~ubuntu-branches/ubuntu/hardy/php5/hardy-updates

« back to all changes in this revision

Viewing changes to ext/pcre/pcrelib/doc/Tech.Notes

  • Committer: Bazaar Package Importer
  • Author(s): Adam Conrad
  • Date: 2005-10-09 03:14:32 UTC
  • Revision ID: james.westby@ubuntu.com-20051009031432-kspik3lobxstafv9
Tags: upstream-5.0.5
ImportĀ upstreamĀ versionĀ 5.0.5

Show diffs side-by-side

added added

removed removed

Lines of Context:
 
1
Technical Notes about PCRE
 
2
--------------------------
 
3
 
 
4
Historical note 1
 
5
-----------------
 
6
 
 
7
Many years ago I implemented some regular expression functions to an algorithm
 
8
suggested by Martin Richards. These were not Unix-like in form, and were quite
 
9
restricted in what they could do by comparison with Perl. The interesting part
 
10
about the algorithm was that the amount of space required to hold the compiled
 
11
form of an expression was known in advance. The code to apply an expression did
 
12
not operate by backtracking, as the original Henry Spencer code and current
 
13
Perl code does, but instead checked all possibilities simultaneously by keeping
 
14
a list of current states and checking all of them as it advanced through the
 
15
subject string. In the terminology of Jeffrey Friedl's book, it was a "DFA
 
16
algorithm". When the pattern was all used up, all remaining states were
 
17
possible matches, and the one matching the longest subset of the subject string
 
18
was chosen. This did not necessarily maximize the individual wild portions of
 
19
the pattern, as is expected in Unix and Perl-style regular expressions.
 
20
 
 
21
Historical note 2
 
22
-----------------
 
23
 
 
24
By contrast, the code originally written by Henry Spencer and subsequently
 
25
heavily modified for Perl actually compiles the expression twice: once in a
 
26
dummy mode in order to find out how much store will be needed, and then for
 
27
real. The execution function operates by backtracking and maximizing (or,
 
28
optionally, minimizing in Perl) the amount of the subject that matches
 
29
individual wild portions of the pattern. This is an "NFA algorithm" in Friedl's
 
30
terminology.
 
31
 
 
32
OK, here's the real stuff
 
33
-------------------------
 
34
 
 
35
For the set of functions that form the "basic" PCRE library (which are
 
36
unrelated to those mentioned above), I tried at first to invent an algorithm
 
37
that used an amount of store bounded by a multiple of the number of characters
 
38
in the pattern, to save on compiling time. However, because of the greater
 
39
complexity in Perl regular expressions, I couldn't do this. In any case, a
 
40
first pass through the pattern is needed, for a number of reasons. PCRE works
 
41
by running a very degenerate first pass to calculate a maximum store size, and
 
42
then a second pass to do the real compile - which may use a bit less than the
 
43
predicted amount of store. The idea is that this is going to turn out faster
 
44
because the first pass is degenerate and the second pass can just store stuff
 
45
straight into the vector, which it knows is big enough. It does make the
 
46
compiling functions bigger, of course, but they have got quite big anyway to
 
47
handle all the Perl stuff.
 
48
 
 
49
Traditional matching function
 
50
-----------------------------
 
51
 
 
52
The "traditional", and original, matching function is called pcre_exec(), and 
 
53
it implements an NFA algorithm, similar to the original Henry Spencer algorithm 
 
54
and the way that Perl works. Not surprising, since it is intended to be as 
 
55
compatible with Perl as possible. This is the function most users of PCRE will 
 
56
use most of the time.
 
57
 
 
58
Supplementary matching function
 
59
-------------------------------
 
60
 
 
61
From PCRE 6.0, there is also a supplementary matching function called 
 
62
pcre_dfa_exec(). This implements a DFA matching algorithm that searches 
 
63
simultaneously for all possible matches that start at one point in the subject 
 
64
string. (Going back to my roots: see Historical Note 1 above.) This function 
 
65
intreprets the same compiled pattern data as pcre_exec(); however, not all the 
 
66
facilities are available, and those that are don't always work in quite the 
 
67
same way. See the user documentation for details.
 
68
 
 
69
Format of compiled patterns
 
70
---------------------------
 
71
 
 
72
The compiled form of a pattern is a vector of bytes, containing items of
 
73
variable length. The first byte in an item is an opcode, and the length of the
 
74
item is either implicit in the opcode or contained in the data bytes that
 
75
follow it. 
 
76
 
 
77
In many cases below "two-byte" data values are specified. This is in fact just
 
78
a default. PCRE can be compiled to use 3-byte or 4-byte values (impairing the
 
79
performance). This is necessary only when patterns whose compiled length is
 
80
greater than 64K are going to be processed. In this description, we assume the 
 
81
"normal" compilation options.
 
82
 
 
83
A list of all the opcodes follows:
 
84
 
 
85
Opcodes with no following data
 
86
------------------------------
 
87
 
 
88
These items are all just one byte long
 
89
 
 
90
  OP_END                 end of pattern
 
91
  OP_ANY                 match any character
 
92
  OP_ANYBYTE             match any single byte, even in UTF-8 mode
 
93
  OP_SOD                 match start of data: \A
 
94
  OP_SOM,                start of match (subject + offset): \G
 
95
  OP_CIRC                ^ (start of data, or after \n in multiline)
 
96
  OP_NOT_WORD_BOUNDARY   \W
 
97
  OP_WORD_BOUNDARY       \w
 
98
  OP_NOT_DIGIT           \D
 
99
  OP_DIGIT               \d
 
100
  OP_NOT_WHITESPACE      \S
 
101
  OP_WHITESPACE          \s
 
102
  OP_NOT_WORDCHAR        \W
 
103
  OP_WORDCHAR            \w
 
104
  OP_EODN                match end of data or \n at end: \Z
 
105
  OP_EOD                 match end of data: \z
 
106
  OP_DOLL                $ (end of data, or before \n in multiline)
 
107
  OP_EXTUNI              match an extended Unicode character 
 
108
  
 
109
 
 
110
Repeating single characters
 
111
---------------------------
 
112
 
 
113
The common repeats (*, +, ?) when applied to a single character use the
 
114
following opcodes:
 
115
 
 
116
  OP_STAR
 
117
  OP_MINSTAR
 
118
  OP_PLUS
 
119
  OP_MINPLUS
 
120
  OP_QUERY
 
121
  OP_MINQUERY
 
122
 
 
123
In ASCII mode, these are two-byte items; in UTF-8 mode, the length is variable.
 
124
Those with "MIN" in their name are the minimizing versions. Each is followed by
 
125
the character that is to be repeated. Other repeats make use of
 
126
 
 
127
  OP_UPTO
 
128
  OP_MINUPTO
 
129
  OP_EXACT
 
130
 
 
131
which are followed by a two-byte count (most significant first) and the
 
132
repeated character. OP_UPTO matches from 0 to the given number. A repeat with a
 
133
non-zero minimum and a fixed maximum is coded as an OP_EXACT followed by an
 
134
OP_UPTO (or OP_MINUPTO).
 
135
 
 
136
 
 
137
Repeating character types
 
138
-------------------------
 
139
 
 
140
Repeats of things like \d are done exactly as for single characters, except
 
141
that instead of a character, the opcode for the type is stored in the data
 
142
byte. The opcodes are:
 
143
 
 
144
  OP_TYPESTAR
 
145
  OP_TYPEMINSTAR
 
146
  OP_TYPEPLUS
 
147
  OP_TYPEMINPLUS
 
148
  OP_TYPEQUERY
 
149
  OP_TYPEMINQUERY
 
150
  OP_TYPEUPTO
 
151
  OP_TYPEMINUPTO
 
152
  OP_TYPEEXACT
 
153
 
 
154
 
 
155
Match by Unicode property
 
156
-------------------------
 
157
 
 
158
OP_PROP and OP_NOTPROP are used for positive and negative matches of a 
 
159
character by testing its Unicode property (the \p and \P escape sequences).
 
160
Each is followed by a single byte that encodes the desired property value.
 
161
 
 
162
Repeats of these items use the OP_TYPESTAR etc. set of opcodes, followed by two 
 
163
bytes: OP_PROP or OP_NOTPROP and then the desired property value.
 
164
 
 
165
 
 
166
Matching literal characters
 
167
---------------------------
 
168
 
 
169
The OP_CHAR opcode is followed by a single character that is to be matched 
 
170
casefully. For caseless matching, OP_CHARNC is used. In UTF-8 mode, the 
 
171
character may be more than one byte long. (Earlier versions of PCRE used 
 
172
multi-character strings, but this was changed to allow some new features to be 
 
173
added.)
 
174
 
 
175
 
 
176
Character classes
 
177
-----------------
 
178
 
 
179
If there is only one character, OP_CHAR or OP_CHARNC is used for a positive
 
180
class, and OP_NOT for a negative one (that is, for something like [^a]).
 
181
However, in UTF-8 mode, the use of OP_NOT applies only to characters with
 
182
values < 128, because OP_NOT is confined to single bytes.
 
183
 
 
184
Another set of repeating opcodes (OP_NOTSTAR etc.) are used for a repeated,
 
185
negated, single-character class. The normal ones (OP_STAR etc.) are used for a
 
186
repeated positive single-character class.
 
187
 
 
188
When there's more than one character in a class and all the characters are less
 
189
than 256, OP_CLASS is used for a positive class, and OP_NCLASS for a negative
 
190
one. In either case, the opcode is followed by a 32-byte bit map containing a 1
 
191
bit for every character that is acceptable. The bits are counted from the least
 
192
significant end of each byte.
 
193
 
 
194
The reason for having both OP_CLASS and OP_NCLASS is so that, in UTF-8 mode,
 
195
subject characters with values greater than 256 can be handled correctly. For
 
196
OP_CLASS they don't match, whereas for OP_NCLASS they do.
 
197
 
 
198
For classes containing characters with values > 255, OP_XCLASS is used. It
 
199
optionally uses a bit map (if any characters lie within it), followed by a list
 
200
of pairs and single characters. There is a flag character than indicates
 
201
whether it's a positive or a negative class.
 
202
 
 
203
 
 
204
Back references
 
205
---------------
 
206
 
 
207
OP_REF is followed by two bytes containing the reference number.
 
208
 
 
209
 
 
210
Repeating character classes and back references
 
211
-----------------------------------------------
 
212
 
 
213
Single-character classes are handled specially (see above). This applies to
 
214
OP_CLASS and OP_REF. In both cases, the repeat information follows the base
 
215
item. The matching code looks at the following opcode to see if it is one of
 
216
 
 
217
  OP_CRSTAR
 
218
  OP_CRMINSTAR
 
219
  OP_CRPLUS
 
220
  OP_CRMINPLUS
 
221
  OP_CRQUERY
 
222
  OP_CRMINQUERY
 
223
  OP_CRRANGE
 
224
  OP_CRMINRANGE
 
225
 
 
226
All but the last two are just single-byte items. The others are followed by
 
227
four bytes of data, comprising the minimum and maximum repeat counts.
 
228
 
 
229
 
 
230
Brackets and alternation
 
231
------------------------
 
232
 
 
233
A pair of non-capturing (round) brackets is wrapped round each expression at
 
234
compile time, so alternation always happens in the context of brackets.
 
235
 
 
236
Non-capturing brackets use the opcode OP_BRA, while capturing brackets use
 
237
OP_BRA+1, OP_BRA+2, etc. [Note for North Americans: "bracket" to some English
 
238
speakers, including myself, can be round, square, curly, or pointy. Hence this
 
239
usage.]
 
240
 
 
241
Originally PCRE was limited to 99 capturing brackets (so as not to use up all
 
242
the opcodes). From release 3.5, there is no limit. What happens is that the
 
243
first ones, up to EXTRACT_BASIC_MAX are handled with separate opcodes, as
 
244
above. If there are more, the opcode is set to EXTRACT_BASIC_MAX+1, and the
 
245
first operation in the bracket is OP_BRANUMBER, followed by a 2-byte bracket
 
246
number. This opcode is ignored while matching, but is fished out when handling
 
247
the bracket itself. (They could have all been done like this, but I was making
 
248
minimal changes.)
 
249
 
 
250
A bracket opcode is followed by LINK_SIZE bytes which give the offset to the
 
251
next alternative OP_ALT or, if there aren't any branches, to the matching
 
252
OP_KET opcode. Each OP_ALT is followed by LINK_SIZE bytes giving the offset to
 
253
the next one, or to the OP_KET opcode.
 
254
 
 
255
OP_KET is used for subpatterns that do not repeat indefinitely, while
 
256
OP_KETRMIN and OP_KETRMAX are used for indefinite repetitions, minimally or
 
257
maximally respectively. All three are followed by LINK_SIZE bytes giving (as a
 
258
positive number) the offset back to the matching OP_BRA opcode.
 
259
 
 
260
If a subpattern is quantified such that it is permitted to match zero times, it
 
261
is preceded by one of OP_BRAZERO or OP_BRAMINZERO. These are single-byte
 
262
opcodes which tell the matcher that skipping this subpattern entirely is a
 
263
valid branch.
 
264
 
 
265
A subpattern with an indefinite maximum repetition is replicated in the
 
266
compiled data its minimum number of times (or once with OP_BRAZERO if the
 
267
minimum is zero), with the final copy terminating with OP_KETRMIN or OP_KETRMAX
 
268
as appropriate.
 
269
 
 
270
A subpattern with a bounded maximum repetition is replicated in a nested
 
271
fashion up to the maximum number of times, with OP_BRAZERO or OP_BRAMINZERO
 
272
before each replication after the minimum, so that, for example, (abc){2,5} is
 
273
compiled as (abc)(abc)((abc)((abc)(abc)?)?)?.
 
274
 
 
275
 
 
276
Assertions
 
277
----------
 
278
 
 
279
Forward assertions are just like other subpatterns, but starting with one of
 
280
the opcodes OP_ASSERT or OP_ASSERT_NOT. Backward assertions use the opcodes
 
281
OP_ASSERTBACK and OP_ASSERTBACK_NOT, and the first opcode inside the assertion
 
282
is OP_REVERSE, followed by a two byte count of the number of characters to move
 
283
back the pointer in the subject string. When operating in UTF-8 mode, the count
 
284
is a character count rather than a byte count. A separate count is present in
 
285
each alternative of a lookbehind assertion, allowing them to have different
 
286
fixed lengths.
 
287
 
 
288
 
 
289
Once-only subpatterns
 
290
---------------------
 
291
 
 
292
These are also just like other subpatterns, but they start with the opcode
 
293
OP_ONCE.
 
294
 
 
295
 
 
296
Conditional subpatterns
 
297
-----------------------
 
298
 
 
299
These are like other subpatterns, but they start with the opcode OP_COND. If
 
300
the condition is a back reference, this is stored at the start of the
 
301
subpattern using the opcode OP_CREF followed by two bytes containing the
 
302
reference number. If the condition is "in recursion" (coded as "(?(R)"), the
 
303
same scheme is used, with a "reference number" of 0xffff. Otherwise, a
 
304
conditional subpattern always starts with one of the assertions.
 
305
 
 
306
 
 
307
Recursion
 
308
---------
 
309
 
 
310
Recursion either matches the current regex, or some subexpression. The opcode
 
311
OP_RECURSE is followed by an value which is the offset to the starting bracket
 
312
from the start of the whole pattern.
 
313
 
 
314
 
 
315
Callout
 
316
-------
 
317
 
 
318
OP_CALLOUT is followed by one byte of data that holds a callout number in the
 
319
range 0 to 254 for manual callouts, or 255 for an automatic callout. In both 
 
320
cases there follows a two-byte value giving the offset in the pattern to the
 
321
start of the following item, and another two-byte item giving the length of the
 
322
next item.
 
323
 
 
324
 
 
325
Changing options
 
326
----------------
 
327
 
 
328
If any of the /i, /m, or /s options are changed within a pattern, an OP_OPT
 
329
opcode is compiled, followed by one byte containing the new settings of these
 
330
flags. If there are several alternatives, there is an occurrence of OP_OPT at
 
331
the start of all those following the first options change, to set appropriate
 
332
options for the start of the alternative. Immediately after the end of the
 
333
group there is another such item to reset the flags to their previous values. A
 
334
change of flag right at the very start of the pattern can be handled entirely
 
335
at compile time, and so does not cause anything to be put into the compiled
 
336
data.
 
337
 
 
338
Philip Hazel
 
339
March 2005