08268022f4c19e593879cc6b4b28edcbfc200efe
[p5sagit/p5-mst-13.2.git] / pod / perlhack.pod
1 =head1 NAME
2
3 perlhack - How to hack at the Perl internals
4
5 =head1 DESCRIPTION
6
7 This document attempts to explain how Perl development takes place,
8 and ends with some suggestions for people wanting to become bona fide
9 porters.
10
11 The perl5-porters mailing list is where the Perl standard distribution
12 is maintained and developed.  The list can get anywhere from 10 to 150
13 messages a day, depending on the heatedness of the debate.  Most days
14 there are two or three patches, extensions, features, or bugs being
15 discussed at a time.
16
17 A searchable archive of the list is at either:
18
19     http://www.xray.mpe.mpg.de/mailing-lists/perl5-porters/
20
21 or
22
23     http://archive.develooper.com/perl5-porters@perl.org/
24
25 List subscribers (the porters themselves) come in several flavours.
26 Some are quiet curious lurkers, who rarely pitch in and instead watch
27 the ongoing development to ensure they're forewarned of new changes or
28 features in Perl.  Some are representatives of vendors, who are there
29 to make sure that Perl continues to compile and work on their
30 platforms.  Some patch any reported bug that they know how to fix,
31 some are actively patching their pet area (threads, Win32, the regexp
32 engine), while others seem to do nothing but complain.  In other
33 words, it's your usual mix of technical people.
34
35 Over this group of porters presides Larry Wall.  He has the final word
36 in what does and does not change in the Perl language.  Various
37 releases of Perl are shepherded by a ``pumpking'', a porter
38 responsible for gathering patches, deciding on a patch-by-patch
39 feature-by-feature basis what will and will not go into the release.
40 For instance, Gurusamy Sarathy was the pumpking for the 5.6 release of
41 Perl, and Jarkko Hietaniemi is the pumpking for the 5.8 release, and
42 Hugo van der Sanden will be the pumpking for the 5.10 release.
43
44 In addition, various people are pumpkings for different things.  For
45 instance, Andy Dougherty and Jarkko Hietaniemi share the I<Configure>
46 pumpkin.
47
48 Larry sees Perl development along the lines of the US government:
49 there's the Legislature (the porters), the Executive branch (the
50 pumpkings), and the Supreme Court (Larry).  The legislature can
51 discuss and submit patches to the executive branch all they like, but
52 the executive branch is free to veto them.  Rarely, the Supreme Court
53 will side with the executive branch over the legislature, or the
54 legislature over the executive branch.  Mostly, however, the
55 legislature and the executive branch are supposed to get along and
56 work out their differences without impeachment or court cases.
57
58 You might sometimes see reference to Rule 1 and Rule 2.  Larry's power
59 as Supreme Court is expressed in The Rules:
60
61 =over 4
62
63 =item 1
64
65 Larry is always by definition right about how Perl should behave.
66 This means he has final veto power on the core functionality.
67
68 =item 2
69
70 Larry is allowed to change his mind about any matter at a later date,
71 regardless of whether he previously invoked Rule 1.
72
73 =back
74
75 Got that?  Larry is always right, even when he was wrong.  It's rare
76 to see either Rule exercised, but they are often alluded to.
77
78 New features and extensions to the language are contentious, because
79 the criteria used by the pumpkings, Larry, and other porters to decide
80 which features should be implemented and incorporated are not codified
81 in a few small design goals as with some other languages.  Instead,
82 the heuristics are flexible and often difficult to fathom.  Here is
83 one person's list, roughly in decreasing order of importance, of
84 heuristics that new features have to be weighed against:
85
86 =over 4
87
88 =item Does concept match the general goals of Perl?
89
90 These haven't been written anywhere in stone, but one approximation
91 is:
92
93  1. Keep it fast, simple, and useful.
94  2. Keep features/concepts as orthogonal as possible.
95  3. No arbitrary limits (platforms, data sizes, cultures).
96  4. Keep it open and exciting to use/patch/advocate Perl everywhere.
97  5. Either assimilate new technologies, or build bridges to them.
98
99 =item Where is the implementation?
100
101 All the talk in the world is useless without an implementation.  In
102 almost every case, the person or people who argue for a new feature
103 will be expected to be the ones who implement it.  Porters capable
104 of coding new features have their own agendas, and are not available
105 to implement your (possibly good) idea.
106
107 =item Backwards compatibility
108
109 It's a cardinal sin to break existing Perl programs.  New warnings are
110 contentious--some say that a program that emits warnings is not
111 broken, while others say it is.  Adding keywords has the potential to
112 break programs, changing the meaning of existing token sequences or
113 functions might break programs.
114
115 =item Could it be a module instead?
116
117 Perl 5 has extension mechanisms, modules and XS, specifically to avoid
118 the need to keep changing the Perl interpreter.  You can write modules
119 that export functions, you can give those functions prototypes so they
120 can be called like built-in functions, you can even write XS code to
121 mess with the runtime data structures of the Perl interpreter if you
122 want to implement really complicated things.  If it can be done in a
123 module instead of in the core, it's highly unlikely to be added.
124
125 =item Is the feature generic enough?
126
127 Is this something that only the submitter wants added to the language,
128 or would it be broadly useful?  Sometimes, instead of adding a feature
129 with a tight focus, the porters might decide to wait until someone
130 implements the more generalized feature.  For instance, instead of
131 implementing a ``delayed evaluation'' feature, the porters are waiting
132 for a macro system that would permit delayed evaluation and much more.
133
134 =item Does it potentially introduce new bugs?
135
136 Radical rewrites of large chunks of the Perl interpreter have the
137 potential to introduce new bugs.  The smaller and more localized the
138 change, the better.
139
140 =item Does it preclude other desirable features?
141
142 A patch is likely to be rejected if it closes off future avenues of
143 development.  For instance, a patch that placed a true and final
144 interpretation on prototypes is likely to be rejected because there
145 are still options for the future of prototypes that haven't been
146 addressed.
147
148 =item Is the implementation robust?
149
150 Good patches (tight code, complete, correct) stand more chance of
151 going in.  Sloppy or incorrect patches might be placed on the back
152 burner until the pumpking has time to fix, or might be discarded
153 altogether without further notice.
154
155 =item Is the implementation generic enough to be portable?
156
157 The worst patches make use of a system-specific features.  It's highly
158 unlikely that nonportable additions to the Perl language will be
159 accepted.
160
161 =item Is the implementation tested?
162
163 Patches which change behaviour (fixing bugs or introducing new features)
164 must include regression tests to verify that everything works as expected.
165 Without tests provided by the original author, how can anyone else changing
166 perl in the future be sure that they haven't unwittingly broken the behaviour
167 the patch implements? And without tests, how can the patch's author be
168 confident that his/her hard work put into the patch won't be accidentally
169 thrown away by someone in the future?
170
171 =item Is there enough documentation?
172
173 Patches without documentation are probably ill-thought out or
174 incomplete.  Nothing can be added without documentation, so submitting
175 a patch for the appropriate manpages as well as the source code is
176 always a good idea.
177
178 =item Is there another way to do it?
179
180 Larry said ``Although the Perl Slogan is I<There's More Than One Way
181 to Do It>, I hesitate to make 10 ways to do something''.  This is a
182 tricky heuristic to navigate, though--one man's essential addition is
183 another man's pointless cruft.
184
185 =item Does it create too much work?
186
187 Work for the pumpking, work for Perl programmers, work for module
188 authors, ...  Perl is supposed to be easy.
189
190 =item Patches speak louder than words
191
192 Working code is always preferred to pie-in-the-sky ideas.  A patch to
193 add a feature stands a much higher chance of making it to the language
194 than does a random feature request, no matter how fervently argued the
195 request might be.  This ties into ``Will it be useful?'', as the fact
196 that someone took the time to make the patch demonstrates a strong
197 desire for the feature.
198
199 =back
200
201 If you're on the list, you might hear the word ``core'' bandied
202 around.  It refers to the standard distribution.  ``Hacking on the
203 core'' means you're changing the C source code to the Perl
204 interpreter.  ``A core module'' is one that ships with Perl.
205
206 =head2 Keeping in sync
207
208 The source code to the Perl interpreter, in its different versions, is
209 kept in a repository managed by a revision control system ( which is
210 currently the Perforce program, see http://perforce.com/ ).  The
211 pumpkings and a few others have access to the repository to check in
212 changes.  Periodically the pumpking for the development version of Perl
213 will release a new version, so the rest of the porters can see what's
214 changed.  The current state of the main trunk of repository, and patches
215 that describe the individual changes that have happened since the last
216 public release are available at this location:
217
218     ftp://ftp.linux.activestate.com/pub/staff/gsar/APC/
219
220 If you are a member of the perl5-porters mailing list, it is a good
221 thing to keep in touch with the most recent changes. If not only to
222 verify if what you would have posted as a bug report isn't already
223 solved in the most recent available perl development branch, also
224 known as perl-current, bleading edge perl, bleedperl or bleadperl.
225
226 Needless to say, the source code in perl-current is usually in a perpetual
227 state of evolution.  You should expect it to be very buggy.  Do B<not> use
228 it for any purpose other than testing and development.
229
230 Keeping in sync with the most recent branch can be done in several ways,
231 but the most convenient and reliable way is using B<rsync>, available at
232 ftp://rsync.samba.org/pub/rsync/ .  (You can also get the most recent
233 branch by FTP.)
234
235 If you choose to keep in sync using rsync, there are two approaches
236 to doing so:
237
238 =over 4
239
240 =item rsync'ing the source tree
241
242 Presuming you are in the directory where your perl source resides
243 and you have rsync installed and available, you can `upgrade' to
244 the bleadperl using:
245
246  # rsync -avz rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current/ .
247
248 This takes care of updating every single item in the source tree to
249 the latest applied patch level, creating files that are new (to your
250 distribution) and setting date/time stamps of existing files to
251 reflect the bleadperl status.
252
253 Note that this will not delete any files that were in '.' before
254 the rsync. Once you are sure that the rsync is running correctly,
255 run it with the --delete and the --dry-run options like this:
256
257  # rsync -avz --delete --dry-run rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current/ .
258
259 This will I<simulate> an rsync run that also deletes files not
260 present in the bleadperl master copy. Observe the results from
261 this run closely. If you are sure that the actual run would delete
262 no files precious to you, you could remove the '--dry-run' option.
263
264 You can than check what patch was the latest that was applied by
265 looking in the file B<.patch>, which will show the number of the
266 latest patch.
267
268 If you have more than one machine to keep in sync, and not all of
269 them have access to the WAN (so you are not able to rsync all the
270 source trees to the real source), there are some ways to get around
271 this problem.
272
273 =over 4
274
275 =item Using rsync over the LAN
276
277 Set up a local rsync server which makes the rsynced source tree
278 available to the LAN and sync the other machines against this
279 directory.
280
281 From http://rsync.samba.org/README.html :
282
283    "Rsync uses rsh or ssh for communication. It does not need to be
284     setuid and requires no special privileges for installation.  It
285     does not require an inetd entry or a daemon.  You must, however,
286     have a working rsh or ssh system.  Using ssh is recommended for
287     its security features."
288
289 =item Using pushing over the NFS
290
291 Having the other systems mounted over the NFS, you can take an
292 active pushing approach by checking the just updated tree against
293 the other not-yet synced trees. An example would be
294
295   #!/usr/bin/perl -w
296
297   use strict;
298   use File::Copy;
299
300   my %MF = map {
301       m/(\S+)/;
302       $1 => [ (stat $1)[2, 7, 9] ];     # mode, size, mtime
303       } `cat MANIFEST`;
304
305   my %remote = map { $_ => "/$_/pro/3gl/CPAN/perl-5.7.1" } qw(host1 host2);
306
307   foreach my $host (keys %remote) {
308       unless (-d $remote{$host}) {
309           print STDERR "Cannot Xsync for host $host\n";
310           next;
311           }
312       foreach my $file (keys %MF) {
313           my $rfile = "$remote{$host}/$file";
314           my ($mode, $size, $mtime) = (stat $rfile)[2, 7, 9];
315           defined $size or ($mode, $size, $mtime) = (0, 0, 0);
316           $size == $MF{$file}[1] && $mtime == $MF{$file}[2] and next;
317           printf "%4s %-34s %8d %9d  %8d %9d\n",
318               $host, $file, $MF{$file}[1], $MF{$file}[2], $size, $mtime;
319           unlink $rfile;
320           copy ($file, $rfile);
321           utime time, $MF{$file}[2], $rfile;
322           chmod $MF{$file}[0], $rfile;
323           }
324       }
325
326 though this is not perfect. It could be improved with checking
327 file checksums before updating. Not all NFS systems support
328 reliable utime support (when used over the NFS).
329
330 =back
331
332 =item rsync'ing the patches
333
334 The source tree is maintained by the pumpking who applies patches to
335 the files in the tree. These patches are either created by the
336 pumpking himself using C<diff -c> after updating the file manually or
337 by applying patches sent in by posters on the perl5-porters list.
338 These patches are also saved and rsync'able, so you can apply them
339 yourself to the source files.
340
341 Presuming you are in a directory where your patches reside, you can
342 get them in sync with
343
344  # rsync -avz rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current-diffs/ .
345
346 This makes sure the latest available patch is downloaded to your
347 patch directory.
348
349 It's then up to you to apply these patches, using something like
350
351  # last=`ls -t *.gz | sed q`
352  # rsync -avz rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current-diffs/ .
353  # find . -name '*.gz' -newer $last -exec gzcat {} \; >blead.patch
354  # cd ../perl-current
355  # patch -p1 -N <../perl-current-diffs/blead.patch
356
357 or, since this is only a hint towards how it works, use CPAN-patchaperl
358 from Andreas König to have better control over the patching process.
359
360 =back
361
362 =head2 Why rsync the source tree
363
364 =over 4
365
366 =item It's easier to rsync the source tree
367
368 Since you don't have to apply the patches yourself, you are sure all
369 files in the source tree are in the right state.
370
371 =item It's more recent
372
373 According to Gurusamy Sarathy:
374
375    "... The rsync mirror is automatic and syncs with the repository
376     every five minutes.
377
378    "Updating the patch  area  still  requires  manual  intervention
379     (with all the goofiness that implies,  which you've noted)  and
380     is typically on a daily cycle.   Making this process  automatic
381     is on my tuit list, but don't ask me when."
382
383 =item It's more reliable
384
385 Well, since the patches are updated by hand, I don't have to say any
386 more ... (see Sarathy's remark).
387
388 =back
389
390 =head2 Why rsync the patches
391
392 =over 4
393
394 =item It's easier to rsync the patches
395
396 If you have more than one machine that you want to keep in track with
397 bleadperl, it's easier to rsync the patches only once and then apply
398 them to all the source trees on the different machines.
399
400 In case you try to keep in pace on 5 different machines, for which
401 only one of them has access to the WAN, rsync'ing all the source
402 trees should than be done 5 times over the NFS. Having
403 rsync'ed the patches only once, I can apply them to all the source
404 trees automatically. Need you say more ;-)
405
406 =item It's a good reference
407
408 If you do not only like to have the most recent development branch,
409 but also like to B<fix> bugs, or extend features, you want to dive
410 into the sources. If you are a seasoned perl core diver, you don't
411 need no manuals, tips, roadmaps, perlguts.pod or other aids to find
412 your way around. But if you are a starter, the patches may help you
413 in finding where you should start and how to change the bits that
414 bug you.
415
416 The file B<Changes> is updated on occasions the pumpking sees as his
417 own little sync points. On those occasions, he releases a tar-ball of
418 the current source tree (i.e. perl@7582.tar.gz), which will be an
419 excellent point to start with when choosing to use the 'rsync the
420 patches' scheme. Starting with perl@7582, which means a set of source
421 files on which the latest applied patch is number 7582, you apply all
422 succeeding patches available from then on (7583, 7584, ...).
423
424 You can use the patches later as a kind of search archive.
425
426 =over 4
427
428 =item Finding a start point
429
430 If you want to fix/change the behaviour of function/feature Foo, just
431 scan the patches for patches that mention Foo either in the subject,
432 the comments, or the body of the fix. A good chance the patch shows
433 you the files that are affected by that patch which are very likely
434 to be the starting point of your journey into the guts of perl.
435
436 =item Finding how to fix a bug
437
438 If you've found I<where> the function/feature Foo misbehaves, but you
439 don't know how to fix it (but you do know the change you want to
440 make), you can, again, peruse the patches for similar changes and
441 look how others apply the fix.
442
443 =item Finding the source of misbehaviour
444
445 When you keep in sync with bleadperl, the pumpking would love to
446 I<see> that the community efforts really work. So after each of his
447 sync points, you are to 'make test' to check if everything is still
448 in working order. If it is, you do 'make ok', which will send an OK
449 report to perlbug@perl.org. (If you do not have access to a mailer
450 from the system you just finished successfully 'make test', you can
451 do 'make okfile', which creates the file C<perl.ok>, which you can
452 than take to your favourite mailer and mail yourself).
453
454 But of course, as always, things will not always lead to a success
455 path, and one or more test do not pass the 'make test'. Before
456 sending in a bug report (using 'make nok' or 'make nokfile'), check
457 the mailing list if someone else has reported the bug already and if
458 so, confirm it by replying to that message. If not, you might want to
459 trace the source of that misbehaviour B<before> sending in the bug,
460 which will help all the other porters in finding the solution.
461
462 Here the saved patches come in very handy. You can check the list of
463 patches to see which patch changed what file and what change caused
464 the misbehaviour. If you note that in the bug report, it saves the
465 one trying to solve it, looking for that point.
466
467 =back
468
469 If searching the patches is too bothersome, you might consider using
470 perl's bugtron to find more information about discussions and
471 ramblings on posted bugs.
472
473 If you want to get the best of both worlds, rsync both the source
474 tree for convenience, reliability and ease and rsync the patches
475 for reference.
476
477 =back
478
479
480 =head2 Perlbug remote interface
481
482 =over 4
483
484 There are three (3) remote administrative interfaces for modifying bug
485 status, category, etc.  In all cases an admin must be first registered
486 with the Perlbug database by sending an email request to
487 richard@perl.org or bugmongers@perl.org.
488
489 The main requirement is the willingness to classify, (with the
490 emphasis on closing where possible :), outstanding bugs.  Further
491 explanation can be garnered from the web at http://bugs.perl.org/ , or
492 by asking on the admin mailing list at: bugmongers@perl.org
493
494 For more info on the web see
495
496         http://bugs.perl.org/perlbug.cgi?req=spec
497
498
499 B<The interfaces:>
500
501
502 =item 1 http://bugs.perl.org
503
504 Login via the web, (remove B<admin/> if only browsing), where interested Cc's, tests, patches and change-ids, etc. may be assigned.
505
506         http://bugs.perl.org/admin/index.html
507
508
509 =item 2 bugdb@perl.org
510
511 Where the subject line is used for commands:
512
513         To: bugdb@perl.org
514         Subject: -a close bugid1 bugid2 aix install
515
516         To: bugdb@perl.org
517         Subject: -h
518
519
520 =item 3 commands_and_bugdids@bugs.perl.org
521
522 Where the address itself is the source for the commands:
523
524         To: close_bugid1_bugid2_aix@bugs.perl.org
525
526         To: help@bugs.perl.org
527
528
529 =item notes, patches, tests
530
531 For patches and tests, the message body is assigned to the appropriate bug/s and forwarded to p5p for their attention.  
532
533         To: test_<bugid1>_aix_close@bugs.perl.org
534         Subject: this is a test for the (now closed) aix bug
535
536         Test is the body of the mail
537
538 =back
539
540 =head2 Submitting patches
541
542 Always submit patches to I<perl5-porters@perl.org>.  If you're
543 patching a core module and there's an author listed, send the author a
544 copy (see L<Patching a core module>).  This lets other porters review
545 your patch, which catches a surprising number of errors in patches.
546 Either use the diff program (available in source code form from
547 ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/ , or use Johan Vromans' I<makepatch>
548 (available from I<CPAN/authors/id/JV/>).  Unified diffs are preferred,
549 but context diffs are accepted.  Do not send RCS-style diffs or diffs
550 without context lines.  More information is given in the
551 I<Porting/patching.pod> file in the Perl source distribution.  Please
552 patch against the latest B<development> version (e.g., if you're
553 fixing a bug in the 5.005 track, patch against the latest 5.005_5x
554 version).  Only patches that survive the heat of the development
555 branch get applied to maintenance versions.
556
557 Your patch should update the documentation and test suite.  See
558 L<Writing a test>.
559
560 To report a bug in Perl, use the program I<perlbug> which comes with
561 Perl (if you can't get Perl to work, send mail to the address
562 I<perlbug@perl.org> or I<perlbug@perl.com>).  Reporting bugs through
563 I<perlbug> feeds into the automated bug-tracking system, access to
564 which is provided through the web at http://bugs.perl.org/ .  It
565 often pays to check the archives of the perl5-porters mailing list to
566 see whether the bug you're reporting has been reported before, and if
567 so whether it was considered a bug.  See above for the location of
568 the searchable archives.
569
570 The CPAN testers ( http://testers.cpan.org/ ) are a group of
571 volunteers who test CPAN modules on a variety of platforms.  Perl Labs
572 ( http://labs.perl.org/ ) automatically tests Perl source releases on
573 platforms and gives feedback to the CPAN testers mailing list.  Both
574 efforts welcome volunteers.
575
576 It's a good idea to read and lurk for a while before chipping in.
577 That way you'll get to see the dynamic of the conversations, learn the
578 personalities of the players, and hopefully be better prepared to make
579 a useful contribution when do you speak up.
580
581 If after all this you still think you want to join the perl5-porters
582 mailing list, send mail to I<perl5-porters-subscribe@perl.org>.  To
583 unsubscribe, send mail to I<perl5-porters-unsubscribe@perl.org>.
584
585 To hack on the Perl guts, you'll need to read the following things:
586
587 =over 3
588
589 =item L<perlguts>
590
591 This is of paramount importance, since it's the documentation of what
592 goes where in the Perl source. Read it over a couple of times and it
593 might start to make sense - don't worry if it doesn't yet, because the
594 best way to study it is to read it in conjunction with poking at Perl
595 source, and we'll do that later on.
596
597 You might also want to look at Gisle Aas's illustrated perlguts -
598 there's no guarantee that this will be absolutely up-to-date with the
599 latest documentation in the Perl core, but the fundamentals will be
600 right. ( http://gisle.aas.no/perl/illguts/ )
601
602 =item L<perlxstut> and L<perlxs>
603
604 A working knowledge of XSUB programming is incredibly useful for core
605 hacking; XSUBs use techniques drawn from the PP code, the portion of the
606 guts that actually executes a Perl program. It's a lot gentler to learn
607 those techniques from simple examples and explanation than from the core
608 itself.
609
610 =item L<perlapi>
611
612 The documentation for the Perl API explains what some of the internal
613 functions do, as well as the many macros used in the source.
614
615 =item F<Porting/pumpkin.pod>
616
617 This is a collection of words of wisdom for a Perl porter; some of it is
618 only useful to the pumpkin holder, but most of it applies to anyone
619 wanting to go about Perl development.
620
621 =item The perl5-porters FAQ
622
623 This is posted to perl5-porters at the beginning on every month, and
624 should be available from http://perlhacker.org/p5p-faq ; alternatively,
625 you can get the FAQ emailed to you by sending mail to
626 C<perl5-porters-faq@perl.org>. It contains hints on reading
627 perl5-porters, information on how perl5-porters works and how Perl
628 development in general works.
629
630 =back
631
632 =head2 Finding Your Way Around
633
634 Perl maintenance can be split into a number of areas, and certain people
635 (pumpkins) will have responsibility for each area. These areas sometimes
636 correspond to files or directories in the source kit. Among the areas are:
637
638 =over 3
639
640 =item Core modules
641
642 Modules shipped as part of the Perl core live in the F<lib/> and F<ext/>
643 subdirectories: F<lib/> is for the pure-Perl modules, and F<ext/>
644 contains the core XS modules.
645
646 =item Tests
647
648 There are tests for nearly all the modules, built-ins and major bits
649 of functionality.  Test files all have a .t suffix.  Module tests live
650 in the F<lib/> and F<ext/> directories next to the module being
651 tested.  Others live in F<t/>.  See L<Writing a test>
652
653 =item Documentation
654
655 Documentation maintenance includes looking after everything in the
656 F<pod/> directory, (as well as contributing new documentation) and
657 the documentation to the modules in core.
658
659 =item Configure
660
661 The configure process is the way we make Perl portable across the
662 myriad of operating systems it supports. Responsibility for the
663 configure, build and installation process, as well as the overall
664 portability of the core code rests with the configure pumpkin - others
665 help out with individual operating systems.
666
667 The files involved are the operating system directories, (F<win32/>,
668 F<os2/>, F<vms/> and so on) the shell scripts which generate F<config.h>
669 and F<Makefile>, as well as the metaconfig files which generate
670 F<Configure>. (metaconfig isn't included in the core distribution.)
671
672 =item Interpreter
673
674 And of course, there's the core of the Perl interpreter itself. Let's
675 have a look at that in a little more detail.
676
677 =back
678
679 Before we leave looking at the layout, though, don't forget that
680 F<MANIFEST> contains not only the file names in the Perl distribution,
681 but short descriptions of what's in them, too. For an overview of the
682 important files, try this:
683
684     perl -lne 'print if /^[^\/]+\.[ch]\s+/' MANIFEST
685
686 =head2 Elements of the interpreter
687
688 The work of the interpreter has two main stages: compiling the code
689 into the internal representation, or bytecode, and then executing it.
690 L<perlguts/Compiled code> explains exactly how the compilation stage
691 happens.
692
693 Here is a short breakdown of perl's operation:
694
695 =over 3
696
697 =item Startup
698
699 The action begins in F<perlmain.c>. (or F<miniperlmain.c> for miniperl)
700 This is very high-level code, enough to fit on a single screen, and it
701 resembles the code found in L<perlembed>; most of the real action takes
702 place in F<perl.c>
703
704 First, F<perlmain.c> allocates some memory and constructs a Perl
705 interpreter:
706
707     1 PERL_SYS_INIT3(&argc,&argv,&env);
708     2
709     3 if (!PL_do_undump) {
710     4     my_perl = perl_alloc();
711     5     if (!my_perl)
712     6         exit(1);
713     7     perl_construct(my_perl);
714     8     PL_perl_destruct_level = 0;
715     9 }
716
717 Line 1 is a macro, and its definition is dependent on your operating
718 system. Line 3 references C<PL_do_undump>, a global variable - all
719 global variables in Perl start with C<PL_>. This tells you whether the
720 current running program was created with the C<-u> flag to perl and then
721 F<undump>, which means it's going to be false in any sane context.
722
723 Line 4 calls a function in F<perl.c> to allocate memory for a Perl
724 interpreter. It's quite a simple function, and the guts of it looks like
725 this:
726
727     my_perl = (PerlInterpreter*)PerlMem_malloc(sizeof(PerlInterpreter));
728
729 Here you see an example of Perl's system abstraction, which we'll see
730 later: C<PerlMem_malloc> is either your system's C<malloc>, or Perl's
731 own C<malloc> as defined in F<malloc.c> if you selected that option at
732 configure time.
733
734 Next, in line 7, we construct the interpreter; this sets up all the
735 special variables that Perl needs, the stacks, and so on.
736
737 Now we pass Perl the command line options, and tell it to go:
738
739     exitstatus = perl_parse(my_perl, xs_init, argc, argv, (char **)NULL);
740     if (!exitstatus) {
741         exitstatus = perl_run(my_perl);
742     }
743
744
745 C<perl_parse> is actually a wrapper around C<S_parse_body>, as defined
746 in F<perl.c>, which processes the command line options, sets up any
747 statically linked XS modules, opens the program and calls C<yyparse> to
748 parse it.
749
750 =item Parsing
751
752 The aim of this stage is to take the Perl source, and turn it into an op
753 tree. We'll see what one of those looks like later. Strictly speaking,
754 there's three things going on here.
755
756 C<yyparse>, the parser, lives in F<perly.c>, although you're better off
757 reading the original YACC input in F<perly.y>. (Yes, Virginia, there
758 B<is> a YACC grammar for Perl!) The job of the parser is to take your
759 code and `understand' it, splitting it into sentences, deciding which
760 operands go with which operators and so on.
761
762 The parser is nobly assisted by the lexer, which chunks up your input
763 into tokens, and decides what type of thing each token is: a variable
764 name, an operator, a bareword, a subroutine, a core function, and so on.
765 The main point of entry to the lexer is C<yylex>, and that and its
766 associated routines can be found in F<toke.c>. Perl isn't much like
767 other computer languages; it's highly context sensitive at times, it can
768 be tricky to work out what sort of token something is, or where a token
769 ends. As such, there's a lot of interplay between the tokeniser and the
770 parser, which can get pretty frightening if you're not used to it.
771
772 As the parser understands a Perl program, it builds up a tree of
773 operations for the interpreter to perform during execution. The routines
774 which construct and link together the various operations are to be found
775 in F<op.c>, and will be examined later.
776
777 =item Optimization
778
779 Now the parsing stage is complete, and the finished tree represents
780 the operations that the Perl interpreter needs to perform to execute our
781 program. Next, Perl does a dry run over the tree looking for
782 optimisations: constant expressions such as C<3 + 4> will be computed
783 now, and the optimizer will also see if any multiple operations can be
784 replaced with a single one. For instance, to fetch the variable C<$foo>,
785 instead of grabbing the glob C<*foo> and looking at the scalar
786 component, the optimizer fiddles the op tree to use a function which
787 directly looks up the scalar in question. The main optimizer is C<peep>
788 in F<op.c>, and many ops have their own optimizing functions.
789
790 =item Running
791
792 Now we're finally ready to go: we have compiled Perl byte code, and all
793 that's left to do is run it. The actual execution is done by the
794 C<runops_standard> function in F<run.c>; more specifically, it's done by
795 these three innocent looking lines:
796
797     while ((PL_op = CALL_FPTR(PL_op->op_ppaddr)(aTHX))) {
798         PERL_ASYNC_CHECK();
799     }
800
801 You may be more comfortable with the Perl version of that:
802
803     PERL_ASYNC_CHECK() while $Perl::op = &{$Perl::op->{function}};
804
805 Well, maybe not. Anyway, each op contains a function pointer, which
806 stipulates the function which will actually carry out the operation.
807 This function will return the next op in the sequence - this allows for
808 things like C<if> which choose the next op dynamically at run time.
809 The C<PERL_ASYNC_CHECK> makes sure that things like signals interrupt
810 execution if required.
811
812 The actual functions called are known as PP code, and they're spread
813 between four files: F<pp_hot.c> contains the `hot' code, which is most
814 often used and highly optimized, F<pp_sys.c> contains all the
815 system-specific functions, F<pp_ctl.c> contains the functions which
816 implement control structures (C<if>, C<while> and the like) and F<pp.c>
817 contains everything else. These are, if you like, the C code for Perl's
818 built-in functions and operators.
819
820 =back
821
822 =head2 Internal Variable Types
823
824 You should by now have had a look at L<perlguts>, which tells you about
825 Perl's internal variable types: SVs, HVs, AVs and the rest. If not, do
826 that now.
827
828 These variables are used not only to represent Perl-space variables, but
829 also any constants in the code, as well as some structures completely
830 internal to Perl. The symbol table, for instance, is an ordinary Perl
831 hash. Your code is represented by an SV as it's read into the parser;
832 any program files you call are opened via ordinary Perl filehandles, and
833 so on.
834
835 The core L<Devel::Peek|Devel::Peek> module lets us examine SVs from a
836 Perl program. Let's see, for instance, how Perl treats the constant
837 C<"hello">.
838
839       % perl -MDevel::Peek -e 'Dump("hello")'
840     1 SV = PV(0xa041450) at 0xa04ecbc
841     2   REFCNT = 1
842     3   FLAGS = (POK,READONLY,pPOK)
843     4   PV = 0xa0484e0 "hello"\0
844     5   CUR = 5
845     6   LEN = 6
846
847 Reading C<Devel::Peek> output takes a bit of practise, so let's go
848 through it line by line.
849
850 Line 1 tells us we're looking at an SV which lives at C<0xa04ecbc> in
851 memory. SVs themselves are very simple structures, but they contain a
852 pointer to a more complex structure. In this case, it's a PV, a
853 structure which holds a string value, at location C<0xa041450>.  Line 2
854 is the reference count; there are no other references to this data, so
855 it's 1.
856
857 Line 3 are the flags for this SV - it's OK to use it as a PV, it's a
858 read-only SV (because it's a constant) and the data is a PV internally.
859 Next we've got the contents of the string, starting at location
860 C<0xa0484e0>.
861
862 Line 5 gives us the current length of the string - note that this does
863 B<not> include the null terminator. Line 6 is not the length of the
864 string, but the length of the currently allocated buffer; as the string
865 grows, Perl automatically extends the available storage via a routine
866 called C<SvGROW>.
867
868 You can get at any of these quantities from C very easily; just add
869 C<Sv> to the name of the field shown in the snippet, and you've got a
870 macro which will return the value: C<SvCUR(sv)> returns the current
871 length of the string, C<SvREFCOUNT(sv)> returns the reference count,
872 C<SvPV(sv, len)> returns the string itself with its length, and so on.
873 More macros to manipulate these properties can be found in L<perlguts>.
874
875 Let's take an example of manipulating a PV, from C<sv_catpvn>, in F<sv.c>
876
877      1  void
878      2  Perl_sv_catpvn(pTHX_ register SV *sv, register const char *ptr, register STRLEN len)
879      3  {
880      4      STRLEN tlen;
881      5      char *junk;
882
883      6      junk = SvPV_force(sv, tlen);
884      7      SvGROW(sv, tlen + len + 1);
885      8      if (ptr == junk)
886      9          ptr = SvPVX(sv);
887     10      Move(ptr,SvPVX(sv)+tlen,len,char);
888     11      SvCUR(sv) += len;
889     12      *SvEND(sv) = '\0';
890     13      (void)SvPOK_only_UTF8(sv);          /* validate pointer */
891     14      SvTAINT(sv);
892     15  }
893
894 This is a function which adds a string, C<ptr>, of length C<len> onto
895 the end of the PV stored in C<sv>. The first thing we do in line 6 is
896 make sure that the SV B<has> a valid PV, by calling the C<SvPV_force>
897 macro to force a PV. As a side effect, C<tlen> gets set to the current
898 value of the PV, and the PV itself is returned to C<junk>.
899
900 In line 7, we make sure that the SV will have enough room to accommodate
901 the old string, the new string and the null terminator. If C<LEN> isn't
902 big enough, C<SvGROW> will reallocate space for us.
903
904 Now, if C<junk> is the same as the string we're trying to add, we can
905 grab the string directly from the SV; C<SvPVX> is the address of the PV
906 in the SV.
907
908 Line 10 does the actual catenation: the C<Move> macro moves a chunk of
909 memory around: we move the string C<ptr> to the end of the PV - that's
910 the start of the PV plus its current length. We're moving C<len> bytes
911 of type C<char>. After doing so, we need to tell Perl we've extended the
912 string, by altering C<CUR> to reflect the new length. C<SvEND> is a
913 macro which gives us the end of the string, so that needs to be a
914 C<"\0">.
915
916 Line 13 manipulates the flags; since we've changed the PV, any IV or NV
917 values will no longer be valid: if we have C<$a=10; $a.="6";> we don't
918 want to use the old IV of 10. C<SvPOK_only_utf8> is a special UTF8-aware
919 version of C<SvPOK_only>, a macro which turns off the IOK and NOK flags
920 and turns on POK. The final C<SvTAINT> is a macro which launders tainted
921 data if taint mode is turned on.
922
923 AVs and HVs are more complicated, but SVs are by far the most common
924 variable type being thrown around. Having seen something of how we
925 manipulate these, let's go on and look at how the op tree is
926 constructed.
927
928 =head2 Op Trees
929
930 First, what is the op tree, anyway? The op tree is the parsed
931 representation of your program, as we saw in our section on parsing, and
932 it's the sequence of operations that Perl goes through to execute your
933 program, as we saw in L</Running>.
934
935 An op is a fundamental operation that Perl can perform: all the built-in
936 functions and operators are ops, and there are a series of ops which
937 deal with concepts the interpreter needs internally - entering and
938 leaving a block, ending a statement, fetching a variable, and so on.
939
940 The op tree is connected in two ways: you can imagine that there are two
941 "routes" through it, two orders in which you can traverse the tree.
942 First, parse order reflects how the parser understood the code, and
943 secondly, execution order tells perl what order to perform the
944 operations in.
945
946 The easiest way to examine the op tree is to stop Perl after it has
947 finished parsing, and get it to dump out the tree. This is exactly what
948 the compiler backends L<B::Terse|B::Terse> and L<B::Debug|B::Debug> do.
949
950 Let's have a look at how Perl sees C<$a = $b + $c>:
951
952      % perl -MO=Terse -e '$a=$b+$c'
953      1  LISTOP (0x8179888) leave
954      2      OP (0x81798b0) enter
955      3      COP (0x8179850) nextstate
956      4      BINOP (0x8179828) sassign
957      5          BINOP (0x8179800) add [1]
958      6              UNOP (0x81796e0) null [15]
959      7                  SVOP (0x80fafe0) gvsv  GV (0x80fa4cc) *b
960      8              UNOP (0x81797e0) null [15]
961      9                  SVOP (0x8179700) gvsv  GV (0x80efeb0) *c
962     10          UNOP (0x816b4f0) null [15]
963     11              SVOP (0x816dcf0) gvsv  GV (0x80fa460) *a
964
965 Let's start in the middle, at line 4. This is a BINOP, a binary
966 operator, which is at location C<0x8179828>. The specific operator in
967 question is C<sassign> - scalar assignment - and you can find the code
968 which implements it in the function C<pp_sassign> in F<pp_hot.c>. As a
969 binary operator, it has two children: the add operator, providing the
970 result of C<$b+$c>, is uppermost on line 5, and the left hand side is on
971 line 10.
972
973 Line 10 is the null op: this does exactly nothing. What is that doing
974 there? If you see the null op, it's a sign that something has been
975 optimized away after parsing. As we mentioned in L</Optimization>,
976 the optimization stage sometimes converts two operations into one, for
977 example when fetching a scalar variable. When this happens, instead of
978 rewriting the op tree and cleaning up the dangling pointers, it's easier
979 just to replace the redundant operation with the null op. Originally,
980 the tree would have looked like this:
981
982     10          SVOP (0x816b4f0) rv2sv [15]
983     11              SVOP (0x816dcf0) gv  GV (0x80fa460) *a
984
985 That is, fetch the C<a> entry from the main symbol table, and then look
986 at the scalar component of it: C<gvsv> (C<pp_gvsv> into F<pp_hot.c>)
987 happens to do both these things.
988
989 The right hand side, starting at line 5 is similar to what we've just
990 seen: we have the C<add> op (C<pp_add> also in F<pp_hot.c>) add together
991 two C<gvsv>s.
992
993 Now, what's this about?
994
995      1  LISTOP (0x8179888) leave
996      2      OP (0x81798b0) enter
997      3      COP (0x8179850) nextstate
998
999 C<enter> and C<leave> are scoping ops, and their job is to perform any
1000 housekeeping every time you enter and leave a block: lexical variables
1001 are tidied up, unreferenced variables are destroyed, and so on. Every
1002 program will have those first three lines: C<leave> is a list, and its
1003 children are all the statements in the block. Statements are delimited
1004 by C<nextstate>, so a block is a collection of C<nextstate> ops, with
1005 the ops to be performed for each statement being the children of
1006 C<nextstate>. C<enter> is a single op which functions as a marker.
1007
1008 That's how Perl parsed the program, from top to bottom:
1009
1010                         Program
1011                            |
1012                        Statement
1013                            |
1014                            =
1015                           / \
1016                          /   \
1017                         $a   +
1018                             / \
1019                           $b   $c
1020
1021 However, it's impossible to B<perform> the operations in this order:
1022 you have to find the values of C<$b> and C<$c> before you add them
1023 together, for instance. So, the other thread that runs through the op
1024 tree is the execution order: each op has a field C<op_next> which points
1025 to the next op to be run, so following these pointers tells us how perl
1026 executes the code. We can traverse the tree in this order using
1027 the C<exec> option to C<B::Terse>:
1028
1029      % perl -MO=Terse,exec -e '$a=$b+$c'
1030      1  OP (0x8179928) enter
1031      2  COP (0x81798c8) nextstate
1032      3  SVOP (0x81796c8) gvsv  GV (0x80fa4d4) *b
1033      4  SVOP (0x8179798) gvsv  GV (0x80efeb0) *c
1034      5  BINOP (0x8179878) add [1]
1035      6  SVOP (0x816dd38) gvsv  GV (0x80fa468) *a
1036      7  BINOP (0x81798a0) sassign
1037      8  LISTOP (0x8179900) leave
1038
1039 This probably makes more sense for a human: enter a block, start a
1040 statement. Get the values of C<$b> and C<$c>, and add them together.
1041 Find C<$a>, and assign one to the other. Then leave.
1042
1043 The way Perl builds up these op trees in the parsing process can be
1044 unravelled by examining F<perly.y>, the YACC grammar. Let's take the
1045 piece we need to construct the tree for C<$a = $b + $c>
1046
1047     1 term    :   term ASSIGNOP term
1048     2                { $$ = newASSIGNOP(OPf_STACKED, $1, $2, $3); }
1049     3         |   term ADDOP term
1050     4                { $$ = newBINOP($2, 0, scalar($1), scalar($3)); }
1051
1052 If you're not used to reading BNF grammars, this is how it works: You're
1053 fed certain things by the tokeniser, which generally end up in upper
1054 case. Here, C<ADDOP>, is provided when the tokeniser sees C<+> in your
1055 code. C<ASSIGNOP> is provided when C<=> is used for assigning. These are
1056 `terminal symbols', because you can't get any simpler than them.
1057
1058 The grammar, lines one and three of the snippet above, tells you how to
1059 build up more complex forms. These complex forms, `non-terminal symbols'
1060 are generally placed in lower case. C<term> here is a non-terminal
1061 symbol, representing a single expression.
1062
1063 The grammar gives you the following rule: you can make the thing on the
1064 left of the colon if you see all the things on the right in sequence.
1065 This is called a "reduction", and the aim of parsing is to completely
1066 reduce the input. There are several different ways you can perform a
1067 reduction, separated by vertical bars: so, C<term> followed by C<=>
1068 followed by C<term> makes a C<term>, and C<term> followed by C<+>
1069 followed by C<term> can also make a C<term>.
1070
1071 So, if you see two terms with an C<=> or C<+>, between them, you can
1072 turn them into a single expression. When you do this, you execute the
1073 code in the block on the next line: if you see C<=>, you'll do the code
1074 in line 2. If you see C<+>, you'll do the code in line 4. It's this code
1075 which contributes to the op tree.
1076
1077             |   term ADDOP term
1078             { $$ = newBINOP($2, 0, scalar($1), scalar($3)); }
1079
1080 What this does is creates a new binary op, and feeds it a number of
1081 variables. The variables refer to the tokens: C<$1> is the first token in
1082 the input, C<$2> the second, and so on - think regular expression
1083 backreferences. C<$$> is the op returned from this reduction. So, we
1084 call C<newBINOP> to create a new binary operator. The first parameter to
1085 C<newBINOP>, a function in F<op.c>, is the op type. It's an addition
1086 operator, so we want the type to be C<ADDOP>. We could specify this
1087 directly, but it's right there as the second token in the input, so we
1088 use C<$2>. The second parameter is the op's flags: 0 means `nothing
1089 special'. Then the things to add: the left and right hand side of our
1090 expression, in scalar context.
1091
1092 =head2 Stacks
1093
1094 When perl executes something like C<addop>, how does it pass on its
1095 results to the next op? The answer is, through the use of stacks. Perl
1096 has a number of stacks to store things it's currently working on, and
1097 we'll look at the three most important ones here.
1098
1099 =over 3
1100
1101 =item Argument stack
1102
1103 Arguments are passed to PP code and returned from PP code using the
1104 argument stack, C<ST>. The typical way to handle arguments is to pop
1105 them off the stack, deal with them how you wish, and then push the result
1106 back onto the stack. This is how, for instance, the cosine operator
1107 works:
1108
1109       NV value;
1110       value = POPn;
1111       value = Perl_cos(value);
1112       XPUSHn(value);
1113
1114 We'll see a more tricky example of this when we consider Perl's macros
1115 below. C<POPn> gives you the NV (floating point value) of the top SV on
1116 the stack: the C<$x> in C<cos($x)>. Then we compute the cosine, and push
1117 the result back as an NV. The C<X> in C<XPUSHn> means that the stack
1118 should be extended if necessary - it can't be necessary here, because we
1119 know there's room for one more item on the stack, since we've just
1120 removed one! The C<XPUSH*> macros at least guarantee safety.
1121
1122 Alternatively, you can fiddle with the stack directly: C<SP> gives you
1123 the first element in your portion of the stack, and C<TOP*> gives you
1124 the top SV/IV/NV/etc. on the stack. So, for instance, to do unary
1125 negation of an integer:
1126
1127      SETi(-TOPi);
1128
1129 Just set the integer value of the top stack entry to its negation.
1130
1131 Argument stack manipulation in the core is exactly the same as it is in
1132 XSUBs - see L<perlxstut>, L<perlxs> and L<perlguts> for a longer
1133 description of the macros used in stack manipulation.
1134
1135 =item Mark stack
1136
1137 I say `your portion of the stack' above because PP code doesn't
1138 necessarily get the whole stack to itself: if your function calls
1139 another function, you'll only want to expose the arguments aimed for the
1140 called function, and not (necessarily) let it get at your own data. The
1141 way we do this is to have a `virtual' bottom-of-stack, exposed to each
1142 function. The mark stack keeps bookmarks to locations in the argument
1143 stack usable by each function. For instance, when dealing with a tied
1144 variable, (internally, something with `P' magic) Perl has to call
1145 methods for accesses to the tied variables. However, we need to separate
1146 the arguments exposed to the method to the argument exposed to the
1147 original function - the store or fetch or whatever it may be. Here's how
1148 the tied C<push> is implemented; see C<av_push> in F<av.c>:
1149
1150      1  PUSHMARK(SP);
1151      2  EXTEND(SP,2);
1152      3  PUSHs(SvTIED_obj((SV*)av, mg));
1153      4  PUSHs(val);
1154      5  PUTBACK;
1155      6  ENTER;
1156      7  call_method("PUSH", G_SCALAR|G_DISCARD);
1157      8  LEAVE;
1158      9  POPSTACK;
1159
1160 The lines which concern the mark stack are the first, fifth and last
1161 lines: they save away, restore and remove the current position of the
1162 argument stack. 
1163
1164 Let's examine the whole implementation, for practice:
1165
1166      1  PUSHMARK(SP);
1167
1168 Push the current state of the stack pointer onto the mark stack. This is
1169 so that when we've finished adding items to the argument stack, Perl
1170 knows how many things we've added recently.
1171
1172      2  EXTEND(SP,2);
1173      3  PUSHs(SvTIED_obj((SV*)av, mg));
1174      4  PUSHs(val);
1175
1176 We're going to add two more items onto the argument stack: when you have
1177 a tied array, the C<PUSH> subroutine receives the object and the value
1178 to be pushed, and that's exactly what we have here - the tied object,
1179 retrieved with C<SvTIED_obj>, and the value, the SV C<val>.
1180
1181      5  PUTBACK;
1182
1183 Next we tell Perl to make the change to the global stack pointer: C<dSP>
1184 only gave us a local copy, not a reference to the global.
1185
1186      6  ENTER;
1187      7  call_method("PUSH", G_SCALAR|G_DISCARD);
1188      8  LEAVE;
1189
1190 C<ENTER> and C<LEAVE> localise a block of code - they make sure that all
1191 variables are tidied up, everything that has been localised gets
1192 its previous value returned, and so on. Think of them as the C<{> and
1193 C<}> of a Perl block.
1194
1195 To actually do the magic method call, we have to call a subroutine in
1196 Perl space: C<call_method> takes care of that, and it's described in
1197 L<perlcall>. We call the C<PUSH> method in scalar context, and we're
1198 going to discard its return value.
1199
1200      9  POPSTACK;
1201
1202 Finally, we remove the value we placed on the mark stack, since we
1203 don't need it any more.
1204
1205 =item Save stack
1206
1207 C doesn't have a concept of local scope, so perl provides one. We've
1208 seen that C<ENTER> and C<LEAVE> are used as scoping braces; the save
1209 stack implements the C equivalent of, for example:
1210
1211     {
1212         local $foo = 42;
1213         ...
1214     }
1215
1216 See L<perlguts/Localising Changes> for how to use the save stack.
1217
1218 =back
1219
1220 =head2 Millions of Macros
1221
1222 One thing you'll notice about the Perl source is that it's full of
1223 macros. Some have called the pervasive use of macros the hardest thing
1224 to understand, others find it adds to clarity. Let's take an example,
1225 the code which implements the addition operator:
1226
1227    1  PP(pp_add)
1228    2  {
1229    3      dSP; dATARGET; tryAMAGICbin(add,opASSIGN);
1230    4      {
1231    5        dPOPTOPnnrl_ul;
1232    6        SETn( left + right );
1233    7        RETURN;
1234    8      }
1235    9  }
1236
1237 Every line here (apart from the braces, of course) contains a macro. The
1238 first line sets up the function declaration as Perl expects for PP code;
1239 line 3 sets up variable declarations for the argument stack and the
1240 target, the return value of the operation. Finally, it tries to see if
1241 the addition operation is overloaded; if so, the appropriate subroutine
1242 is called.
1243
1244 Line 5 is another variable declaration - all variable declarations start
1245 with C<d> - which pops from the top of the argument stack two NVs (hence
1246 C<nn>) and puts them into the variables C<right> and C<left>, hence the
1247 C<rl>. These are the two operands to the addition operator. Next, we
1248 call C<SETn> to set the NV of the return value to the result of adding
1249 the two values. This done, we return - the C<RETURN> macro makes sure
1250 that our return value is properly handled, and we pass the next operator
1251 to run back to the main run loop.
1252
1253 Most of these macros are explained in L<perlapi>, and some of the more
1254 important ones are explained in L<perlxs> as well. Pay special attention
1255 to L<perlguts/Background and PERL_IMPLICIT_CONTEXT> for information on
1256 the C<[pad]THX_?> macros.
1257
1258 =head2 Poking at Perl
1259
1260 To really poke around with Perl, you'll probably want to build Perl for
1261 debugging, like this:
1262
1263     ./Configure -d -D optimize=-g
1264     make
1265
1266 C<-g> is a flag to the C compiler to have it produce debugging
1267 information which will allow us to step through a running program.
1268 F<Configure> will also turn on the C<DEBUGGING> compilation symbol which
1269 enables all the internal debugging code in Perl. There are a whole bunch
1270 of things you can debug with this: L<perlrun> lists them all, and the
1271 best way to find out about them is to play about with them. The most
1272 useful options are probably
1273
1274     l  Context (loop) stack processing
1275     t  Trace execution
1276     o  Method and overloading resolution
1277     c  String/numeric conversions
1278
1279 Some of the functionality of the debugging code can be achieved using XS
1280 modules.
1281
1282     -Dr => use re 'debug'
1283     -Dx => use O 'Debug'
1284
1285 =head2 Using a source-level debugger
1286
1287 If the debugging output of C<-D> doesn't help you, it's time to step
1288 through perl's execution with a source-level debugger.
1289
1290 =over 3
1291
1292 =item *
1293
1294 We'll use C<gdb> for our examples here; the principles will apply to any
1295 debugger, but check the manual of the one you're using.
1296
1297 =back
1298
1299 To fire up the debugger, type
1300
1301     gdb ./perl
1302
1303 You'll want to do that in your Perl source tree so the debugger can read
1304 the source code. You should see the copyright message, followed by the
1305 prompt.
1306
1307     (gdb)
1308
1309 C<help> will get you into the documentation, but here are the most
1310 useful commands:
1311
1312 =over 3
1313
1314 =item run [args]
1315
1316 Run the program with the given arguments.
1317
1318 =item break function_name
1319
1320 =item break source.c:xxx
1321
1322 Tells the debugger that we'll want to pause execution when we reach
1323 either the named function (but see L<perlguts/Internal Functions>!) or the given
1324 line in the named source file.
1325
1326 =item step
1327
1328 Steps through the program a line at a time.
1329
1330 =item next
1331
1332 Steps through the program a line at a time, without descending into
1333 functions.
1334
1335 =item continue
1336
1337 Run until the next breakpoint.
1338
1339 =item finish
1340
1341 Run until the end of the current function, then stop again.
1342
1343 =item 'enter'
1344
1345 Just pressing Enter will do the most recent operation again - it's a
1346 blessing when stepping through miles of source code.
1347
1348 =item print
1349
1350 Execute the given C code and print its results. B<WARNING>: Perl makes
1351 heavy use of macros, and F<gdb> is not aware of macros. You'll have to
1352 substitute them yourself. So, for instance, you can't say
1353
1354     print SvPV_nolen(sv)
1355
1356 but you have to say
1357
1358     print Perl_sv_2pv_nolen(sv)
1359
1360 You may find it helpful to have a "macro dictionary", which you can
1361 produce by saying C<cpp -dM perl.c | sort>. Even then, F<cpp> won't
1362 recursively apply the macros for you. 
1363
1364 =back
1365
1366 =head2 Dumping Perl Data Structures
1367
1368 One way to get around this macro hell is to use the dumping functions in
1369 F<dump.c>; these work a little like an internal
1370 L<Devel::Peek|Devel::Peek>, but they also cover OPs and other structures
1371 that you can't get at from Perl. Let's take an example. We'll use the
1372 C<$a = $b + $c> we used before, but give it a bit of context: 
1373 C<$b = "6XXXX"; $c = 2.3;>. Where's a good place to stop and poke around?
1374
1375 What about C<pp_add>, the function we examined earlier to implement the
1376 C<+> operator:
1377
1378     (gdb) break Perl_pp_add
1379     Breakpoint 1 at 0x46249f: file pp_hot.c, line 309.
1380
1381 Notice we use C<Perl_pp_add> and not C<pp_add> - see L<perlguts/Internal Functions>.
1382 With the breakpoint in place, we can run our program:
1383
1384     (gdb) run -e '$b = "6XXXX"; $c = 2.3; $a = $b + $c'
1385
1386 Lots of junk will go past as gdb reads in the relevant source files and
1387 libraries, and then:
1388
1389     Breakpoint 1, Perl_pp_add () at pp_hot.c:309
1390     309         dSP; dATARGET; tryAMAGICbin(add,opASSIGN);
1391     (gdb) step
1392     311           dPOPTOPnnrl_ul;
1393     (gdb)
1394
1395 We looked at this bit of code before, and we said that C<dPOPTOPnnrl_ul>
1396 arranges for two C<NV>s to be placed into C<left> and C<right> - let's
1397 slightly expand it:
1398
1399     #define dPOPTOPnnrl_ul  NV right = POPn; \
1400                             SV *leftsv = TOPs; \
1401                             NV left = USE_LEFT(leftsv) ? SvNV(leftsv) : 0.0
1402
1403 C<POPn> takes the SV from the top of the stack and obtains its NV either
1404 directly (if C<SvNOK> is set) or by calling the C<sv_2nv> function.
1405 C<TOPs> takes the next SV from the top of the stack - yes, C<POPn> uses
1406 C<TOPs> - but doesn't remove it. We then use C<SvNV> to get the NV from
1407 C<leftsv> in the same way as before - yes, C<POPn> uses C<SvNV>. 
1408
1409 Since we don't have an NV for C<$b>, we'll have to use C<sv_2nv> to
1410 convert it. If we step again, we'll find ourselves there:
1411
1412     Perl_sv_2nv (sv=0xa0675d0) at sv.c:1669
1413     1669        if (!sv)
1414     (gdb)
1415
1416 We can now use C<Perl_sv_dump> to investigate the SV:
1417
1418     SV = PV(0xa057cc0) at 0xa0675d0
1419     REFCNT = 1
1420     FLAGS = (POK,pPOK)
1421     PV = 0xa06a510 "6XXXX"\0
1422     CUR = 5
1423     LEN = 6
1424     $1 = void
1425
1426 We know we're going to get C<6> from this, so let's finish the
1427 subroutine:
1428
1429     (gdb) finish
1430     Run till exit from #0  Perl_sv_2nv (sv=0xa0675d0) at sv.c:1671
1431     0x462669 in Perl_pp_add () at pp_hot.c:311
1432     311           dPOPTOPnnrl_ul;
1433
1434 We can also dump out this op: the current op is always stored in
1435 C<PL_op>, and we can dump it with C<Perl_op_dump>. This'll give us
1436 similar output to L<B::Debug|B::Debug>.
1437
1438     {
1439     13  TYPE = add  ===> 14
1440         TARG = 1
1441         FLAGS = (SCALAR,KIDS)
1442         {
1443             TYPE = null  ===> (12)
1444               (was rv2sv)
1445             FLAGS = (SCALAR,KIDS)
1446             {
1447     11          TYPE = gvsv  ===> 12
1448                 FLAGS = (SCALAR)
1449                 GV = main::b
1450             }
1451         }
1452
1453 # finish this later #
1454
1455 =head2 Patching
1456
1457 All right, we've now had a look at how to navigate the Perl sources and
1458 some things you'll need to know when fiddling with them. Let's now get
1459 on and create a simple patch. Here's something Larry suggested: if a
1460 C<U> is the first active format during a C<pack>, (for example, 
1461 C<pack "U3C8", @stuff>) then the resulting string should be treated as
1462 UTF8 encoded.
1463
1464 How do we prepare to fix this up? First we locate the code in question -
1465 the C<pack> happens at runtime, so it's going to be in one of the F<pp>
1466 files. Sure enough, C<pp_pack> is in F<pp.c>. Since we're going to be
1467 altering this file, let's copy it to F<pp.c~>.
1468
1469 [Well, it was in F<pp.c> when this tutorial was written. It has now been
1470 split off with C<pp_unpack> to its own file, F<pp_pack.c>]
1471
1472 Now let's look over C<pp_pack>: we take a pattern into C<pat>, and then
1473 loop over the pattern, taking each format character in turn into
1474 C<datum_type>. Then for each possible format character, we swallow up
1475 the other arguments in the pattern (a field width, an asterisk, and so
1476 on) and convert the next chunk input into the specified format, adding
1477 it onto the output SV C<cat>.
1478
1479 How do we know if the C<U> is the first format in the C<pat>? Well, if
1480 we have a pointer to the start of C<pat> then, if we see a C<U> we can
1481 test whether we're still at the start of the string. So, here's where
1482 C<pat> is set up:
1483
1484     STRLEN fromlen;
1485     register char *pat = SvPVx(*++MARK, fromlen);
1486     register char *patend = pat + fromlen;
1487     register I32 len;
1488     I32 datumtype;
1489     SV *fromstr;
1490
1491 We'll have another string pointer in there:
1492
1493     STRLEN fromlen;
1494     register char *pat = SvPVx(*++MARK, fromlen);
1495     register char *patend = pat + fromlen;
1496  +  char *patcopy;
1497     register I32 len;
1498     I32 datumtype;
1499     SV *fromstr;
1500
1501 And just before we start the loop, we'll set C<patcopy> to be the start
1502 of C<pat>:
1503
1504     items = SP - MARK;
1505     MARK++;
1506     sv_setpvn(cat, "", 0);
1507  +  patcopy = pat;
1508     while (pat < patend) {
1509
1510 Now if we see a C<U> which was at the start of the string, we turn on
1511 the UTF8 flag for the output SV, C<cat>:
1512
1513  +  if (datumtype == 'U' && pat==patcopy+1)
1514  +      SvUTF8_on(cat);
1515     if (datumtype == '#') {
1516         while (pat < patend && *pat != '\n')
1517             pat++;
1518
1519 Remember that it has to be C<patcopy+1> because the first character of
1520 the string is the C<U> which has been swallowed into C<datumtype!>
1521
1522 Oops, we forgot one thing: what if there are spaces at the start of the
1523 pattern? C<pack("  U*", @stuff)> will have C<U> as the first active
1524 character, even though it's not the first thing in the pattern. In this
1525 case, we have to advance C<patcopy> along with C<pat> when we see spaces:
1526
1527     if (isSPACE(datumtype))
1528         continue;
1529
1530 needs to become
1531
1532     if (isSPACE(datumtype)) {
1533         patcopy++;
1534         continue;
1535     }
1536
1537 OK. That's the C part done. Now we must do two additional things before
1538 this patch is ready to go: we've changed the behaviour of Perl, and so
1539 we must document that change. We must also provide some more regression
1540 tests to make sure our patch works and doesn't create a bug somewhere
1541 else along the line.
1542
1543 The regression tests for each operator live in F<t/op/>, and so we
1544 make a copy of F<t/op/pack.t> to F<t/op/pack.t~>. Now we can add our
1545 tests to the end. First, we'll test that the C<U> does indeed create
1546 Unicode strings.  
1547
1548 t/op/pack.t has a sensible ok() function, but if it didn't we could
1549 use the one from t/test.pl.
1550
1551  require './test.pl';
1552  plan( tests => 159 );
1553
1554 so instead of this:
1555
1556  print 'not ' unless "1.20.300.4000" eq sprintf "%vd", pack("U*",1,20,300,4000);
1557  print "ok $test\n"; $test++;
1558
1559 we can write the more sensible (see L<Test::More> for a full
1560 explanation of is() and other testing functions).
1561
1562  is( "1.20.300.4000", sprintf "%vd", pack("U*",1,20,300,4000), 
1563                                        "U* produces unicode" );
1564
1565 Now we'll test that we got that space-at-the-beginning business right:
1566
1567  is( "1.20.300.4000", sprintf "%vd", pack("  U*",1,20,300,4000),
1568                                        "  with spaces at the beginning" );
1569
1570 And finally we'll test that we don't make Unicode strings if C<U> is B<not>
1571 the first active format:
1572
1573  isnt( v1.20.300.4000, sprintf "%vd", pack("C0U*",1,20,300,4000),
1574                                        "U* not first isn't unicode" );
1575
1576 Mustn't forget to change the number of tests which appears at the top,
1577 or else the automated tester will get confused.  This will either look
1578 like this:
1579
1580  print "1..156\n";
1581
1582 or this:
1583
1584  plan( tests => 156 );
1585
1586 We now compile up Perl, and run it through the test suite. Our new
1587 tests pass, hooray!
1588
1589 Finally, the documentation. The job is never done until the paperwork is
1590 over, so let's describe the change we've just made. The relevant place
1591 is F<pod/perlfunc.pod>; again, we make a copy, and then we'll insert
1592 this text in the description of C<pack>:
1593
1594  =item *
1595
1596  If the pattern begins with a C<U>, the resulting string will be treated
1597  as Unicode-encoded. You can force UTF8 encoding on in a string with an
1598  initial C<U0>, and the bytes that follow will be interpreted as Unicode
1599  characters. If you don't want this to happen, you can begin your pattern
1600  with C<C0> (or anything else) to force Perl not to UTF8 encode your
1601  string, and then follow this with a C<U*> somewhere in your pattern.
1602
1603 All done. Now let's create the patch. F<Porting/patching.pod> tells us
1604 that if we're making major changes, we should copy the entire directory
1605 to somewhere safe before we begin fiddling, and then do
1606
1607     diff -ruN old new > patch
1608
1609 However, we know which files we've changed, and we can simply do this:
1610
1611     diff -u pp.c~             pp.c             >  patch
1612     diff -u t/op/pack.t~      t/op/pack.t      >> patch
1613     diff -u pod/perlfunc.pod~ pod/perlfunc.pod >> patch
1614
1615 We end up with a patch looking a little like this:
1616
1617     --- pp.c~       Fri Jun 02 04:34:10 2000
1618     +++ pp.c        Fri Jun 16 11:37:25 2000
1619     @@ -4375,6 +4375,7 @@
1620          register I32 items;
1621          STRLEN fromlen;
1622          register char *pat = SvPVx(*++MARK, fromlen);
1623     +    char *patcopy;
1624          register char *patend = pat + fromlen;
1625          register I32 len;
1626          I32 datumtype;
1627     @@ -4405,6 +4406,7 @@
1628     ...
1629
1630 And finally, we submit it, with our rationale, to perl5-porters. Job
1631 done!
1632
1633 =head2 Patching a core module
1634
1635 This works just like patching anything else, with an extra
1636 consideration.  Many core modules also live on CPAN.  If this is so,
1637 patch the CPAN version instead of the core and send the patch off to
1638 the module maintainer (with a copy to p5p).  This will help the module
1639 maintainer keep the CPAN version in sync with the core version without
1640 constantly scanning p5p.
1641
1642 =head2 Adding a new function to the core
1643
1644 If, as part of a patch to fix a bug, or just because you have an
1645 especially good idea, you decide to add a new function to the core,
1646 discuss your ideas on p5p well before you start work.  It may be that
1647 someone else has already attempted to do what you are considering and
1648 can give lots of good advice or even provide you with bits of code
1649 that they already started (but never finished).
1650
1651 You have to follow all of the advice given above for patching.  It is
1652 extremely important to test any addition thoroughly and add new tests
1653 to explore all boundary conditions that your new function is expected
1654 to handle.  If your new function is used only by one module (e.g. toke),
1655 then it should probably be named S_your_function (for static); on the
1656 other hand, if you expect it to accessible from other functions in
1657 Perl, you should name it Perl_your_function.  See L<perlguts/Internal Functions>
1658 for more details.
1659
1660 The location of any new code is also an important consideration.  Don't
1661 just create a new top level .c file and put your code there; you would
1662 have to make changes to Configure (so the Makefile is created properly),
1663 as well as possibly lots of include files.  This is strictly pumpking
1664 business.
1665
1666 It is better to add your function to one of the existing top level
1667 source code files, but your choice is complicated by the nature of
1668 the Perl distribution.  Only the files that are marked as compiled
1669 static are located in the perl executable.  Everything else is located
1670 in the shared library (or DLL if you are running under WIN32).  So,
1671 for example, if a function was only used by functions located in
1672 toke.c, then your code can go in toke.c.  If, however, you want to call
1673 the function from universal.c, then you should put your code in another
1674 location, for example util.c.
1675
1676 In addition to writing your c-code, you will need to create an
1677 appropriate entry in embed.pl describing your function, then run
1678 'make regen_headers' to create the entries in the numerous header
1679 files that perl needs to compile correctly.  See L<perlguts/Internal Functions>
1680 for information on the various options that you can set in embed.pl.
1681 You will forget to do this a few (or many) times and you will get
1682 warnings during the compilation phase.  Make sure that you mention
1683 this when you post your patch to P5P; the pumpking needs to know this.
1684
1685 When you write your new code, please be conscious of existing code
1686 conventions used in the perl source files.  See L<perlstyle> for
1687 details.  Although most of the guidelines discussed seem to focus on
1688 Perl code, rather than c, they all apply (except when they don't ;).
1689 See also I<Porting/patching.pod> file in the Perl source distribution
1690 for lots of details about both formatting and submitting patches of
1691 your changes.
1692
1693 Lastly, TEST TEST TEST TEST TEST any code before posting to p5p.
1694 Test on as many platforms as you can find.  Test as many perl
1695 Configure options as you can (e.g. MULTIPLICITY).  If you have
1696 profiling or memory tools, see L<EXTERNAL TOOLS FOR DEBUGGING PERL>
1697 below for how to use them to further test your code.  Remember that
1698 most of the people on P5P are doing this on their own time and
1699 don't have the time to debug your code.
1700
1701 =head2 Writing a test
1702
1703 Every module and built-in function has an associated test file (or
1704 should...).  If you add or change functionality, you have to write a
1705 test.  If you fix a bug, you have to write a test so that bug never
1706 comes back.  If you alter the docs, it would be nice to test what the
1707 new documentation says.
1708
1709 In short, if you submit a patch you probably also have to patch the
1710 tests.
1711
1712 For modules, the test file is right next to the module itself.
1713 F<lib/strict.t> tests F<lib/strict.pm>.  This is a recent innovation,
1714 so there are some snags (and it would be wonderful for you to brush
1715 them out), but it basically works that way.  Everything else lives in
1716 F<t/>.
1717
1718 =over 3
1719
1720 =item F<t/base/>
1721
1722 Testing of the absolute basic functionality of Perl.  Things like
1723 C<if>, basic file reads and writes, simple regexes, etc.  These are
1724 run first in the test suite and if any of them fail, something is
1725 I<really> broken.
1726
1727 =item F<t/cmd/>
1728
1729 These test the basic control structures, C<if/else>, C<while>,
1730 subroutines, etc.
1731
1732 =item F<t/comp/>
1733
1734 Tests basic issues of how Perl parses and compiles itself.
1735
1736 =item F<t/io/>
1737
1738 Tests for built-in IO functions, including command line arguments.
1739
1740 =item F<t/lib/>
1741
1742 The old home for the module tests, you shouldn't put anything new in
1743 here.  There are still some bits and pieces hanging around in here
1744 that need to be moved.  Perhaps you could move them?  Thanks!
1745
1746 =item F<t/op/>
1747
1748 Tests for perl's built in functions that don't fit into any of the
1749 other directories.
1750
1751 =item F<t/pod/>
1752
1753 Tests for POD directives.  There are still some tests for the Pod
1754 modules hanging around in here that need to be moved out into F<lib/>.
1755
1756 =item F<t/run/>
1757
1758 Testing features of how perl actually runs, including exit codes and
1759 handling of PERL* environment variables.
1760
1761 =back
1762
1763 The core uses the same testing style as the rest of Perl, a simple
1764 "ok/not ok" run through Test::Harness, but there are a few special
1765 considerations.
1766
1767 There are three ways to write a test in the core.  Test::More,
1768 t/test.pl and ad hoc C<print $test ? "ok 42\n" : "not ok 42\n">.  The
1769 decision of which to use depends on what part of the test suite you're
1770 working on.  This is a measure to prevent a high-level failure (such
1771 as Config.pm breaking) from causing basic functionality tests to fail.
1772
1773 =over 4 
1774
1775 =item t/base t/comp
1776
1777 Since we don't know if require works, or even subroutines, use ad hoc
1778 tests for these two.  Step carefully to avoid using the feature being
1779 tested.
1780
1781 =item t/cmd t/run t/io t/op
1782
1783 Now that basic require() and subroutines are tested, you can use the
1784 t/test.pl library which emulates the important features of Test::More
1785 while using a minimum of core features.
1786
1787 You can also conditionally use certain libraries like Config, but be
1788 sure to skip the test gracefully if it's not there.
1789
1790 =item t/lib ext lib
1791
1792 Now that the core of Perl is tested, Test::More can be used.  You can
1793 also use the full suite of core modules in the tests.
1794
1795 =back
1796
1797 When you say "make test" Perl uses the F<t/TEST> program to run the
1798 test suite.  All tests are run from the F<t/> directory, B<not> the
1799 directory which contains the test.  This causes some problems with the
1800 tests in F<lib/>, so here's some opportunity for some patching.
1801
1802 You must be triply conscious of cross-platform concerns.  This usually
1803 boils down to using File::Spec and avoiding things like C<fork()> and
1804 C<system()> unless absolutely necessary.
1805
1806 =head2 Special Make Test Targets
1807
1808 There are various special make targets that can be used to test Perl
1809 slightly differently than the standard "test" target.  Not all them
1810 are expected to give a 100% success rate.  Many of them have several
1811 aliases.
1812
1813 =over 4
1814
1815 =item coretest
1816
1817 Run F<perl> on all but F<lib/*> tests.
1818
1819 =item test.deparse
1820
1821 Run all the tests through the B::Deparse.  Not all tests will succeed.
1822
1823 =item minitest
1824
1825 Run F<miniperl> on F<t/base>, F<t/comp>, F<t/cmd>, F<t/run>, F<t/io>,
1826 F<t/op>, and F<t/uni> tests.
1827
1828 =item test.third check.third utest.third ucheck.third
1829
1830 (Only in Tru64)  Run all the tests using the memory leak + naughty
1831 memory access tool "Third Degree".  The log files will be named
1832 F<perl3.log.testname>.
1833
1834 =item test.torture torturetest
1835
1836 Run all the usual tests and some extra tests.  As of Perl 5.8.0 the
1837 only extra tests are Abigail's JAPHs, t/japh/abigail.t.
1838
1839 You can also run the torture test with F<t/harness> by giving
1840 C<-torture> argument to F<t/harness>.
1841
1842 =item utest ucheck test.utf8 check.utf8
1843
1844 Run all the tests with -Mutf8.  Not all tests will succeed.
1845
1846 =back
1847
1848 =head1 EXTERNAL TOOLS FOR DEBUGGING PERL
1849
1850 Sometimes it helps to use external tools while debugging and
1851 testing Perl.  This section tries to guide you through using
1852 some common testing and debugging tools with Perl.  This is
1853 meant as a guide to interfacing these tools with Perl, not
1854 as any kind of guide to the use of the tools themselves.
1855
1856 =head2 Rational Software's Purify
1857
1858 Purify is a commercial tool that is helpful in identifying
1859 memory overruns, wild pointers, memory leaks and other such
1860 badness.  Perl must be compiled in a specific way for
1861 optimal testing with Purify.  Purify is available under
1862 Windows NT, Solaris, HP-UX, SGI, and Siemens Unix.
1863
1864 The only currently known leaks happen when there are
1865 compile-time errors within eval or require.  (Fixing these
1866 is non-trivial, unfortunately, but they must be fixed
1867 eventually.)
1868
1869 =head2 Purify on Unix
1870
1871 On Unix, Purify creates a new Perl binary.  To get the most
1872 benefit out of Purify, you should create the perl to Purify
1873 using:
1874
1875     sh Configure -Accflags=-DPURIFY -Doptimize='-g' \
1876      -Uusemymalloc -Dusemultiplicity
1877
1878 where these arguments mean:
1879
1880 =over 4
1881
1882 =item -Accflags=-DPURIFY
1883
1884 Disables Perl's arena memory allocation functions, as well as
1885 forcing use of memory allocation functions derived from the
1886 system malloc.
1887
1888 =item -Doptimize='-g'
1889
1890 Adds debugging information so that you see the exact source
1891 statements where the problem occurs.  Without this flag, all
1892 you will see is the source filename of where the error occurred.
1893
1894 =item -Uusemymalloc
1895
1896 Disable Perl's malloc so that Purify can more closely monitor
1897 allocations and leaks.  Using Perl's malloc will make Purify
1898 report most leaks in the "potential" leaks category.
1899
1900 =item -Dusemultiplicity
1901
1902 Enabling the multiplicity option allows perl to clean up
1903 thoroughly when the interpreter shuts down, which reduces the
1904 number of bogus leak reports from Purify.
1905
1906 =back
1907
1908 Once you've compiled a perl suitable for Purify'ing, then you
1909 can just:
1910
1911     make pureperl   
1912
1913 which creates a binary named 'pureperl' that has been Purify'ed.
1914 This binary is used in place of the standard 'perl' binary
1915 when you want to debug Perl memory problems.
1916
1917 To minimize the number of memory leak false alarms
1918 (see L</PERL_DESTRUCT_LEVEL>), set environment variable
1919 PERL_DESTRUCT_LEVEL to 2.
1920
1921     setenv PERL_DESTRUCT_LEVEL 2
1922
1923 In Bourne-type shells:
1924
1925     PERL_DESTRUCT_LEVEL=2
1926     export PERL_DESTRUCT_LEVEL
1927
1928 As an example, to show any memory leaks produced during the
1929 standard Perl testset you would create and run the Purify'ed
1930 perl as:
1931
1932     make pureperl
1933     cd t
1934     ../pureperl -I../lib harness 
1935
1936 which would run Perl on test.pl and report any memory problems.
1937
1938 Purify outputs messages in "Viewer" windows by default.  If
1939 you don't have a windowing environment or if you simply
1940 want the Purify output to unobtrusively go to a log file
1941 instead of to the interactive window, use these following
1942 options to output to the log file "perl.log":
1943
1944     setenv PURIFYOPTIONS "-chain-length=25 -windows=no \
1945      -log-file=perl.log -append-logfile=yes"
1946
1947 If you plan to use the "Viewer" windows, then you only need this option:
1948
1949     setenv PURIFYOPTIONS "-chain-length=25"
1950
1951 In Bourne-type shells:
1952
1953     PURIFYOPTIONS="..."
1954     export PURIFYOPTIONS
1955
1956 or if you have the "env" utility:
1957
1958     env PURIFYOPTIONS="..." ../pureperl ...
1959
1960 =head2 Purify on NT
1961
1962 Purify on Windows NT instruments the Perl binary 'perl.exe'
1963 on the fly.  There are several options in the makefile you
1964 should change to get the most use out of Purify:
1965
1966 =over 4
1967
1968 =item DEFINES
1969
1970 You should add -DPURIFY to the DEFINES line so the DEFINES
1971 line looks something like:
1972
1973     DEFINES = -DWIN32 -D_CONSOLE -DNO_STRICT $(CRYPT_FLAG) -DPURIFY=1 
1974
1975 to disable Perl's arena memory allocation functions, as
1976 well as to force use of memory allocation functions derived
1977 from the system malloc.
1978
1979 =item USE_MULTI = define
1980
1981 Enabling the multiplicity option allows perl to clean up
1982 thoroughly when the interpreter shuts down, which reduces the
1983 number of bogus leak reports from Purify.
1984
1985 =item #PERL_MALLOC = define
1986
1987 Disable Perl's malloc so that Purify can more closely monitor
1988 allocations and leaks.  Using Perl's malloc will make Purify
1989 report most leaks in the "potential" leaks category.
1990
1991 =item CFG = Debug
1992
1993 Adds debugging information so that you see the exact source
1994 statements where the problem occurs.  Without this flag, all
1995 you will see is the source filename of where the error occurred.
1996
1997 =back
1998
1999 As an example, to show any memory leaks produced during the
2000 standard Perl testset you would create and run Purify as:
2001
2002     cd win32
2003     make
2004     cd ../t
2005     purify ../perl -I../lib harness 
2006
2007 which would instrument Perl in memory, run Perl on test.pl,
2008 then finally report any memory problems.
2009
2010 B<NOTE>: as of Perl 5.8.0, the ext/Encode/t/Unicode.t takes
2011 extraordinarily long (hours?) to complete under Purify.  It has been
2012 theorized that it would eventually finish, but nobody has so far been
2013 patient enough :-) (This same extreme slowdown has been seen also with
2014 the Third Degree tool, so the said test must be doing something that
2015 is quite unfriendly for memory debuggers.)  It is suggested that you
2016 simply kill away that testing process.
2017
2018 =head2 Compaq's/Digital's/HP's Third Degree
2019
2020 Third Degree is a tool for memory leak detection and memory access checks.
2021 It is one of the many tools in the ATOM toolkit.  The toolkit is only
2022 available on Tru64 (formerly known as Digital UNIX formerly known as
2023 DEC OSF/1).
2024
2025 When building Perl, you must first run Configure with -Doptimize=-g
2026 and -Uusemymalloc flags, after that you can use the make targets
2027 "perl.third" and "test.third".  (What is required is that Perl must be
2028 compiled using the C<-g> flag, you may need to re-Configure.)
2029
2030 The short story is that with "atom" you can instrument the Perl
2031 executable to create a new executable called F<perl.third>.  When the
2032 instrumented executable is run, it creates a log of dubious memory
2033 traffic in file called F<perl.3log>.  See the manual pages of atom and
2034 third for more information.  The most extensive Third Degree
2035 documentation is available in the Compaq "Tru64 UNIX Programmer's
2036 Guide", chapter "Debugging Programs with Third Degree".
2037
2038 The "test.third" leaves a lot of files named F<perl.3log.*> in the t/
2039 subdirectory.  There is a problem with these files: Third Degree is so
2040 effective that it finds problems also in the system libraries.
2041 Therefore there are certain types of errors that you should ignore in
2042 your debugging.  Errors with stack traces matching
2043
2044     __actual_atof|__catgets|_doprnt|__exc_|__exec|_findio|__localtime|setlocale|__sia_|__strxfrm
2045
2046 (all in libc.so) are known to be non-serious.  You can also
2047 ignore the combinations
2048
2049     Perl_gv_fetchfile() calling strcpy()
2050     S_doopen_pmc() calling strcmp()
2051
2052 causing "rih" (reading invalid heap) errors.
2053
2054 There are also leaks that for given certain definition of a leak,
2055 aren't.  See L</PERL_DESTRUCT_LEVEL> for more information.
2056
2057 =head2 PERL_DESTRUCT_LEVEL
2058
2059 If you want to run any of the tests yourself manually using the
2060 pureperl or perl.third executables, please note that by default
2061 perl B<does not> explicitly cleanup all the memory it has allocated
2062 (such as global memory arenas) but instead lets the exit() of
2063 the whole program "take care" of such allocations, also known
2064 as "global destruction of objects".
2065
2066 There is a way to tell perl to do complete cleanup: set the
2067 environment variable PERL_DESTRUCT_LEVEL to a non-zero value.
2068 The t/TEST wrapper does set this to 2, and this is what you
2069 need to do too, if you don't want to see the "global leaks":
2070 For example, for "third-degreed" Perl:
2071
2072         env PERL_DESTRUCT_LEVEL=2 ./perl.third -Ilib t/foo/bar.t
2073
2074 (Note: the mod_perl apache module uses also this environment variable
2075 for its own purposes and extended its semantics. Refer to the mod_perl
2076 documentation for more information.)
2077
2078 =head2 Profiling
2079
2080 Depending on your platform there are various of profiling Perl.
2081
2082 There are two commonly used techniques of profiling executables:
2083 I<statistical time-sampling> and I<basic-block counting>.
2084
2085 The first method takes periodically samples of the CPU program
2086 counter, and since the program counter can be correlated with the code
2087 generated for functions, we get a statistical view of in which
2088 functions the program is spending its time.  The caveats are that very
2089 small/fast functions have lower probability of showing up in the
2090 profile, and that periodically interrupting the program (this is
2091 usually done rather frequently, in the scale of milliseconds) imposes
2092 an additional overhead that may skew the results.  The first problem
2093 can be alleviated by running the code for longer (in general this is a
2094 good idea for profiling), the second problem is usually kept in guard
2095 by the profiling tools themselves.
2096
2097 The second method divides up the generated code into I<basic blocks>.
2098 Basic blocks are sections of code that are entered only in the
2099 beginning and exited only at the end.  For example, a conditional jump
2100 starts a basic block.  Basic block profiling usually works by
2101 I<instrumenting> the code by adding I<enter basic block #nnnn>
2102 book-keeping code to the generated code.  During the execution of the
2103 code the basic block counters are then updated appropriately.  The
2104 caveat is that the added extra code can skew the results: again, the
2105 profiling tools usually try to factor their own effects out of the
2106 results.
2107
2108 =head2 Gprof Profiling
2109
2110 gprof is a profiling tool available in many UNIX platforms,
2111 it uses F<statistical time-sampling>.
2112
2113 You can build a profiled version of perl called "perl.gprof" by
2114 invoking the make target "perl.gprof"  (What is required is that Perl
2115 must be compiled using the C<-pg> flag, you may need to re-Configure).
2116 Running the profiled version of Perl will create an output file called
2117 F<gmon.out> is created which contains the profiling data collected
2118 during the execution.
2119
2120 The gprof tool can then display the collected data in various ways.
2121 Usually gprof understands the following options:
2122
2123 =over 4
2124
2125 =item -a
2126
2127 Suppress statically defined functions from the profile.
2128
2129 =item -b
2130
2131 Suppress the verbose descriptions in the profile.
2132
2133 =item -e routine
2134
2135 Exclude the given routine and its descendants from the profile.
2136
2137 =item -f routine
2138
2139 Display only the given routine and its descendants in the profile.
2140
2141 =item -s
2142
2143 Generate a summary file called F<gmon.sum> which then may be given
2144 to subsequent gprof runs to accumulate data over several runs.
2145
2146 =item -z
2147
2148 Display routines that have zero usage.
2149
2150 =back
2151
2152 For more detailed explanation of the available commands and output
2153 formats, see your own local documentation of gprof.
2154
2155 =head2 GCC gcov Profiling
2156
2157 Starting from GCC 3.0 I<basic block profiling> is officially available
2158 for the GNU CC.
2159
2160 You can build a profiled version of perl called F<perl.gcov> by
2161 invoking the make target "perl.gcov" (what is required that Perl must
2162 be compiled using gcc with the flags C<-fprofile-arcs
2163 -ftest-coverage>, you may need to re-Configure).
2164
2165 Running the profiled version of Perl will cause profile output to be
2166 generated.  For each source file an accompanying ".da" file will be
2167 created.
2168
2169 To display the results you use the "gcov" utility (which should
2170 be installed if you have gcc 3.0 or newer installed).  F<gcov> is
2171 run on source code files, like this
2172
2173     gcov sv.c
2174
2175 which will cause F<sv.c.gcov> to be created.  The F<.gcov> files
2176 contain the source code annotated with relative frequencies of
2177 execution indicated by "#" markers.
2178
2179 Useful options of F<gcov> include C<-b> which will summarise the
2180 basic block, branch, and function call coverage, and C<-c> which
2181 instead of relative frequencies will use the actual counts.  For
2182 more information on the use of F<gcov> and basic block profiling
2183 with gcc, see the latest GNU CC manual, as of GCC 3.0 see
2184
2185     http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-3.0/gcc.html
2186
2187 and its section titled "8. gcov: a Test Coverage Program"
2188
2189     http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-3.0/gcc_8.html#SEC132
2190
2191 =head2 Pixie Profiling
2192
2193 Pixie is a profiling tool available on IRIX and Tru64 (aka Digital
2194 UNIX aka DEC OSF/1) platforms.  Pixie does its profiling using
2195 I<basic-block counting>.
2196
2197 You can build a profiled version of perl called F<perl.pixie> by
2198 invoking the make target "perl.pixie" (what is required is that Perl
2199 must be compiled using the C<-g> flag, you may need to re-Configure).
2200
2201 In Tru64 a file called F<perl.Addrs> will also be silently created,
2202 this file contains the addresses of the basic blocks.  Running the
2203 profiled version of Perl will create a new file called "perl.Counts"
2204 which contains the counts for the basic block for that particular
2205 program execution.
2206
2207 To display the results you use the F<prof> utility.  The exact
2208 incantation depends on your operating system, "prof perl.Counts" in
2209 IRIX, and "prof -pixie -all -L. perl" in Tru64.
2210
2211 In IRIX the following prof options are available:
2212
2213 =over 4
2214
2215 =item -h
2216
2217 Reports the most heavily used lines in descending order of use.
2218 Useful for finding the hotspot lines.
2219
2220 =item -l
2221
2222 Groups lines by procedure, with procedures sorted in descending order of use.
2223 Within a procedure, lines are listed in source order.
2224 Useful for finding the hotspots of procedures.
2225
2226 =back
2227
2228 In Tru64 the following options are available:
2229
2230 =over 4
2231
2232 =item -p[rocedures]
2233
2234 Procedures sorted in descending order by the number of cycles executed
2235 in each procedure.  Useful for finding the hotspot procedures.
2236 (This is the default option.)
2237
2238 =item -h[eavy]
2239
2240 Lines sorted in descending order by the number of cycles executed in
2241 each line.  Useful for finding the hotspot lines.
2242
2243 =item -i[nvocations]
2244
2245 The called procedures are sorted in descending order by number of calls
2246 made to the procedures.  Useful for finding the most used procedures.
2247
2248 =item -l[ines]
2249
2250 Grouped by procedure, sorted by cycles executed per procedure.
2251 Useful for finding the hotspots of procedures.
2252
2253 =item -testcoverage
2254
2255 The compiler emitted code for these lines, but the code was unexecuted.
2256
2257 =item -z[ero]
2258
2259 Unexecuted procedures.
2260
2261 =back
2262
2263 For further information, see your system's manual pages for pixie and prof.
2264
2265 =head2 Miscellaneous tricks
2266
2267 =over 4
2268
2269 =item *
2270
2271 Those debugging perl with the DDD frontend over gdb may find the
2272 following useful:
2273
2274 You can extend the data conversion shortcuts menu, so for example you
2275 can display an SV's IV value with one click, without doing any typing.
2276 To do that simply edit ~/.ddd/init file and add after:
2277
2278   ! Display shortcuts.
2279   Ddd*gdbDisplayShortcuts: \
2280   /t ()   // Convert to Bin\n\
2281   /d ()   // Convert to Dec\n\
2282   /x ()   // Convert to Hex\n\
2283   /o ()   // Convert to Oct(\n\
2284
2285 the following two lines:
2286
2287   ((XPV*) (())->sv_any )->xpv_pv  // 2pvx\n\
2288   ((XPVIV*) (())->sv_any )->xiv_iv // 2ivx
2289
2290 so now you can do ivx and pvx lookups or you can plug there the
2291 sv_peek "conversion":
2292
2293   Perl_sv_peek(my_perl, (SV*)()) // sv_peek
2294
2295 (The my_perl is for threaded builds.)
2296 Just remember that every line, but the last one, should end with \n\
2297
2298 Alternatively edit the init file interactively via:
2299 3rd mouse button -> New Display -> Edit Menu
2300
2301 Note: you can define up to 20 conversion shortcuts in the gdb
2302 section.
2303
2304 =back
2305
2306 =head2 CONCLUSION
2307
2308 We've had a brief look around the Perl source, an overview of the stages
2309 F<perl> goes through when it's running your code, and how to use a
2310 debugger to poke at the Perl guts. We took a very simple problem and
2311 demonstrated how to solve it fully - with documentation, regression
2312 tests, and finally a patch for submission to p5p.  Finally, we talked
2313 about how to use external tools to debug and test Perl.
2314
2315 I'd now suggest you read over those references again, and then, as soon
2316 as possible, get your hands dirty. The best way to learn is by doing,
2317 so: 
2318
2319 =over 3
2320
2321 =item *
2322
2323 Subscribe to perl5-porters, follow the patches and try and understand
2324 them; don't be afraid to ask if there's a portion you're not clear on -
2325 who knows, you may unearth a bug in the patch...
2326
2327 =item *
2328
2329 Keep up to date with the bleeding edge Perl distributions and get
2330 familiar with the changes. Try and get an idea of what areas people are
2331 working on and the changes they're making.
2332
2333 =item *
2334
2335 Do read the README associated with your operating system, e.g. README.aix
2336 on the IBM AIX OS. Don't hesitate to supply patches to that README if
2337 you find anything missing or changed over a new OS release.
2338
2339 =item *
2340
2341 Find an area of Perl that seems interesting to you, and see if you can
2342 work out how it works. Scan through the source, and step over it in the
2343 debugger. Play, poke, investigate, fiddle! You'll probably get to
2344 understand not just your chosen area but a much wider range of F<perl>'s
2345 activity as well, and probably sooner than you'd think.
2346
2347 =back
2348
2349 =over 3
2350
2351 =item I<The Road goes ever on and on, down from the door where it began.>
2352
2353 =back
2354
2355 If you can do these things, you've started on the long road to Perl porting. 
2356 Thanks for wanting to help make Perl better - and happy hacking!
2357
2358 =head1 AUTHOR
2359
2360 This document was written by Nathan Torkington, and is maintained by
2361 the perl5-porters mailing list.
2362