need to hold). So
        // this means our real alphabet length is 1 fewer than what the byte
        // classes report, since we don't use EOI.
        let alphabet_len = classes.alphabet_len().checked_sub(1).unwrap();
        let stride2 = classes.stride2();
        let dfa = DFA {
            config: config.clone(),
            nfa: nfa.clone(),
            table: vec![],
            starts: vec![],
            // Since one-pass DFAs have a smaller state ID max than
            // StateID::MAX, it follows that StateID::MAX is a valid initial
            // value for min_match_id since no state ID can ever be greater
            // than it. In the case of a one-pass DFA with no match states, the
            // min_match_id will keep this sentinel value.
            min_match_id: StateID::MAX,
            classes: classes.clone(),
            alphabet_len,
            stride2,
            pateps_offset: alphabet_len,
            // OK because PatternID::MAX*2 is guaranteed not to overflow.
            explicit_slot_start: nfa.pattern_len().checked_mul(2).unwrap(),
        };
        InternalBuilder {
            dfa,
            uncompiled_nfa_ids: vec![],
            nfa_to_dfa_id: vec![DEAD; nfa.states().len()],
            stack: vec![],
            seen: SparseSet::new(nfa.states().len()),
            matched: false,
            config,
            nfa,
            classes,
        }
    }

    /// Build the DFA from the NFA given to this builder. If the NFA is not
    /// one-pass, then return an error. An error may also be returned if a
    /// particular limit is exceeded. (Some limits, like the total heap memory
    /// used, are configurable. Others, like the total patterns or slots, are
    /// hard-coded based on representational limitations.)
    fn build(mut self) -> Result<DFA, BuildError> {
        self.nfa.look_set_any().available().map_err(BuildError::word)?;
        for look in self.nfa.look_set_any().iter() {
            // This is a future incompatibility check where if we add any
            // more look-around assertions, then the one-pass DFA either
            // needs to reject them (what we do here) or it needs to have its
            // Transition representation modified to be capable of storing the
            // new assertions.
            if look.as_repr() > Look::WordUnicodeNegate.as_repr() {
                return Err(BuildError::unsupported_look(look));
            }
        }
        if self.nfa.pattern_len().as_u64() > PatternEpsilons::PATTERN_ID_LIMIT
        {
            return Err(BuildError::too_many_patterns(
                PatternEpsilons::PATTERN_ID_LIMIT,
            ));
        }
        if self.nfa.group_info().explicit_slot_len() > Slots::LIMIT {
            return Err(BuildError::not_one_pass(
                "too many explicit capturing groups (max is 16)",
            ));
        }
        assert_eq!(DEAD, self.add_empty_state()?);

        // This is where the explicit slots start. We care about this because
        // we only need to track explicit slots. The implicit slots---two for
        // each pattern---are tracked as part of the search routine itself.
        let explicit_slot_start = self.nfa.pattern_len() * 2;
        self.add_start_state(None, self.nfa.start_anchored())?;
        if self.config.get_starts_for_each_pattern() {
            for pid in self.nfa.patterns() {
                self.add_start_state(
                    Some(pid),
                    self.nfa.start_pattern(pid).unwrap(),
                )?;
            }
        }
        // NOTE: One wonders what the effects of treating 'uncompiled_nfa_ids'
        // as a stack are. It is really an unordered *set* of NFA state IDs.
        // If it, for example, in practice led to discovering whether a regex
        // was or wasn't one-pass later than if we processed NFA state IDs in
        // ascending order, then that would make this routine more costly in
        // the somewhat common case of a regex that isn't one-pass.
        while let Some(nfa_id) = self.uncompiled_nfa_ids.pop() {
            let dfa_id = self.nfa_to_dfa_id[nfa_id];
            // Once we see a match, we keep going, but don't add any new
            // transitions. Normally we'd just stop, but we have to keep
            // going in order to verify that our regex is actually one-pass.
            self.matched = false;
            // The NFA states we've already explored for this DFA state.
            self.seen.clear();
            // The NFA states to explore via epsilon transitions. If we ever
            // try to push an NFA state that we've already seen, then the NFA
            // is not one-pass because it implies there are multiple epsilon
            // transition paths that lead to the same NFA state. In other
            // words, there is ambiguity.
            self.stack_push(nfa_id, Epsilons::empty())?;
            while let Some((id, epsilons)) = self.stack.pop() {
                match *self.nfa.state(id) {
                    thompson::State::ByteRange { ref trans } => {
                        self.compile_transition(dfa_id, trans, epsilons)?;
                    }
                    thompson::State::Sparse(ref sparse) => {
                        for trans in sparse.transitions.iter() {
                            self.compile_transition(dfa_id, trans, epsilons)?;
                        }
                    }
                    thompson::State::Dense(ref dense) => {
                        for trans in dense.iter() {
                            self.compile_transition(dfa_id, &trans, epsilons)?;
                        }
                    }
                    thompson::State::Look { look, next } => {
                        let looks = epsilons.looks().insert(look);
                        self.stack_push(next, epsilons.set_looks(looks))?;
                    }
                    thompson::State::Union { ref alternates } => {
                        for &sid in alternates.iter().rev() {
                            self.stack_push(sid, epsilons)?;
                        }
                    }
                    thompson::State::BinaryUnion { alt1, alt2 } => {
                        self.stack_push(alt2, epsilons)?;
                        self.stack_push(alt1, epsilons)?;
                    }
                    thompson::State::Capture { next, slot, .. } => {
                        let slot = slot.as_usize();
                        let epsilons = if slot < explicit_slot_start {
                            // If this is an implicit slot, we don't care
                            // about it, since we handle implicit slots in
                            // the search routine. We can get away with that
                            // because there are 2 implicit slots for every
                            // pattern.
                            epsilons
                        } else {
                            // Offset our explicit slots so that they start
                            // at index 0.
                            let offset = slot - explicit_slot_start;
                            epsilons.set_slots(epsilons.slots().insert(offset))
                        };
                        self.stack_push(next, epsilons)?;
                    }
                    thompson::State::Fail => {
                        continue;
                    }
                    thompson::State::Match { pattern_id } => {
                        // If we found two different paths to a match state
                        // for the same DFA state, then we have ambiguity.
                        // Thus, it's not one-pass.
                        if self.matched {
                            return Err(BuildError::not_one_pass(
                                "multiple epsilon transitions to match state",
                            ));
                        }
                        self.matched = true;
                        // Shove the matching pattern ID and the 'epsilons'
                        // into the current DFA state's pattern epsilons. The
                        // 'epsilons' includes the slots we need to capture
                        // before reporting the match and also the conditional
                        // epsilon transitions we need to check before we can
                        // report a match.
                        self.dfa.set_pattern_epsilons(
                            dfa_id,
                            PatternEpsilons::empty()
                                .set_pattern_id(pattern_id)
                                .set_epsilons(epsilons),
                        );
                        // N.B. It is tempting to just bail out here when
                        // compiling a leftmost-first DFA, since we will never
                        // compile any more transitions in that case. But we
                        // actually need to keep going in order to verify that
                        // we actually have a one-pass regex. e.g., We might
                        // see more Match states (e.g., for other patterns)
                        // that imply that we don't have a one-pass regex.
                        // So instead, we mark that we've found a match and
                        // continue on. When we go to compile a new DFA state,
                        // we just skip that part. But otherwise check that the
                        // one-pass property is upheld.
                    }
                }
            }
        }
        self.shuffle_states();
        Ok(self.dfa)
    }

    /// Shuffle all match states to the end of the transition table and set
    /// 'min_match_id' to the ID of the first such match state.
    ///
    /// The point of this is to make it extremely cheap to determine whether
    /// a state is a match state or not. We need to check on this on every
    /// transition during a search, so it being cheap is important. This
    /// permits us to check it by simply comparing two state identifiers, as
    /// opposed to looking for the pattern ID in the state's `PatternEpsilons`.
    /// (Which requires a memory load and some light arithmetic.)
    fn shuffle_states(&mut self) {
        let mut remapper = Remapper::new(&self.dfa);
        let mut next_dest = self.dfa.last_state_id();
        for i in (0..self.dfa.state_len()).rev() {
            let id = StateID::must(i);
            let is_match =
                self.dfa.pattern_epsilons(id).pattern_id().is_some();
            if !is_match {
                continue;
            }
            remapper.swap(&mut self.dfa, next_dest, id);
            self.dfa.min_match_id = next_dest;
            next_dest = self.dfa.prev_state_id(next_dest).expect(
                "match states should be a proper subset of all states",
            );
        }
        remapper.remap(&mut self.dfa);
    }

    /// Compile the given NFA transition into the DFA state given.
    ///
    /// 'Epsilons' corresponds to any conditional epsilon transitions that need
    /// to be satisfied to follow this transition, and any slots that need to
    /// be saved if the transition is followed.
    ///
    /// If this transition indicates that the NFA is not one-pass, then
    /// this returns an error. (This occurs, for example, if the DFA state
    /// already has a transition defined for the same input symbols as the
    /// given transition, *and* the result of the old and new transitions is
    /// different.)
    fn compile_transition(
        &mut self,
        dfa_id: StateID,
        trans: &thompson::Transition,
        epsilons: Epsilons,
    ) -> Result<(), BuildError> {
        let next_dfa_id = self.add_dfa_state_for_nfa_state(trans.next)?;
        for byte in self
            .classes
            .representatives(trans.start..=trans.end)
            .filter_map(|r| r.as_u8())
        {
            let oldtrans = self.dfa.transition(dfa_id, byte);
            let newtrans =
                Transition::new(self.matched, next_dfa_id, epsilons);
            // If the old transition points to the DEAD state, then we know
            // 'byte' has not been mapped to any transition for this DFA state
            // yet. So set it unconditionally. Otherwise, we require that the
            // old and new transitions are equivalent. Otherwise, there is
            // ambiguity and thus the regex is not one-pass.
            if oldtrans.state_id() == DEAD {
                self.dfa.set_transition(dfa_id, byte, newtrans);
            } else if oldtrans != newtrans {
                return Err(BuildError::not_one_pass(
                    "conflicting transition",
                ));
            }
        }
        Ok(())
    }

    /// Add a start state to the DFA corresponding to the given NFA starting
    /// state ID.
    ///
    /// If adding a state would blow any limits (configured or hard-coded),
    /// then an error is returned.
    ///
    /// If the starting state is an anchored state for a particular pattern,
    /// then callers must provide the pattern ID for that starting state.
    /// Callers must also ensure that the first starting state added is the
    /// start state for all patterns, and then each anchored starting state for
    /// each pattern (if necessary) added in order. Otherwise, this panics.
    fn add_start_state(
        &mut self,
        pid: Option<PatternID>,
        nfa_id: StateID,
    ) -> Result<StateID, BuildError> {
        match pid {
            // With no pid, this should be the start state for all patterns
            // and thus be the first one.
            None => assert!(self.dfa.starts.is_empty()),
            // With a pid, we want it to be at self.dfa.starts[pid+1].
            Some(pid) => assert!(self.dfa.starts.len() == pid.one_more()),
        }
        let dfa_id = self.add_dfa_state_for_nfa_state(nfa_id)?;
        self.dfa.starts.push(dfa_id);
        Ok(dfa_id)
    }

    /// Add a new DFA state corresponding to the given NFA state. If adding a
    /// state would blow any limits (configured or hard-coded), then an error
    /// is returned. If a DFA state already exists for the given NFA state,
    /// then that DFA state's ID is returned and no new states are added.
    ///
    /// It is not expected that this routine is called for every NFA state.
    /// Instead, an NFA state ID will usually correspond to the "start" state
    /// for a sub-graph of the NFA, where all states in the sub-graph are
    /// reachable via epsilon transitions (conditional or unconditional). That
    /// sub-graph of NFA states is ultimately what produces a single DFA state.
    fn add_dfa_state_for_nfa_state(
        &mut self,
        nfa_id: StateID,
    ) -> Result<StateID, BuildError> {
        // If we've already built a DFA state for the given NFA state, then
        // just return that. We definitely do not want to have more than one
        // DFA state in existence for the same NFA state, since all but one of
        // them will likely become unreachable. And at least some of them are
        // likely to wind up being incomplete.
        let existing_dfa_id = self.nfa_to_dfa_id[nfa_id];
        if existing_dfa_id != DEAD {
            return Ok(existing_dfa_id);
        }
        // If we don't have any DFA state yet, add it and then add the given
        // NFA state to the list of states to explore.
        let dfa_id = self.add_empty_state()?;
        self.nfa_to_dfa_id[nfa_id] = dfa_id;
        self.uncompiled_nfa_ids.push(nfa_id);
        Ok(dfa_id)
    }

    /// Unconditionally add a new empty DFA state. If adding it would exceed
    /// any limits (configured or hard-coded), then an error is returned. The
    /// ID of the new state is returned on success.
    ///
    /// The added state is *not* a match state.
    fn add_empty_state(&mut self) -> Result<StateID, BuildError> {
        let state_limit = Transition::STATE_ID_LIMIT;
        // Note that unlike dense and lazy DFAs, we specifically do NOT
        // premultiply our state IDs here. The reason is that we want to pack
        // our state IDs into 64-bit transitions with other info, so the fewer
        // the bits we use for state IDs the better. If we premultiply, then
        // our state ID space shrinks. We justify this by the assumption that
        // a one-pass DFA is just already doing a fair bit more work than a
        // normal DFA anyway, so an extra multiplication to compute a state
        // transition doesn't seem like a huge deal.
        let next_id = self.dfa.table.len() >> self.dfa.stride2();
        let id = StateID::new(next_id)
            .map_err(|_| BuildError::too_many_states(state_limit))?;
        if id.as_u64() > Transition::STATE_ID_LIMIT {
            return Err(BuildError::too_many_states(state_limit));
        }
        self.dfa
            .table
            .extend(core::iter::repeat(Transition(0)).take(self.dfa.stride()));
        // The default empty value for 'PatternEpsilons' is sadly not all
        // zeroes. Instead, a special sentinel is used to indicate that there
        // is no pattern. So we need to explicitly set the pattern epsilons to
        // the correct "empty" PatternEpsilons.
        self.dfa.set_pattern_epsilons(id, PatternEpsilons::empty());
        if let Some(size_limit) = self.config.get_size_limit() {
            if self.dfa.memory_usage() > size_limit {
                return Err(BuildError::exceeded_size_limit(size_limit));
            }
        }
        Ok(id)
    }

    /// Push the given NFA state ID and its corresponding epsilons (slots and
    /// conditional epsilon transitions) on to a stack for use in a depth first
    /// traversal of a sub-graph of the NFA.
    ///
    /// If the given NFA state ID has already been pushed on to the stack, then
    /// it indicates the regex is not one-pass and this correspondingly returns
    /// an error.
    fn stack_push(
        &mut self,
        nfa_id: StateID,
        epsilons: Epsilons,
    ) -> Result<(), BuildError> {
        // If we already have seen a match and we are compiling a leftmost
        // first DFA, then we shouldn't add any more states to look at. This is
        // effectively how preference order and non-greediness is implemented.
        // if !self.config.get_match_kind().continue_past_first_match()
        // && self.matched
        // {
        // return Ok(());
        // }
        if !self.seen.insert(nfa_id) {
            return Err(BuildError::not_one_pass(
                "multiple epsilon transitions to same state",
            ));
        }
        self.stack.push((nfa_id, epsilons));
        Ok(())
    }
}

/// A one-pass DFA for executing a subset of anchored regex searches while
/// resolving capturing groups.
///
/// A one-pass DFA can be built from an NFA that is one-pass. An NFA is
/// one-pass when there is never any ambiguity about how to continue a search.
/// For example, `a*a` is not one-pass becuase during a search, it's not
/// possible to know whether to continue matching the `a*` or to move on to
/// the single `a`. However, `a*b` is one-pass, because for every byte in the
/// input, it's always clear when to move on from `a*` to `b`.
///
/// # Only anchored searches are supported
///
/// In this crate, especially for DFAs, unanchored searches are implemented by
/// treating the pattern as if it had a `(?s-u:.)*?` prefix. While the prefix
/// is one-pass on its own, adding anything after it, e.g., `(?s-u:.)*?a` will
/// make the overall pattern not one-pass. Why? Because the `(?s-u:.)` matches
/// any byte, and there is therefore ambiguity as to when the prefix should
/// stop matching and something else should start matching.
///
/// Therefore, one-pass DFAs do not support unanchored searches. In addition
/// to many regexes simply not being one-pass, it implies that one-pass DFAs
/// have limited utility. With that said, when a one-pass DFA can be used, it
/// can potentially provide a dramatic speed up over alternatives like the
/// [`BoundedBacktracker`](crate::nfa::thompson::backtrack::BoundedBacktracker)
/// and the [`PikeVM`](crate::nfa::thompson::pikevm::PikeVM). In particular,
/// a one-pass DFA is the only DFA capable of reporting the spans of matching
/// capturing groups.
///
/// To clarify, when we say that unanchored searches are not supported, what
/// that actually means is:
///
/// * The high level routines, [`DFA::is_match`] and [`DFA::captures`], always
/// do anchored searches.
/// * Since iterators are most useful in the context of unanchored searches,
/// there is no `DFA::captures_iter` method.
/// * For lower level routines like [`DFA::try_search`], an error will be
/// returned if the given [`Input`] is configured to do an unanchored search or
/// search for an invalid pattern ID. (Note that an [`Input`] is configured to
/// do an unanchored search by default, so just giving a `Input::new` is
/// guaranteed to return an error.)
///
/// # Other limitations
///
/// In addition to the [configurable heap limit](Config::size_limit) and
/// the requirement that a regex pattern be one-pass, there are some other
/// limitations:
///
/// * There is an internal limit on the total number of explicit capturing
/// groups that appear across all patterns. It is somewhat small and there is
/// no way to configure it. If your pattern(s) exceed this limit, then building
/// a one-pass DFA will fail.
/// * If the number of patterns exceeds an internal unconfigurable limit, then
/// building a one-pass DFA will fail. This limit is quite large and you're
/// unlikely to hit it.
/// * If the total number of states exceeds an internal unconfigurable limit,
/// then building a one-pass DFA will fail. This limit is quite large and
/// you're unlikely to hit it.
///
/// # Other examples of regexes that aren't one-pass
///
/// One particularly unfortunate example is that enabling Unicode can cause
/// regexes that were one-pass to no longer be one-pass. Consider the regex
/// `(?-u)\w*\s` for example. It is one-pass because there is exactly no
/// overlap between the ASCII definitions of `\w` and `\s`. But `\w*\s`
/// (i.e., with Unicode enabled) is *not* one-pass because `\w` and `\s` get
/// translated to UTF-8 automatons. And while the *codepoints* in `\w` and `\s`
/// do not overlap, the underlying UTF-8 encodings do. Indeed, because of the
/// overlap between UTF-8 automata, the use of Unicode character classes will
/// tend to vastly increase the likelihood of a regex not being one-pass.
///
/// # How does one know if a regex is one-pass or not?
///
/// At the time of writing, the only way to know is to try and build a one-pass
/// DFA. The one-pass property is checked while constructing the DFA.
///
/// This does mean that you might potentially waste some CPU cycles and memory
/// by optimistically trying to build a one-pass DFA. But this is currently the
/// only way. In the future, building a one-pass DFA might be able to use some
/// heuristics to detect common violations of the one-pass property and bail
/// more quickly.
///
/// # Resource usage
///
/// Unlike a general DFA, a one-pass DFA has stricter bounds on its resource
/// usage. Namely, construction of a one-pass DFA has a time and space
/// complexity of `O(n)`, where `n ~ nfa.states().len()`. (A general DFA's time
/// and space complexity is `O(2^n)`.) This smaller time bound is achieved
/// because there is at most one DFA state created for each NFA state. If
/// additional DFA states would be required, then the pattern is not one-pass
/// and construction will fail.
///
/// Note though that currently, this DFA uses a fully dense representation.
/// This means that while its space complexity is no worse than an NFA, it may
/// in practice use more memory because of higher constant factors. The reason
/// for this trade off is two-fold. Firstly, a dense representation makes the
/// search faster. Secondly, the bigger an NFA, the more unlikely it is to be
/// one-pass. Therefore, most one-pass DFAs are usually pretty small.
///
/// # Example
///
/// This example shows that the one-pass DFA implements Unicode word boundaries
/// correctly while simultaneously reporting spans for capturing groups that
/// participate in a match. (This is the only DFA that implements full support
/// for Unicode word boundaries.)
///
/// ```
/// # if cfg!(miri) { return Ok(()); } // miri takes too long
/// use regex_automata::{dfa::onepass::DFA, Match, Span};
///
/// let re = DFA::new(r"\b(?P<first>\w+)[[:space:]]+(?P<last>\w+)\b")?;
/// let (mut cache, mut caps) = (re.create_cache(), re.create_captures());
///
/// re.captures(&mut cache, "Шерлок Холмс", &mut caps);
/// assert_eq!(Some(Match::must(0, 0..23)), caps.get_match());
/// assert_eq!(Some(Span::from(0..12)), caps.get_group_by_name("first"));
/// assert_eq!(Some(Span::from(13..23)), caps.get_group_by_name("last"));
/// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
/// ```
///
/// # Example: iteration
///
/// Unlike other regex engines in this crate, this one does not provide
/// iterator search functions. This is because a one-pass DFA only supports
/// anchored searches, and so iterator functions are generally not applicable.
///
/// However, if you know that all of your matches are
/// directly adjacent, then an iterator can be used. The
/// [`util::iter::Searcher`](crate::util::iter::Searcher) type can be used for
/// this purpose:
///
/// ```
/// # if cfg!(miri) { return Ok(()); } // miri takes too long
/// use regex_automata::{
///     dfa::onepass::DFA,
///     util::iter::Searcher,
///     Anchored, Input, Span,
/// };
///
/// let re = DFA::new(r"\w(\d)\w")?;
/// let (mut cache, caps) = (re.create_cache(), re.create_captures());
/// let input = Input::new("a1zb2yc3x").anchored(Anchored::Yes);
///
/// let mut it = Searcher::new(input).into_captures_iter(caps, |input, caps| {
///     Ok(re.try_search(&mut cache, input, caps)?)
/// }).infallible();
/// let caps0 = it.next().unwrap();
/// assert_eq!(Some(Span::from(1..2)), caps0.get_group(1));
///
/// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
/// ```
#[derive(Clone)]
pub struct DFA {
    /// The configuration provided by the caller.
    config: Config,
    /// The NFA used to build this DFA.
    ///
    /// NOTE: We probably don't need to store the NFA here, but we use enough
    /// bits from it that it's convenient to do so. And there really isn't much
    /// cost to doing so either, since an NFA is reference counted internally.
    nfa: NFA,
    /// The transition table. Given a state ID 's' and a byte of haystack 'b',
    /// the next state is `table[sid + classes[byte]]`.
    ///
    /// The stride of this table (i.e., the number of columns) is always
    /// a power of 2, even if the alphabet length is smaller. This makes
    /// converting between state IDs and state indices very cheap.
    ///
    /// Note that the stride always includes room for one extra "transition"
    /// that isn't actually a transition. It is a 'PatternEpsilons' that is
    /// used for match states only. Because of this, the maximum number of
    /// active columns in the transition table is 257, which means the maximum
    /// stride is 512 (the next power of 2 greater than or equal to 257).
    table: Vec<Transition>,
    /// The DFA state IDs of the starting states.
    ///
    /// `starts[0]` is always present and corresponds to the starting state
    /// when searching for matches of any pattern in the DFA.
    ///
    /// `starts[i]` where i>0 corresponds to the starting state for the pattern
    /// ID 'i-1'. These starting states are optional.
    starts: Vec<StateID>,
    /// Every state ID >= this value corresponds to a match state.
    ///
    /// This is what a search uses to detect whether a state is a match state
    /// or not. It requires only a simple comparison instead of bit-unpacking
    /// the PatternEpsilons from every state.
    min_match_id: StateID,
    /// The alphabet of this DFA, split into equivalence classes. Bytes in the
    /// same equivalence class can never discriminate between a match and a
    /// non-match.
    classes: ByteClasses,
    /// The number of elements in each state in the transition table. This may
    /// be less than the stride, since the stride is always a power of 2 and
    /// the alphabet length can be anything up to and including 256.
    alphabet_len: usize,
    /// The number of columns in the transition table, expressed as a power of
    /// 2.
    stride2: usize,
    /// The offset at which the PatternEpsilons for a match state is stored in
    /// the transition table.
    ///
    /// PERF: One wonders whether it would be better to put this in a separate
    /// allocation, since only match states have a non-empty PatternEpsilons
    /// and the number of match states tends be dwarfed by the number of
    /// non-match states. So this would save '8*len(non_match_states)' for each
    /// DFA. The question is whether moving this to a different allocation will
    /// lead to a perf hit during searches. You might think dealing with match
    /// states is rare, but some regexes spend a lot of time in match states
    /// gobbling up input. But... match state handling is already somewhat
    /// expensive, so maybe this wouldn't do much? Either way, it's worth
    /// experimenting.
    pateps_offset: usize,
    /// The first explicit slot index. This refers to the first slot appearing
    /// immediately after the last implicit slot. It is always 'patterns.len()
    /// * 2'.
    ///
    /// We record this because we only store the explicit slots in our DFA
    /// transition table that need to be saved. Implicit slots are handled
    /// automatically as part of the search.
    explicit_slot_start: usize,
}

impl DFA {
    /// Parse the given regular expression using the default configuration and
    /// return the corresponding one-pass DFA.
    ///
    /// If you want a non-default configuration, then use the [`Builder`] to
    /// set your own configuration.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// ```
    /// use regex_automata::{dfa::onepass::DFA, Match};
    ///
    /// let re = DFA::new("foo[0-9]+bar")?;
    /// let (mut cache, mut caps) = (re.create_cache(), re.create_captures());
    ///
    /// re.captures(&mut cache, "foo12345barzzz", &mut caps);
    /// assert_eq!(Some(Match::must(0, 0..11)), caps.get_match());
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    #[cfg(feature = "syntax")]
    #[inline]
    pub fn new(pattern: &str) -> Result<DFA, BuildError> {
        DFA::builder().build(pattern)
    }

    /// Like `new`, but parses multiple patterns into a single "multi regex."
    /// This similarly uses the default regex configuration.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// ```
    /// use regex_automata::{dfa::onepass::DFA, Match};
    ///
    /// let re = DFA::new_many(&["[a-z]+", "[0-9]+"])?;
    /// let (mut cache, mut caps) = (re.create_cache(), re.create_captures());
    ///
    /// re.captures(&mut cache, "abc123", &mut caps);
    /// assert_eq!(Some(Match::must(0, 0..3)), caps.get_match());
    ///
    /// re.captures(&mut cache, "123abc", &mut caps);
    /// assert_eq!(Some(Match::must(1, 0..3)), caps.get_match());
    ///
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    #[cfg(feature = "syntax")]
    #[inline]
    pub fn new_many<P: AsRef<str>>(patterns: &[P]) -> Result<DFA, BuildError> {
        DFA::builder().build_many(patterns)
    }

    /// Like `new`, but builds a one-pass DFA directly from an NFA. This is
    /// useful if you already have an NFA, or even if you hand-assembled the
    /// NFA.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// This shows how to hand assemble a regular expression via its HIR,
    /// compile an NFA from it and build a one-pass DFA from the NFA.
    ///
    /// ```
    /// use regex_automata::{
    ///     dfa::onepass::DFA,
    ///     nfa::thompson::NFA,
    ///     Match,
    /// };
    /// use regex_syntax::hir::{Hir, Class, ClassBytes, ClassBytesRange};
    ///
    /// let hir = Hir::class(Class::Bytes(ClassBytes::new(vec![
    ///     ClassBytesRange::new(b'0', b'9'),
    ///     ClassBytesRange::new(b'A', b'Z'),
    ///     ClassBytesRange::new(b'_', b'_'),
    ///     ClassBytesRange::new(b'a', b'z'),
    /// ])));
    ///
    /// let config = NFA::config().nfa_size_limit(Some(1_000));
    /// let nfa = NFA::compiler().configure(config).build_from_hir(&hir)?;
    ///
    /// let re = DFA::new_from_nfa(nfa)?;
    /// let (mut cache, mut caps) = (re.create_cache(), re.create_captures());
    /// let expected = Some(Match::must(0, 0..1));
    /// re.captures(&mut cache, "A", &mut caps);
    /// assert_eq!(expected, caps.get_match());
    ///
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    pub fn new_from_nfa(nfa: NFA) -> Result<DFA, BuildError> {
        DFA::builder().build_from_nfa(nfa)
    }

    /// Create a new one-pass DFA that matches every input.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// ```
    /// use regex_automata::{dfa::onepass::DFA, Match};
    ///
    /// let dfa = DFA::always_match()?;
    /// let mut cache = dfa.create_cache();
    /// let mut caps = dfa.create_captures();
    ///
    /// let expected = Match::must(0, 0..0);
    /// dfa.captures(&mut cache, "", &mut caps);
    /// assert_eq!(Some(expected), caps.get_match());
    /// dfa.captures(&mut cache, "foo", &mut caps);
    /// assert_eq!(Some(expected), caps.get_match());
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    pub fn always_match() -> Result<DFA, BuildError> {
        let nfa = thompson::NFA::always_match();
        Builder::new().build_from_nfa(nfa)
    }

    /// Create a new one-pass DFA that never matches any input.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// ```
    /// use regex_automata::dfa::onepass::DFA;
    ///
    /// let dfa = DFA::never_match()?;
    /// let mut cache = dfa.create_cache();
    /// let mut caps = dfa.create_captures();
    ///
    /// dfa.captures(&mut cache, "", &mut caps);
    /// assert_eq!(None, caps.get_match());
    /// dfa.captures(&mut cache, "foo", &mut caps);
    /// assert_eq!(None, caps.get_match());
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    pub fn never_match() -> Result<DFA, BuildError> {
        let nfa = thompson::NFA::never_match();
        Builder::new().build_from_nfa(nfa)
    }

    /// Return a default configuration for a DFA.
    ///
    /// This is a convenience routine to avoid needing to import the `Config`
    /// type when customizing the construction of a DFA.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// This example shows how to change the match semantics of this DFA from
    /// its default "leftmost first" to "all." When using "all," non-greediness
    /// doesn't apply and neither does preference order matching. Instead, the
    /// longest match possible is always returned. (Although, by construction,
    /// it's impossible for a one-pass DFA to have a different answer for
    /// "preference order" vs "longest match.")
    ///
    /// ```
    /// use regex_automata::{dfa::onepass::DFA, Match, MatchKind};
    ///
    /// let re = DFA::builder()
    ///     .configure(DFA::config().match_kind(MatchKind::All))
    ///     .build(r"(abc)+?")?;
    /// let mut cache = re.create_cache();
    /// let mut caps = re.create_captures();
    ///
    /// re.captures(&mut cache, "abcabc", &mut caps);
    /// // Normally, the non-greedy repetition would give us a 0..3 match.
    /// assert_eq!(Some(Match::must(0, 0..6)), caps.get_match());
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    #[inline]
    pub fn config() -> Config {
        Config::new()
    }

    /// Return a builder for configuring the construction of a DFA.
    ///
    /// This is a convenience routine to avoid needing to import the
    /// [`Builder`] type in common cases.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// This example shows how to use the builder to disable UTF-8 mode.
    ///
    /// ```
    /// # if cfg!(miri) { return Ok(()); } // miri takes too long
    /// use regex_automata::{
    ///     dfa::onepass::DFA,
    ///     nfa::thompson,
    ///     util::syntax,
    ///     Match,
    /// };
    ///
    /// let re = DFA::builder()
    ///     .syntax(syntax::Config::new().utf8(false))
    ///     .thompson(thompson::Config::new().utf8(false))
    ///     .build(r"foo(?-u:[^b])ar.*")?;
    /// let (mut cache, mut caps) = (re.create_cache(), re.create_captures());
    ///
    /// let haystack = b"foo\xFFarzz\xE2\x98\xFF\n";
    /// let expected = Some(Match::must(0, 0..8));
    /// re.captures(&mut cache, haystack, &mut caps);
    /// assert_eq!(expected, caps.get_match());
    ///
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    #[inline]
    pub fn builder() -> Builder {
        Builder::new()
    }

    /// Create a new empty set of capturing groups that is guaranteed to be
    /// valid for the search APIs on this DFA.
    ///
    /// A `Captures` value created for a specific DFA cannot be used with any
    /// other DFA.
    ///
    /// This is a convenience function for [`Captures::all`]. See the
    /// [`Captures`] documentation for an explanation of its alternative
    /// constructors that permit the DFA to do less work during a search, and
    /// thus might make it faster.
    #[inline]
    pub fn create_captures(&self) -> Captures {
        Captures::all(self.nfa.group_info().clone())
    }

    /// Create a new cache for this DFA.
    ///
    /// The cache returned should only be used for searches for this
    /// DFA. If you want to reuse the cache for another DFA, then you
    /// must call [`Cache::reset`] with that DFA (or, equivalently,
    /// [`DFA::reset_cache`]).
    #[inline]
    pub fn create_cache(&self) -> Cache {
        Cache::new(self)
    }

    /// Reset the given cache such that it can be used for searching with the
    /// this DFA (and only this DFA).
    ///
    /// A cache reset permits reusing memory already allocated in this cache
    /// with a different DFA.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// This shows how to re-purpose a cache for use with a different DFA.
    ///
    /// ```
    /// # if cfg!(miri) { return Ok(()); } // miri takes too long
    /// use regex_automata::{dfa::onepass::DFA, Match};
    ///
    /// let re1 = DFA::new(r"\w")?;
    /// let re2 = DFA::new(r"\W")?;
    /// let mut caps1 = re1.create_captures();
    /// let mut caps2 = re2.create_captures();
    ///
    /// let mut cache = re1.create_cache();
    /// assert_eq!(
    ///     Some(Match::must(0, 0..2)),
    ///     { re1.captures(&mut cache, "Δ", &mut caps1); caps1.get_match() },
    /// );
    ///
    /// // Using 'cache' with re2 is not allowed. It may result in panics or
    /// // incorrect results. In order to re-purpose the cache, we must reset
    /// // it with the one-pass DFA we'd like to use it with.
    /// //
    /// // Similarly, after this reset, using the cache with 're1' is also not
    /// // allowed.
    /// re2.reset_cache(&mut cache);
    /// assert_eq!(
    ///     Some(Match::must(0, 0..3)),
    ///     { re2.captures(&mut cache, "☃", &mut caps2); caps2.get_match() },
    /// );
    ///
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    #[inline]
    pub fn reset_cache(&self, cache: &mut Cache) {
        cache.reset(self);
    }

    /// Return the config for this one-pass DFA.
    #[inline]
    pub fn get_config(&self) -> &Config {
        &self.config
    }

    /// Returns a reference to the underlying NFA.
    #[inline]
    pub fn get_nfa(&self) -> &NFA {
        &self.nfa
    }

    /// Returns the total number of patterns compiled into this DFA.
    ///
    /// In the case of a DFA that contains no patterns, this returns `0`.
    #[inline]
    pub fn pattern_len(&self) -> usize {
        self.get_nfa().pattern_len()
    }

    /// Returns the total number of states in this one-pass DFA.
    ///
    /// Note that unlike dense or sparse DFAs, a one-pass DFA does not expose
    /// a low level DFA API. Therefore, this routine has little use other than
    /// being informational.
    #[inline]
    pub fn state_len(&self) -> usize {
        self.table.len() >> self.stride2()
    }

    /// Returns the total number of elements in the alphabet for this DFA.
    ///
    /// That is, this returns the total number of transitions that each
    /// state in this DFA must have. The maximum alphabet size is 256, which
    /// corresponds to each possible byte value.
    ///
    /// The alphabet size may be less than 256 though, and unless
    /// [`Config::byte_classes`] is disabled, it is typically must less than
    /// 256. Namely, bytes are grouped into equivalence classes such that no
    /// two bytes in the same class can distinguish a match from a non-match.
    /// For example, in the regex `^[a-z]+$`, the ASCII bytes `a-z` could
    /// all be in the same equivalence class. This leads to a massive space
    /// savings.
    ///
    /// Note though that the alphabet length does _not_ necessarily equal the
    /// total stride space taken up by a single DFA state in the transition
    /// table. Namely, for performance reasons, the stride is always the
    /// smallest power of two that is greater than or equal to the alphabet
    /// length. For this reason, [`DFA::stride`] or [`DFA::stride2`] are
    /// often more useful. The alphabet length is typically useful only for
    /// informational purposes.
    ///
    /// Note also that unlike dense or sparse DFAs, a one-pass DFA does
    /// not have a special end-of-input (EOI) transition. This is because
    /// a one-pass DFA handles look-around assertions explicitly (like the
    /// [`PikeVM`](crate::nfa::thompson::pikevm::PikeVM)) and does not build
    /// them into the transitions of the DFA.
    #[inline]
    pub fn alphabet_len(&self) -> usize {
        self.alphabet_len
    }

    /// Returns the total stride for every state in this DFA, expressed as the
    /// exponent of a power of 2. The stride is the amount of space each state
    /// takes up in the transition table, expressed as a number of transitions.
    /// (Unused transitions map to dead states.)
    ///
    /// The stride of a DFA is always equivalent to the smallest power of
    /// 2 that is greater than or equal to the DFA's alphabet length. This
    /// definition uses extra space, but possibly permits faster translation
    /// between state identifiers and their corresponding offsets in this DFA's
    /// transition table.
    ///
    /// For example, if the DFA's stride is 16 transitions, then its `stride2`
    /// is `4` since `2^4 = 16`.
    ///
    /// The minimum `stride2` value is `1` (corresponding to a stride of `2`)
    /// while the maximum `stride2` value is `9` (corresponding to a stride
    /// of `512`). The maximum in theory should be `8`, but because of some
    /// implementation quirks that may be relaxed in the future, it is one more
    /// than `8`. (Do note that a maximal stride is incredibly rare, as it
    /// would imply that there is almost no redundant in the regex pattern.)
    ///
    /// Note that unlike dense or sparse DFAs, a one-pass DFA does not expose
    /// a low level DFA API. Therefore, this routine has little use other than
    /// being informational.
    #[inline]
    pub fn stride2(&self) -> usize {
        self.stride2
    }

    /// Returns the total stride for every state in this DFA. This corresponds
    /// to the total number of transitions used by each state in this DFA's
    /// transition table.
    ///
    /// Please see [`DFA::stride2`] for more information. In particular, this
    /// returns the stride as the number of transitions, where as `stride2`
    /// returns it as the exponent of a power of 2.
    ///
    /// Note that unlike dense or sparse DFAs, a one-pass DFA does not expose
    /// a low level DFA API. Therefore, this routine has little use other than
    /// being informational.
    #[inline]
    pub fn stride(&self) -> usize {
        1 << self.stride2()
    }

    /// Returns the memory usage, in bytes, of this DFA.
    ///
    /// The memory usage is computed based on the number of bytes used to
    /// represent this DFA.
    ///
    /// This does **not** include the stack size used up by this DFA. To
    /// compute that, use `std::mem::size_of::<onepass::DFA>()`.
    #[inline]
    pub fn memory_usage(&self) -> usize {
        use core::mem::size_of;

        self.table.len() * size_of::<Transition>()
            + self.starts.len() * size_of::<StateID>()
    }
}

impl DFA {
    /// Executes an anchored leftmost forward search, and returns true if and
    /// only if this one-pass DFA matches the given haystack.
    ///
    /// This routine may short circuit if it knows that scanning future
    /// input will never lead to a different result. In particular, if the
    /// underlying DFA enters a match state, then this routine will return
    /// `true` immediately without inspecting any future input. (Consider how
    /// this might make a difference given the regex `a+` on the haystack
    /// `aaaaaaaaaaaaaaa`. This routine can stop after it sees the first `a`,
    /// but routines like `find` need to continue searching because `+` is
    /// greedy by default.)
    ///
    /// The given `Input` is forcefully set to use [`Anchored::Yes`] if the
    /// given configuration was [`Anchored::No`] (which is the default).
    ///
    /// # Panics
    ///
    /// This routine panics if the search could not complete. This can occur
    /// in the following circumstances:
    ///
    /// * When the provided `Input` configuration is not supported. For
    /// example, by providing an unsupported anchor mode. Concretely,
    /// this occurs when using [`Anchored::Pattern`] without enabling
    /// [`Config::starts_for_each_pattern`].
    ///
    /// When a search panics, callers cannot know whether a match exists or
    /// not.
    ///
    /// Use [`DFA::try_search`] if you want to handle these panics as error
    /// values instead.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// This shows basic usage:
    ///
    /// ```
    /// use regex_automata::dfa::onepass::DFA;
    ///
    /// let re = DFA::new("foo[0-9]+bar")?;
    /// let mut cache = re.create_cache();
    ///
    /// assert!(re.is_match(&mut cache, "foo12345bar"));
    /// assert!(!re.is_match(&mut cache, "foobar"));
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    ///
    /// # Example: consistency with search APIs
    ///
    /// `is_match` is guaranteed to return `true` whenever `captures` returns
    /// a match. This includes searches that are executed entirely within a
    /// codepoint:
    ///
    /// ```
    /// use regex_automata::{dfa::onepass::DFA, Input};
    ///
    /// let re = DFA::new("a*")?;
    /// let mut cache = re.create_cache();
    ///
    /// assert!(!re.is_match(&mut cache, Input::new("☃").span(1..2)));
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    ///
    /// Notice that when UTF-8 mode is disabled, then the above reports a
    /// match because the restriction against zero-width matches that split a
    /// codepoint has been lifted:
    ///
    /// ```
    /// use regex_automata::{dfa::onepass::DFA, nfa::thompson::NFA, Input};
    ///
    /// let re = DFA::builder()
    ///     .thompson(NFA::config().utf8(false))
    ///     .build("a*")?;
    /// let mut cache = re.create_cache();
    ///
    /// assert!(re.is_match(&mut cache, Input::new("☃").span(1..2)));
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    #[inline]
    pub fn is_match<'h, I: Into<Input<'h>>>(
        &self,
        cache: &mut Cache,
        input: I,
    ) -> bool {
        let mut input = input.into().earliest(true);
        if matches!(input.get_anchored(), Anchored::No) {
            input.set_anchored(Anchored::Yes);
        }
        self.try_search_slots(cache, &input, &mut []).unwrap().is_some()
    }

    /// Executes an anchored leftmost forward search, and returns a `Match` if
    /// and only if this one-pass DFA matches the given haystack.
    ///
    /// This routine only includes the overall match span. To get access to the
    /// individual spans of each capturing group, use [`DFA::captures`].
    ///
    /// The given `Input` is forcefully set to use [`Anchored::Yes`] if the
    /// given configuration was [`Anchored::No`] (which is the default).
    ///
    /// # Panics
    ///
    /// This routine panics if the search could not complete. This can occur
    /// in the following circumstances:
    ///
    /// * When the provided `Input` configuration is not supported. For
    /// example, by providing an unsupported anchor mode. Concretely,
    /// this occurs when using [`Anchored::Pattern`] without enabling
    /// [`Config::starts_for_each_pattern`].
    ///
    /// When a search panics, callers cannot know whether a match exists or
    /// not.
    ///
    /// Use [`DFA::try_search`] if you want to handle these panics as error
    /// values instead.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// Leftmost first match semantics corresponds to the match with the
    /// smallest starting offset, but where the end offset is determined by
    /// preferring earlier branches in the original regular expression. For
    /// example, `Sam|Samwise` will match `Sam` in `Samwise`, but `Samwise|Sam`
    /// will match `Samwise` in `Samwise`.
    ///
    /// Generally speaking, the "leftmost first" match is how most backtracking
    /// regular expressions tend to work. This is in contrast to POSIX-style
    /// regular expressions that yield "leftmost longest" matches. Namely,
    /// both `Sam|Samwise` and `Samwise|Sam` match `Samwise` when using
    /// leftmost longest semantics. (This crate does not currently support
    /// leftmost longest semantics.)
    ///
    /// ```
    /// use regex_automata::{dfa::onepass::DFA, Match};
    ///
    /// let re = DFA::new("foo[0-9]+")?;
    /// let mut cache = re.create_cache();
    /// let expected = Match::must(0, 0..8);
    /// assert_eq!(Some(expected), re.find(&mut cache, "foo12345"));
    ///
    /// // Even though a match is found after reading the first byte (`a`),
    /// // the leftmost first match semantics demand that we find the earliest
    /// // match that prefers earlier parts of the pattern over later parts.
    /// let re = DFA::new("abc|a")?;
    /// let mut cache = re.create_cache();
    /// let expected = Match::must(0, 0..3);
    /// assert_eq!(Some(expected), re.find(&mut cache, "abc"));
    ///
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    #[inline]
    pub fn find<'h, I: Into<Input<'h>>>(
        &self,
        cache: &mut Cache,
        input: I,
    ) -> Option<Match> {
        let mut input = input.into();
        if matches!(input.get_anchored(), Anchored::No) {
            input.set_anchored(Anchored::Yes);
        }
        if self.get_nfa().pattern_len() == 1 {
            let mut slots = [None, None];
            let pid =
                self.try_search_slots(cache, &input, &mut slots).unwrap()?;
            let start = slots[0].unwrap().get();
            let end = slots[1].unwrap().get();
            return Some(Match::new(pid, Span { start, end }));
        }
        let ginfo = self.get_nfa().group_info();
        let slots_len = ginfo.implicit_slot_len();
        let mut slots = vec![None; slots_len];
        let pid = self.try_search_slots(cache, &input, &mut slots).unwrap()?;
        let start = slots[pid.as_usize() * 2].unwrap().get();
        let end = slots[pid.as_usize() * 2 + 1].unwrap().get();
        Some(Match::new(pid, Span { start, end }))
    }

    /// Executes an anchored leftmost forward search and writes the spans
    /// of capturing groups that participated in a match into the provided
    /// [`Captures`] value. If no match was found, then [`Captures::is_match`]
    /// is guaranteed to return `false`.
    ///
    /// The given `Input` is forcefully set to use [`Anchored::Yes`] if the
    /// given configuration was [`Anchored::No`] (which is the default).
    ///
    /// # Panics
    ///
    /// This routine panics if the search could not complete. This can occur
    /// in the following circumstances:
    ///
    /// * When the provided `Input` configuration is not supported. For
    /// example, by providing an unsupported anchor mode. Concretely,
    /// this occurs when using [`Anchored::Pattern`] without enabling
    /// [`Config::starts_for_each_pattern`].
    ///
    /// When a search panics, callers cannot know whether a match exists or
    /// not.
    ///
    /// Use [`DFA::try_search`] if you want to handle these panics as error
    /// values instead.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// This shows a simple example of a one-pass regex that extracts
    /// capturing group spans.
    ///
    /// ```
    /// use regex_automata::{dfa::onepass::DFA, Match, Span};
    ///
    /// let re = DFA::new(
    ///     // Notice that we use ASCII here. The corresponding Unicode regex
    ///     // is sadly not one-pass.
    ///     "(?P<first>[[:alpha:]]+)[[:space:]]+(?P<last>[[:alpha:]]+)",
    /// )?;
    /// let (mut cache, mut caps) = (re.create_cache(), re.create_captures());
    ///
    /// re.captures(&mut cache, "Bruce Springsteen", &mut caps);
    /// assert_eq!(Some(Match::must(0, 0..17)), caps.get_match());
    /// assert_eq!(Some(Span::from(0..5)), caps.get_group(1));
    /// assert_eq!(Some(Span::from(6..17)), caps.get_group_by_name("last"));
    ///
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    #[inline]
    pub fn captures<'h, I: Into<Input<'h>>>(
        &self,
        cache: &mut Cache,
        input: I,
        caps: &mut Captures,
    ) {
        let mut input = input.into();
        if matches!(input.get_anchored(), Anchored::No) {
            input.set_anchored(Anchored::Yes);
        }
        self.try_search(cache, &input, caps).unwrap();
    }

    /// Executes an anchored leftmost forward search and writes the spans
    /// of capturing groups that participated in a match into the provided
    /// [`Captures`] value. If no match was found, then [`Captures::is_match`]
    /// is guaranteed to return `false`.
    ///
    /// The differences with [`DFA::captures`] are:
    ///
    /// 1. This returns an error instead of panicking if the search fails.
    /// 2. Accepts an `&Input` instead of a `Into<Input>`. This permits reusing
    /// the same input for multiple searches, which _may_ be important for
    /// latency.
    /// 3. This does not automatically change the [`Anchored`] mode from `No`
    /// to `Yes`. Instead, if [`Input::anchored`] is `Anchored::No`, then an
    /// error is returned.
    ///
    /// # Errors
    ///
    /// This routine errors if the search could not complete. This can occur
    /// in the following circumstances:
    ///
    /// * When the provided `Input` configuration is not supported. For
    /// example, by providing an unsupported anchor mode. Concretely,
    /// this occurs when using [`Anchored::Pattern`] without enabling
    /// [`Config::starts_for_each_pattern`].
    ///
    /// When a search returns an error, callers cannot know whether a match
    /// exists or not.
    ///
    /// # Example: specific pattern search
    ///
    /// This example shows how to build a multi-regex that permits searching
    /// for specific patterns. Note that this is somewhat less useful than
    /// in other regex engines, since a one-pass DFA by definition has no
    /// ambiguity about which pattern can match at a position. That is, if it
    /// were possible for two different patterns to match at the same starting
    /// position, then the multi-regex would not be one-pass and construction
    /// would have failed.
    ///
    /// Nevertheless, this can still be useful if you only care about matches
    /// for a specific pattern, and want the DFA to report "no match" even if
    /// some other pattern would have matched.
    ///
    /// Note that in order to make use of this functionality,
    /// [`Config::starts_for_each_pattern`] must be enabled. It is disabled
    /// by default since it may result in higher memory usage.
    ///
    /// ```
    /// use regex_automata::{
    ///     dfa::onepass::DFA, Anchored, Input, Match, PatternID,
    /// };
    ///
    /// let re = DFA::builder()
    ///     .configure(DFA::config().starts_for_each_pattern(true))
    ///     .build_many(&["[a-z]+", "[0-9]+"])?;
    /// let (mut cache, mut caps) = (re.create_cache(), re.create_captures());
    /// let haystack = "123abc";
    /// let input = Input::new(haystack).anchored(Anchored::Yes);
    ///
    /// // A normal multi-pattern search will show pattern 1 matches.
    /// re.try_search(&mut cache, &input, &mut caps)?;
    /// assert_eq!(Some(Match::must(1, 0..3)), caps.get_match());
    ///
    /// // If we only want to report pattern 0 matches, then we'll get no
    /// // match here.
    /// let input = input.anchored(Anchored::Pattern(PatternID::must(0)));
    /// re.try_search(&mut cache, &input, &mut caps)?;
    /// assert_eq!(None, caps.get_match());
    ///
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    ///
    /// # Example: specifying the bounds of a search
    ///
    /// This example shows how providing the bounds of a search can produce
    /// different results than simply sub-slicing the haystack.
    ///
    /// ```
    /// # if cfg!(miri) { return Ok(()); } // miri takes too long
    /// use regex_automata::{dfa::onepass::DFA, Anchored, Input, Match};
    ///
    /// // one-pass DFAs fully support Unicode word boundaries!
    /// // A sad joke is that a Unicode aware regex like \w+\s is not one-pass.
    /// // :-(
    /// let re = DFA::new(r"\b[0-9]{3}\b")?;
    /// let (mut cache, mut caps) = (re.create_cache(), re.create_captures());
    /// let haystack = "foo123bar";
    ///
    /// // Since we sub-slice the haystack, the search doesn't know about
    /// // the larger context and assumes that `123` is surrounded by word
    /// // boundaries. And of course, the match position is reported relative
    /// // to the sub-slice as well, which means we get `0..3` instead of
    /// // `3..6`.
    /// let expected = Some(Match::must(0, 0..3));
    /// let input = Input::new(&haystack[3..6]).anchored(Anchored::Yes);
    /// re.try_search(&mut cache, &input, &mut caps)?;
    /// assert_eq!(expected, caps.get_match());
    ///
    /// // But if we provide the bounds of the search within the context of the
    /// // entire haystack, then the search can take the surrounding context
    /// // into account. (And if we did find a match, it would be reported
    /// // as a valid offset into `haystack` instead of its sub-slice.)
    /// let expected = None;
    /// let input = Input::new(haystack).range(3..6).anchored(Anchored::Yes);
    /// re.try_search(&mut cache, &input, &mut caps)?;
    /// assert_eq!(expected, caps.get_match());
    ///
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    #[inline]
    pub fn try_search(
        &self,
        cache: &mut Cache,
        input: &Input<'_>,
        caps: &mut Captures,
    ) -> Result<(), MatchError> {
        let pid = self.try_search_slots(cache, input, caps.slots_mut())?;
        caps.set_pattern(pid);
        Ok(())
    }

    /// Executes an anchored leftmost forward search and writes the spans
    /// of capturing groups that participated in a match into the provided
    /// `slots`, and returns the matching pattern ID. The contents of the
    /// slots for patterns other than the matching pattern are unspecified. If
    /// no match was found, then `None` is returned and the contents of all
    /// `slots` is unspecified.
    ///
    /// This is like [`DFA::try_search`], but it accepts a raw slots slice
    /// instead of a `Captures` value. This is useful in contexts where you
    /// don't want or need to allocate a `Captures`.
    ///
    /// It is legal to pass _any_ number of slots to this routine. If the regex
    /// engine would otherwise write a slot offset that doesn't fit in the
    /// provided slice, then it is simply skipped. In general though, there are
    /// usually three slice lengths you might want to use:
    ///
    /// * An empty slice, if you only care about which pattern matched.
    /// * A slice with
    /// [`pattern_len() * 2`](crate::dfa::onepass::DFA::pattern_len)
    /// slots, if you only care about the overall match spans for each matching
    /// pattern.
    /// * A slice with
    /// [`slot_len()`](crate::util::captures::GroupInfo::slot_len) slots, which
    /// permits recording match offsets for every capturing group in every
    /// pattern.
    ///
    /// # Errors
    ///
    /// This routine errors if the search could not complete. This can occur
    /// in the following circumstances:
    ///
    /// * When the provided `Input` configuration is not supported. For
    /// example, by providing an unsupported anchor mode. Concretely,
    /// this occurs when using [`Anchored::Pattern`] without enabling
    /// [`Config::starts_for_each_pattern`].
    ///
    /// When a search returns an error, callers cannot know whether a match
    /// exists or not.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// This example shows how to find the overall match offsets in a
    /// multi-pattern search without allocating a `Captures` value. Indeed, we
    /// can put our slots right on the stack.
    ///
    /// ```
    /// use regex_automata::{dfa::onepass::DFA, Anchored, Input, PatternID};
    ///
    /// let re = DFA::new_many(&[
    ///     r"[a-zA-Z]+",
    ///     r"[0-9]+",
    /// ])?;
    /// let mut cache = re.create_cache();
    /// let input = Input::new("123").anchored(Anchored::Yes);
    ///
    /// // We only care about the overall match offsets here, so we just
    /// // allocate two slots for each pattern. Each slot records the start
    /// // and end of the match.
    /// let mut slots = [None; 4];
    /// let pid = re.try_search_slots(&mut cache, &input, &mut slots)?;
    /// assert_eq!(Some(PatternID::must(1)), pid);
    ///
    /// // The overall match offsets are always at 'pid * 2' and 'pid * 2 + 1'.
    /// // See 'GroupInfo' for more details on the mapping between groups and
    /// // slot indices.
    /// let slot_start = pid.unwrap().as_usize() * 2;
    /// let slot_end = slot_start + 1;
    /// assert_eq!(Some(0), slots[slot_start].map(|s| s.get()));
    /// assert_eq!(Some(3), slots[slot_end].map(|s| s.get()));
    ///
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    #[inline]
    pub fn try_search_slots(
        &self,
        cache: &mut Cache,
        input: &Input<'_>,
        slots: &mut [Option<NonMaxUsize>],
    ) -> Result<Option<PatternID>, MatchError> {
        let utf8empty = self.get_nfa().has_empty() && self.get_nfa().is_utf8();
        if !utf8empty {
            return self.try_search_slots_imp(cache, input, slots);
        }
        // See PikeVM::try_search_slots for why we do this.
        let min = self.get_nfa().group_info().implicit_slot_len();
        if slots.len() >= min {
            return self.try_search_slots_imp(cache, input, slots);
        }
        if self.get_nfa().pattern_len() == 1 {
            let mut enough = [None, None];
            let got = self.try_search_slots_imp(cache, input, &mut enough)?;
            // This is OK because we know `enough_slots` is strictly bigger
            // than `slots`, otherwise this special case isn't reached.
            slots.copy_from_slice(&enough[..slots.len()]);
            return Ok(got);
        }
        let mut enough = vec![None; min];
        let got = self.try_search_slots_imp(cache, input, &mut enough)?;
        // This is OK because we know `enough_slots` is strictly bigger than
        // `slots`, otherwise this special case isn't reached.
        slots.copy_from_slice(&enough[..slots.len()]);
        Ok(got)
    }

    #[inline(never)]
    fn try_search_slots_imp(
        &self,
        cache: &mut Cache,
        input: &Input<'_>,
        slots: &mut [Option<NonMaxUsize>],
    ) -> Result<Option<PatternID>, MatchError> {
        let utf8empty = self.get_nfa().has_empty() && self.get_nfa().is_utf8();
        match self.search_imp(cache, input, slots)? {
            None => return Ok(None),
            Some(pid) if !utf8empty => return Ok(Some(pid)),
            Some(pid) => {
                // These slot indices are always correct because we know our
                // 'pid' is valid and thus we know that the slot indices for it
                // are valid.
                let slot_start = pid.as_usize().wrapping_mul(2);
                let slot_end = slot_start.wrapping_add(1);
                // OK because we know we have a match and we know our caller
                // provided slots are big enough (which we make true above if
                // the caller didn't). Namely, we're only here when 'utf8empty'
                // is true, and when that's true, we require slots for every
                // pattern.
                let start = slots[slot_start].unwrap().get();
                let end = slots[slot_end].unwrap().get();
                // If our match splits a codepoint, then we cannot report is
                // as a match. And since one-pass DFAs only support anchored
                // searches, we don't try to skip ahead to find the next match.
                // We can just quit with nothing.
                if start == end && !input.is_char_boundary(start) {
                    return Ok(None);
                }
                Ok(Some(pid))
            }
        }
    }
}

impl DFA {
    fn search_imp(
        &self,
        cache: &mut Cache,
        input: &Input<'_>,
        slots: &mut [Option<NonMaxUsize>],
    ) -> Result<Option<PatternID>, MatchError> {
        // PERF: Some ideas. I ran out of steam after my initial impl to try
        // many of these.
        //
        // 1) Try doing more state shuffling. Right now, all we do is push
        // match states to the end of the transition table so that we can do
        // 'if sid >= self.min_match_id' to know whether we're in a match
        // state or not. But what about doing something like dense DFAs and
        // pushing dead, match and states with captures/looks all toward the
        // beginning of the transition table. Then we could do 'if sid <=
        // self.max_special_id', in which case, we need to do some special
        // handling of some sort. Otherwise, we get the happy path, just
        // like in a DFA search. The main argument against this is that the
        // one-pass DFA is likely to be used most often with capturing groups
        // and if capturing groups are common, then this might wind up being a
        // pessimization.
        //
        // 2) Consider moving 'PatternEpsilons' out of the transition table.
        // It is only needed for match states and usually a small minority of
        // states are match states. Therefore, we're using an extra 'u64' for
        // most states.
        //
        // 3) I played around with the match state handling and it seems like
        // there is probably a lot left on the table for improvement. The
        // key tension is that the 'find_match' routine is a giant mess, but
        // splitting it out into a non-inlineable function is a non-starter
        // because the match state might consume input, so 'find_match' COULD
        // be called quite a lot, and a function call at that point would trash
        // perf. In theory, we could detect whether a match state consumes
        // input and then specialize our search routine based on that. In that
        // case, maybe an extra function call is OK, but even then, it might be
        // too much of a latency hit. Another idea is to just try and figure
        // out how to reduce the code size of 'find_match'. RE2 has a trick
        // here where the match handling isn't done if we know the next byte of
        // input yields a match too. Maybe we adopt that?
        //
        // This just might be a tricky DFA to optimize.

        if input.is_done() {
            return Ok(None);
        }
        // We unfortunately have a bit of book-keeping to do to set things
        // up. We do have to setup our cache and clear all of our slots. In
        // particular, clearing the slots is necessary for the case where we
        // report a match, but one of the capturing groups didn't participate
        // in the match but had a span set from a previous search. That would
        // be bad. In theory, we could avoid all this slot clearing if we knew
        // that every slot was always activated for every match. Then we would
        // know they would always be overwritten when a match is found.
        let explicit_slots_len = core::cmp::min(
            Slots::LIMIT,
            slots.len().saturating_sub(self.explicit_slot_start),
        );
        cache.setup_search(explicit_slots_len);
        for slot in cache.explicit_slots() {
            *slot = None;
        }
        for slot in slots.iter_mut() {
            *slot = None;
        }
        // We set the starting slots for every pattern up front. This does
        // increase our latency somewhat, but it avoids having to do it every
        // time we see a match state (which could be many times in a single
        // search if the match state consumes input).
        for pid in self.nfa.patterns() {
            let i = pid.as_usize() * 2;
            if i >= slots.len() {
                break;
            }
            slots[i] = NonMaxUsize::new(input.start());
        }
        let mut pid = None;
        let mut next_sid = match input.get_anchored() {
            Anchored::Yes => self.start(),
            Anchored::Pattern(pid) => self.start_pattern(pid)?,
            Anchored::No => {
                // If the regex is itself always anchored, then we're fine,
                // even if the search is configured to be unanchored.
                if !self.nfa.is_always_start_anchored() {
                    return Err(MatchError::unsupported_anchored(
                        Anchored::No,
                    ));
                }
                self.start()
            }
        };
        let leftmost_first =
            matches!(self.config.get_match_kind(), MatchKind::LeftmostFirst);
        for at in input.start()..input.end() {
            let sid = next_sid;
            let trans = self.transition(sid, input.haystack()[at]);
            next_sid = trans.state_id();
            let epsilons = trans.epsilons();
            if sid >= self.min_match_id {
                if self.find_match(cache, input, at, sid, slots, &mut pid) {
                    if input.get_earliest()
                        || (leftmost_first && trans.match_wins())
                    {
                        return Ok(pid);
                    }
                }
            }
            if sid == DEAD
                || (!epsilons.looks().is_empty()
                    && !self.nfa.look_matcher().matches_set_inline(
                        epsilons.looks(),
                        input.haystack(),
                        at,
                    ))
            {
                return Ok(pid);
            }
            epsilons.slots().apply(at, cache.explicit_slots());
        }
        if next_sid >= self.min_match_id {
            self.find_match(
                cache,
                input,
                input.end(),
                next_sid,
                slots,
                &mut pid,
            );
        }
        Ok(pid)
    }

    /// Assumes 'sid' is a match state and looks for whether a match can
    /// be reported. If so, appropriate offsets are written to 'slots' and
    /// 'matched_pid' is set to the matching pattern ID.
    ///
    /// Even when 'sid' is a match state, it's possible that a match won't
    /// be reported. For example, when the conditional epsilon transitions
    /// leading to the match state aren't satisfied at the given position in
    /// the haystack.
    #[cfg_attr(feature = "perf-inline", inline(always))]
    fn find_match(
        &self,
        cache: &mut Cache,
        input: &Input<'_>,
        at: usize,
        sid: StateID,
        slots: &mut [Option<NonMaxUsize>],
        matched_pid: &mut Option<PatternID>,
    ) -> bool {
        debug_assert!(sid >= self.min_match_id);
        let pateps = self.pattern_epsilons(sid);
        let epsilons = pateps.epsilons();
        if !epsilons.looks().is_empty()
            && !self.nfa.look_matcher().matches_set_inline(
                epsilons.looks(),
                input.haystack(),
                at,
            )
        {
            return false;
        }
        let pid = pateps.pattern_id_unchecked();
        // This calculation is always correct because we know our 'pid' is
        // valid and thus we know that the slot indices for it are valid.
        let slot_end = pid.as_usize().wrapping_mul(2).wrapping_add(1);
        // Set the implicit 'end' slot for the matching pattern. (The 'start'
        // slot was set at the beginning of the search.)
        if slot_end < slots.len() {
            slots[slot_end] = NonMaxUsize::new(at);
        }
        // If the caller provided enough room, copy the previously recorded
        // explicit slots from our scratch space to the caller provided slots.
        // We *also* need to set any explicit slots that are active as part of
        // the path to the match state.
        if self.explicit_slot_start < slots.len() {
            // NOTE: The 'cache.explicit_slots()' slice is setup at the
            // beginning of every search such that it is guaranteed to return a
            // slice of length equivalent to 'slots[explicit_slot_start..]'.
            slots[self.explicit_slot_start..]
                .copy_from_slice(cache.explicit_slots());
            epsilons.slots().apply(at, &mut slots[self.explicit_slot_start..]);
        }
        *matched_pid = Some(pid);
        true
    }
}

impl DFA {
    /// Returns the anchored start state for matching any pattern in this DFA.
    fn start(&self) -> StateID {
        self.starts[0]
    }

    /// Returns the anchored start state for matching the given pattern. If
    /// 'starts_for_each_pattern'
    /// was not enabled, then this returns an error. If the given pattern is
    /// not in this DFA, then `Ok(None)` is returned.
    fn start_pattern(&self, pid: PatternID) -> Result<StateID, MatchError> {
        if !self.config.get_starts_for_each_pattern() {
            return Err(MatchError::unsupported_anchored(Anchored::Pattern(
                pid,
            )));
        }
        // 'starts' always has non-zero length. The first entry is always the
        // anchored starting state for all patterns, and the following entries
        // are optional and correspond to the anchored starting states for
        // patterns at pid+1. Thus, starts.len()-1 corresponds to the total
        // number of patterns that one can explicitly search for. (And it may
        // be zero.)
        Ok(self.starts.get(pid.one_more()).copied().unwrap_or(DEAD))
    }

    /// Returns the transition from the given state ID and byte of input. The
    /// transition includes the next state ID, the slots that should be saved
    /// and any conditional epsilon transitions that must be satisfied in order
    /// to take this transition.
    fn transition(&self, sid: StateID, byte: u8) -> Transition {
        let offset = sid.as_usize() << self.stride2();
        let class = self.classes.get(byte).as_usize();
        self.table[offset + class]
    }

    /// Set the transition from the given state ID and byte of input to the
    /// transition given.
    fn set_transition(&mut self, sid: StateID, byte: u8, to: Transition) {
        let offset = sid.as_usize() << self.stride2();
        let class = self.classes.get(byte).as_usize();
        self.table[offset + class] = to;
    }

    /// Return an iterator of "sparse" transitions for the given state ID.
    /// "sparse" in this context means that consecutive transitions that are
    /// equivalent are returned as one group, and transitions to the DEAD state
    /// are ignored.
    ///
    /// This winds up being useful for debug printing, since it's much terser
    /// to display runs of equivalent transitions than the transition for every
    /// possible byte value. Indeed, in practice, it's very common for runs
    /// of equivalent transitions to appear.
    fn sparse_transitions(&self, sid: StateID) -> SparseTransitionIter<'_> {
        let start = sid.as_usize() << self.stride2();
        let end = start + self.alphabet_len();
        SparseTransitionIter {
            it: self.table[start..end].iter().enumerate(),
            cur: None,
        }
    }

    /// Return the pattern epsilons for the given state ID.
    ///
    /// If the given state ID does not correspond to a match state ID, then the
    /// pattern epsilons returned is empty.
    fn pattern_epsilons(&self, sid: StateID) -> PatternEpsilons {
        let offset = sid.as_usize() << self.stride2();
        PatternEpsilons(self.table[offset + self.pateps_offset].0)
    }

    /// Set the pattern epsilons for the given state ID.
    fn set_pattern_epsilons(&mut self, sid: StateID, pateps: PatternEpsilons) {
        let offset = sid.as_usize() << self.stride2();
        self.table[offset + self.pateps_offset] = Transition(pateps.0);
    }

    /// Returns the state ID prior to the one given. This returns None if the
    /// given ID is the first DFA state.
    fn prev_state_id(&self, id: StateID) -> Option<StateID> {
        if id == DEAD {
            None
        } else {
            // CORRECTNESS: Since 'id' is not the first state, subtracting 1
            // is always valid.
            Some(StateID::new_unchecked(id.as_usize().checked_sub(1).unwrap()))
        }
    }

    /// Returns the state ID of the last state in this DFA's transition table.
    /// "last" in this context means the last state to appear in memory, i.e.,
    /// the one with the greatest ID.
    fn last_state_id(&self) -> StateID {
        // CORRECTNESS: A DFA table is always non-empty since it always at
        // least contains a DEAD state. Since every state has the same stride,
        // we can just compute what the "next" state ID would have been and
        // then subtract 1 from it.
        StateID::new_unchecked(
            (self.table.len() >> self.stride2()).checked_sub(1).unwrap(),
        )
    }

    /// Move the transitions from 'id1' to 'id2' and vice versa.
    ///
    /// WARNING: This does not update the rest of the transition table to have
    /// transitions to 'id1' changed to 'id2' and vice versa. This merely moves
    /// the states in memory.
    pub(super) fn swap_states(&mut self, id1: StateID, id2: StateID) {
        let o1 = id1.as_usize() << self.stride2();
        let o2 = id2.as_usize() << self.stride2();
        for b in 0..self.stride() {
            self.table.swap(o1 + b, o2 + b);
        }
    }

    /// Map all state IDs in this DFA (transition table + start states)
    /// according to the closure given.
    pub(super) fn remap(&mut self, map: impl Fn(StateID) -> StateID) {
        for i in 0..self.state_len() {
            let offset = i << self.stride2();
            for b in 0..self.alphabet_len() {
                let next = self.table[offset + b].state_id();
                self.table[offset + b].set_state_id(map(next));
            }
        }
        for i in 0..self.starts.len() {
            self.starts[i] = map(self.starts[i]);
        }
    }
}

impl core::fmt::Debug for DFA {
    fn fmt(&self, f: &mut core::fmt::Formatter) -> core::fmt::Result {
        fn debug_state_transitions(
            f: &mut core::fmt::Formatter,
            dfa: &DFA,
            sid: StateID,
        ) -> core::fmt::Result {
            for (i, (start, end, trans)) in
                dfa.sparse_transitions(sid).enumerate()
            {
                let next = trans.state_id();
                if i > 0 {
                    write!(f, ", ")?;
                }
                if start == end {
                    write!(
                        f,
                        "{:?} => {:?}",
                        DebugByte(start),
                        next.as_usize(),
                    )?;
                } else {
                    write!(
                        f,
                        "{:?}-{:?} => {:?}",
                        DebugByte(start),
                        DebugByte(end),
                        next.as_usize(),
                    )?;
                }
                if trans.match_wins() {
                    write!(f, " (MW)")?;
                }
                if !trans.epsilons().is_empty() {
                    write!(f, " ({:?})", trans.epsilons())?;
                }
            }
            Ok(())
        }

        writeln!(f, "onepass::DFA(")?;
        for index in 0..self.state_len() {
            let sid = StateID::must(index);
            let pateps = self.pattern_epsilons(sid);
            if sid == DEAD {
                write!(f, "D ")?;
            } else if pateps.pattern_id().is_some() {
                write!(f, "* ")?;
            } else {
                write!(f, "  ")?;
            }
            write!(f, "{:06?}", sid.as_usize())?;
            if !pateps.is_empty() {
                write!(f, " ({:?})", pateps)?;
            }
            write!(f, ": ")?;
            debug_state_transitions(f, self, sid)?;
            write!(f, "\n")?;
        }
        writeln!(f, "")?;
        for (i, &sid) in self.starts.iter().enumerate() {
            if i == 0 {
                writeln!(f, "START(ALL): {:?}", sid.as_usize())?;
            } else {
                writeln!(
                    f,
                    "START(pattern: {:?}): {:?}",
                    i - 1,
                    sid.as_usize(),
                )?;
            }
        }
        writeln!(f, "state length: {:?}", self.state_len())?;
        writeln!(f, "pattern length: {:?}", self.pattern_len())?;
        writeln!(f, ")")?;
        Ok(())
    }
}

/// An iterator over groups of consecutive equivalent transitions in a single
/// state.
#[derive(Debug)]
struct SparseTransitionIter<'a> {
    it: core::iter::Enumerate<core::slice::Iter<'a, Transition>>,
    cur: Option<(u8, u8, Transition)>,
}

impl<'a> Iterator for SparseTransitionIter<'a> {
    type Item = (u8, u8, Transition);

    fn next(&mut self) -> Option<(u8, u8, Transition)> {
        while let Some((b, &trans)) = self.it.next() {
            // Fine because we'll never have more than u8::MAX transitions in
            // one state.
            let b = b.as_u8();
            let (prev_start, prev_end, prev_trans) = match self.cur {
                Some(t) => t,
                None => {
                    self.cur = Some((b, b, trans));
                    continue;
                }
            };
            if prev_trans == trans {
                self.cur = Some((prev_start, b, prev_trans));
            } else {
                self.cur = Some((b, b, trans));
                if prev_trans.state_id() != DEAD {
                    return Some((prev_start, prev_end, prev_trans));
                }
            }
        }
        if let Some((start, end, trans)) = self.cur.take() {
            if trans.state_id() != DEAD {
                return Some((start, end, trans));
            }
        }
        None
    }
}

/// A cache represents mutable state that a one-pass [`DFA`] requires during a
/// search.
///
/// For a given one-pass DFA, its corresponding cache may be created either via
/// [`DFA::create_cache`], or via [`Cache::new`]. They are equivalent in every
/// way, except the former does not require explicitly importing `Cache`.
///
/// A particular `Cache` is coupled with the one-pass DFA from which it was
/// created. It may only be used with that one-pass DFA. A cache and its
/// allocations may be re-purposed via [`Cache::reset`], in which case, it can
/// only be used with the new one-pass DFA (and not the old one).
#[derive(Clone, Debug)]
pub struct Cache {
    /// Scratch space used to store slots during a search. Basically, we use
    /// the caller provided slots to store slots known when a match occurs.
    /// But after a match occurs, we might continue a search but ultimately
    /// fail to extend the match. When continuing the search, we need some
    /// place to store candidate capture offsets without overwriting the slot
    /// offsets recorded for the most recently seen match.
    explicit_slots: Vec<Option<NonMaxUsize>>,
    /// The number of slots in the caller-provided 'Captures' value for the
    /// current search. This is always at most 'explicit_slots.len()', but
    /// might be less than it, if the caller provided fewer slots to fill.
    explicit_slot_len: usize,
}

impl Cache {
    /// Create a new [`onepass::DFA`](DFA) cache.
    ///
    /// A potentially more convenient routine to create a cache is
    /// [`DFA::create_cache`], as it does not require also importing the
    /// `Cache` type.
    ///
    /// If you want to reuse the returned `Cache` with some other one-pass DFA,
    /// then you must call [`Cache::reset`] with the desired one-pass DFA.
    pub fn new(re: &DFA) -> Cache {
        let mut cache = Cache { explicit_slots: vec![], explicit_slot_len: 0 };
        cache.reset(re);
        cache
    }

    /// Reset this cache such that it can be used for searching with a
    /// different [`onepass::DFA`](DFA).
    ///
    /// A cache reset permits reusing memory already allocated in this cache
    /// with a different one-pass DFA.
    ///
    /// # Example
    ///
    /// This shows how to re-purpose a cache for use with a different one-pass
    /// DFA.
    ///
    /// ```
    /// # if cfg!(miri) { return Ok(()); } // miri takes too long
    /// use regex_automata::{dfa::onepass::DFA, Match};
    ///
    /// let re1 = DFA::new(r"\w")?;
    /// let re2 = DFA::new(r"\W")?;
    /// let mut caps1 = re1.create_captures();
    /// let mut caps2 = re2.create_captures();
    ///
    /// let mut cache = re1.create_cache();
    /// assert_eq!(
    ///     Some(Match::must(0, 0..2)),
    ///     { re1.captures(&mut cache, "Δ", &mut caps1); caps1.get_match() },
    /// );
    ///
    /// // Using 'cache' with re2 is not allowed. It may result in panics or
    /// // incorrect results. In order to re-purpose the cache, we must reset
    /// // it with the one-pass DFA we'd like to use it with.
    /// //
    /// // Similarly, after this reset, using the cache with 're1' is also not
    /// // allowed.
    /// re2.reset_cache(&mut cache);
    /// assert_eq!(
    ///     Some(Match::must(0, 0..3)),
    ///     { re2.captures(&mut cache, "☃", &mut caps2); caps2.get_match() },
    /// );
    ///
    /// # Ok::<(), Box<dyn std::error::Error>>(())
    /// ```
    pub fn reset(&mut self, re: &DFA) {
        let explicit_slot_len = re.get_nfa().group_info().explicit_slot_len();
        self.explicit_slots.resize(explicit_slot_len, None);
        self.explicit_slot_len = explicit_slot_len;
    }

    /// Returns the heap memory usage, in bytes, of this cache.
    ///
    /// This does **not** include the stack size used up by this cache. To
    /// compute that, use `std::mem::size_of::<Cache>()`.
    pub fn memory_usage(&self) -> usize {
        self.explicit_slots.len() * core::mem::size_of::<Option<NonMaxUsize>>()
    }

    fn explicit_slots(&mut self) -> &mut [Option<NonMaxUsize>] {
        &mut self.explicit_slots[..self.explicit_slot_len]
    }

    fn setup_search(&mut self, explicit_slot_len: usize) {
        self.explicit_slot_len = explicit_slot_len;
    }
}

/// Represents a single transition in a one-pass DFA.
///
/// The high 24 bits corresponds to the state ID. The low 48 bits corresponds
/// to the transition epsilons, which contains the slots that should be saved
/// when this transition is followed and the conditional epsilon transitions
/// that must be satisfied in order to follow this transition.
#[derive(Clone, Copy, Eq, PartialEq)]
struct Transition(u64);

impl Transition {
    const STATE_ID_BITS: u64 = 21;
    const STATE_ID_SHIFT: u64 = 64 - Transition::STATE_ID_BITS;
    const STATE_ID_LIMIT: u64 = 1 << Transition::STATE_ID_BITS;
    const MATCH_WINS_SHIFT: u64 = 64 - (Transition::STATE_ID_BITS + 1);
    const INFO_MASK: u64 = 0x000003FF_FFFFFFFF;

    /// Return a new transition to the given state ID with the given epsilons.
    fn new(match_wins: bool, sid: StateID, epsilons: Epsilons) -> Transition {
        let match_wins =
            if match_wins { 1 << Transition::MATCH_WINS_SHIFT } else { 0 };
        let sid = sid.as_u64() << Transition::STATE_ID_SHIFT;
        Transition(sid | match_wins | epsilons.0)
    }

    /// Returns true if and only if this transition points to the DEAD state.
    fn is_dead(self) -> bool {
        self.state_id() == DEAD
    }

    /// Return whether this transition has a "match wins" property.
    ///
    /// When a transition has this property, it means that if a match has been
    /// found and the search uses leftmost-first semantics, then that match
    /// should be returned immediately instead of continuing on.
    ///
    /// The "match wins" name comes from RE2, which uses a pretty much
    /// identical mechanism for implementing leftmost-first semantics.
    fn match_wins(&self) -> bool {
        (self.0 >> Transition::MATCH_WINS_SHIFT & 1) == 1
    }

    /// Return the "next" state ID that this transition points to.
    fn state_id(&self) -> StateID {
        // OK because a Transition has a valid StateID in its upper bits by
        // construction. The cast to usize is also correct, even on 16-bit
        // targets because, again, we know the upper bits is a valid StateID,
        // which can never overflow usize on any supported target.
        StateID::new_unchecked(
            (self.0 >> Transition::STATE_ID_SHIFT).as_usize(),
        )
    }

    /// Set the "next" state ID in this transition.
    fn set_state_id(&mut self, sid: StateID) {
        *self = Transition::new(self.match_wins(), sid, self.epsilons());
    }

    /// Return the epsilons embedded in this transition.
    fn epsilons(&self) -> Epsilons {
        Epsilons(self.0 & Transition::INFO_MASK)
    }
}

impl core::fmt::Debug for Transition {
    fn fmt(&self, f: &mut core::fmt::Formatter) -> core::fmt::Result {
        if self.is_dead() {
            return write!(f, "0");
        }
        write!(f, "{}", self.state_id().as_usize())?;
        if self.match_wins() {
            write!(f, "-MW")?;
        }
        if !self.epsilons().is_empty() {
            write!(f, "-{:?}", self.epsilons())?;
        }
        Ok(())
    }
}

/// A representation of a match state's pattern ID along with the epsilons for
/// when a match occurs.
///
/// A match state in a one-pass DFA, unlike in a more general DFA, has exactly
/// one pattern ID. If it had more, then the original NFA would not have been
/// one-pass.
///
/// The "epsilons" part of this corresponds to what was found in the epsilon
/// transitions between the transition taken in the last byte of input and the
/// ultimate match state. This might include saving slots and/or conditional
/// epsilon transitions that must be satisfied before one can report the match.
///
/// Technically, every state has room for a 'PatternEpsilons', but it is only
/// ever non-empty for match states.
#[derive(Clone, Copy)]
struct PatternEpsilons(u64);

impl PatternEpsilons {
    const PATTERN_ID_BITS: u64 = 22;
    const PATTERN_ID_SHIFT: u64 = 64 - PatternEpsilons::PATTERN_ID_BITS;
    // A sentinel value indicating that this is not a match state. We don't
    // use 0 since 0 is a valid pattern ID.
    const PATTERN_ID_NONE: u64 = 0x00000000_003FFFFF;
    const PATTERN_ID_LIMIT: u64 = PatternEpsilons::PATTERN_ID_NONE;
    const PATTERN_ID_MASK: u64 = 0xFFFFFC00_00000000;
    const EPSILONS_MASK: u64 = 0x000003FF_FFFFFFFF;

    /// Return a new empty pattern epsilons that has no pattern ID and has no
    /// epsilons. This is suitable for non-match states.
    fn empty() -> PatternEpsilons {
        PatternEpsilons(
            PatternEpsilons::PATTERN_ID_NONE
                << PatternEpsilons::PATTERN_ID_SHIFT,
        )
    }

    /// Whether this pattern epsilons is empty or not. It's empty when it has
    /// no pattern ID and an empty epsilons.
    fn is_empty(self) -> bool {
        self.pattern_id().is_none() && self.epsilons().is_empty()
    }

    /// Return the pattern ID in this pattern epsilons if one exists.
    fn pattern_id(self) -> Option<PatternID> {
        let pid = self.0 >> PatternEpsilons::PATTERN_ID_SHIFT;
        if pid == PatternEpsilons::PATTERN_ID_LIMIT {
            None
        } else {
            Some(PatternID::new_unchecked(pid.as_usize()))
        }
    }

    /// Returns the pattern ID without checking whether it's valid. If this is
    /// called and there is no pattern ID in this `PatternEpsilons`, then this
    /// will likely produce an incorrect result or possibly even a panic or
    /// an overflow. But safety will not be violated.
    ///
    /// This is useful when you know a particular state is a match state. If
    /// it's a match state, then it must have a pattern ID.
    fn pattern_id_unchecked(self) -> PatternID {
        let pid = self.0 >> PatternEpsilons::PATTERN_ID_SHIFT;
        PatternID::new_unchecked(pid.as_usize())
    }

    /// Return a new pattern epsilons with the given pattern ID, but the same
    /// epsilons.
    fn set_pattern_id(self, pid: PatternID) -> PatternEpsilons {
        PatternEpsilons(
            (pid.as_u64() << PatternEpsilons::PATTERN_ID_SHIFT)
                | (self.0 & PatternEpsilons::EPSILONS_MASK),
        )
    }

    /// Return the epsilons part of this pattern epsilons.
    fn epsilons(self) -> Epsilons {
        Epsilons(self.0 & PatternEpsilons::EPSILONS_MASK)
    }

    /// Return a new pattern epsilons with the given epsilons, but the same
    /// pattern ID.
    fn set_epsilons(self, epsilons: Epsilons) -> PatternEpsilons {
        PatternEpsilons(
            (self.0 & PatternEpsilons::PATTERN_ID_MASK)
                | u64::from(epsilons.0),
        )
    }
}

impl core::fmt::Debug for PatternEpsilons {
    fn fmt(&self, f: &mut core::fmt::Formatter) -> core::fmt::Result {
        if self.is_empty() {
            return write!(f, "N/A");
        }
        if let Some(pid) = self.pattern_id() {
            write!(f, "{}", pid.as_usize())?;
        }
        if !self.epsilons().is_empty() {
            if self.pattern_id().is_some() {
                write!(f, "/")?;
            }
            write!(f, "{:?}", self.epsilons())?;
        }
        Ok(())
    }
}

/// Epsilons represents all of the NFA epsilons transitions that went into a
/// single transition in a single DFA state. In this case, it only represents
/// the epsilon transitions that have some kind of non-consuming side effect:
/// either the transition requires storing the current position of the search
/// into a slot, or the transition is conditional and requires the current
/// position in the input to satisfy an assertion before the transition may be
/// taken.
///
/// This folds the cumulative effect of a group of NFA states (all connected
/// by epsilon transitions) down into a single set of bits. While these bits
/// can represent all possible conditional epsilon transitions, it only permits
/// storing up to a somewhat small number of slots.
///
/// Epsilons is represented as a 42-bit integer. For example, it is packed into
/// the lower 42 bits of a `Transition`. (Where the high 22 bits contains a
/// `StateID` and a special "match wins" property.)
#[derive(Clone, Copy)]
struct Epsilons(u64);

impl Epsilons {
    const SLOT_MASK: u64 = 0x000003FF_FFFFFC00;
    const SLOT_SHIFT: u64 = 10;
    const LOOK_MASK: u64 = 0x00000000_000003FF;

    /// Create a new empty epsilons. It has no slots and no assertions that
    /// need to be satisfied.
    fn empty() -> Epsilons {
        Epsilons(0)
    }

    /// Returns true if this epsilons contains no slots and no assertions.
    fn is_empty(self) -> bool {
        self.0 == 0
    }

    /// Returns the slot epsilon transitions.
    fn slots(self) -> Slots {
        Slots((self.0 >> Epsilons::SLOT_SHIFT).low_u32())
    }

    /// Set the slot epsilon transitions.
    fn set_slots(self, slots: Slots) -> Epsilons {
        Epsilons(
            (u64::from(slots.0) << Epsilons::SLOT_SHIFT)
                | (self.0 & Epsilons::LOOK_MASK),
        )
    }

    /// Return the set of look-around assertions in these epsilon transitions.
    fn looks(self) -> LookSet {
        LookSet { bits: (self.0 & Epsilons::LOOK_MASK).low_u16() }
    }

    /// Set the look-around assertions on these epsilon transitions.
    fn set_looks(self, look_set: LookSet) -> Epsilons {
        Epsilons((self.0 & Epsilons::SLOT_MASK) | u64::from(look_set.bits))
    }
}

impl core::fmt::Debug for Epsilons {
    fn fmt(&self, f: &mut core::fmt::Formatter) -> core::fmt::Result {
        let mut wrote = false;
        if !self.slots().is_empty() {
            write!(f, "{:?}", self.slots())?;
            wrote = true;
        }
        if !self.looks().is_empty() {
            if wrote {
                write!(f, "/")?;
            }
            write!(f, "{:?}", self.looks())?;
            wrote = true;
        }
        if !wrote {
            write!(f, "N/A")?;
        }
        Ok(())
    }
}

/// The set of epsilon transitions indicating that the current position in a
/// search should be saved to a slot.
///
/// This *only* represents explicit slots. So for example, the pattern
/// `[a-z]+([0-9]+)([a-z]+)` has:
///
/// * 3 capturing groups, thus 6 slots.
/// * 1 implicit capturing group, thus 2 implicit slots.
/// * 2 explicit capturing groups, thus 4 explicit slots.
///
/// While implicit slots are represented by epsilon transitions in an NFA, we
/// do not explicitly represent them here. Instead, implicit slots are assumed
/// to be present and handled automatically in the search code. Therefore,
/// that means we only need to represent explicit slots in our epsilon
/// transitions.
///
/// Its representation is a bit set. The bit 'i' is set if and only if there
/// exists an explicit slot at index 'c', where 'c = (#patterns * 2) + i'. That
/// is, the bit 'i' corresponds to the first explicit slot and the first
/// explicit slot appears immediately following the last implicit slot. (If
/// this is confusing, see `GroupInfo` for more details on how slots works.)
///
/// A single `Slots` represents all the active slots in a sub-graph of an NFA,
/// where all the states are connected by epsilon transitions. In effect, when
/// traversing the one-pass DFA during a search, all slots set in a particular
/// transition must be captured by recording the current search position.
///
/// The API of `Slots` requires the caller to handle the explicit slot offset.
/// That is, a `Slots` doesn't know where the explicit slots start for a
/// particular NFA. Thus, if the callers see's the bit 'i' is set, then they
/// need to do the arithmetic above to find 'c', which is the real actual slot
/// index in the corresponding NFA.
#[derive(Clone, Copy)]
struct Slots(u32);

impl Slots {
    const LIMIT: usize = 32;

    /// Insert the slot at the given bit index.
    fn insert(self, slot: usize) -> Slots {
        debug_assert!(slot < Slots::LIMIT);
        Slots(self.0 | (1 << slot.as_u32()))
    }

    /// Remove the slot at the given bit index.
    fn remove(self, slot: usize) -> Slots {
        debug_assert!(slot < Slots::LIMIT);
        Slots(self.0 & !(1 << slot.as_u32()))
    }

    /// Returns true if and only if this set contains no slots.
    fn is_empty(self) -> bool {
        self.0 == 0
    }

    /// Returns an iterator over all of the set bits in this set.
    fn iter(self) -> SlotsIter {
        SlotsIter { slots: self }
    }

    /// For the position `at` in the current haystack, copy it to
    /// `caller_explicit_slots` for all slots that are in this set.
    ///
    /// Callers may pass a slice of any length. Slots in this set bigger than
    /// the length of the given explicit slots are simply skipped.
    ///
    /// The slice *must* correspond only to the explicit slots and the first
    /// element of the slice must always correspond to the first explicit slot
    /// in the corresponding NFA.
    fn apply(
        self,
        at: usize,
        caller_explicit_slots: &mut [Option<NonMaxUsize>],
    ) {
        if self.is_empty() {
            return;
        }
        let at = NonMaxUsize::new(at);
        for slot in self.iter() {
            if slot >= caller_explicit_slots.len() {
                break;
            }
            caller_explicit_slots[slot] = at;
        }
    }
}

impl core::fmt::Debug for Slots {
    fn fmt(&self, f: &mut core::fmt::Formatter) -> core::fmt::Result {
        write!(f, "S")?;
        for slot in self.iter() {
            write!(f, "-{:?}", slot)?;
        }
        Ok(())
    }
}

/// An iterator over all of the bits set in a slot set.
///
/// This returns the bit index that is set, so callers may need to offset it
/// to get the actual NFA slot index.
#[derive(Debug)]
struct SlotsIter {
    slots: Slots,
}

impl Iterator for SlotsIter {
    type Item = usize;

    fn next(&mut self) -> Option<usize> {
        // Number of zeroes here is always <= u8::MAX, and so fits in a usize.
        let slot = self.slots.0.trailing_zeros().as_usize();
        if slot >= Slots::LIMIT {
            return None;
        }
        self.slots = self.slots.remove(slot);
        Some(slot)
    }
}

/// An error that occurred during the construction of a one-pass DFA.
///
/// This error does not provide many introspection capabilities. There are
/// generally only two things you can do with it:
///
/// * Obtain a human readable message via its `std::fmt::Display` impl.
/// * Access an underlying [`thompson::BuildError`] type from its `source`
/// method via the `std::error::Error` trait. This error only occurs when using
/// convenience routines for building a one-pass DFA directly from a pattern
/// string.
///
/// When the `std` feature is enabled, this implements the `std::error::Error`
/// trait.
#[derive(Clone, Debug)]
pub struct BuildError {
    kind: BuildErrorKind,
}

/// The kind of error that occurred during the construction of a one-pass DFA.
#[derive(Clone, Debug)]
enum BuildErrorKind {
    NFA(crate::nfa::thompson::BuildError),
    Word(UnicodeWordBoundaryError),
    TooManyStates { limit: u64 },
    TooManyPatterns { limit: u64 },
    UnsupportedLook { look: Look },
    ExceededSizeLimit { limit: usize },
    NotOnePass { msg: &'static str },
}

impl BuildError {
    fn nfa(err: crate::nfa::thompson::BuildError) -> BuildError {
        BuildError { kind: BuildErrorKind::NFA(err) }
    }

    fn word(err: UnicodeWordBoundaryError) -> BuildError {
        BuildError { kind: BuildErrorKind::Word(err) }
    }

    fn too_many_states(limit: u64) -> BuildError {
        BuildError { kind: BuildErrorKind::TooManyStates { limit } }
    }

    fn too_many_patterns(limit: u64) -> BuildError {
        BuildError { kind: BuildErrorKind::TooManyPatterns { limit } }
    }

    fn unsupported_look(look: Look) -> BuildError {
        BuildError { kind: BuildErrorKind::UnsupportedLook { look } }
    }

    fn exceeded_size_limit(limit: usize) -> BuildError {
        BuildError { kind: BuildErrorKind::ExceededSizeLimit { limit } }
    }

    fn not_one_pass(msg: &'static str) -> BuildError {
        BuildError { kind: BuildErrorKind::NotOnePass { msg } }
    }
}

#[cfg(feature = "std")]
impl std::error::Error for BuildError {
    fn source(&self) -> Option<&(dyn std::error::Error + 'static)> {
        use self::BuildErrorKind::*;

        match self.kind {
            NFA(ref err) => Some(err),
            Word(ref err) => Some(err),
            _ => None,
        }
    }
}

impl core::fmt::Display for BuildError {
    fn fmt(&self, f: &mut core::fmt::Formatter<'_>) -> core::fmt::Result {
        use self::BuildErrorKind::*;

        match self.kind {
            NFA(_) => write!(f, "error building NFA"),
            Word(_) => write!(f, "NFA contains Unicode word boundary"),
            TooManyStates { limit } => write!(
                f,
                "one-pass DFA exceeded a limit of {:?} for number of states",
                limit,
            ),
            TooManyPatterns { limit } => write!(
                f,
                "one-pass DFA exceeded a limit of {:?} for number of patterns",
                limit,
            ),
            UnsupportedLook { look } => write!(
                f,
                "one-pass DFA does not support the {:?} assertion",
                look,
            ),
            ExceededSizeLimit { limit } => write!(
                f,
                "one-pass DFA exceeded size limit of {:?} during building",
                limit,
            ),
            NotOnePass { msg } => write!(
                f,
                "one-pass DFA could not be built because \
                 pattern is not one-pass: {}",
                msg,
            ),
        }
    }
}

#[cfg(all(test, feature = "syntax"))]
mod tests {
    use alloc::string::ToString;

    use super::*;

    #[test]
    fn fail_conflicting_transition() {
        let predicate = |err: &str| err.contains("conflicting transition");

        let err = DFA::new(r"a*[ab]").unwrap_err().to_string();
        assert!(predicate(&err), "{}", err);
    }

    #[test]
    fn fail_multiple_epsilon() {
        let predicate = |err: &str| {
            err.contains("multiple epsilon transitions to same state")
        };

        let err = DFA::new(r"(^|$)a").unwrap_err().to_string();
        assert!(predicate(&err), "{}", err);
    }

    #[test]
    fn fail_multiple_match() {
        let predicate = |err: &str| {
            err.contains("multiple epsilon transitions to match state")
        };

        let err = DFA::new_many(&[r"^", r"$"]).unwrap_err().to_string();
        assert!(predicate(&err), "{}", err);
    }

    // This test is meant to build a one-pass regex with the maximum number of
    // possible slots.
    //
    // NOTE: Remember that the slot limit only applies to explicit capturing
    // groups. Any number of implicit capturing groups is supported (up to the
    // maximum number of supported patterns), since implicit groups are handled
    // by the search loop itself.
    #[test]
    fn max_slots() {
        // One too many...
        let pat = r"(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(j)(k)(l)(m)(n)(o)(p)(q)";
        assert!(DFA::new(pat).is_err());
        // Just right.
        let pat = r"(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(j)(k)(l)(m)(n)(o)(p)";
        assert!(DFA::new(pat).is_ok());
    }

    // This test ensures that the one-pass DFA works with all look-around
    // assertions that we expect it to work with.
    //
    // The utility of this test is that each one-pass transition has a small
    // amount of space to store look-around assertions. Currently, there is
    // logic in the one-pass constructor to ensure there aren't more than ten
    // possible assertions. And indeed, there are only ten possible assertions
    // (at time of writing), so this is okay. But conceivably, more assertions
    // could be added. So we check that things at least work with what we
    // expect them to work with.
    #[test]
    fn assertions() {
        // haystack anchors
        assert!(DFA::new(r"^").is_ok());
        assert!(DFA::new(r"$").is_ok());

        // line anchors
        assert!(DFA::new(r"(?m)^").is_ok());
        assert!(DFA::new(r"(?m)$").is_ok());
        assert!(DFA::new(r"(?Rm)^").is_ok());
        assert!(DFA::new(r"(?Rm)$").is_ok());

        // word boundaries
        if cfg!(feature = "unicode-word-boundary") {
            assert!(DFA::new(r"\b").is_ok());
            assert!(DFA::new(r"\B").is_ok());
        }
        assert!(DFA::new(r"(?-u)\b").is_ok());
        assert!(DFA::new(r"(?-u)\B").is_ok());
    }

    #[cfg(not(miri))] // takes too long on miri
    #[test]
    fn is_one_pass() {
        use crate::util::syntax;

        assert!(DFA::new(r"a*b").is_ok());
        if cfg!(feature = "unicode-perl") {
            assert!(DFA::new(r"\w").is_ok());
        }
        assert!(DFA::new(r"(?-u)\w*\s").is_ok());
        assert!(DFA::new(r"(?s:.)*?").is_ok());
        assert!(DFA::builder()
            .syntax(syntax::Config::new().utf8(false))
            .build(r"(?s-u:.)*?")
            .is_ok());
    }

    #[test]
    fn is_not_one_pass() {
        assert!(DFA::new(r"a*a").is_err());
        assert!(DFA::new(r"(?s-u:.)*?").is_err());
        assert!(DFA::new(r"(?s:.)*?a").is_err());
    }

    #[cfg(not(miri))]
    #[test]
    fn is_not_one_pass_bigger() {
        assert!(DFA::new(r"\w*\s").is_err());
    }
}

[zur Elbe Produktseite wechseln0.75QuellennavigatorsAnalyse erneut starten2026-04-25]

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     


Neuigkeiten

     Aktuelles
     Motto des Tages

Software

     Produkte
     Quellcodebibliothek

Aktivitäten

     Artikel über Sicherheit
     Anleitung zur Aktivierung von SSL

Muße

     Gedichte
     Musik
     Bilder

Jenseits des Üblichen ....
    

Besucherstatistik

Besucherstatistik

Monitoring

Montastic status badge