A small JIT for deterministic finite automatons

dfajit.py

import time
import itertools
from collections import Counter
import peachpy
from peachpy import x86_64
from peachpy.loader import Loader
from peachpy.x86_64.operand import MemoryOperand, MemoryAddress, RIPRelativeOffset
from peachpy.x86_64.instructions import Instruction
import ctypes

class DFA:
    def __init__(self, states):
        """ states is a list of lists of ints. len(states) is the number of
        states. the inner lists are all 256 entries long. every entry
        states[current_state][char] of the inner lists is the target state that
        the dfa should transition to when consuming char while in state
        current_state. The target state can also be -1 (for "does not match")
        and -2 for "matched, and done". """
        self.states = states # a list of lists

    def interpret(self, string):
        """ check whether string matches the dfa self. string must be
        0-terminated to allow the dfa to recognize where the end of the string
        is. """
        # offset is an index into string
        # states is an array of ints
        # return value is True or False, if the string matches
        curr_state = 0
        offset = 0
        t1 = time.time()
        while 1:
            char = string[offset]
            offset += 1
            curr_state = self.states[curr_state][char]
            if curr_state == -1:
                res = False
                break
            elif curr_state == -2:
                res = True
                break
        t2 = time.time()
        print(f"matching [interp] in {t2 - t1}s")
        return res

    def dot(self, states=None):
        if states is None:
            states = self.states
        res = ["digraph G {", 'start [label="", shape=none];', "start -> S0"]
        def mychr(x):
            c = chr(x)
            if c.isprintable() and c not in "\'\"":
                return repr(c).replace('"', "'")
            return str(x)
        for statenum, state in enumerate(states):
            res.append(f'S{statenum} [label="S{statenum}", shape=circle]')
            counter = Counter(state)
            del counter[-1]
            start = 0
            for _, group in itertools.groupby(state):
                end = start
                for targetstate in group:
                    end += 1
                if targetstate == -2:
                    targetstate = "_end"
                if targetstate != -1:
                    if end == start + 1:
                        cond = f"{mychr(start)}"
                    else:
                        cond = f"{mychr(start)}-{mychr(end - 1)}"

                    res.append(f'S{statenum} -> S{targetstate} [label="{cond}"];')
                start = end
        res.append('S_end [label="", shape=doublecircle];')
        res.append("}")
        return "\n".join(res)

    def view(self):
        """ visualize the dfa using graphviz and the "dotviewer" python module
        """
        from dotviewer import graphclient # avoid import error when method is not used
        import os
        import tempfile
        tmpdir = tempfile.mkdtemp('dotfiles')
        filename = os.path.join(tmpdir, 'temp.dot')
        print(filename)
        dot = self.dot()
        print(dot)
        with open(filename, 'w') as file:
             file.write(dot)
        graphclient.display_dot_file(filename)

class PatchableInstruction(Instruction):
    """ hack to get peachpy to do what is needed when we need to be able to
    patch an instruction. """
    def __init__(self, wrapped, targetstate):
        super().__init__(f"PATCH {wrapped.__class__.__name__} {targetstate}")
        self.wrapped = wrapped
        self.targetstate = targetstate

    def encode(self):
        return self.wrapped.encode()


class CompiledDFA(DFA):
    """ A statically compiled version of the DFA matcher. Compile the full DFA
    to machine code in one go. """
    abi = x86_64.abi.detect()
    ptrreg = abi.argument_registers[0]
    offsetreg = abi.argument_registers[1]
    tempreg = abi.argument_registers[3]
    charreg = x86_64.r8
    DEBUG = False

    def debug_print(self, *args, **kwargs):
        if self.DEBUG:
            print(*args, **kwargs)

    def dfafunction(self):
        memptr = peachpy.Argument(peachpy.ptr(peachpy.uint8_t))
        offset = peachpy.Argument(peachpy.uint64_t)

        return x86_64.Function("dfajit",
                               [memptr, offset],
                               result_type=peachpy.uint64_t)

    def compile(self):
        states = self.states
        with self.dfafunction() as asm_function:
            # set up the labels for all the states, and emit the return cases
            label_for_targetstate = self._make_labels_and_emit_returns(range(len(states)))
            # create code for all the states
            for statenum, state in enumerate(states):
                curr_label = label_for_targetstate[statenum]
                x86_64.LABEL(curr_label)
                self._load_and_increment()
                self._compile_state(state, label_for_targetstate)
        return self._make_python_function(asm_function)

    def _compile_state(self, state, label_for_targetstate):
        """ generate the machine code for a single state. this is not
        particularly smart, but it tries to combine ranges of characters that
        all jump to the same target state into a range check. also it
        implements the most common target state by first checking all the other
        conditions and then falling through to the most common one. """
        counter = Counter(state)
        most_common = counter.most_common(1)[0][0]
        start = 0
        for char, group in itertools.groupby(state):
            end = start
            for targetstate in group:
                end += 1
            if targetstate != most_common:
                target_label = label_for_targetstate[targetstate]
                if end == start + 1:
                    self._cmp_char_and_jump(start, target_label)
                else:
                    self._cmp_char_range_and_jump(start, end, target_label)
            start = end
        self._jump(x86_64.JMP, label_for_targetstate[most_common])
        x86_64.INT(3) # unreachable
        x86_64.RET()

    def _cmp_char_and_jump(self, char, target_label):
        # if charreg == <char>: goto target_label
        x86_64.CMP(self.charreg, char)
        self._jump(x86_64.JE, target_label)

    def _cmp_char_range_and_jump(self, start, end, target_label):
        # temp = char - start
        # if char - start < end - start: goto target_label
        x86_64.MOV(self.tempreg, self.charreg)
        x86_64.SUB(self.tempreg, start)
        x86_64.CMP(self.tempreg, end - start)
        self._jump(x86_64.JB, target_label)

    def _jump(self, instr, target_label):
        """ emit a jump using the instruction instr to target_label. """
        instr(target_label)

    def _load_and_increment(self):
        # emit code for this pseudocode:
        # charreg = ptrreg[offsetreg]
        # offsetreg += 1
        x86_64.MOVZX(self.charreg, MemoryOperand(MemoryAddress(base=self.ptrreg, index=self.offsetreg, scale=1), size=1))
        x86_64.ADD(self.offsetreg, 1)

    def _make_python_function(self, asm_function):
        encoded_function = asm_function.finalize(self.abi).encode()
        self._encoded_function = encoded_function
        self.debug_print(encoded_function.format())
        python_function = encoded_function.load()
        def match(s, offset=0):
            # convert to 0-terminated C string
            arg = (ctypes.c_ubyte * (len(s) + 1))(*list(s) + [0])
            t1 = time.time()
            res = python_function(arg, offset)
            t2 = time.time()
            print(f"matching [compiled] in {t2 - t1}s")
            return res
        match.func = python_function
        return match

    def _make_labels_and_emit_returns(self, statenums):
        """ create a label for all the states. also create labels for target
        states -1 (return False) and -2 (return True) and emit code for these
        right away. This requires first creating a jump to the label of state
        0, to jump over the returns created."""
        label_for_targetstate = {i: x86_64.Label(f"state_{i}") for i in statenums}
        x86_64.JMP(label_for_targetstate[0])
        x86_64.INT(3) # the entry check should prevent this
        self._add_returns(label_for_targetstate)
        return label_for_targetstate

    def _add_returns(self, label_for_targetstate):
        """ create a label for returning False and True, emit code for these,
        and add these labels to the dictionary label_for_targetstate. """
        rettrue_label = x86_64.Label("rettrue")
        label_for_targetstate[-2] = rettrue_label
        retfalse_label = x86_64.Label("retfalse")
        label_for_targetstate[-1] = retfalse_label
        x86_64.LABEL(rettrue_label)
        x86_64.RETURN(1)
        x86_64.LABEL(retfalse_label)
        x86_64.RETURN(0)
        return label_for_targetstate

class JitDFA(CompiledDFA):
    """ a hybrid jitting version of the dfa. The approach is that we start by
    interpreting the dfa, and lazily compile individual states to machine code
    if they are executed often enough. 

    We perform state transfers between the interpreter and the JIT in the
    following way: entering the jit-generated code is done using a function
    object that is generated for every state that is already compiled. That
    function will either return 0 or 1 in case the string match was completed
    by the jitted code. if a larger number is returned, that number contains
    all the information to transfer state back to the interpreter.

    A larger number contains the current state index in the low 24 bits, and
    the current index in the upper 40 bits (given that the current index is
    always >= 1 because the first char will always be matched by the
    interpreter, there is no confusion possible between the boolean results and
    the state transfer results). This encoding is done to be able to do state
    transfers using a single 64 bit word. more complicated JITs for real
    programming languages have to do significantly more complicated state
    transfers.

    Here's how we can enter the machine code using a function call at every
    state: the machine code of a state is essentially always a full function,
    with this kind of C signature:

    long state_n(char* s, long index) {
        ...
    }

    each of these state functions will tail-call the functions of other states
    (which is just a jump in machine code, because the arguments simply stay in
    the correct argument registers). so any return instruction executed will
    transfer control back to the Python code.
    """

    THRESHOLD = 10
    def __init__(self, states):
        super().__init__(states)
        # counters how often a state has been entered in the interpreter
        self.states_enter_counts = [0] * len(states)
        # which states have already been compiled to machine code
        self.supported_states = [False] * len(states)
        # ffi functions for every state that can be used to start running the
        # compiled dfa from that state. these functions take the arguments
        # (char* str, long index) and they return a long
        self._functions = [None] * len(states)
        # addresses (which are void* as Python ints) of the code locations for
        # the "fallback" stubs, for all the not-yet-compiled functions
        self._fallbacks = [None] * len(states)
        size = 16 * 1024 * len(states) # 16kb per state, complete overestimate
        # create a Loader from peachpy to allocate the correct executable
        # machine code buffer. however, we don't really use the loader for more
        # than this allocation
        self._loader = Loader(size)
        # instead, we use _code_address as a bump-pointer allocation whenever
        # we want to emit more machine code
        self._code_address = self._loader.code_address
        self._position_info = [] # only for debugging, tuples of (debug string, address)
        self.label_for_targetstate = {x: x for x in range(-2, len(states))}
        self._make_fallbacks()

    def interpret(self, string):
        """ interpret the DFA, but also do statistics on which states are used
        a lot. if that number goes over the threshold for one state, compile
        that state (only) to machine code. If the interpreter encounters a
        state that we have already compiled, enter the compiled version
        instead. if the machine code tries to enter a state that isn't compiled
        yet, transfer control back to the interpreter. """
        # convert to C string
        string = (ctypes.c_ubyte * (len(string) + 1))(*list(string) + [0])
        t1 = time.time()
        curr_state = 0
        offset = 0
        while 1:
            # if we already compiled the current state, do a state transfer to
            # the JIT generated code
            if self.supported_states[curr_state]:
                # transfer control to already compiled jitted code
                res = self.enter(string, offset, curr_state)
                if res == 0 or res == 1:
                    res = bool(res)
                    break
                # we tried to run state that isn't compiled. transfer back to the
                # interpreter
                offset = res >> 24
                curr_state = (res & 0xffffff)
            self.states_enter_counts[curr_state] += 1
            if self.states_enter_counts[curr_state] > self.THRESHOLD:
                self.debug_print("_" * 60)
                self.compile_state(curr_state)
            char = string[offset]
            offset += 1
            curr_state = self.states[curr_state][char]
            if curr_state == -1:
                res = False
                break
            elif curr_state == -2:
                res = True
                break
        t2 = time.time()
        print(f"matching [jit compiled] in {t2 - t1}s")
        return res

    def _make_fallbacks(self):
        """ generate fallback stubs for every single state. those stubs will
        return to the interpreter by encoding the current string index and the
        current state into a single word and then returning that value."""
        for statenum, state in enumerate(self.states):
            with self.dfafunction() as asm_function:
                # return the current offset and the current state encoded
                # into a single long, so that the interpreter can take over
                # again
                x86_64.SHL(self.offsetreg, 24)
                assert statenum < 2 ** 24
                x86_64.OR(self.offsetreg, statenum)
                x86_64.RETURN(self.offsetreg)
            location = self._append_code(asm_function, f"fallback_{statenum}")
            self._fallbacks[statenum] = location
        # emit the "return True" case
        with self.dfafunction() as asm_function:
            x86_64.RETURN(1)
        location = self._append_code(asm_function, f"return_true")
        self._ret_true = location

        # emit the "return False" case
        with self.dfafunction() as asm_function:
            x86_64.RETURN(0)
        location = self._append_code(asm_function, f"return_false")
        self._ret_false = location

    def _append_code(self, asm_function, debug_name):
        """ append the machine code of asm_function to our code buffer. """
        encoded_function = asm_function.finalize(self.abi).encode()
        self.debug_print("adding asm", debug_name, "at position", hex(self._code_address))
        self.debug_print(encoded_function.format())
        self._encoded_function = encoded_function
        # we must not use any complicated constants and definitely no
        # relocations (instead we patch every label ourselves)
        assert not encoded_function.const_section.content
        assert not encoded_function.code_section.relocations
        code_segment = encoded_function.code_section.content
        # copy in the encoded instructions
        ctypes.memmove(self._code_address,
                       ctypes.c_char_p(bytes(code_segment)),
                       len(code_segment))
        result = self._code_address
        self._position_info.append((debug_name, result))
        # bump the code allocation pointer
        self._code_address += len(encoded_function.code_section.content)
        return result

    def compile_state(self, statenum):
        """ compile a single state """
        if self.supported_states[statenum]:
            return
        self.debug_print(f"compiling state {statenum}")
        self.supported_states[statenum] = True
        supported = "".join("FT"[x] for x in self.supported_states)
        self.debug_print(f"supported now: {supported}")
        self._print_state(statenum)
        with self.dfafunction() as asm_function:
            self._load_and_increment()
            self._compile_state(self.states[statenum], self.label_for_targetstate)
        code_address = self._append_code(asm_function, f"state_{statenum}")
        # add the function to the list of state functions
        function = self._encoded_function
        result_type = ctypes.c_long
        argument_types = [arg.c_type.as_ctypes_type for arg in function.arguments]
        function_type = ctypes.CFUNCTYPE(result_type, *argument_types)
        function_pointer = function_type(code_address)
        self._functions[statenum] = function_pointer

        # do the necessary patching
        # first patch the currently generated code
        code = self._encoded_function.code_section.content
        pos_to_patch = 0
        for instr in self._encoded_function._instructions:
            if not isinstance(instr, PatchableInstruction):
                pos_to_patch += len(instr.encode())
                continue
            if instr.targetstate == -1:
                newtarget = self._ret_false
            elif instr.targetstate == -2:
                newtarget = self._ret_true
            else:
                newtarget = self._fallbacks[instr.targetstate]
            jumpinstr = instr.wrapped
            old_encoded = jumpinstr.encode()
            rip = code_address + pos_to_patch
            self.debug_print("patching patch point", hex(rip), "to jump to", hex(newtarget))
            jumpinstr.operands[0].offset = newtarget - (rip + len(old_encoded))
            new_encoded = jumpinstr.encode()
            assert len(new_encoded) == len(old_encoded)
            ctypes.memmove(rip,
                           ctypes.c_char_p(bytes(new_encoded)),
                           len(new_encoded))
            pos_to_patch += len(old_encoded)

        # afterwards we need to patch the fallback code to jump to the new
        # instructions
        fallback_pos = self._fallbacks[statenum]
        self.debug_print("patching existing deoptimization block", hex(fallback_pos), "to jump to", hex(code_address))
        rip = RIPRelativeOffset(code_address - fallback_pos)
        new_instr1 = x86_64.JMP(rip)
        length = len(new_instr1.encode())
        rip.offset -= length
        assert len(new_instr1.encode()) == length # we weren't unlucky and it changed right this sec
        mem = bytes(new_instr1.encode())
        ctypes.memmove(fallback_pos,
                       ctypes.c_char_p(mem),
                       len(mem))

    def _jump(self, instr, target_label):
        """ override the base implementation of _jump to support integers as
        dummy labels. integers as labels means the target label needs patching
        later. """
        # code for lazily compiling the DFA
        # label can be an int, in which case we will emit nonsense and patch it
        # later, working around peachpy limitations
        if type(target_label) is int:
            instr(RIPRelativeOffset(0x1ee4beef + target_label))
            pp = peachpy.stream.active_stream._instructions[-1] = PatchableInstruction(peachpy.stream.active_stream._instructions[-1], target_label)
        else:
            instr(target_label)

    def enter(self, string, offset, curr_state):
        return self._functions[curr_state](string, offset, curr_state)

    def _print_state(self, statenum):
        def name(targetstate):
            if targetstate == -1:
                return "return False"
            elif targetstate == -2:
                return "return True"
            else:
                return f"state_{targetstate}"
        state = self.states[statenum]
        self.debug_print(f"state_{statenum}:")
        should_compile = self.states_enter_counts[statenum]
        counter = Counter(state)
        most_common = counter.most_common(1)[0][0]
        start = 0
        for char, group in itertools.groupby(state):
            end = start
            for targetstate in group:
                end += 1
            if targetstate != most_common:
                target = name(targetstate)
                if end == start + 1:
                    cond = f"{chr(start)!r}"
                else:
                    cond = f"{chr(start)!r}-{chr(end - 1)!r}"
                self.debug_print(f"    {cond} -> {target}")
            start = end
        self.debug_print(f"    else -> {name(most_common)}")

    def dot(self, states=None):
        if states is None:
            states = [(state if self.supported_states[statenum] else [-1] * 256)
                        for (statenum, state) in enumerate(self.states)]
        return DFA.dot(self, states)

LICENSE

Copyright 2023 CF Bolz-Tereick

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OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
SOFTWARE.

pythonstates.py

states = [
[-2, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 48, -1, -1, 49, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 23, 50, 53, 47, 24, 25, 51, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 22, 32, 20, 21, 21, 21, 21, 21, 21, 21, 21, 21, 33, 34, 35, 36, 37, -1, 38, 17, 18, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 19, 17, 17, 18, 17, 17, 17, 17, 17, 39, 52, 40, 41, 17, 42, 13, 5, 6, 4, 12, 10, 11, 17, 9, 17, 17, 2, 17, 1, 16, 3, 17, 7, 17, 15, 18, 17, 14, 17, 8, 17, 43, 44, 45, 46, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1],
[-2, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, 17, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 54, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1],
[-2, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, 17, -1, 55, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1],
[-2, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, 17, -1, 57, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 56, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1],
[-2, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, 17, -1, 17, 17, 17, 17, 58, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1],
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[-2, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, 17, -1, 17, 17, 17, 17, 208, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1],
[-2, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, 17, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1],
[-2, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, 17, -1, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, 17, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1],
]



checks_pos = b"""
0x1231
abdef
abf023aba
while
else
if
class
elif
def
or4
#aarsen4naeian2!!234356
**
+
*
-
""".strip().split()

checks_neg = b"""
1__
"
'
"abacarstarst
$
abc"
class%
+-*/
""".strip().split()

test_dfa.py

import time
from collections import defaultdict
from dfajit import DFA, CompiledDFA, JitDFA

def a_star_b():
    states = [[-1] * 256 for i in range(2)]
    states[0][ord('a')] = 0
    states[0][ord('b')] = 1
    states[1][0] = -2
    return DFA(states)

def test_astartb():
    dfa = a_star_b()
    assert dfa.interpret(b"b\x00")
    assert dfa.interpret(b"ab\x00")
    assert dfa.interpret(b"aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaab\x00")
    assert not dfa.interpret(b"c\x00")
    assert not dfa.interpret(b"aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaac\x00")
    assert not dfa.interpret(b"aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaabc\x00")

def test_compile():
    dfa = CompiledDFA(a_star_b().states)
    func = dfa.compile()
    res = func(b"b\x00", 0)
    assert res == 1
    res = func(b"aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaab\x00", 0)
    assert res == 1
    res = func(b"aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaac\x00", 0)
    assert res == 0

    res = func(b"b\x00", 0)
    assert res == 1

def test_hybrid():
    dfa = JitDFA(a_star_b().states)
    dfa.THRESHOLD = 5
    res = dfa.interpret(b"ab\x00")
    assert res
    res = dfa.interpret(b"c\x00")
    assert not res

    res = dfa.interpret(b"aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaab\x00")
    assert dfa.supported_states == [True, False]
    for i in range(5):
        res = dfa.interpret(b"aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaab\x00")
    assert dfa.supported_states == [True, True]

    # take an edge that isn't there so far
    res = dfa.interpret(b"aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaabc\x00")
    assert not res


def a_star_b_or_d_star_ee():
    states = [[-1] * 256 for i in range(5)]
    states[0][ord('a')] = 1
    states[0][ord('b')] = 4
    states[0][ord('d')] = 2
    states[0][ord('e')] = 3

    states[1][ord('a')] = 1
    states[1][ord('b')] = 4
    states[2][ord('d')] = 2
    states[2][ord('e')] = 3
    states[3][ord('e')] = 4

    states[4][0] = -2
    return DFA(states)


def test_hybrid_more_complex():
    dfa = a_star_b_or_d_star_ee()
    checks_pos = b"b ab aaaaaaaaaaaaaab ee dee dddddddddddddee".split()
    checks_neg = b"c bc ac aaaaaaaac dc de e dec ddddeec".split()
    for check in checks_pos:
        check += b"\x00"
        assert dfa.interpret(check)
    for check in checks_neg:
        check += b"\x00"
        assert not dfa.interpret(check)

    dfa = JitDFA(dfa.states)
    dfa.THRESHOLD = 5
    for check in checks_pos:
        check += b"\x00"
        assert dfa.interpret(check)
    for check in checks_neg:
        check += b"\x00"
        assert not dfa.interpret(check)

def test_pythonstates_interp():
    from pythonstates import states, checks_pos, checks_neg
    dfa = DFA(states)
    dfa.THRESHOLD = 20
    for check in checks_pos:
        check += b"\x00"
        assert dfa.interpret(check)
    for check in checks_neg:
        check += b"\x00"
        assert not dfa.interpret(check)


def test_pythonstates():
    from pythonstates import states, checks_pos, checks_neg
    dfa = DFA(states)
    for check in checks_pos:
        check += b"\x00"
        assert dfa.interpret(check)
    for check in checks_neg:
        check += b"\x00"
        assert not dfa.interpret(check)

    dfa = JitDFA(states)
    dfa.THRESHOLD = 20
    for check in checks_pos:
        check += b"\x00"
        assert dfa.interpret(check)
    for check in checks_neg:
        check += b"\x00"
        assert not dfa.interpret(check)


def cover_all_edges(states):
    to_reach = {}
    to_reach[0] = b''
    todo = [0]
    while todo:
        state = todo.pop()
        for char, nextstate in enumerate(states[state]):
            if nextstate not in to_reach and nextstate >= 0:
                to_reach[nextstate] = to_reach[state] + bytes([char])
                todo.append(nextstate)
    neg = []
    pos = []
    for state, prefix in to_reach.items():
        for char, nextstate in enumerate(states[state]):
            if char > 127:
                continue
            if nextstate == -1:
                neg.append(prefix + bytes([char]))
            elif nextstate == -2:
                pos.append(prefix + bytes([char]))
    return pos, neg


def test_pythonstates_complete():
    from pythonstates import states, checks_pos, checks_neg
    pos, neg = cover_all_edges(states)
    dfa = DFA(states)
    for check in pos:
        assert dfa.interpret(check)
    for check in neg:
        assert not dfa.interpret(check)

    dfa = JitDFA(states)
    dfa.THRESHOLD = 5
    for check in pos:
        assert dfa.interpret(check)
    for check in neg:
        assert not dfa.interpret(check)

def test_pythonstate_view():
    from pythonstates import states, checks_pos, checks_neg
    dfa = JitDFA(states)
    dfa.DEBUG = True
    dfa.THRESHOLD = 5
    for i in range(1000):
        dfa.interpret(b"abcdefgggggggggggggggggg0000000000000000000000\x00")


def test_pythonstates_speed():
    from pythonstates import states, checks_pos, checks_neg
    dfa = DFA(states)
    dfa.DEBUG = False
    example = b"abcdef124_ABC" * 1_000_000 + b"\x00"
    dfa.interpret(example)

    dfa = CompiledDFA(states)
    dfa.DEBUG = False
    t1 = time.time()
    func = dfa.compile()
    t2 = time.time()
    print(f"time to compile {t2 - t1}")
    func(example)

    t1 = time.time()
    dfa = JitDFA(states)
    dfa.DEBUG = False
    t2 = time.time()
    print(f"jit setup {t2 - t1}")

    dfa.THRESHOLD = 5
    dfa.interpret(example)