eec6edca8d1d49424bc81041d0c111a0d2b32337
[p5sagit/p5-mst-13.2.git] / pod / perlguts.pod
1 =head1 NAME
2
3 perlguts - Introduction to the Perl API
4
5 =head1 DESCRIPTION
6
7 This document attempts to describe how to use the Perl API, as well as containing 
8 some info on the basic workings of the Perl core. It is far from complete 
9 and probably contains many errors. Please refer any questions or 
10 comments to the author below.
11
12 =head1 Variables
13
14 =head2 Datatypes
15
16 Perl has three typedefs that handle Perl's three main data types:
17
18     SV  Scalar Value
19     AV  Array Value
20     HV  Hash Value
21
22 Each typedef has specific routines that manipulate the various data types.
23
24 =head2 What is an "IV"?
25
26 Perl uses a special typedef IV which is a simple signed integer type that is
27 guaranteed to be large enough to hold a pointer (as well as an integer).
28 Additionally, there is the UV, which is simply an unsigned IV.
29
30 Perl also uses two special typedefs, I32 and I16, which will always be at
31 least 32-bits and 16-bits long, respectively. (Again, there are U32 and U16,
32 as well.)
33
34 =head2 Working with SVs
35
36 An SV can be created and loaded with one command.  There are four types of
37 values that can be loaded: an integer value (IV), a double (NV), a string,
38 (PV), and another scalar (SV).
39
40 The six routines are:
41
42     SV*  newSViv(IV);
43     SV*  newSVnv(double);
44     SV*  newSVpv(const char*, int);
45     SV*  newSVpvn(const char*, int);
46     SV*  newSVpvf(const char*, ...);
47     SV*  newSVsv(SV*);
48
49 To change the value of an *already-existing* SV, there are seven routines:
50
51     void  sv_setiv(SV*, IV);
52     void  sv_setuv(SV*, UV);
53     void  sv_setnv(SV*, double);
54     void  sv_setpv(SV*, const char*);
55     void  sv_setpvn(SV*, const char*, int)
56     void  sv_setpvf(SV*, const char*, ...);
57     void  sv_setpvfn(SV*, const char*, STRLEN, va_list *, SV **, I32, bool);
58     void  sv_setsv(SV*, SV*);
59
60 Notice that you can choose to specify the length of the string to be
61 assigned by using C<sv_setpvn>, C<newSVpvn>, or C<newSVpv>, or you may
62 allow Perl to calculate the length by using C<sv_setpv> or by specifying
63 0 as the second argument to C<newSVpv>.  Be warned, though, that Perl will
64 determine the string's length by using C<strlen>, which depends on the
65 string terminating with a NUL character.
66
67 The arguments of C<sv_setpvf> are processed like C<sprintf>, and the
68 formatted output becomes the value.
69
70 C<sv_setpvfn> is an analogue of C<vsprintf>, but it allows you to specify
71 either a pointer to a variable argument list or the address and length of
72 an array of SVs.  The last argument points to a boolean; on return, if that
73 boolean is true, then locale-specific information has been used to format
74 the string, and the string's contents are therefore untrustworthy (see
75 L<perlsec>).  This pointer may be NULL if that information is not
76 important.  Note that this function requires you to specify the length of
77 the format.
78
79 The C<sv_set*()> functions are not generic enough to operate on values
80 that have "magic".  See L<Magic Virtual Tables> later in this document.
81
82 All SVs that contain strings should be terminated with a NUL character.
83 If it is not NUL-terminated there is a risk of
84 core dumps and corruptions from code which passes the string to C
85 functions or system calls which expect a NUL-terminated string.
86 Perl's own functions typically add a trailing NUL for this reason.
87 Nevertheless, you should be very careful when you pass a string stored
88 in an SV to a C function or system call.
89
90 To access the actual value that an SV points to, you can use the macros:
91
92     SvIV(SV*)
93     SvUV(SV*)
94     SvNV(SV*)
95     SvPV(SV*, STRLEN len)
96     SvPV_nolen(SV*)
97
98 which will automatically coerce the actual scalar type into an IV, UV, double,
99 or string.
100
101 In the C<SvPV> macro, the length of the string returned is placed into the
102 variable C<len> (this is a macro, so you do I<not> use C<&len>).  If you do
103 not care what the length of the data is, use the C<SvPV_nolen> macro.
104 Historically the C<SvPV> macro with the global variable C<PL_na> has been
105 used in this case.  But that can be quite inefficient because C<PL_na> must
106 be accessed in thread-local storage in threaded Perl.  In any case, remember
107 that Perl allows arbitrary strings of data that may both contain NULs and
108 might not be terminated by a NUL.
109
110 Also remember that C doesn't allow you to safely say C<foo(SvPV(s, len),
111 len);>. It might work with your compiler, but it won't work for everyone.
112 Break this sort of statement up into separate assignments:
113
114         SV *s;
115         STRLEN len;
116         char * ptr;
117         ptr = SvPV(s, len);
118         foo(ptr, len);
119
120 If you want to know if the scalar value is TRUE, you can use:
121
122     SvTRUE(SV*)
123
124 Although Perl will automatically grow strings for you, if you need to force
125 Perl to allocate more memory for your SV, you can use the macro
126
127     SvGROW(SV*, STRLEN newlen)
128
129 which will determine if more memory needs to be allocated.  If so, it will
130 call the function C<sv_grow>.  Note that C<SvGROW> can only increase, not
131 decrease, the allocated memory of an SV and that it does not automatically
132 add a byte for the a trailing NUL (perl's own string functions typically do
133 C<SvGROW(sv, len + 1)>).
134
135 If you have an SV and want to know what kind of data Perl thinks is stored
136 in it, you can use the following macros to check the type of SV you have.
137
138     SvIOK(SV*)
139     SvNOK(SV*)
140     SvPOK(SV*)
141
142 You can get and set the current length of the string stored in an SV with
143 the following macros:
144
145     SvCUR(SV*)
146     SvCUR_set(SV*, I32 val)
147
148 You can also get a pointer to the end of the string stored in the SV
149 with the macro:
150
151     SvEND(SV*)
152
153 But note that these last three macros are valid only if C<SvPOK()> is true.
154
155 If you want to append something to the end of string stored in an C<SV*>,
156 you can use the following functions:
157
158     void  sv_catpv(SV*, const char*);
159     void  sv_catpvn(SV*, const char*, STRLEN);
160     void  sv_catpvf(SV*, const char*, ...);
161     void  sv_catpvfn(SV*, const char*, STRLEN, va_list *, SV **, I32, bool);
162     void  sv_catsv(SV*, SV*);
163
164 The first function calculates the length of the string to be appended by
165 using C<strlen>.  In the second, you specify the length of the string
166 yourself.  The third function processes its arguments like C<sprintf> and
167 appends the formatted output.  The fourth function works like C<vsprintf>.
168 You can specify the address and length of an array of SVs instead of the
169 va_list argument. The fifth function extends the string stored in the first
170 SV with the string stored in the second SV.  It also forces the second SV
171 to be interpreted as a string.
172
173 The C<sv_cat*()> functions are not generic enough to operate on values that
174 have "magic".  See L<Magic Virtual Tables> later in this document.
175
176 If you know the name of a scalar variable, you can get a pointer to its SV
177 by using the following:
178
179     SV*  perl_get_sv("package::varname", FALSE);
180
181 This returns NULL if the variable does not exist.
182
183 If you want to know if this variable (or any other SV) is actually C<defined>,
184 you can call:
185
186     SvOK(SV*)
187
188 The scalar C<undef> value is stored in an SV instance called C<PL_sv_undef>.  Its
189 address can be used whenever an C<SV*> is needed.
190
191 There are also the two values C<PL_sv_yes> and C<PL_sv_no>, which contain Boolean
192 TRUE and FALSE values, respectively.  Like C<PL_sv_undef>, their addresses can
193 be used whenever an C<SV*> is needed.
194
195 Do not be fooled into thinking that C<(SV *) 0> is the same as C<&PL_sv_undef>.
196 Take this code:
197
198     SV* sv = (SV*) 0;
199     if (I-am-to-return-a-real-value) {
200             sv = sv_2mortal(newSViv(42));
201     }
202     sv_setsv(ST(0), sv);
203
204 This code tries to return a new SV (which contains the value 42) if it should
205 return a real value, or undef otherwise.  Instead it has returned a NULL
206 pointer which, somewhere down the line, will cause a segmentation violation,
207 bus error, or just weird results.  Change the zero to C<&PL_sv_undef> in the first
208 line and all will be well.
209
210 To free an SV that you've created, call C<SvREFCNT_dec(SV*)>.  Normally this
211 call is not necessary (see L<Reference Counts and Mortality>).
212
213 =head2 What's Really Stored in an SV?
214
215 Recall that the usual method of determining the type of scalar you have is
216 to use C<Sv*OK> macros.  Because a scalar can be both a number and a string,
217 usually these macros will always return TRUE and calling the C<Sv*V>
218 macros will do the appropriate conversion of string to integer/double or
219 integer/double to string.
220
221 If you I<really> need to know if you have an integer, double, or string
222 pointer in an SV, you can use the following three macros instead:
223
224     SvIOKp(SV*)
225     SvNOKp(SV*)
226     SvPOKp(SV*)
227
228 These will tell you if you truly have an integer, double, or string pointer
229 stored in your SV.  The "p" stands for private.
230
231 In general, though, it's best to use the C<Sv*V> macros.
232
233 =head2 Working with AVs
234
235 There are two ways to create and load an AV.  The first method creates an
236 empty AV:
237
238     AV*  newAV();
239
240 The second method both creates the AV and initially populates it with SVs:
241
242     AV*  av_make(I32 num, SV **ptr);
243
244 The second argument points to an array containing C<num> C<SV*>'s.  Once the
245 AV has been created, the SVs can be destroyed, if so desired.
246
247 Once the AV has been created, the following operations are possible on AVs:
248
249     void  av_push(AV*, SV*);
250     SV*   av_pop(AV*);
251     SV*   av_shift(AV*);
252     void  av_unshift(AV*, I32 num);
253
254 These should be familiar operations, with the exception of C<av_unshift>.
255 This routine adds C<num> elements at the front of the array with the C<undef>
256 value.  You must then use C<av_store> (described below) to assign values
257 to these new elements.
258
259 Here are some other functions:
260
261     I32   av_len(AV*);
262     SV**  av_fetch(AV*, I32 key, I32 lval);
263     SV**  av_store(AV*, I32 key, SV* val);
264
265 The C<av_len> function returns the highest index value in array (just
266 like $#array in Perl).  If the array is empty, -1 is returned.  The
267 C<av_fetch> function returns the value at index C<key>, but if C<lval>
268 is non-zero, then C<av_fetch> will store an undef value at that index.
269 The C<av_store> function stores the value C<val> at index C<key>, and does
270 not increment the reference count of C<val>.  Thus the caller is responsible
271 for taking care of that, and if C<av_store> returns NULL, the caller will
272 have to decrement the reference count to avoid a memory leak.  Note that
273 C<av_fetch> and C<av_store> both return C<SV**>'s, not C<SV*>'s as their
274 return value.
275
276     void  av_clear(AV*);
277     void  av_undef(AV*);
278     void  av_extend(AV*, I32 key);
279
280 The C<av_clear> function deletes all the elements in the AV* array, but
281 does not actually delete the array itself.  The C<av_undef> function will
282 delete all the elements in the array plus the array itself.  The
283 C<av_extend> function extends the array so that it contains at least C<key+1>
284 elements.  If C<key+1> is less than the currently allocated length of the array,
285 then nothing is done.
286
287 If you know the name of an array variable, you can get a pointer to its AV
288 by using the following:
289
290     AV*  perl_get_av("package::varname", FALSE);
291
292 This returns NULL if the variable does not exist.
293
294 See L<Understanding the Magic of Tied Hashes and Arrays> for more
295 information on how to use the array access functions on tied arrays.
296
297 =head2 Working with HVs
298
299 To create an HV, you use the following routine:
300
301     HV*  newHV();
302
303 Once the HV has been created, the following operations are possible on HVs:
304
305     SV**  hv_store(HV*, const char* key, U32 klen, SV* val, U32 hash);
306     SV**  hv_fetch(HV*, const char* key, U32 klen, I32 lval);
307
308 The C<klen> parameter is the length of the key being passed in (Note that
309 you cannot pass 0 in as a value of C<klen> to tell Perl to measure the
310 length of the key).  The C<val> argument contains the SV pointer to the
311 scalar being stored, and C<hash> is the precomputed hash value (zero if
312 you want C<hv_store> to calculate it for you).  The C<lval> parameter
313 indicates whether this fetch is actually a part of a store operation, in
314 which case a new undefined value will be added to the HV with the supplied
315 key and C<hv_fetch> will return as if the value had already existed.
316
317 Remember that C<hv_store> and C<hv_fetch> return C<SV**>'s and not just
318 C<SV*>.  To access the scalar value, you must first dereference the return
319 value.  However, you should check to make sure that the return value is
320 not NULL before dereferencing it.
321
322 These two functions check if a hash table entry exists, and deletes it.
323
324     bool  hv_exists(HV*, const char* key, U32 klen);
325     SV*   hv_delete(HV*, const char* key, U32 klen, I32 flags);
326
327 If C<flags> does not include the C<G_DISCARD> flag then C<hv_delete> will
328 create and return a mortal copy of the deleted value.
329
330 And more miscellaneous functions:
331
332     void   hv_clear(HV*);
333     void   hv_undef(HV*);
334
335 Like their AV counterparts, C<hv_clear> deletes all the entries in the hash
336 table but does not actually delete the hash table.  The C<hv_undef> deletes
337 both the entries and the hash table itself.
338
339 Perl keeps the actual data in linked list of structures with a typedef of HE.
340 These contain the actual key and value pointers (plus extra administrative
341 overhead).  The key is a string pointer; the value is an C<SV*>.  However,
342 once you have an C<HE*>, to get the actual key and value, use the routines
343 specified below.
344
345     I32    hv_iterinit(HV*);
346             /* Prepares starting point to traverse hash table */
347     HE*    hv_iternext(HV*);
348             /* Get the next entry, and return a pointer to a
349                structure that has both the key and value */
350     char*  hv_iterkey(HE* entry, I32* retlen);
351             /* Get the key from an HE structure and also return
352                the length of the key string */
353     SV*    hv_iterval(HV*, HE* entry);
354             /* Return a SV pointer to the value of the HE
355                structure */
356     SV*    hv_iternextsv(HV*, char** key, I32* retlen);
357             /* This convenience routine combines hv_iternext,
358                hv_iterkey, and hv_iterval.  The key and retlen
359                arguments are return values for the key and its
360                length.  The value is returned in the SV* argument */
361
362 If you know the name of a hash variable, you can get a pointer to its HV
363 by using the following:
364
365     HV*  perl_get_hv("package::varname", FALSE);
366
367 This returns NULL if the variable does not exist.
368
369 The hash algorithm is defined in the C<PERL_HASH(hash, key, klen)> macro:
370
371     hash = 0;
372     while (klen--)
373         hash = (hash * 33) + *key++;
374     hash = hash + (hash >> 5);                  /* after 5.6 */
375
376 The last step was added in version 5.6 to improve distribution of
377 lower bits in the resulting hash value.
378
379 See L<Understanding the Magic of Tied Hashes and Arrays> for more
380 information on how to use the hash access functions on tied hashes.
381
382 =head2 Hash API Extensions
383
384 Beginning with version 5.004, the following functions are also supported:
385
386     HE*     hv_fetch_ent  (HV* tb, SV* key, I32 lval, U32 hash);
387     HE*     hv_store_ent  (HV* tb, SV* key, SV* val, U32 hash);
388     
389     bool    hv_exists_ent (HV* tb, SV* key, U32 hash);
390     SV*     hv_delete_ent (HV* tb, SV* key, I32 flags, U32 hash);
391     
392     SV*     hv_iterkeysv  (HE* entry);
393
394 Note that these functions take C<SV*> keys, which simplifies writing
395 of extension code that deals with hash structures.  These functions
396 also allow passing of C<SV*> keys to C<tie> functions without forcing
397 you to stringify the keys (unlike the previous set of functions).
398
399 They also return and accept whole hash entries (C<HE*>), making their
400 use more efficient (since the hash number for a particular string
401 doesn't have to be recomputed every time).  See L<API LISTING> later in
402 this document for detailed descriptions.
403
404 The following macros must always be used to access the contents of hash
405 entries.  Note that the arguments to these macros must be simple
406 variables, since they may get evaluated more than once.  See
407 L<API LISTING> later in this document for detailed descriptions of these
408 macros.
409
410     HePV(HE* he, STRLEN len)
411     HeVAL(HE* he)
412     HeHASH(HE* he)
413     HeSVKEY(HE* he)
414     HeSVKEY_force(HE* he)
415     HeSVKEY_set(HE* he, SV* sv)
416
417 These two lower level macros are defined, but must only be used when
418 dealing with keys that are not C<SV*>s:
419
420     HeKEY(HE* he)
421     HeKLEN(HE* he)
422
423 Note that both C<hv_store> and C<hv_store_ent> do not increment the
424 reference count of the stored C<val>, which is the caller's responsibility.
425 If these functions return a NULL value, the caller will usually have to
426 decrement the reference count of C<val> to avoid a memory leak.
427
428 =head2 References
429
430 References are a special type of scalar that point to other data types
431 (including references).
432
433 To create a reference, use either of the following functions:
434
435     SV* newRV_inc((SV*) thing);
436     SV* newRV_noinc((SV*) thing);
437
438 The C<thing> argument can be any of an C<SV*>, C<AV*>, or C<HV*>.  The
439 functions are identical except that C<newRV_inc> increments the reference
440 count of the C<thing>, while C<newRV_noinc> does not.  For historical
441 reasons, C<newRV> is a synonym for C<newRV_inc>.
442
443 Once you have a reference, you can use the following macro to dereference
444 the reference:
445
446     SvRV(SV*)
447
448 then call the appropriate routines, casting the returned C<SV*> to either an
449 C<AV*> or C<HV*>, if required.
450
451 To determine if an SV is a reference, you can use the following macro:
452
453     SvROK(SV*)
454
455 To discover what type of value the reference refers to, use the following
456 macro and then check the return value.
457
458     SvTYPE(SvRV(SV*))
459
460 The most useful types that will be returned are:
461
462     SVt_IV    Scalar
463     SVt_NV    Scalar
464     SVt_PV    Scalar
465     SVt_RV    Scalar
466     SVt_PVAV  Array
467     SVt_PVHV  Hash
468     SVt_PVCV  Code
469     SVt_PVGV  Glob (possible a file handle)
470     SVt_PVMG  Blessed or Magical Scalar
471
472     See the sv.h header file for more details.
473
474 =head2 Blessed References and Class Objects
475
476 References are also used to support object-oriented programming.  In the
477 OO lexicon, an object is simply a reference that has been blessed into a
478 package (or class).  Once blessed, the programmer may now use the reference
479 to access the various methods in the class.
480
481 A reference can be blessed into a package with the following function:
482
483     SV* sv_bless(SV* sv, HV* stash);
484
485 The C<sv> argument must be a reference.  The C<stash> argument specifies
486 which class the reference will belong to.  See
487 L<Stashes and Globs> for information on converting class names into stashes.
488
489 /* Still under construction */
490
491 Upgrades rv to reference if not already one.  Creates new SV for rv to
492 point to.  If C<classname> is non-null, the SV is blessed into the specified
493 class.  SV is returned.
494
495         SV* newSVrv(SV* rv, const char* classname);
496
497 Copies integer or double into an SV whose reference is C<rv>.  SV is blessed
498 if C<classname> is non-null.
499
500         SV* sv_setref_iv(SV* rv, const char* classname, IV iv);
501         SV* sv_setref_nv(SV* rv, const char* classname, NV iv);
502
503 Copies the pointer value (I<the address, not the string!>) into an SV whose
504 reference is rv.  SV is blessed if C<classname> is non-null.
505
506         SV* sv_setref_pv(SV* rv, const char* classname, PV iv);
507
508 Copies string into an SV whose reference is C<rv>.  Set length to 0 to let
509 Perl calculate the string length.  SV is blessed if C<classname> is non-null.
510
511         SV* sv_setref_pvn(SV* rv, const char* classname, PV iv, STRLEN length);
512
513 Tests whether the SV is blessed into the specified class.  It does not
514 check inheritance relationships.
515
516         int  sv_isa(SV* sv, const char* name);
517
518 Tests whether the SV is a reference to a blessed object.
519
520         int  sv_isobject(SV* sv);
521
522 Tests whether the SV is derived from the specified class. SV can be either
523 a reference to a blessed object or a string containing a class name. This
524 is the function implementing the C<UNIVERSAL::isa> functionality.
525
526         bool sv_derived_from(SV* sv, const char* name);
527
528 To check if you've got an object derived from a specific class you have 
529 to write:
530
531         if (sv_isobject(sv) && sv_derived_from(sv, class)) { ... }
532
533 =head2 Creating New Variables
534
535 To create a new Perl variable with an undef value which can be accessed from
536 your Perl script, use the following routines, depending on the variable type.
537
538     SV*  perl_get_sv("package::varname", TRUE);
539     AV*  perl_get_av("package::varname", TRUE);
540     HV*  perl_get_hv("package::varname", TRUE);
541
542 Notice the use of TRUE as the second parameter.  The new variable can now
543 be set, using the routines appropriate to the data type.
544
545 There are additional macros whose values may be bitwise OR'ed with the
546 C<TRUE> argument to enable certain extra features.  Those bits are:
547
548     GV_ADDMULTI Marks the variable as multiply defined, thus preventing the
549                 "Name <varname> used only once: possible typo" warning.
550     GV_ADDWARN  Issues the warning "Had to create <varname> unexpectedly" if
551                 the variable did not exist before the function was called.
552
553 If you do not specify a package name, the variable is created in the current
554 package.
555
556 =head2 Reference Counts and Mortality
557
558 Perl uses an reference count-driven garbage collection mechanism. SVs,
559 AVs, or HVs (xV for short in the following) start their life with a
560 reference count of 1.  If the reference count of an xV ever drops to 0,
561 then it will be destroyed and its memory made available for reuse.
562
563 This normally doesn't happen at the Perl level unless a variable is
564 undef'ed or the last variable holding a reference to it is changed or
565 overwritten.  At the internal level, however, reference counts can be
566 manipulated with the following macros:
567
568     int SvREFCNT(SV* sv);
569     SV* SvREFCNT_inc(SV* sv);
570     void SvREFCNT_dec(SV* sv);
571
572 However, there is one other function which manipulates the reference
573 count of its argument.  The C<newRV_inc> function, you will recall,
574 creates a reference to the specified argument.  As a side effect,
575 it increments the argument's reference count.  If this is not what
576 you want, use C<newRV_noinc> instead.
577
578 For example, imagine you want to return a reference from an XSUB function.
579 Inside the XSUB routine, you create an SV which initially has a reference
580 count of one.  Then you call C<newRV_inc>, passing it the just-created SV.
581 This returns the reference as a new SV, but the reference count of the
582 SV you passed to C<newRV_inc> has been incremented to two.  Now you
583 return the reference from the XSUB routine and forget about the SV.
584 But Perl hasn't!  Whenever the returned reference is destroyed, the
585 reference count of the original SV is decreased to one and nothing happens.
586 The SV will hang around without any way to access it until Perl itself
587 terminates.  This is a memory leak.
588
589 The correct procedure, then, is to use C<newRV_noinc> instead of
590 C<newRV_inc>.  Then, if and when the last reference is destroyed,
591 the reference count of the SV will go to zero and it will be destroyed,
592 stopping any memory leak.
593
594 There are some convenience functions available that can help with the
595 destruction of xVs.  These functions introduce the concept of "mortality".
596 An xV that is mortal has had its reference count marked to be decremented,
597 but not actually decremented, until "a short time later".  Generally the
598 term "short time later" means a single Perl statement, such as a call to
599 an XSUB function.  The actual determinant for when mortal xVs have their
600 reference count decremented depends on two macros, SAVETMPS and FREETMPS.
601 See L<perlcall> and L<perlxs> for more details on these macros.
602
603 "Mortalization" then is at its simplest a deferred C<SvREFCNT_dec>.
604 However, if you mortalize a variable twice, the reference count will
605 later be decremented twice.
606
607 You should be careful about creating mortal variables.  Strange things
608 can happen if you make the same value mortal within multiple contexts,
609 or if you make a variable mortal multiple times.
610
611 To create a mortal variable, use the functions:
612
613     SV*  sv_newmortal()
614     SV*  sv_2mortal(SV*)
615     SV*  sv_mortalcopy(SV*)
616
617 The first call creates a mortal SV, the second converts an existing
618 SV to a mortal SV (and thus defers a call to C<SvREFCNT_dec>), and the
619 third creates a mortal copy of an existing SV.
620
621 The mortal routines are not just for SVs -- AVs and HVs can be
622 made mortal by passing their address (type-casted to C<SV*>) to the
623 C<sv_2mortal> or C<sv_mortalcopy> routines.
624
625 =head2 Stashes and Globs
626
627 A "stash" is a hash that contains all of the different objects that
628 are contained within a package.  Each key of the stash is a symbol
629 name (shared by all the different types of objects that have the same
630 name), and each value in the hash table is a GV (Glob Value).  This GV
631 in turn contains references to the various objects of that name,
632 including (but not limited to) the following:
633
634     Scalar Value
635     Array Value
636     Hash Value
637     I/O Handle
638     Format
639     Subroutine
640
641 There is a single stash called "PL_defstash" that holds the items that exist
642 in the "main" package.  To get at the items in other packages, append the
643 string "::" to the package name.  The items in the "Foo" package are in
644 the stash "Foo::" in PL_defstash.  The items in the "Bar::Baz" package are
645 in the stash "Baz::" in "Bar::"'s stash.
646
647 To get the stash pointer for a particular package, use the function:
648
649     HV*  gv_stashpv(const char* name, I32 create)
650     HV*  gv_stashsv(SV*, I32 create)
651
652 The first function takes a literal string, the second uses the string stored
653 in the SV.  Remember that a stash is just a hash table, so you get back an
654 C<HV*>.  The C<create> flag will create a new package if it is set.
655
656 The name that C<gv_stash*v> wants is the name of the package whose symbol table
657 you want.  The default package is called C<main>.  If you have multiply nested
658 packages, pass their names to C<gv_stash*v>, separated by C<::> as in the Perl
659 language itself.
660
661 Alternately, if you have an SV that is a blessed reference, you can find
662 out the stash pointer by using:
663
664     HV*  SvSTASH(SvRV(SV*));
665
666 then use the following to get the package name itself:
667
668     char*  HvNAME(HV* stash);
669
670 If you need to bless or re-bless an object you can use the following
671 function:
672
673     SV*  sv_bless(SV*, HV* stash)
674
675 where the first argument, an C<SV*>, must be a reference, and the second
676 argument is a stash.  The returned C<SV*> can now be used in the same way
677 as any other SV.
678
679 For more information on references and blessings, consult L<perlref>.
680
681 =head2 Double-Typed SVs
682
683 Scalar variables normally contain only one type of value, an integer,
684 double, pointer, or reference.  Perl will automatically convert the
685 actual scalar data from the stored type into the requested type.
686
687 Some scalar variables contain more than one type of scalar data.  For
688 example, the variable C<$!> contains either the numeric value of C<errno>
689 or its string equivalent from either C<strerror> or C<sys_errlist[]>.
690
691 To force multiple data values into an SV, you must do two things: use the
692 C<sv_set*v> routines to add the additional scalar type, then set a flag
693 so that Perl will believe it contains more than one type of data.  The
694 four macros to set the flags are:
695
696         SvIOK_on
697         SvNOK_on
698         SvPOK_on
699         SvROK_on
700
701 The particular macro you must use depends on which C<sv_set*v> routine
702 you called first.  This is because every C<sv_set*v> routine turns on
703 only the bit for the particular type of data being set, and turns off
704 all the rest.
705
706 For example, to create a new Perl variable called "dberror" that contains
707 both the numeric and descriptive string error values, you could use the
708 following code:
709
710     extern int  dberror;
711     extern char *dberror_list;
712
713     SV* sv = perl_get_sv("dberror", TRUE);
714     sv_setiv(sv, (IV) dberror);
715     sv_setpv(sv, dberror_list[dberror]);
716     SvIOK_on(sv);
717
718 If the order of C<sv_setiv> and C<sv_setpv> had been reversed, then the
719 macro C<SvPOK_on> would need to be called instead of C<SvIOK_on>.
720
721 =head2 Magic Variables
722
723 [This section still under construction.  Ignore everything here.  Post no
724 bills.  Everything not permitted is forbidden.]
725
726 Any SV may be magical, that is, it has special features that a normal
727 SV does not have.  These features are stored in the SV structure in a
728 linked list of C<struct magic>'s, typedef'ed to C<MAGIC>.
729
730     struct magic {
731         MAGIC*      mg_moremagic;
732         MGVTBL*     mg_virtual;
733         U16         mg_private;
734         char        mg_type;
735         U8          mg_flags;
736         SV*         mg_obj;
737         char*       mg_ptr;
738         I32         mg_len;
739     };
740
741 Note this is current as of patchlevel 0, and could change at any time.
742
743 =head2 Assigning Magic
744
745 Perl adds magic to an SV using the sv_magic function:
746
747     void sv_magic(SV* sv, SV* obj, int how, const char* name, I32 namlen);
748
749 The C<sv> argument is a pointer to the SV that is to acquire a new magical
750 feature.
751
752 If C<sv> is not already magical, Perl uses the C<SvUPGRADE> macro to
753 set the C<SVt_PVMG> flag for the C<sv>.  Perl then continues by adding
754 it to the beginning of the linked list of magical features.  Any prior
755 entry of the same type of magic is deleted.  Note that this can be
756 overridden, and multiple instances of the same type of magic can be
757 associated with an SV.
758
759 The C<name> and C<namlen> arguments are used to associate a string with
760 the magic, typically the name of a variable. C<namlen> is stored in the
761 C<mg_len> field and if C<name> is non-null and C<namlen> >= 0 a malloc'd
762 copy of the name is stored in C<mg_ptr> field.
763
764 The sv_magic function uses C<how> to determine which, if any, predefined
765 "Magic Virtual Table" should be assigned to the C<mg_virtual> field.
766 See the "Magic Virtual Table" section below.  The C<how> argument is also
767 stored in the C<mg_type> field.
768
769 The C<obj> argument is stored in the C<mg_obj> field of the C<MAGIC>
770 structure.  If it is not the same as the C<sv> argument, the reference
771 count of the C<obj> object is incremented.  If it is the same, or if
772 the C<how> argument is "#", or if it is a NULL pointer, then C<obj> is
773 merely stored, without the reference count being incremented.
774
775 There is also a function to add magic to an C<HV>:
776
777     void hv_magic(HV *hv, GV *gv, int how);
778
779 This simply calls C<sv_magic> and coerces the C<gv> argument into an C<SV>.
780
781 To remove the magic from an SV, call the function sv_unmagic:
782
783     void sv_unmagic(SV *sv, int type);
784
785 The C<type> argument should be equal to the C<how> value when the C<SV>
786 was initially made magical.
787
788 =head2 Magic Virtual Tables
789
790 The C<mg_virtual> field in the C<MAGIC> structure is a pointer to a
791 C<MGVTBL>, which is a structure of function pointers and stands for
792 "Magic Virtual Table" to handle the various operations that might be
793 applied to that variable.
794
795 The C<MGVTBL> has five pointers to the following routine types:
796
797     int  (*svt_get)(SV* sv, MAGIC* mg);
798     int  (*svt_set)(SV* sv, MAGIC* mg);
799     U32  (*svt_len)(SV* sv, MAGIC* mg);
800     int  (*svt_clear)(SV* sv, MAGIC* mg);
801     int  (*svt_free)(SV* sv, MAGIC* mg);
802
803 This MGVTBL structure is set at compile-time in C<perl.h> and there are
804 currently 19 types (or 21 with overloading turned on).  These different
805 structures contain pointers to various routines that perform additional
806 actions depending on which function is being called.
807
808     Function pointer    Action taken
809     ----------------    ------------
810     svt_get             Do something after the value of the SV is retrieved.
811     svt_set             Do something after the SV is assigned a value.
812     svt_len             Report on the SV's length.
813     svt_clear           Clear something the SV represents.
814     svt_free            Free any extra storage associated with the SV.
815
816 For instance, the MGVTBL structure called C<vtbl_sv> (which corresponds
817 to an C<mg_type> of '\0') contains:
818
819     { magic_get, magic_set, magic_len, 0, 0 }
820
821 Thus, when an SV is determined to be magical and of type '\0', if a get
822 operation is being performed, the routine C<magic_get> is called.  All
823 the various routines for the various magical types begin with C<magic_>.
824 NOTE: the magic routines are not considered part of the Perl API, and may
825 not be exported by the Perl library.
826
827 The current kinds of Magic Virtual Tables are:
828
829     mg_type  MGVTBL              Type of magic
830     -------  ------              ----------------------------
831     \0       vtbl_sv             Special scalar variable
832     A        vtbl_amagic         %OVERLOAD hash
833     a        vtbl_amagicelem     %OVERLOAD hash element
834     c        (none)              Holds overload table (AMT) on stash
835     B        vtbl_bm             Boyer-Moore (fast string search)
836     E        vtbl_env            %ENV hash
837     e        vtbl_envelem        %ENV hash element
838     f        vtbl_fm             Formline ('compiled' format)
839     g        vtbl_mglob          m//g target / study()ed string
840     I        vtbl_isa            @ISA array
841     i        vtbl_isaelem        @ISA array element
842     k        vtbl_nkeys          scalar(keys()) lvalue
843     L        (none)              Debugger %_<filename 
844     l        vtbl_dbline         Debugger %_<filename element
845     o        vtbl_collxfrm       Locale transformation
846     P        vtbl_pack           Tied array or hash
847     p        vtbl_packelem       Tied array or hash element
848     q        vtbl_packelem       Tied scalar or handle
849     S        vtbl_sig            %SIG hash
850     s        vtbl_sigelem        %SIG hash element
851     t        vtbl_taint          Taintedness
852     U        vtbl_uvar           Available for use by extensions
853     v        vtbl_vec            vec() lvalue
854     x        vtbl_substr         substr() lvalue
855     y        vtbl_defelem        Shadow "foreach" iterator variable /
856                                   smart parameter vivification
857     *        vtbl_glob           GV (typeglob)
858     #        vtbl_arylen         Array length ($#ary)
859     .        vtbl_pos            pos() lvalue
860     ~        (none)              Available for use by extensions
861
862 When an uppercase and lowercase letter both exist in the table, then the
863 uppercase letter is used to represent some kind of composite type (a list
864 or a hash), and the lowercase letter is used to represent an element of
865 that composite type.
866
867 The '~' and 'U' magic types are defined specifically for use by
868 extensions and will not be used by perl itself.  Extensions can use
869 '~' magic to 'attach' private information to variables (typically
870 objects).  This is especially useful because there is no way for
871 normal perl code to corrupt this private information (unlike using
872 extra elements of a hash object).
873
874 Similarly, 'U' magic can be used much like tie() to call a C function
875 any time a scalar's value is used or changed.  The C<MAGIC>'s
876 C<mg_ptr> field points to a C<ufuncs> structure:
877
878     struct ufuncs {
879         I32 (*uf_val)(IV, SV*);
880         I32 (*uf_set)(IV, SV*);
881         IV uf_index;
882     };
883
884 When the SV is read from or written to, the C<uf_val> or C<uf_set>
885 function will be called with C<uf_index> as the first arg and a
886 pointer to the SV as the second.  A simple example of how to add 'U'
887 magic is shown below.  Note that the ufuncs structure is copied by
888 sv_magic, so you can safely allocate it on the stack.
889
890     void
891     Umagic(sv)
892         SV *sv;
893     PREINIT:
894         struct ufuncs uf;
895     CODE:
896         uf.uf_val   = &my_get_fn;
897         uf.uf_set   = &my_set_fn;
898         uf.uf_index = 0;
899         sv_magic(sv, 0, 'U', (char*)&uf, sizeof(uf));
900
901 Note that because multiple extensions may be using '~' or 'U' magic,
902 it is important for extensions to take extra care to avoid conflict.
903 Typically only using the magic on objects blessed into the same class
904 as the extension is sufficient.  For '~' magic, it may also be
905 appropriate to add an I32 'signature' at the top of the private data
906 area and check that.
907
908 Also note that the C<sv_set*()> and C<sv_cat*()> functions described
909 earlier do B<not> invoke 'set' magic on their targets.  This must
910 be done by the user either by calling the C<SvSETMAGIC()> macro after
911 calling these functions, or by using one of the C<sv_set*_mg()> or
912 C<sv_cat*_mg()> functions.  Similarly, generic C code must call the
913 C<SvGETMAGIC()> macro to invoke any 'get' magic if they use an SV
914 obtained from external sources in functions that don't handle magic.
915 L<API LISTING> later in this document identifies such functions.
916 For example, calls to the C<sv_cat*()> functions typically need to be
917 followed by C<SvSETMAGIC()>, but they don't need a prior C<SvGETMAGIC()>
918 since their implementation handles 'get' magic.
919
920 =head2 Finding Magic
921
922     MAGIC* mg_find(SV*, int type); /* Finds the magic pointer of that type */
923
924 This routine returns a pointer to the C<MAGIC> structure stored in the SV.
925 If the SV does not have that magical feature, C<NULL> is returned.  Also,
926 if the SV is not of type SVt_PVMG, Perl may core dump.
927
928     int mg_copy(SV* sv, SV* nsv, const char* key, STRLEN klen);
929
930 This routine checks to see what types of magic C<sv> has.  If the mg_type
931 field is an uppercase letter, then the mg_obj is copied to C<nsv>, but
932 the mg_type field is changed to be the lowercase letter.
933
934 =head2 Understanding the Magic of Tied Hashes and Arrays
935
936 Tied hashes and arrays are magical beasts of the 'P' magic type.
937
938 WARNING: As of the 5.004 release, proper usage of the array and hash
939 access functions requires understanding a few caveats.  Some
940 of these caveats are actually considered bugs in the API, to be fixed
941 in later releases, and are bracketed with [MAYCHANGE] below. If
942 you find yourself actually applying such information in this section, be
943 aware that the behavior may change in the future, umm, without warning.
944
945 The perl tie function associates a variable with an object that implements
946 the various GET, SET etc methods.  To perform the equivalent of the perl
947 tie function from an XSUB, you must mimic this behaviour.  The code below
948 carries out the necessary steps - firstly it creates a new hash, and then
949 creates a second hash which it blesses into the class which will implement
950 the tie methods. Lastly it ties the two hashes together, and returns a
951 reference to the new tied hash.  Note that the code below does NOT call the
952 TIEHASH method in the MyTie class -
953 see L<Calling Perl Routines from within C Programs> for details on how
954 to do this.
955
956     SV*
957     mytie()
958     PREINIT:
959         HV *hash;
960         HV *stash;
961         SV *tie;
962     CODE:
963         hash = newHV();
964         tie = newRV_noinc((SV*)newHV());
965         stash = gv_stashpv("MyTie", TRUE);
966         sv_bless(tie, stash);
967         hv_magic(hash, tie, 'P');
968         RETVAL = newRV_noinc(hash);
969     OUTPUT:
970         RETVAL
971
972 The C<av_store> function, when given a tied array argument, merely
973 copies the magic of the array onto the value to be "stored", using
974 C<mg_copy>.  It may also return NULL, indicating that the value did not
975 actually need to be stored in the array.  [MAYCHANGE] After a call to
976 C<av_store> on a tied array, the caller will usually need to call
977 C<mg_set(val)> to actually invoke the perl level "STORE" method on the
978 TIEARRAY object.  If C<av_store> did return NULL, a call to
979 C<SvREFCNT_dec(val)> will also be usually necessary to avoid a memory
980 leak. [/MAYCHANGE]
981
982 The previous paragraph is applicable verbatim to tied hash access using the
983 C<hv_store> and C<hv_store_ent> functions as well.
984
985 C<av_fetch> and the corresponding hash functions C<hv_fetch> and
986 C<hv_fetch_ent> actually return an undefined mortal value whose magic
987 has been initialized using C<mg_copy>.  Note the value so returned does not
988 need to be deallocated, as it is already mortal.  [MAYCHANGE] But you will
989 need to call C<mg_get()> on the returned value in order to actually invoke
990 the perl level "FETCH" method on the underlying TIE object.  Similarly,
991 you may also call C<mg_set()> on the return value after possibly assigning
992 a suitable value to it using C<sv_setsv>,  which will invoke the "STORE"
993 method on the TIE object. [/MAYCHANGE]
994
995 [MAYCHANGE]
996 In other words, the array or hash fetch/store functions don't really
997 fetch and store actual values in the case of tied arrays and hashes.  They
998 merely call C<mg_copy> to attach magic to the values that were meant to be
999 "stored" or "fetched".  Later calls to C<mg_get> and C<mg_set> actually
1000 do the job of invoking the TIE methods on the underlying objects.  Thus
1001 the magic mechanism currently implements a kind of lazy access to arrays
1002 and hashes.
1003
1004 Currently (as of perl version 5.004), use of the hash and array access
1005 functions requires the user to be aware of whether they are operating on
1006 "normal" hashes and arrays, or on their tied variants.  The API may be
1007 changed to provide more transparent access to both tied and normal data
1008 types in future versions.
1009 [/MAYCHANGE]
1010
1011 You would do well to understand that the TIEARRAY and TIEHASH interfaces
1012 are mere sugar to invoke some perl method calls while using the uniform hash
1013 and array syntax.  The use of this sugar imposes some overhead (typically
1014 about two to four extra opcodes per FETCH/STORE operation, in addition to
1015 the creation of all the mortal variables required to invoke the methods).
1016 This overhead will be comparatively small if the TIE methods are themselves
1017 substantial, but if they are only a few statements long, the overhead
1018 will not be insignificant.
1019
1020 =head2 Localizing changes
1021
1022 Perl has a very handy construction
1023
1024   {
1025     local $var = 2;
1026     ...
1027   }
1028
1029 This construction is I<approximately> equivalent to
1030
1031   {
1032     my $oldvar = $var;
1033     $var = 2;
1034     ...
1035     $var = $oldvar;
1036   }
1037
1038 The biggest difference is that the first construction would
1039 reinstate the initial value of $var, irrespective of how control exits
1040 the block: C<goto>, C<return>, C<die>/C<eval> etc. It is a little bit
1041 more efficient as well.
1042
1043 There is a way to achieve a similar task from C via Perl API: create a
1044 I<pseudo-block>, and arrange for some changes to be automatically
1045 undone at the end of it, either explicit, or via a non-local exit (via
1046 die()). A I<block>-like construct is created by a pair of
1047 C<ENTER>/C<LEAVE> macros (see L<perlcall/"Returning a Scalar">).
1048 Such a construct may be created specially for some important localized
1049 task, or an existing one (like boundaries of enclosing Perl
1050 subroutine/block, or an existing pair for freeing TMPs) may be
1051 used. (In the second case the overhead of additional localization must
1052 be almost negligible.) Note that any XSUB is automatically enclosed in
1053 an C<ENTER>/C<LEAVE> pair.
1054
1055 Inside such a I<pseudo-block> the following service is available:
1056
1057 =over
1058
1059 =item C<SAVEINT(int i)>
1060
1061 =item C<SAVEIV(IV i)>
1062
1063 =item C<SAVEI32(I32 i)>
1064
1065 =item C<SAVELONG(long i)>
1066
1067 These macros arrange things to restore the value of integer variable
1068 C<i> at the end of enclosing I<pseudo-block>.
1069
1070 =item C<SAVESPTR(s)>
1071
1072 =item C<SAVEPPTR(p)>
1073
1074 These macros arrange things to restore the value of pointers C<s> and
1075 C<p>. C<s> must be a pointer of a type which survives conversion to
1076 C<SV*> and back, C<p> should be able to survive conversion to C<char*>
1077 and back.
1078
1079 =item C<SAVEFREESV(SV *sv)>
1080
1081 The refcount of C<sv> would be decremented at the end of
1082 I<pseudo-block>. This is similar to C<sv_2mortal>, which should (?) be
1083 used instead.
1084
1085 =item C<SAVEFREEOP(OP *op)>
1086
1087 The C<OP *> is op_free()ed at the end of I<pseudo-block>.
1088
1089 =item C<SAVEFREEPV(p)>
1090
1091 The chunk of memory which is pointed to by C<p> is Safefree()ed at the
1092 end of I<pseudo-block>.
1093
1094 =item C<SAVECLEARSV(SV *sv)>
1095
1096 Clears a slot in the current scratchpad which corresponds to C<sv> at
1097 the end of I<pseudo-block>.
1098
1099 =item C<SAVEDELETE(HV *hv, char *key, I32 length)>
1100
1101 The key C<key> of C<hv> is deleted at the end of I<pseudo-block>. The
1102 string pointed to by C<key> is Safefree()ed.  If one has a I<key> in
1103 short-lived storage, the corresponding string may be reallocated like
1104 this:
1105
1106   SAVEDELETE(PL_defstash, savepv(tmpbuf), strlen(tmpbuf));
1107
1108 =item C<SAVEDESTRUCTOR(DESTRUCTORFUNC_NOCONTEXT_t f, void *p)>
1109
1110 At the end of I<pseudo-block> the function C<f> is called with the
1111 only argument C<p>.
1112
1113 =item C<SAVEDESTRUCTOR_X(DESTRUCTORFUNC_t f, void *p)>
1114
1115 At the end of I<pseudo-block> the function C<f> is called with the
1116 implicit context argument (if any), and C<p>.
1117
1118 =item C<SAVESTACK_POS()>
1119
1120 The current offset on the Perl internal stack (cf. C<SP>) is restored
1121 at the end of I<pseudo-block>.
1122
1123 =back
1124
1125 The following API list contains functions, thus one needs to
1126 provide pointers to the modifiable data explicitly (either C pointers,
1127 or Perlish C<GV *>s).  Where the above macros take C<int>, a similar 
1128 function takes C<int *>.
1129
1130 =over
1131
1132 =item C<SV* save_scalar(GV *gv)>
1133
1134 Equivalent to Perl code C<local $gv>.
1135
1136 =item C<AV* save_ary(GV *gv)>
1137
1138 =item C<HV* save_hash(GV *gv)>
1139
1140 Similar to C<save_scalar>, but localize C<@gv> and C<%gv>.
1141
1142 =item C<void save_item(SV *item)>
1143
1144 Duplicates the current value of C<SV>, on the exit from the current
1145 C<ENTER>/C<LEAVE> I<pseudo-block> will restore the value of C<SV>
1146 using the stored value.
1147
1148 =item C<void save_list(SV **sarg, I32 maxsarg)>
1149
1150 A variant of C<save_item> which takes multiple arguments via an array
1151 C<sarg> of C<SV*> of length C<maxsarg>.
1152
1153 =item C<SV* save_svref(SV **sptr)>
1154
1155 Similar to C<save_scalar>, but will reinstate a C<SV *>.
1156
1157 =item C<void save_aptr(AV **aptr)>
1158
1159 =item C<void save_hptr(HV **hptr)>
1160
1161 Similar to C<save_svref>, but localize C<AV *> and C<HV *>.
1162
1163 =back
1164
1165 The C<Alias> module implements localization of the basic types within the
1166 I<caller's scope>.  People who are interested in how to localize things in
1167 the containing scope should take a look there too.
1168
1169 =head1 Subroutines
1170
1171 =head2 XSUBs and the Argument Stack
1172
1173 The XSUB mechanism is a simple way for Perl programs to access C subroutines.
1174 An XSUB routine will have a stack that contains the arguments from the Perl
1175 program, and a way to map from the Perl data structures to a C equivalent.
1176
1177 The stack arguments are accessible through the C<ST(n)> macro, which returns
1178 the C<n>'th stack argument.  Argument 0 is the first argument passed in the
1179 Perl subroutine call.  These arguments are C<SV*>, and can be used anywhere
1180 an C<SV*> is used.
1181
1182 Most of the time, output from the C routine can be handled through use of
1183 the RETVAL and OUTPUT directives.  However, there are some cases where the
1184 argument stack is not already long enough to handle all the return values.
1185 An example is the POSIX tzname() call, which takes no arguments, but returns
1186 two, the local time zone's standard and summer time abbreviations.
1187
1188 To handle this situation, the PPCODE directive is used and the stack is
1189 extended using the macro:
1190
1191     EXTEND(SP, num);
1192
1193 where C<SP> is the macro that represents the local copy of the stack pointer,
1194 and C<num> is the number of elements the stack should be extended by.
1195
1196 Now that there is room on the stack, values can be pushed on it using the
1197 macros to push IVs, doubles, strings, and SV pointers respectively:
1198
1199     PUSHi(IV)
1200     PUSHn(double)
1201     PUSHp(char*, I32)
1202     PUSHs(SV*)
1203
1204 And now the Perl program calling C<tzname>, the two values will be assigned
1205 as in:
1206
1207     ($standard_abbrev, $summer_abbrev) = POSIX::tzname;
1208
1209 An alternate (and possibly simpler) method to pushing values on the stack is
1210 to use the macros:
1211
1212     XPUSHi(IV)
1213     XPUSHn(double)
1214     XPUSHp(char*, I32)
1215     XPUSHs(SV*)
1216
1217 These macros automatically adjust the stack for you, if needed.  Thus, you
1218 do not need to call C<EXTEND> to extend the stack.
1219
1220 For more information, consult L<perlxs> and L<perlxstut>.
1221
1222 =head2 Calling Perl Routines from within C Programs
1223
1224 There are four routines that can be used to call a Perl subroutine from
1225 within a C program.  These four are:
1226
1227     I32  call_sv(SV*, I32);
1228     I32  call_pv(const char*, I32);
1229     I32  call_method(const char*, I32);
1230     I32  call_argv(const char*, I32, register char**);
1231
1232 The routine most often used is C<call_sv>.  The C<SV*> argument
1233 contains either the name of the Perl subroutine to be called, or a
1234 reference to the subroutine.  The second argument consists of flags
1235 that control the context in which the subroutine is called, whether
1236 or not the subroutine is being passed arguments, how errors should be
1237 trapped, and how to treat return values.
1238
1239 All four routines return the number of arguments that the subroutine returned
1240 on the Perl stack.
1241
1242 These routines used to be called C<perl_call_sv> etc., before Perl v5.6.0,
1243 but those names are now deprecated; macros of the same name are provided for
1244 compatibility.
1245
1246 When using any of these routines (except C<call_argv>), the programmer
1247 must manipulate the Perl stack.  These include the following macros and
1248 functions:
1249
1250     dSP
1251     SP
1252     PUSHMARK()
1253     PUTBACK
1254     SPAGAIN
1255     ENTER
1256     SAVETMPS
1257     FREETMPS
1258     LEAVE
1259     XPUSH*()
1260     POP*()
1261
1262 For a detailed description of calling conventions from C to Perl,
1263 consult L<perlcall>.
1264
1265 =head2 Memory Allocation
1266
1267 All memory meant to be used with the Perl API functions should be manipulated
1268 using the macros described in this section.  The macros provide the necessary
1269 transparency between differences in the actual malloc implementation that is
1270 used within perl.
1271
1272 It is suggested that you enable the version of malloc that is distributed
1273 with Perl.  It keeps pools of various sizes of unallocated memory in
1274 order to satisfy allocation requests more quickly.  However, on some
1275 platforms, it may cause spurious malloc or free errors.
1276
1277     New(x, pointer, number, type);
1278     Newc(x, pointer, number, type, cast);
1279     Newz(x, pointer, number, type);
1280
1281 These three macros are used to initially allocate memory.
1282
1283 The first argument C<x> was a "magic cookie" that was used to keep track
1284 of who called the macro, to help when debugging memory problems.  However,
1285 the current code makes no use of this feature (most Perl developers now
1286 use run-time memory checkers), so this argument can be any number.
1287
1288 The second argument C<pointer> should be the name of a variable that will
1289 point to the newly allocated memory.
1290
1291 The third and fourth arguments C<number> and C<type> specify how many of
1292 the specified type of data structure should be allocated.  The argument
1293 C<type> is passed to C<sizeof>.  The final argument to C<Newc>, C<cast>,
1294 should be used if the C<pointer> argument is different from the C<type>
1295 argument.
1296
1297 Unlike the C<New> and C<Newc> macros, the C<Newz> macro calls C<memzero>
1298 to zero out all the newly allocated memory.
1299
1300     Renew(pointer, number, type);
1301     Renewc(pointer, number, type, cast);
1302     Safefree(pointer)
1303
1304 These three macros are used to change a memory buffer size or to free a
1305 piece of memory no longer needed.  The arguments to C<Renew> and C<Renewc>
1306 match those of C<New> and C<Newc> with the exception of not needing the
1307 "magic cookie" argument.
1308
1309     Move(source, dest, number, type);
1310     Copy(source, dest, number, type);
1311     Zero(dest, number, type);
1312
1313 These three macros are used to move, copy, or zero out previously allocated
1314 memory.  The C<source> and C<dest> arguments point to the source and
1315 destination starting points.  Perl will move, copy, or zero out C<number>
1316 instances of the size of the C<type> data structure (using the C<sizeof>
1317 function).
1318
1319 =head2 PerlIO
1320
1321 The most recent development releases of Perl has been experimenting with
1322 removing Perl's dependency on the "normal" standard I/O suite and allowing
1323 other stdio implementations to be used.  This involves creating a new
1324 abstraction layer that then calls whichever implementation of stdio Perl
1325 was compiled with.  All XSUBs should now use the functions in the PerlIO
1326 abstraction layer and not make any assumptions about what kind of stdio
1327 is being used.
1328
1329 For a complete description of the PerlIO abstraction, consult L<perlapio>.
1330
1331 =head2 Putting a C value on Perl stack
1332
1333 A lot of opcodes (this is an elementary operation in the internal perl
1334 stack machine) put an SV* on the stack. However, as an optimization
1335 the corresponding SV is (usually) not recreated each time. The opcodes
1336 reuse specially assigned SVs (I<target>s) which are (as a corollary)
1337 not constantly freed/created.
1338
1339 Each of the targets is created only once (but see
1340 L<Scratchpads and recursion> below), and when an opcode needs to put
1341 an integer, a double, or a string on stack, it just sets the
1342 corresponding parts of its I<target> and puts the I<target> on stack.
1343
1344 The macro to put this target on stack is C<PUSHTARG>, and it is
1345 directly used in some opcodes, as well as indirectly in zillions of
1346 others, which use it via C<(X)PUSH[pni]>.
1347
1348 =head2 Scratchpads
1349
1350 The question remains on when the SVs which are I<target>s for opcodes
1351 are created. The answer is that they are created when the current unit --
1352 a subroutine or a file (for opcodes for statements outside of
1353 subroutines) -- is compiled. During this time a special anonymous Perl
1354 array is created, which is called a scratchpad for the current
1355 unit.
1356
1357 A scratchpad keeps SVs which are lexicals for the current unit and are
1358 targets for opcodes. One can deduce that an SV lives on a scratchpad
1359 by looking on its flags: lexicals have C<SVs_PADMY> set, and
1360 I<target>s have C<SVs_PADTMP> set.
1361
1362 The correspondence between OPs and I<target>s is not 1-to-1. Different
1363 OPs in the compile tree of the unit can use the same target, if this
1364 would not conflict with the expected life of the temporary.
1365
1366 =head2 Scratchpads and recursion
1367
1368 In fact it is not 100% true that a compiled unit contains a pointer to
1369 the scratchpad AV. In fact it contains a pointer to an AV of
1370 (initially) one element, and this element is the scratchpad AV. Why do
1371 we need an extra level of indirection?
1372
1373 The answer is B<recursion>, and maybe (sometime soon) B<threads>. Both
1374 these can create several execution pointers going into the same
1375 subroutine. For the subroutine-child not write over the temporaries
1376 for the subroutine-parent (lifespan of which covers the call to the
1377 child), the parent and the child should have different
1378 scratchpads. (I<And> the lexicals should be separate anyway!)
1379
1380 So each subroutine is born with an array of scratchpads (of length 1).
1381 On each entry to the subroutine it is checked that the current
1382 depth of the recursion is not more than the length of this array, and
1383 if it is, new scratchpad is created and pushed into the array.
1384
1385 The I<target>s on this scratchpad are C<undef>s, but they are already
1386 marked with correct flags.
1387
1388 =head1 Compiled code
1389
1390 =head2 Code tree
1391
1392 Here we describe the internal form your code is converted to by
1393 Perl. Start with a simple example:
1394
1395   $a = $b + $c;
1396
1397 This is converted to a tree similar to this one:
1398
1399              assign-to
1400            /           \
1401           +             $a
1402         /   \
1403       $b     $c
1404
1405 (but slightly more complicated).  This tree reflects the way Perl
1406 parsed your code, but has nothing to do with the execution order.
1407 There is an additional "thread" going through the nodes of the tree
1408 which shows the order of execution of the nodes.  In our simplified
1409 example above it looks like:
1410
1411      $b ---> $c ---> + ---> $a ---> assign-to
1412
1413 But with the actual compile tree for C<$a = $b + $c> it is different:
1414 some nodes I<optimized away>.  As a corollary, though the actual tree
1415 contains more nodes than our simplified example, the execution order
1416 is the same as in our example.
1417
1418 =head2 Examining the tree
1419
1420 If you have your perl compiled for debugging (usually done with C<-D
1421 optimize=-g> on C<Configure> command line), you may examine the
1422 compiled tree by specifying C<-Dx> on the Perl command line.  The
1423 output takes several lines per node, and for C<$b+$c> it looks like
1424 this:
1425
1426     5           TYPE = add  ===> 6
1427                 TARG = 1
1428                 FLAGS = (SCALAR,KIDS)
1429                 {
1430                     TYPE = null  ===> (4)
1431                       (was rv2sv)
1432                     FLAGS = (SCALAR,KIDS)
1433                     {
1434     3                   TYPE = gvsv  ===> 4
1435                         FLAGS = (SCALAR)
1436                         GV = main::b
1437                     }
1438                 }
1439                 {
1440                     TYPE = null  ===> (5)
1441                       (was rv2sv)
1442                     FLAGS = (SCALAR,KIDS)
1443                     {
1444     4                   TYPE = gvsv  ===> 5
1445                         FLAGS = (SCALAR)
1446                         GV = main::c
1447                     }
1448                 }
1449
1450 This tree has 5 nodes (one per C<TYPE> specifier), only 3 of them are
1451 not optimized away (one per number in the left column).  The immediate
1452 children of the given node correspond to C<{}> pairs on the same level
1453 of indentation, thus this listing corresponds to the tree:
1454
1455                    add
1456                  /     \
1457                null    null
1458                 |       |
1459                gvsv    gvsv
1460
1461 The execution order is indicated by C<===E<gt>> marks, thus it is C<3
1462 4 5 6> (node C<6> is not included into above listing), i.e.,
1463 C<gvsv gvsv add whatever>.
1464
1465 =head2 Compile pass 1: check routines
1466
1467 The tree is created by the I<pseudo-compiler> while yacc code feeds it
1468 the constructions it recognizes. Since yacc works bottom-up, so does
1469 the first pass of perl compilation.
1470
1471 What makes this pass interesting for perl developers is that some
1472 optimization may be performed on this pass.  This is optimization by
1473 so-called I<check routines>.  The correspondence between node names
1474 and corresponding check routines is described in F<opcode.pl> (do not
1475 forget to run C<make regen_headers> if you modify this file).
1476
1477 A check routine is called when the node is fully constructed except
1478 for the execution-order thread.  Since at this time there are no
1479 back-links to the currently constructed node, one can do most any
1480 operation to the top-level node, including freeing it and/or creating
1481 new nodes above/below it.
1482
1483 The check routine returns the node which should be inserted into the
1484 tree (if the top-level node was not modified, check routine returns
1485 its argument).
1486
1487 By convention, check routines have names C<ck_*>. They are usually
1488 called from C<new*OP> subroutines (or C<convert>) (which in turn are
1489 called from F<perly.y>).
1490
1491 =head2 Compile pass 1a: constant folding
1492
1493 Immediately after the check routine is called the returned node is
1494 checked for being compile-time executable.  If it is (the value is
1495 judged to be constant) it is immediately executed, and a I<constant>
1496 node with the "return value" of the corresponding subtree is
1497 substituted instead.  The subtree is deleted.
1498
1499 If constant folding was not performed, the execution-order thread is
1500 created.
1501
1502 =head2 Compile pass 2: context propagation
1503
1504 When a context for a part of compile tree is known, it is propagated
1505 down through the tree.  At this time the context can have 5 values
1506 (instead of 2 for runtime context): void, boolean, scalar, list, and
1507 lvalue.  In contrast with the pass 1 this pass is processed from top
1508 to bottom: a node's context determines the context for its children.
1509
1510 Additional context-dependent optimizations are performed at this time.
1511 Since at this moment the compile tree contains back-references (via
1512 "thread" pointers), nodes cannot be free()d now.  To allow
1513 optimized-away nodes at this stage, such nodes are null()ified instead
1514 of free()ing (i.e. their type is changed to OP_NULL).
1515
1516 =head2 Compile pass 3: peephole optimization
1517
1518 After the compile tree for a subroutine (or for an C<eval> or a file)
1519 is created, an additional pass over the code is performed. This pass
1520 is neither top-down or bottom-up, but in the execution order (with
1521 additional complications for conditionals).  These optimizations are
1522 done in the subroutine peep().  Optimizations performed at this stage
1523 are subject to the same restrictions as in the pass 2.
1524
1525 =head1 How multiple interpreters and concurrency are supported
1526
1527 WARNING: This information is subject to radical changes prior to
1528 the Perl 5.6 release.  Use with caution.
1529
1530 =head2 Background and PERL_IMPLICIT_CONTEXT
1531
1532 The Perl interpreter can be regarded as a closed box: it has an API
1533 for feeding it code or otherwise making it do things, but it also has
1534 functions for its own use.  This smells a lot like an object, and
1535 there are ways for you to build Perl so that you can have multiple
1536 interpreters, with one interpreter represented either as a C++ object,
1537 a C structure, or inside a thread.  The thread, the C structure, or
1538 the C++ object will contain all the context, the state of that
1539 interpreter.
1540
1541 Three macros control the major Perl build flavors: MULTIPLICITY,
1542 USE_THREADS and PERL_OBJECT.  The MULTIPLICITY build has a C structure
1543 that packages all the interpreter state, there is a similar thread-specific
1544 data structure under USE_THREADS, and the PERL_OBJECT build has a C++
1545 class to maintain interpreter state.  In all three cases,
1546 PERL_IMPLICIT_CONTEXT is also normally defined, and enables the
1547 support for passing in a "hidden" first argument that represents all three
1548 data structures.
1549
1550 All this obviously requires a way for the Perl internal functions to be
1551 C++ methods, subroutines taking some kind of structure as the first
1552 argument, or subroutines taking nothing as the first argument.  To
1553 enable these three very different ways of building the interpreter,
1554 the Perl source (as it does in so many other situations) makes heavy
1555 use of macros and subroutine naming conventions.
1556
1557 First problem: deciding which functions will be public API functions and
1558 which will be private.  All functions whose names begin C<S_> are private 
1559 (think "S" for "secret" or "static").  All other functions begin with
1560 "Perl_", but just because a function begins with "Perl_" does not mean it is
1561 part of the API. The easiest way to be B<sure> a function is part of the API
1562 is to find its entry in L<perlapi>.  If it exists in L<perlapi>, it's part
1563 of the API.  If it doesn't, and you think it should be (i.e., you need it fo
1564 r your extension), send mail via L<perlbug> explaining why you think it
1565 should be.
1566
1567 (L<perlapi> itself is generated by embed.pl, a Perl script that generates
1568 significant portions of the Perl source code.  It has a list of almost
1569 all the functions defined by the Perl interpreter along with their calling
1570 characteristics and some flags.  Functions that are part of the public API
1571 are marked with an 'A' in its flags.)
1572
1573 Second problem: there must be a syntax so that the same subroutine
1574 declarations and calls can pass a structure as their first argument,
1575 or pass nothing.  To solve this, the subroutines are named and
1576 declared in a particular way.  Here's a typical start of a static
1577 function used within the Perl guts:
1578
1579   STATIC void
1580   S_incline(pTHX_ char *s)
1581
1582 STATIC becomes "static" in C, and is #define'd to nothing in C++.
1583
1584 A public function (i.e. part of the internal API, but not necessarily
1585 sanctioned for use in extensions) begins like this:
1586
1587   void
1588   Perl_sv_setsv(pTHX_ SV* dsv, SV* ssv)
1589
1590 C<pTHX_> is one of a number of macros (in perl.h) that hide the
1591 details of the interpreter's context.  THX stands for "thread", "this",
1592 or "thingy", as the case may be.  (And no, George Lucas is not involved. :-)
1593 The first character could be 'p' for a B<p>rototype, 'a' for B<a>rgument,
1594 or 'd' for B<d>eclaration.
1595
1596 When Perl is built without PERL_IMPLICIT_CONTEXT, there is no first
1597 argument containing the interpreter's context.  The trailing underscore
1598 in the pTHX_ macro indicates that the macro expansion needs a comma
1599 after the context argument because other arguments follow it.  If
1600 PERL_IMPLICIT_CONTEXT is not defined, pTHX_ will be ignored, and the
1601 subroutine is not prototyped to take the extra argument.  The form of the
1602 macro without the trailing underscore is used when there are no additional
1603 explicit arguments.
1604
1605 When a core function calls another, it must pass the context.  This
1606 is normally hidden via macros.  Consider C<sv_setsv>.  It expands
1607 something like this:
1608
1609     ifdef PERL_IMPLICIT_CONTEXT
1610       define sv_setsv(a,b)      Perl_sv_setsv(aTHX_ a, b)
1611       /* can't do this for vararg functions, see below */
1612     else
1613       define sv_setsv           Perl_sv_setsv
1614     endif
1615
1616 This works well, and means that XS authors can gleefully write:
1617
1618     sv_setsv(foo, bar);
1619
1620 and still have it work under all the modes Perl could have been
1621 compiled with.
1622
1623 Under PERL_OBJECT in the core, that will translate to either:
1624
1625     CPerlObj::Perl_sv_setsv(foo,bar);  # in CPerlObj functions,
1626                                        # C++ takes care of 'this'
1627   or
1628
1629     pPerl->Perl_sv_setsv(foo,bar);     # in truly static functions,
1630                                        # see objXSUB.h
1631
1632 Under PERL_OBJECT in extensions (aka PERL_CAPI), or under
1633 MULTIPLICITY/USE_THREADS w/ PERL_IMPLICIT_CONTEXT in both core
1634 and extensions, it will be:
1635
1636     Perl_sv_setsv(aTHX_ foo, bar);     # the canonical Perl "API"
1637                                        # for all build flavors
1638
1639 This doesn't work so cleanly for varargs functions, though, as macros
1640 imply that the number of arguments is known in advance.  Instead we
1641 either need to spell them out fully, passing C<aTHX_> as the first
1642 argument (the Perl core tends to do this with functions like
1643 Perl_warner), or use a context-free version.
1644
1645 The context-free version of Perl_warner is called
1646 Perl_warner_nocontext, and does not take the extra argument.  Instead
1647 it does dTHX; to get the context from thread-local storage.  We
1648 C<#define warner Perl_warner_nocontext> so that extensions get source
1649 compatibility at the expense of performance.  (Passing an arg is
1650 cheaper than grabbing it from thread-local storage.)
1651
1652 You can ignore [pad]THX[xo] when browsing the Perl headers/sources.
1653 Those are strictly for use within the core.  Extensions and embedders
1654 need only be aware of [pad]THX.
1655
1656 =head2 How do I use all this in extensions?
1657
1658 When Perl is built with PERL_IMPLICIT_CONTEXT, extensions that call
1659 any functions in the Perl API will need to pass the initial context
1660 argument somehow.  The kicker is that you will need to write it in
1661 such a way that the extension still compiles when Perl hasn't been
1662 built with PERL_IMPLICIT_CONTEXT enabled.
1663
1664 There are three ways to do this.  First, the easy but inefficient way,
1665 which is also the default, in order to maintain source compatibility
1666 with extensions: whenever XSUB.h is #included, it redefines the aTHX
1667 and aTHX_ macros to call a function that will return the context.
1668 Thus, something like:
1669
1670         sv_setsv(asv, bsv);
1671
1672 in your extesion will translate to this when PERL_IMPLICIT_CONTEXT is
1673 in effect:
1674
1675         Perl_sv_setsv(GetPerlInterpreter(), asv, bsv);
1676
1677 or to this otherwise:
1678
1679         Perl_sv_setsv(asv, bsv);
1680
1681 You have to do nothing new in your extension to get this; since
1682 the Perl library provides GetPerlInterpreter(), it will all just
1683 work.
1684
1685 The second, more efficient way is to use the following template for
1686 your Foo.xs:
1687
1688         #define PERL_NO_GET_CONTEXT     /* we want efficiency */
1689         #include "EXTERN.h"
1690         #include "perl.h"
1691         #include "XSUB.h"
1692
1693         static my_private_function(int arg1, int arg2);
1694
1695         static SV *
1696         my_private_function(int arg1, int arg2)
1697         {
1698             dTHX;       /* fetch context */
1699             ... call many Perl API functions ...
1700         }
1701
1702         [... etc ...]
1703
1704         MODULE = Foo            PACKAGE = Foo
1705
1706         /* typical XSUB */
1707
1708         void
1709         my_xsub(arg)
1710                 int arg
1711             CODE:
1712                 my_private_function(arg, 10);
1713
1714 Note that the only two changes from the normal way of writing an
1715 extension is the addition of a C<#define PERL_NO_GET_CONTEXT> before
1716 including the Perl headers, followed by a C<dTHX;> declaration at
1717 the start of every function that will call the Perl API.  (You'll
1718 know which functions need this, because the C compiler will complain
1719 that there's an undeclared identifier in those functions.)  No changes
1720 are needed for the XSUBs themselves, because the XS() macro is
1721 correctly defined to pass in the implicit context if needed.
1722
1723 The third, even more efficient way is to ape how it is done within
1724 the Perl guts:
1725
1726
1727         #define PERL_NO_GET_CONTEXT     /* we want efficiency */
1728         #include "EXTERN.h"
1729         #include "perl.h"
1730         #include "XSUB.h"
1731
1732         /* pTHX_ only needed for functions that call Perl API */
1733         static my_private_function(pTHX_ int arg1, int arg2);
1734
1735         static SV *
1736         my_private_function(pTHX_ int arg1, int arg2)
1737         {
1738             /* dTHX; not needed here, because THX is an argument */
1739             ... call Perl API functions ...
1740         }
1741
1742         [... etc ...]
1743
1744         MODULE = Foo            PACKAGE = Foo
1745
1746         /* typical XSUB */
1747
1748         void
1749         my_xsub(arg)
1750                 int arg
1751             CODE:
1752                 my_private_function(aTHX_ arg, 10);
1753
1754 This implementation never has to fetch the context using a function
1755 call, since it is always passed as an extra argument.  Depending on
1756 your needs for simplicity or efficiency, you may mix the previous
1757 two approaches freely.
1758
1759 Never add a comma after C<pTHX> yourself--always use the form of the
1760 macro with the underscore for functions that take explicit arguments,
1761 or the form without the argument for functions with no explicit arguments.
1762
1763 =head2 Future Plans and PERL_IMPLICIT_SYS
1764
1765 Just as PERL_IMPLICIT_CONTEXT provides a way to bundle up everything
1766 that the interpreter knows about itself and pass it around, so too are
1767 there plans to allow the interpreter to bundle up everything it knows
1768 about the environment it's running on.  This is enabled with the
1769 PERL_IMPLICIT_SYS macro.  Currently it only works with PERL_OBJECT,
1770 but is mostly there for MULTIPLICITY and USE_THREADS (see inside
1771 iperlsys.h).
1772
1773 This allows the ability to provide an extra pointer (called the "host"
1774 environment) for all the system calls.  This makes it possible for
1775 all the system stuff to maintain their own state, broken down into
1776 seven C structures.  These are thin wrappers around the usual system
1777 calls (see win32/perllib.c) for the default perl executable, but for a
1778 more ambitious host (like the one that would do fork() emulation) all
1779 the extra work needed to pretend that different interpreters are
1780 actually different "processes", would be done here.
1781
1782 The Perl engine/interpreter and the host are orthogonal entities.
1783 There could be one or more interpreters in a process, and one or
1784 more "hosts", with free association between them.
1785
1786 =head1 AUTHORS
1787
1788 Until May 1997, this document was maintained by Jeff Okamoto
1789 <okamoto@corp.hp.com>.  It is now maintained as part of Perl itself
1790 by the Perl 5 Porters <perl5-porters@perl.org>.
1791
1792 With lots of help and suggestions from Dean Roehrich, Malcolm Beattie,
1793 Andreas Koenig, Paul Hudson, Ilya Zakharevich, Paul Marquess, Neil
1794 Bowers, Matthew Green, Tim Bunce, Spider Boardman, Ulrich Pfeifer,
1795 Stephen McCamant, and Gurusamy Sarathy.
1796
1797 API Listing originally by Dean Roehrich <roehrich@cray.com>.
1798
1799 Modifications to autogenerate the API listing (L<perlapi>) by Benjamin
1800 Stuhl.
1801
1802 =head1 SEE ALSO
1803
1804 perlapi(1), perlintern(1), perlxs(1), perlembed(1)