0d7581cc9ccd8f116c2c23b29876a90be26731c8
[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     http://public.activestate.com/gsar/APC/
219     ftp://ftp.linux.activestate.com/pub/staff/gsar/APC/
220
221 If you're looking for a particular change, or a change that affected
222 a particular set of files, you may find the B<Perl Repository Browser>
223 useful:
224
225     http://public.activestate.com/cgi-bin/perlbrowse
226
227 You may also want to subscribe to the perl5-changes mailing list to
228 receive a copy of each patch that gets submitted to the maintenance
229 and development "branches" of the perl repository.  See
230 http://lists.perl.org/ for subscription information.
231
232 If you are a member of the perl5-porters mailing list, it is a good
233 thing to keep in touch with the most recent changes. If not only to
234 verify if what you would have posted as a bug report isn't already
235 solved in the most recent available perl development branch, also
236 known as perl-current, bleading edge perl, bleedperl or bleadperl.
237
238 Needless to say, the source code in perl-current is usually in a perpetual
239 state of evolution.  You should expect it to be very buggy.  Do B<not> use
240 it for any purpose other than testing and development.
241
242 Keeping in sync with the most recent branch can be done in several ways,
243 but the most convenient and reliable way is using B<rsync>, available at
244 ftp://rsync.samba.org/pub/rsync/ .  (You can also get the most recent
245 branch by FTP.)
246
247 If you choose to keep in sync using rsync, there are two approaches
248 to doing so:
249
250 =over 4
251
252 =item rsync'ing the source tree
253
254 Presuming you are in the directory where your perl source resides
255 and you have rsync installed and available, you can `upgrade' to
256 the bleadperl using:
257
258  # rsync -avz rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current/ .
259
260 This takes care of updating every single item in the source tree to
261 the latest applied patch level, creating files that are new (to your
262 distribution) and setting date/time stamps of existing files to
263 reflect the bleadperl status.
264
265 Note that this will not delete any files that were in '.' before
266 the rsync. Once you are sure that the rsync is running correctly,
267 run it with the --delete and the --dry-run options like this:
268
269  # rsync -avz --delete --dry-run rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current/ .
270
271 This will I<simulate> an rsync run that also deletes files not
272 present in the bleadperl master copy. Observe the results from
273 this run closely. If you are sure that the actual run would delete
274 no files precious to you, you could remove the '--dry-run' option.
275
276 You can than check what patch was the latest that was applied by
277 looking in the file B<.patch>, which will show the number of the
278 latest patch.
279
280 If you have more than one machine to keep in sync, and not all of
281 them have access to the WAN (so you are not able to rsync all the
282 source trees to the real source), there are some ways to get around
283 this problem.
284
285 =over 4
286
287 =item Using rsync over the LAN
288
289 Set up a local rsync server which makes the rsynced source tree
290 available to the LAN and sync the other machines against this
291 directory.
292
293 From http://rsync.samba.org/README.html :
294
295    "Rsync uses rsh or ssh for communication. It does not need to be
296     setuid and requires no special privileges for installation.  It
297     does not require an inetd entry or a daemon.  You must, however,
298     have a working rsh or ssh system.  Using ssh is recommended for
299     its security features."
300
301 =item Using pushing over the NFS
302
303 Having the other systems mounted over the NFS, you can take an
304 active pushing approach by checking the just updated tree against
305 the other not-yet synced trees. An example would be
306
307   #!/usr/bin/perl -w
308
309   use strict;
310   use File::Copy;
311
312   my %MF = map {
313       m/(\S+)/;
314       $1 => [ (stat $1)[2, 7, 9] ];     # mode, size, mtime
315       } `cat MANIFEST`;
316
317   my %remote = map { $_ => "/$_/pro/3gl/CPAN/perl-5.7.1" } qw(host1 host2);
318
319   foreach my $host (keys %remote) {
320       unless (-d $remote{$host}) {
321           print STDERR "Cannot Xsync for host $host\n";
322           next;
323           }
324       foreach my $file (keys %MF) {
325           my $rfile = "$remote{$host}/$file";
326           my ($mode, $size, $mtime) = (stat $rfile)[2, 7, 9];
327           defined $size or ($mode, $size, $mtime) = (0, 0, 0);
328           $size == $MF{$file}[1] && $mtime == $MF{$file}[2] and next;
329           printf "%4s %-34s %8d %9d  %8d %9d\n",
330               $host, $file, $MF{$file}[1], $MF{$file}[2], $size, $mtime;
331           unlink $rfile;
332           copy ($file, $rfile);
333           utime time, $MF{$file}[2], $rfile;
334           chmod $MF{$file}[0], $rfile;
335           }
336       }
337
338 though this is not perfect. It could be improved with checking
339 file checksums before updating. Not all NFS systems support
340 reliable utime support (when used over the NFS).
341
342 =back
343
344 =item rsync'ing the patches
345
346 The source tree is maintained by the pumpking who applies patches to
347 the files in the tree. These patches are either created by the
348 pumpking himself using C<diff -c> after updating the file manually or
349 by applying patches sent in by posters on the perl5-porters list.
350 These patches are also saved and rsync'able, so you can apply them
351 yourself to the source files.
352
353 Presuming you are in a directory where your patches reside, you can
354 get them in sync with
355
356  # rsync -avz rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current-diffs/ .
357
358 This makes sure the latest available patch is downloaded to your
359 patch directory.
360
361 It's then up to you to apply these patches, using something like
362
363  # last=`ls -t *.gz | sed q`
364  # rsync -avz rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current-diffs/ .
365  # find . -name '*.gz' -newer $last -exec gzcat {} \; >blead.patch
366  # cd ../perl-current
367  # patch -p1 -N <../perl-current-diffs/blead.patch
368
369 or, since this is only a hint towards how it works, use CPAN-patchaperl
370 from Andreas König to have better control over the patching process.
371
372 =back
373
374 =head2 Why rsync the source tree
375
376 =over 4
377
378 =item It's easier to rsync the source tree
379
380 Since you don't have to apply the patches yourself, you are sure all
381 files in the source tree are in the right state.
382
383 =item It's more reliable
384
385 While both the rsync-able source and patch areas are automatically
386 updated every few minutes, keep in mind that applying patches may
387 sometimes mean careful hand-holding, especially if your version of
388 the C<patch> program does not understand how to deal with new files,
389 files with 8-bit characters, or files without trailing newlines.
390
391 =back
392
393 =head2 Why rsync the patches
394
395 =over 4
396
397 =item It's easier to rsync the patches
398
399 If you have more than one machine that you want to keep in track with
400 bleadperl, it's easier to rsync the patches only once and then apply
401 them to all the source trees on the different machines.
402
403 In case you try to keep in pace on 5 different machines, for which
404 only one of them has access to the WAN, rsync'ing all the source
405 trees should than be done 5 times over the NFS. Having
406 rsync'ed the patches only once, I can apply them to all the source
407 trees automatically. Need you say more ;-)
408
409 =item It's a good reference
410
411 If you do not only like to have the most recent development branch,
412 but also like to B<fix> bugs, or extend features, you want to dive
413 into the sources. If you are a seasoned perl core diver, you don't
414 need no manuals, tips, roadmaps, perlguts.pod or other aids to find
415 your way around. But if you are a starter, the patches may help you
416 in finding where you should start and how to change the bits that
417 bug you.
418
419 The file B<Changes> is updated on occasions the pumpking sees as his
420 own little sync points. On those occasions, he releases a tar-ball of
421 the current source tree (i.e. perl@7582.tar.gz), which will be an
422 excellent point to start with when choosing to use the 'rsync the
423 patches' scheme. Starting with perl@7582, which means a set of source
424 files on which the latest applied patch is number 7582, you apply all
425 succeeding patches available from then on (7583, 7584, ...).
426
427 You can use the patches later as a kind of search archive.
428
429 =over 4
430
431 =item Finding a start point
432
433 If you want to fix/change the behaviour of function/feature Foo, just
434 scan the patches for patches that mention Foo either in the subject,
435 the comments, or the body of the fix. A good chance the patch shows
436 you the files that are affected by that patch which are very likely
437 to be the starting point of your journey into the guts of perl.
438
439 =item Finding how to fix a bug
440
441 If you've found I<where> the function/feature Foo misbehaves, but you
442 don't know how to fix it (but you do know the change you want to
443 make), you can, again, peruse the patches for similar changes and
444 look how others apply the fix.
445
446 =item Finding the source of misbehaviour
447
448 When you keep in sync with bleadperl, the pumpking would love to
449 I<see> that the community efforts really work. So after each of his
450 sync points, you are to 'make test' to check if everything is still
451 in working order. If it is, you do 'make ok', which will send an OK
452 report to perlbug@perl.org. (If you do not have access to a mailer
453 from the system you just finished successfully 'make test', you can
454 do 'make okfile', which creates the file C<perl.ok>, which you can
455 than take to your favourite mailer and mail yourself).
456
457 But of course, as always, things will not always lead to a success
458 path, and one or more test do not pass the 'make test'. Before
459 sending in a bug report (using 'make nok' or 'make nokfile'), check
460 the mailing list if someone else has reported the bug already and if
461 so, confirm it by replying to that message. If not, you might want to
462 trace the source of that misbehaviour B<before> sending in the bug,
463 which will help all the other porters in finding the solution.
464
465 Here the saved patches come in very handy. You can check the list of
466 patches to see which patch changed what file and what change caused
467 the misbehaviour. If you note that in the bug report, it saves the
468 one trying to solve it, looking for that point.
469
470 =back
471
472 If searching the patches is too bothersome, you might consider using
473 perl's bugtron to find more information about discussions and
474 ramblings on posted bugs.
475
476 If you want to get the best of both worlds, rsync both the source
477 tree for convenience, reliability and ease and rsync the patches
478 for reference.
479
480 =back
481
482 =head2 Working with the source
483
484 Because you cannot use the Perforce client, you cannot easily generate
485 diffs against the repository, nor will merges occur when you update
486 via rsync.  If you edit a file locally and then rsync against the
487 latest source, changes made in the remote copy will I<overwrite> your
488 local versions!
489
490 The best way to deal with this is to maintain a tree of symlinks to
491 the rsync'd source.  Then, when you want to edit a file, you remove
492 the symlink, copy the real file into the other tree, and edit it.  You
493 can then diff your edited file against the original to generate a
494 patch, and you can safely update the original tree.
495
496 Perl's F<Configure> script can generate this tree of symlinks for you.
497 The following example assumes that you have used rsync to pull a copy
498 of the Perl source into the F<perl-rsync> directory.  In the directory
499 above that one, you can execute the following commands:
500
501   mkdir perl-dev
502   cd perl-dev
503   ../perl-rsync/Configure -Dmksymlinks -Dusedevel -D"optimize=-g"
504
505 This will start the Perl configuration process.  After a few prompts,
506 you should see something like this:
507
508   Symbolic links are supported.
509
510   Checking how to test for symbolic links...
511   Your builtin 'test -h' may be broken.
512   Trying external '/usr/bin/test -h'.
513   You can test for symbolic links with '/usr/bin/test -h'.
514
515   Creating the symbolic links...
516   (First creating the subdirectories...)
517   (Then creating the symlinks...)
518
519 The specifics may vary based on your operating system, of course.
520 After you see this, you can abort the F<Configure> script, and you
521 will see that the directory you are in has a tree of symlinks to the
522 F<perl-rsync> directories and files.
523
524 If you plan to do a lot of work with the Perl source, here are some
525 Bourne shell script functions that can make your life easier:
526
527     function edit {
528         if [ -L $1 ]; then
529             mv $1 $1.orig
530                 cp $1.orig $1
531                 vi $1
532         else
533             /bin/vi $1
534                 fi
535     }
536
537     function unedit {
538         if [ -L $1.orig ]; then
539             rm $1
540                 mv $1.orig $1
541                 fi
542     }
543
544 Replace "vi" with your favorite flavor of editor.
545
546 Here is another function which will quickly generate a patch for the
547 files which have been edited in your symlink tree:
548
549     mkpatchorig() {
550         local diffopts
551             for f in `find . -name '*.orig' | sed s,^\./,,`
552                 do
553                     case `echo $f | sed 's,.orig$,,;s,.*\.,,'` in
554                         c)   diffopts=-p ;;
555                 pod) diffopts='-F^=' ;;
556                 *)   diffopts= ;;
557                 esac
558                     diff -du $diffopts $f `echo $f | sed 's,.orig$,,'`
559                     done
560     }
561
562 This function produces patches which include enough context to make
563 your changes obvious.  This makes it easier for the Perl pumpking(s)
564 to review them when you send them to the perl5-porters list, and that
565 means they're more likely to get applied.
566
567 This function assumed a GNU diff, and may require some tweaking for
568 other diff variants.
569
570 =head2 Perlbug administration
571
572 There is a single remote administrative interface for modifying bug status, 
573 category, open issues etc. using the B<RT> I<bugtracker> system, maintained
574 by I<Robert Spier>.  Become an administrator, and close any bugs you can get 
575 your sticky mitts on:
576
577         http://rt.perl.org
578
579 The bugtracker mechanism for B<perl5> bugs in particular is at:
580
581         http://bugs6.perl.org/perlbug
582
583 To email the bug system administrators:
584
585         "perlbug-admin" <perlbug-admin@perl.org>
586
587
588 =head2 Submitting patches
589
590 Always submit patches to I<perl5-porters@perl.org>.  If you're
591 patching a core module and there's an author listed, send the author a
592 copy (see L<Patching a core module>).  This lets other porters review
593 your patch, which catches a surprising number of errors in patches.
594 Either use the diff program (available in source code form from
595 ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/ , or use Johan Vromans' I<makepatch>
596 (available from I<CPAN/authors/id/JV/>).  Unified diffs are preferred,
597 but context diffs are accepted.  Do not send RCS-style diffs or diffs
598 without context lines.  More information is given in the
599 I<Porting/patching.pod> file in the Perl source distribution.  Please
600 patch against the latest B<development> version (e.g., if you're
601 fixing a bug in the 5.005 track, patch against the latest 5.005_5x
602 version).  Only patches that survive the heat of the development
603 branch get applied to maintenance versions.
604
605 Your patch should update the documentation and test suite.  See
606 L<Writing a test>.
607
608 To report a bug in Perl, use the program I<perlbug> which comes with
609 Perl (if you can't get Perl to work, send mail to the address
610 I<perlbug@perl.org> or I<perlbug@perl.com>).  Reporting bugs through
611 I<perlbug> feeds into the automated bug-tracking system, access to
612 which is provided through the web at http://bugs.perl.org/ .  It
613 often pays to check the archives of the perl5-porters mailing list to
614 see whether the bug you're reporting has been reported before, and if
615 so whether it was considered a bug.  See above for the location of
616 the searchable archives.
617
618 The CPAN testers ( http://testers.cpan.org/ ) are a group of
619 volunteers who test CPAN modules on a variety of platforms.  Perl
620 Smokers ( http://archives.develooper.com/daily-build@perl.org/ )
621 automatically tests Perl source releases on platforms with various
622 configurations.  Both efforts welcome volunteers.
623
624 It's a good idea to read and lurk for a while before chipping in.
625 That way you'll get to see the dynamic of the conversations, learn the
626 personalities of the players, and hopefully be better prepared to make
627 a useful contribution when do you speak up.
628
629 If after all this you still think you want to join the perl5-porters
630 mailing list, send mail to I<perl5-porters-subscribe@perl.org>.  To
631 unsubscribe, send mail to I<perl5-porters-unsubscribe@perl.org>.
632
633 To hack on the Perl guts, you'll need to read the following things:
634
635 =over 3
636
637 =item L<perlguts>
638
639 This is of paramount importance, since it's the documentation of what
640 goes where in the Perl source. Read it over a couple of times and it
641 might start to make sense - don't worry if it doesn't yet, because the
642 best way to study it is to read it in conjunction with poking at Perl
643 source, and we'll do that later on.
644
645 You might also want to look at Gisle Aas's illustrated perlguts -
646 there's no guarantee that this will be absolutely up-to-date with the
647 latest documentation in the Perl core, but the fundamentals will be
648 right. ( http://gisle.aas.no/perl/illguts/ )
649
650 =item L<perlxstut> and L<perlxs>
651
652 A working knowledge of XSUB programming is incredibly useful for core
653 hacking; XSUBs use techniques drawn from the PP code, the portion of the
654 guts that actually executes a Perl program. It's a lot gentler to learn
655 those techniques from simple examples and explanation than from the core
656 itself.
657
658 =item L<perlapi>
659
660 The documentation for the Perl API explains what some of the internal
661 functions do, as well as the many macros used in the source.
662
663 =item F<Porting/pumpkin.pod>
664
665 This is a collection of words of wisdom for a Perl porter; some of it is
666 only useful to the pumpkin holder, but most of it applies to anyone
667 wanting to go about Perl development.
668
669 =item The perl5-porters FAQ
670
671 This should be available from http://simon-cozens.org/writings/p5p-faq ;
672 alternatively, you can get the FAQ emailed to you by sending mail to
673 C<perl5-porters-faq@perl.org>. It contains hints on reading perl5-porters,
674 information on how perl5-porters works and how Perl development in general
675 works.
676
677 =back
678
679 =head2 Finding Your Way Around
680
681 Perl maintenance can be split into a number of areas, and certain people
682 (pumpkins) will have responsibility for each area. These areas sometimes
683 correspond to files or directories in the source kit. Among the areas are:
684
685 =over 3
686
687 =item Core modules
688
689 Modules shipped as part of the Perl core live in the F<lib/> and F<ext/>
690 subdirectories: F<lib/> is for the pure-Perl modules, and F<ext/>
691 contains the core XS modules.
692
693 =item Tests
694
695 There are tests for nearly all the modules, built-ins and major bits
696 of functionality.  Test files all have a .t suffix.  Module tests live
697 in the F<lib/> and F<ext/> directories next to the module being
698 tested.  Others live in F<t/>.  See L<Writing a test>
699
700 =item Documentation
701
702 Documentation maintenance includes looking after everything in the
703 F<pod/> directory, (as well as contributing new documentation) and
704 the documentation to the modules in core.
705
706 =item Configure
707
708 The configure process is the way we make Perl portable across the
709 myriad of operating systems it supports. Responsibility for the
710 configure, build and installation process, as well as the overall
711 portability of the core code rests with the configure pumpkin - others
712 help out with individual operating systems.
713
714 The files involved are the operating system directories, (F<win32/>,
715 F<os2/>, F<vms/> and so on) the shell scripts which generate F<config.h>
716 and F<Makefile>, as well as the metaconfig files which generate
717 F<Configure>. (metaconfig isn't included in the core distribution.)
718
719 =item Interpreter
720
721 And of course, there's the core of the Perl interpreter itself. Let's
722 have a look at that in a little more detail.
723
724 =back
725
726 Before we leave looking at the layout, though, don't forget that
727 F<MANIFEST> contains not only the file names in the Perl distribution,
728 but short descriptions of what's in them, too. For an overview of the
729 important files, try this:
730
731     perl -lne 'print if /^[^\/]+\.[ch]\s+/' MANIFEST
732
733 =head2 Elements of the interpreter
734
735 The work of the interpreter has two main stages: compiling the code
736 into the internal representation, or bytecode, and then executing it.
737 L<perlguts/Compiled code> explains exactly how the compilation stage
738 happens.
739
740 Here is a short breakdown of perl's operation:
741
742 =over 3
743
744 =item Startup
745
746 The action begins in F<perlmain.c>. (or F<miniperlmain.c> for miniperl)
747 This is very high-level code, enough to fit on a single screen, and it
748 resembles the code found in L<perlembed>; most of the real action takes
749 place in F<perl.c>
750
751 First, F<perlmain.c> allocates some memory and constructs a Perl
752 interpreter:
753
754     1 PERL_SYS_INIT3(&argc,&argv,&env);
755     2
756     3 if (!PL_do_undump) {
757     4     my_perl = perl_alloc();
758     5     if (!my_perl)
759     6         exit(1);
760     7     perl_construct(my_perl);
761     8     PL_perl_destruct_level = 0;
762     9 }
763
764 Line 1 is a macro, and its definition is dependent on your operating
765 system. Line 3 references C<PL_do_undump>, a global variable - all
766 global variables in Perl start with C<PL_>. This tells you whether the
767 current running program was created with the C<-u> flag to perl and then
768 F<undump>, which means it's going to be false in any sane context.
769
770 Line 4 calls a function in F<perl.c> to allocate memory for a Perl
771 interpreter. It's quite a simple function, and the guts of it looks like
772 this:
773
774     my_perl = (PerlInterpreter*)PerlMem_malloc(sizeof(PerlInterpreter));
775
776 Here you see an example of Perl's system abstraction, which we'll see
777 later: C<PerlMem_malloc> is either your system's C<malloc>, or Perl's
778 own C<malloc> as defined in F<malloc.c> if you selected that option at
779 configure time.
780
781 Next, in line 7, we construct the interpreter; this sets up all the
782 special variables that Perl needs, the stacks, and so on.
783
784 Now we pass Perl the command line options, and tell it to go:
785
786     exitstatus = perl_parse(my_perl, xs_init, argc, argv, (char **)NULL);
787     if (!exitstatus) {
788         exitstatus = perl_run(my_perl);
789     }
790
791
792 C<perl_parse> is actually a wrapper around C<S_parse_body>, as defined
793 in F<perl.c>, which processes the command line options, sets up any
794 statically linked XS modules, opens the program and calls C<yyparse> to
795 parse it.
796
797 =item Parsing
798
799 The aim of this stage is to take the Perl source, and turn it into an op
800 tree. We'll see what one of those looks like later. Strictly speaking,
801 there's three things going on here.
802
803 C<yyparse>, the parser, lives in F<perly.c>, although you're better off
804 reading the original YACC input in F<perly.y>. (Yes, Virginia, there
805 B<is> a YACC grammar for Perl!) The job of the parser is to take your
806 code and `understand' it, splitting it into sentences, deciding which
807 operands go with which operators and so on.
808
809 The parser is nobly assisted by the lexer, which chunks up your input
810 into tokens, and decides what type of thing each token is: a variable
811 name, an operator, a bareword, a subroutine, a core function, and so on.
812 The main point of entry to the lexer is C<yylex>, and that and its
813 associated routines can be found in F<toke.c>. Perl isn't much like
814 other computer languages; it's highly context sensitive at times, it can
815 be tricky to work out what sort of token something is, or where a token
816 ends. As such, there's a lot of interplay between the tokeniser and the
817 parser, which can get pretty frightening if you're not used to it.
818
819 As the parser understands a Perl program, it builds up a tree of
820 operations for the interpreter to perform during execution. The routines
821 which construct and link together the various operations are to be found
822 in F<op.c>, and will be examined later.
823
824 =item Optimization
825
826 Now the parsing stage is complete, and the finished tree represents
827 the operations that the Perl interpreter needs to perform to execute our
828 program. Next, Perl does a dry run over the tree looking for
829 optimisations: constant expressions such as C<3 + 4> will be computed
830 now, and the optimizer will also see if any multiple operations can be
831 replaced with a single one. For instance, to fetch the variable C<$foo>,
832 instead of grabbing the glob C<*foo> and looking at the scalar
833 component, the optimizer fiddles the op tree to use a function which
834 directly looks up the scalar in question. The main optimizer is C<peep>
835 in F<op.c>, and many ops have their own optimizing functions.
836
837 =item Running
838
839 Now we're finally ready to go: we have compiled Perl byte code, and all
840 that's left to do is run it. The actual execution is done by the
841 C<runops_standard> function in F<run.c>; more specifically, it's done by
842 these three innocent looking lines:
843
844     while ((PL_op = CALL_FPTR(PL_op->op_ppaddr)(aTHX))) {
845         PERL_ASYNC_CHECK();
846     }
847
848 You may be more comfortable with the Perl version of that:
849
850     PERL_ASYNC_CHECK() while $Perl::op = &{$Perl::op->{function}};
851
852 Well, maybe not. Anyway, each op contains a function pointer, which
853 stipulates the function which will actually carry out the operation.
854 This function will return the next op in the sequence - this allows for
855 things like C<if> which choose the next op dynamically at run time.
856 The C<PERL_ASYNC_CHECK> makes sure that things like signals interrupt
857 execution if required.
858
859 The actual functions called are known as PP code, and they're spread
860 between four files: F<pp_hot.c> contains the `hot' code, which is most
861 often used and highly optimized, F<pp_sys.c> contains all the
862 system-specific functions, F<pp_ctl.c> contains the functions which
863 implement control structures (C<if>, C<while> and the like) and F<pp.c>
864 contains everything else. These are, if you like, the C code for Perl's
865 built-in functions and operators.
866
867 =back
868
869 =head2 Internal Variable Types
870
871 You should by now have had a look at L<perlguts>, which tells you about
872 Perl's internal variable types: SVs, HVs, AVs and the rest. If not, do
873 that now.
874
875 These variables are used not only to represent Perl-space variables, but
876 also any constants in the code, as well as some structures completely
877 internal to Perl. The symbol table, for instance, is an ordinary Perl
878 hash. Your code is represented by an SV as it's read into the parser;
879 any program files you call are opened via ordinary Perl filehandles, and
880 so on.
881
882 The core L<Devel::Peek|Devel::Peek> module lets us examine SVs from a
883 Perl program. Let's see, for instance, how Perl treats the constant
884 C<"hello">.
885
886       % perl -MDevel::Peek -e 'Dump("hello")'
887     1 SV = PV(0xa041450) at 0xa04ecbc
888     2   REFCNT = 1
889     3   FLAGS = (POK,READONLY,pPOK)
890     4   PV = 0xa0484e0 "hello"\0
891     5   CUR = 5
892     6   LEN = 6
893
894 Reading C<Devel::Peek> output takes a bit of practise, so let's go
895 through it line by line.
896
897 Line 1 tells us we're looking at an SV which lives at C<0xa04ecbc> in
898 memory. SVs themselves are very simple structures, but they contain a
899 pointer to a more complex structure. In this case, it's a PV, a
900 structure which holds a string value, at location C<0xa041450>.  Line 2
901 is the reference count; there are no other references to this data, so
902 it's 1.
903
904 Line 3 are the flags for this SV - it's OK to use it as a PV, it's a
905 read-only SV (because it's a constant) and the data is a PV internally.
906 Next we've got the contents of the string, starting at location
907 C<0xa0484e0>.
908
909 Line 5 gives us the current length of the string - note that this does
910 B<not> include the null terminator. Line 6 is not the length of the
911 string, but the length of the currently allocated buffer; as the string
912 grows, Perl automatically extends the available storage via a routine
913 called C<SvGROW>.
914
915 You can get at any of these quantities from C very easily; just add
916 C<Sv> to the name of the field shown in the snippet, and you've got a
917 macro which will return the value: C<SvCUR(sv)> returns the current
918 length of the string, C<SvREFCOUNT(sv)> returns the reference count,
919 C<SvPV(sv, len)> returns the string itself with its length, and so on.
920 More macros to manipulate these properties can be found in L<perlguts>.
921
922 Let's take an example of manipulating a PV, from C<sv_catpvn>, in F<sv.c>
923
924      1  void
925      2  Perl_sv_catpvn(pTHX_ register SV *sv, register const char *ptr, register STRLEN len)
926      3  {
927      4      STRLEN tlen;
928      5      char *junk;
929
930      6      junk = SvPV_force(sv, tlen);
931      7      SvGROW(sv, tlen + len + 1);
932      8      if (ptr == junk)
933      9          ptr = SvPVX(sv);
934     10      Move(ptr,SvPVX(sv)+tlen,len,char);
935     11      SvCUR(sv) += len;
936     12      *SvEND(sv) = '\0';
937     13      (void)SvPOK_only_UTF8(sv);          /* validate pointer */
938     14      SvTAINT(sv);
939     15  }
940
941 This is a function which adds a string, C<ptr>, of length C<len> onto
942 the end of the PV stored in C<sv>. The first thing we do in line 6 is
943 make sure that the SV B<has> a valid PV, by calling the C<SvPV_force>
944 macro to force a PV. As a side effect, C<tlen> gets set to the current
945 value of the PV, and the PV itself is returned to C<junk>.
946
947 In line 7, we make sure that the SV will have enough room to accommodate
948 the old string, the new string and the null terminator. If C<LEN> isn't
949 big enough, C<SvGROW> will reallocate space for us.
950
951 Now, if C<junk> is the same as the string we're trying to add, we can
952 grab the string directly from the SV; C<SvPVX> is the address of the PV
953 in the SV.
954
955 Line 10 does the actual catenation: the C<Move> macro moves a chunk of
956 memory around: we move the string C<ptr> to the end of the PV - that's
957 the start of the PV plus its current length. We're moving C<len> bytes
958 of type C<char>. After doing so, we need to tell Perl we've extended the
959 string, by altering C<CUR> to reflect the new length. C<SvEND> is a
960 macro which gives us the end of the string, so that needs to be a
961 C<"\0">.
962
963 Line 13 manipulates the flags; since we've changed the PV, any IV or NV
964 values will no longer be valid: if we have C<$a=10; $a.="6";> we don't
965 want to use the old IV of 10. C<SvPOK_only_utf8> is a special UTF-8-aware
966 version of C<SvPOK_only>, a macro which turns off the IOK and NOK flags
967 and turns on POK. The final C<SvTAINT> is a macro which launders tainted
968 data if taint mode is turned on.
969
970 AVs and HVs are more complicated, but SVs are by far the most common
971 variable type being thrown around. Having seen something of how we
972 manipulate these, let's go on and look at how the op tree is
973 constructed.
974
975 =head2 Op Trees
976
977 First, what is the op tree, anyway? The op tree is the parsed
978 representation of your program, as we saw in our section on parsing, and
979 it's the sequence of operations that Perl goes through to execute your
980 program, as we saw in L</Running>.
981
982 An op is a fundamental operation that Perl can perform: all the built-in
983 functions and operators are ops, and there are a series of ops which
984 deal with concepts the interpreter needs internally - entering and
985 leaving a block, ending a statement, fetching a variable, and so on.
986
987 The op tree is connected in two ways: you can imagine that there are two
988 "routes" through it, two orders in which you can traverse the tree.
989 First, parse order reflects how the parser understood the code, and
990 secondly, execution order tells perl what order to perform the
991 operations in.
992
993 The easiest way to examine the op tree is to stop Perl after it has
994 finished parsing, and get it to dump out the tree. This is exactly what
995 the compiler backends L<B::Terse|B::Terse>, L<B::Concise|B::Concise>
996 and L<B::Debug|B::Debug> do.
997
998 Let's have a look at how Perl sees C<$a = $b + $c>:
999
1000      % perl -MO=Terse -e '$a=$b+$c'
1001      1  LISTOP (0x8179888) leave
1002      2      OP (0x81798b0) enter
1003      3      COP (0x8179850) nextstate
1004      4      BINOP (0x8179828) sassign
1005      5          BINOP (0x8179800) add [1]
1006      6              UNOP (0x81796e0) null [15]
1007      7                  SVOP (0x80fafe0) gvsv  GV (0x80fa4cc) *b
1008      8              UNOP (0x81797e0) null [15]
1009      9                  SVOP (0x8179700) gvsv  GV (0x80efeb0) *c
1010     10          UNOP (0x816b4f0) null [15]
1011     11              SVOP (0x816dcf0) gvsv  GV (0x80fa460) *a
1012
1013 Let's start in the middle, at line 4. This is a BINOP, a binary
1014 operator, which is at location C<0x8179828>. The specific operator in
1015 question is C<sassign> - scalar assignment - and you can find the code
1016 which implements it in the function C<pp_sassign> in F<pp_hot.c>. As a
1017 binary operator, it has two children: the add operator, providing the
1018 result of C<$b+$c>, is uppermost on line 5, and the left hand side is on
1019 line 10.
1020
1021 Line 10 is the null op: this does exactly nothing. What is that doing
1022 there? If you see the null op, it's a sign that something has been
1023 optimized away after parsing. As we mentioned in L</Optimization>,
1024 the optimization stage sometimes converts two operations into one, for
1025 example when fetching a scalar variable. When this happens, instead of
1026 rewriting the op tree and cleaning up the dangling pointers, it's easier
1027 just to replace the redundant operation with the null op. Originally,
1028 the tree would have looked like this:
1029
1030     10          SVOP (0x816b4f0) rv2sv [15]
1031     11              SVOP (0x816dcf0) gv  GV (0x80fa460) *a
1032
1033 That is, fetch the C<a> entry from the main symbol table, and then look
1034 at the scalar component of it: C<gvsv> (C<pp_gvsv> into F<pp_hot.c>)
1035 happens to do both these things.
1036
1037 The right hand side, starting at line 5 is similar to what we've just
1038 seen: we have the C<add> op (C<pp_add> also in F<pp_hot.c>) add together
1039 two C<gvsv>s.
1040
1041 Now, what's this about?
1042
1043      1  LISTOP (0x8179888) leave
1044      2      OP (0x81798b0) enter
1045      3      COP (0x8179850) nextstate
1046
1047 C<enter> and C<leave> are scoping ops, and their job is to perform any
1048 housekeeping every time you enter and leave a block: lexical variables
1049 are tidied up, unreferenced variables are destroyed, and so on. Every
1050 program will have those first three lines: C<leave> is a list, and its
1051 children are all the statements in the block. Statements are delimited
1052 by C<nextstate>, so a block is a collection of C<nextstate> ops, with
1053 the ops to be performed for each statement being the children of
1054 C<nextstate>. C<enter> is a single op which functions as a marker.
1055
1056 That's how Perl parsed the program, from top to bottom:
1057
1058                         Program
1059                            |
1060                        Statement
1061                            |
1062                            =
1063                           / \
1064                          /   \
1065                         $a   +
1066                             / \
1067                           $b   $c
1068
1069 However, it's impossible to B<perform> the operations in this order:
1070 you have to find the values of C<$b> and C<$c> before you add them
1071 together, for instance. So, the other thread that runs through the op
1072 tree is the execution order: each op has a field C<op_next> which points
1073 to the next op to be run, so following these pointers tells us how perl
1074 executes the code. We can traverse the tree in this order using
1075 the C<exec> option to C<B::Terse>:
1076
1077      % perl -MO=Terse,exec -e '$a=$b+$c'
1078      1  OP (0x8179928) enter
1079      2  COP (0x81798c8) nextstate
1080      3  SVOP (0x81796c8) gvsv  GV (0x80fa4d4) *b
1081      4  SVOP (0x8179798) gvsv  GV (0x80efeb0) *c
1082      5  BINOP (0x8179878) add [1]
1083      6  SVOP (0x816dd38) gvsv  GV (0x80fa468) *a
1084      7  BINOP (0x81798a0) sassign
1085      8  LISTOP (0x8179900) leave
1086
1087 This probably makes more sense for a human: enter a block, start a
1088 statement. Get the values of C<$b> and C<$c>, and add them together.
1089 Find C<$a>, and assign one to the other. Then leave.
1090
1091 The way Perl builds up these op trees in the parsing process can be
1092 unravelled by examining F<perly.y>, the YACC grammar. Let's take the
1093 piece we need to construct the tree for C<$a = $b + $c>
1094
1095     1 term    :   term ASSIGNOP term
1096     2                { $$ = newASSIGNOP(OPf_STACKED, $1, $2, $3); }
1097     3         |   term ADDOP term
1098     4                { $$ = newBINOP($2, 0, scalar($1), scalar($3)); }
1099
1100 If you're not used to reading BNF grammars, this is how it works: You're
1101 fed certain things by the tokeniser, which generally end up in upper
1102 case. Here, C<ADDOP>, is provided when the tokeniser sees C<+> in your
1103 code. C<ASSIGNOP> is provided when C<=> is used for assigning. These are
1104 `terminal symbols', because you can't get any simpler than them.
1105
1106 The grammar, lines one and three of the snippet above, tells you how to
1107 build up more complex forms. These complex forms, `non-terminal symbols'
1108 are generally placed in lower case. C<term> here is a non-terminal
1109 symbol, representing a single expression.
1110
1111 The grammar gives you the following rule: you can make the thing on the
1112 left of the colon if you see all the things on the right in sequence.
1113 This is called a "reduction", and the aim of parsing is to completely
1114 reduce the input. There are several different ways you can perform a
1115 reduction, separated by vertical bars: so, C<term> followed by C<=>
1116 followed by C<term> makes a C<term>, and C<term> followed by C<+>
1117 followed by C<term> can also make a C<term>.
1118
1119 So, if you see two terms with an C<=> or C<+>, between them, you can
1120 turn them into a single expression. When you do this, you execute the
1121 code in the block on the next line: if you see C<=>, you'll do the code
1122 in line 2. If you see C<+>, you'll do the code in line 4. It's this code
1123 which contributes to the op tree.
1124
1125             |   term ADDOP term
1126             { $$ = newBINOP($2, 0, scalar($1), scalar($3)); }
1127
1128 What this does is creates a new binary op, and feeds it a number of
1129 variables. The variables refer to the tokens: C<$1> is the first token in
1130 the input, C<$2> the second, and so on - think regular expression
1131 backreferences. C<$$> is the op returned from this reduction. So, we
1132 call C<newBINOP> to create a new binary operator. The first parameter to
1133 C<newBINOP>, a function in F<op.c>, is the op type. It's an addition
1134 operator, so we want the type to be C<ADDOP>. We could specify this
1135 directly, but it's right there as the second token in the input, so we
1136 use C<$2>. The second parameter is the op's flags: 0 means `nothing
1137 special'. Then the things to add: the left and right hand side of our
1138 expression, in scalar context.
1139
1140 =head2 Stacks
1141
1142 When perl executes something like C<addop>, how does it pass on its
1143 results to the next op? The answer is, through the use of stacks. Perl
1144 has a number of stacks to store things it's currently working on, and
1145 we'll look at the three most important ones here.
1146
1147 =over 3
1148
1149 =item Argument stack
1150
1151 Arguments are passed to PP code and returned from PP code using the
1152 argument stack, C<ST>. The typical way to handle arguments is to pop
1153 them off the stack, deal with them how you wish, and then push the result
1154 back onto the stack. This is how, for instance, the cosine operator
1155 works:
1156
1157       NV value;
1158       value = POPn;
1159       value = Perl_cos(value);
1160       XPUSHn(value);
1161
1162 We'll see a more tricky example of this when we consider Perl's macros
1163 below. C<POPn> gives you the NV (floating point value) of the top SV on
1164 the stack: the C<$x> in C<cos($x)>. Then we compute the cosine, and push
1165 the result back as an NV. The C<X> in C<XPUSHn> means that the stack
1166 should be extended if necessary - it can't be necessary here, because we
1167 know there's room for one more item on the stack, since we've just
1168 removed one! The C<XPUSH*> macros at least guarantee safety.
1169
1170 Alternatively, you can fiddle with the stack directly: C<SP> gives you
1171 the first element in your portion of the stack, and C<TOP*> gives you
1172 the top SV/IV/NV/etc. on the stack. So, for instance, to do unary
1173 negation of an integer:
1174
1175      SETi(-TOPi);
1176
1177 Just set the integer value of the top stack entry to its negation.
1178
1179 Argument stack manipulation in the core is exactly the same as it is in
1180 XSUBs - see L<perlxstut>, L<perlxs> and L<perlguts> for a longer
1181 description of the macros used in stack manipulation.
1182
1183 =item Mark stack
1184
1185 I say `your portion of the stack' above because PP code doesn't
1186 necessarily get the whole stack to itself: if your function calls
1187 another function, you'll only want to expose the arguments aimed for the
1188 called function, and not (necessarily) let it get at your own data. The
1189 way we do this is to have a `virtual' bottom-of-stack, exposed to each
1190 function. The mark stack keeps bookmarks to locations in the argument
1191 stack usable by each function. For instance, when dealing with a tied
1192 variable, (internally, something with `P' magic) Perl has to call
1193 methods for accesses to the tied variables. However, we need to separate
1194 the arguments exposed to the method to the argument exposed to the
1195 original function - the store or fetch or whatever it may be. Here's how
1196 the tied C<push> is implemented; see C<av_push> in F<av.c>:
1197
1198      1  PUSHMARK(SP);
1199      2  EXTEND(SP,2);
1200      3  PUSHs(SvTIED_obj((SV*)av, mg));
1201      4  PUSHs(val);
1202      5  PUTBACK;
1203      6  ENTER;
1204      7  call_method("PUSH", G_SCALAR|G_DISCARD);
1205      8  LEAVE;
1206      9  POPSTACK;
1207
1208 The lines which concern the mark stack are the first, fifth and last
1209 lines: they save away, restore and remove the current position of the
1210 argument stack. 
1211
1212 Let's examine the whole implementation, for practice:
1213
1214      1  PUSHMARK(SP);
1215
1216 Push the current state of the stack pointer onto the mark stack. This is
1217 so that when we've finished adding items to the argument stack, Perl
1218 knows how many things we've added recently.
1219
1220      2  EXTEND(SP,2);
1221      3  PUSHs(SvTIED_obj((SV*)av, mg));
1222      4  PUSHs(val);
1223
1224 We're going to add two more items onto the argument stack: when you have
1225 a tied array, the C<PUSH> subroutine receives the object and the value
1226 to be pushed, and that's exactly what we have here - the tied object,
1227 retrieved with C<SvTIED_obj>, and the value, the SV C<val>.
1228
1229      5  PUTBACK;
1230
1231 Next we tell Perl to make the change to the global stack pointer: C<dSP>
1232 only gave us a local copy, not a reference to the global.
1233
1234      6  ENTER;
1235      7  call_method("PUSH", G_SCALAR|G_DISCARD);
1236      8  LEAVE;
1237
1238 C<ENTER> and C<LEAVE> localise a block of code - they make sure that all
1239 variables are tidied up, everything that has been localised gets
1240 its previous value returned, and so on. Think of them as the C<{> and
1241 C<}> of a Perl block.
1242
1243 To actually do the magic method call, we have to call a subroutine in
1244 Perl space: C<call_method> takes care of that, and it's described in
1245 L<perlcall>. We call the C<PUSH> method in scalar context, and we're
1246 going to discard its return value.
1247
1248      9  POPSTACK;
1249
1250 Finally, we remove the value we placed on the mark stack, since we
1251 don't need it any more.
1252
1253 =item Save stack
1254
1255 C doesn't have a concept of local scope, so perl provides one. We've
1256 seen that C<ENTER> and C<LEAVE> are used as scoping braces; the save
1257 stack implements the C equivalent of, for example:
1258
1259     {
1260         local $foo = 42;
1261         ...
1262     }
1263
1264 See L<perlguts/Localising Changes> for how to use the save stack.
1265
1266 =back
1267
1268 =head2 Millions of Macros
1269
1270 One thing you'll notice about the Perl source is that it's full of
1271 macros. Some have called the pervasive use of macros the hardest thing
1272 to understand, others find it adds to clarity. Let's take an example,
1273 the code which implements the addition operator:
1274
1275    1  PP(pp_add)
1276    2  {
1277    3      dSP; dATARGET; tryAMAGICbin(add,opASSIGN);
1278    4      {
1279    5        dPOPTOPnnrl_ul;
1280    6        SETn( left + right );
1281    7        RETURN;
1282    8      }
1283    9  }
1284
1285 Every line here (apart from the braces, of course) contains a macro. The
1286 first line sets up the function declaration as Perl expects for PP code;
1287 line 3 sets up variable declarations for the argument stack and the
1288 target, the return value of the operation. Finally, it tries to see if
1289 the addition operation is overloaded; if so, the appropriate subroutine
1290 is called.
1291
1292 Line 5 is another variable declaration - all variable declarations start
1293 with C<d> - which pops from the top of the argument stack two NVs (hence
1294 C<nn>) and puts them into the variables C<right> and C<left>, hence the
1295 C<rl>. These are the two operands to the addition operator. Next, we
1296 call C<SETn> to set the NV of the return value to the result of adding
1297 the two values. This done, we return - the C<RETURN> macro makes sure
1298 that our return value is properly handled, and we pass the next operator
1299 to run back to the main run loop.
1300
1301 Most of these macros are explained in L<perlapi>, and some of the more
1302 important ones are explained in L<perlxs> as well. Pay special attention
1303 to L<perlguts/Background and PERL_IMPLICIT_CONTEXT> for information on
1304 the C<[pad]THX_?> macros.
1305
1306 =head2 The .i Targets
1307
1308 You can expand the macros in a F<foo.c> file by saying
1309
1310     make foo.i
1311
1312 which will expand the macros using cpp.  Don't be scared by the results.
1313
1314 =head2 Poking at Perl
1315
1316 To really poke around with Perl, you'll probably want to build Perl for
1317 debugging, like this:
1318
1319     ./Configure -d -D optimize=-g
1320     make
1321
1322 C<-g> is a flag to the C compiler to have it produce debugging
1323 information which will allow us to step through a running program.
1324 F<Configure> will also turn on the C<DEBUGGING> compilation symbol which
1325 enables all the internal debugging code in Perl. There are a whole bunch
1326 of things you can debug with this: L<perlrun> lists them all, and the
1327 best way to find out about them is to play about with them. The most
1328 useful options are probably
1329
1330     l  Context (loop) stack processing
1331     t  Trace execution
1332     o  Method and overloading resolution
1333     c  String/numeric conversions
1334
1335 Some of the functionality of the debugging code can be achieved using XS
1336 modules.
1337
1338     -Dr => use re 'debug'
1339     -Dx => use O 'Debug'
1340
1341 =head2 Using a source-level debugger
1342
1343 If the debugging output of C<-D> doesn't help you, it's time to step
1344 through perl's execution with a source-level debugger.
1345
1346 =over 3
1347
1348 =item *
1349
1350 We'll use C<gdb> for our examples here; the principles will apply to any
1351 debugger, but check the manual of the one you're using.
1352
1353 =back
1354
1355 To fire up the debugger, type
1356
1357     gdb ./perl
1358
1359 You'll want to do that in your Perl source tree so the debugger can read
1360 the source code. You should see the copyright message, followed by the
1361 prompt.
1362
1363     (gdb)
1364
1365 C<help> will get you into the documentation, but here are the most
1366 useful commands:
1367
1368 =over 3
1369
1370 =item run [args]
1371
1372 Run the program with the given arguments.
1373
1374 =item break function_name
1375
1376 =item break source.c:xxx
1377
1378 Tells the debugger that we'll want to pause execution when we reach
1379 either the named function (but see L<perlguts/Internal Functions>!) or the given
1380 line in the named source file.
1381
1382 =item step
1383
1384 Steps through the program a line at a time.
1385
1386 =item next
1387
1388 Steps through the program a line at a time, without descending into
1389 functions.
1390
1391 =item continue
1392
1393 Run until the next breakpoint.
1394
1395 =item finish
1396
1397 Run until the end of the current function, then stop again.
1398
1399 =item 'enter'
1400
1401 Just pressing Enter will do the most recent operation again - it's a
1402 blessing when stepping through miles of source code.
1403
1404 =item print
1405
1406 Execute the given C code and print its results. B<WARNING>: Perl makes
1407 heavy use of macros, and F<gdb> does not necessarily support macros
1408 (see later L</"gdb macro support">).  You'll have to substitute them
1409 yourself, or to invoke cpp on the source code files
1410 (see L</"The .i Targets">)
1411 So, for instance, you can't say
1412
1413     print SvPV_nolen(sv)
1414
1415 but you have to say
1416
1417     print Perl_sv_2pv_nolen(sv)
1418
1419 =back
1420
1421 You may find it helpful to have a "macro dictionary", which you can
1422 produce by saying C<cpp -dM perl.c | sort>. Even then, F<cpp> won't
1423 recursively apply those macros for you. 
1424
1425 =head2 gdb macro support
1426
1427 Recent versions of F<gdb> have fairly good macro support, but
1428 in order to use it you'll need to compile perl with macro definitions
1429 included in the debugging information.  Using F<gcc> version 3.1, this
1430 means configuring with C<-Doptimize=-g3>.  Other compilers might use a
1431 different switch (if they support debugging macros at all).
1432
1433 =head2 Dumping Perl Data Structures
1434
1435 One way to get around this macro hell is to use the dumping functions in
1436 F<dump.c>; these work a little like an internal
1437 L<Devel::Peek|Devel::Peek>, but they also cover OPs and other structures
1438 that you can't get at from Perl. Let's take an example. We'll use the
1439 C<$a = $b + $c> we used before, but give it a bit of context: 
1440 C<$b = "6XXXX"; $c = 2.3;>. Where's a good place to stop and poke around?
1441
1442 What about C<pp_add>, the function we examined earlier to implement the
1443 C<+> operator:
1444
1445     (gdb) break Perl_pp_add
1446     Breakpoint 1 at 0x46249f: file pp_hot.c, line 309.
1447
1448 Notice we use C<Perl_pp_add> and not C<pp_add> - see L<perlguts/Internal Functions>.
1449 With the breakpoint in place, we can run our program:
1450
1451     (gdb) run -e '$b = "6XXXX"; $c = 2.3; $a = $b + $c'
1452
1453 Lots of junk will go past as gdb reads in the relevant source files and
1454 libraries, and then:
1455
1456     Breakpoint 1, Perl_pp_add () at pp_hot.c:309
1457     309         dSP; dATARGET; tryAMAGICbin(add,opASSIGN);
1458     (gdb) step
1459     311           dPOPTOPnnrl_ul;
1460     (gdb)
1461
1462 We looked at this bit of code before, and we said that C<dPOPTOPnnrl_ul>
1463 arranges for two C<NV>s to be placed into C<left> and C<right> - let's
1464 slightly expand it:
1465
1466     #define dPOPTOPnnrl_ul  NV right = POPn; \
1467                             SV *leftsv = TOPs; \
1468                             NV left = USE_LEFT(leftsv) ? SvNV(leftsv) : 0.0
1469
1470 C<POPn> takes the SV from the top of the stack and obtains its NV either
1471 directly (if C<SvNOK> is set) or by calling the C<sv_2nv> function.
1472 C<TOPs> takes the next SV from the top of the stack - yes, C<POPn> uses
1473 C<TOPs> - but doesn't remove it. We then use C<SvNV> to get the NV from
1474 C<leftsv> in the same way as before - yes, C<POPn> uses C<SvNV>. 
1475
1476 Since we don't have an NV for C<$b>, we'll have to use C<sv_2nv> to
1477 convert it. If we step again, we'll find ourselves there:
1478
1479     Perl_sv_2nv (sv=0xa0675d0) at sv.c:1669
1480     1669        if (!sv)
1481     (gdb)
1482
1483 We can now use C<Perl_sv_dump> to investigate the SV:
1484
1485     SV = PV(0xa057cc0) at 0xa0675d0
1486     REFCNT = 1
1487     FLAGS = (POK,pPOK)
1488     PV = 0xa06a510 "6XXXX"\0
1489     CUR = 5
1490     LEN = 6
1491     $1 = void
1492
1493 We know we're going to get C<6> from this, so let's finish the
1494 subroutine:
1495
1496     (gdb) finish
1497     Run till exit from #0  Perl_sv_2nv (sv=0xa0675d0) at sv.c:1671
1498     0x462669 in Perl_pp_add () at pp_hot.c:311
1499     311           dPOPTOPnnrl_ul;
1500
1501 We can also dump out this op: the current op is always stored in
1502 C<PL_op>, and we can dump it with C<Perl_op_dump>. This'll give us
1503 similar output to L<B::Debug|B::Debug>.
1504
1505     {
1506     13  TYPE = add  ===> 14
1507         TARG = 1
1508         FLAGS = (SCALAR,KIDS)
1509         {
1510             TYPE = null  ===> (12)
1511               (was rv2sv)
1512             FLAGS = (SCALAR,KIDS)
1513             {
1514     11          TYPE = gvsv  ===> 12
1515                 FLAGS = (SCALAR)
1516                 GV = main::b
1517             }
1518         }
1519
1520 # finish this later #
1521
1522 =head2 Patching
1523
1524 All right, we've now had a look at how to navigate the Perl sources and
1525 some things you'll need to know when fiddling with them. Let's now get
1526 on and create a simple patch. Here's something Larry suggested: if a
1527 C<U> is the first active format during a C<pack>, (for example, 
1528 C<pack "U3C8", @stuff>) then the resulting string should be treated as
1529 UTF-8 encoded.
1530
1531 How do we prepare to fix this up? First we locate the code in question -
1532 the C<pack> happens at runtime, so it's going to be in one of the F<pp>
1533 files. Sure enough, C<pp_pack> is in F<pp.c>. Since we're going to be
1534 altering this file, let's copy it to F<pp.c~>.
1535
1536 [Well, it was in F<pp.c> when this tutorial was written. It has now been
1537 split off with C<pp_unpack> to its own file, F<pp_pack.c>]
1538
1539 Now let's look over C<pp_pack>: we take a pattern into C<pat>, and then
1540 loop over the pattern, taking each format character in turn into
1541 C<datum_type>. Then for each possible format character, we swallow up
1542 the other arguments in the pattern (a field width, an asterisk, and so
1543 on) and convert the next chunk input into the specified format, adding
1544 it onto the output SV C<cat>.
1545
1546 How do we know if the C<U> is the first format in the C<pat>? Well, if
1547 we have a pointer to the start of C<pat> then, if we see a C<U> we can
1548 test whether we're still at the start of the string. So, here's where
1549 C<pat> is set up:
1550
1551     STRLEN fromlen;
1552     register char *pat = SvPVx(*++MARK, fromlen);
1553     register char *patend = pat + fromlen;
1554     register I32 len;
1555     I32 datumtype;
1556     SV *fromstr;
1557
1558 We'll have another string pointer in there:
1559
1560     STRLEN fromlen;
1561     register char *pat = SvPVx(*++MARK, fromlen);
1562     register char *patend = pat + fromlen;
1563  +  char *patcopy;
1564     register I32 len;
1565     I32 datumtype;
1566     SV *fromstr;
1567
1568 And just before we start the loop, we'll set C<patcopy> to be the start
1569 of C<pat>:
1570
1571     items = SP - MARK;
1572     MARK++;
1573     sv_setpvn(cat, "", 0);
1574  +  patcopy = pat;
1575     while (pat < patend) {
1576
1577 Now if we see a C<U> which was at the start of the string, we turn on
1578 the C<UTF8> flag for the output SV, C<cat>:
1579
1580  +  if (datumtype == 'U' && pat==patcopy+1)
1581  +      SvUTF8_on(cat);
1582     if (datumtype == '#') {
1583         while (pat < patend && *pat != '\n')
1584             pat++;
1585
1586 Remember that it has to be C<patcopy+1> because the first character of
1587 the string is the C<U> which has been swallowed into C<datumtype!>
1588
1589 Oops, we forgot one thing: what if there are spaces at the start of the
1590 pattern? C<pack("  U*", @stuff)> will have C<U> as the first active
1591 character, even though it's not the first thing in the pattern. In this
1592 case, we have to advance C<patcopy> along with C<pat> when we see spaces:
1593
1594     if (isSPACE(datumtype))
1595         continue;
1596
1597 needs to become
1598
1599     if (isSPACE(datumtype)) {
1600         patcopy++;
1601         continue;
1602     }
1603
1604 OK. That's the C part done. Now we must do two additional things before
1605 this patch is ready to go: we've changed the behaviour of Perl, and so
1606 we must document that change. We must also provide some more regression
1607 tests to make sure our patch works and doesn't create a bug somewhere
1608 else along the line.
1609
1610 The regression tests for each operator live in F<t/op/>, and so we
1611 make a copy of F<t/op/pack.t> to F<t/op/pack.t~>. Now we can add our
1612 tests to the end. First, we'll test that the C<U> does indeed create
1613 Unicode strings.  
1614
1615 t/op/pack.t has a sensible ok() function, but if it didn't we could
1616 use the one from t/test.pl.
1617
1618  require './test.pl';
1619  plan( tests => 159 );
1620
1621 so instead of this:
1622
1623  print 'not ' unless "1.20.300.4000" eq sprintf "%vd", pack("U*",1,20,300,4000);
1624  print "ok $test\n"; $test++;
1625
1626 we can write the more sensible (see L<Test::More> for a full
1627 explanation of is() and other testing functions).
1628
1629  is( "1.20.300.4000", sprintf "%vd", pack("U*",1,20,300,4000), 
1630                                        "U* produces unicode" );
1631
1632 Now we'll test that we got that space-at-the-beginning business right:
1633
1634  is( "1.20.300.4000", sprintf "%vd", pack("  U*",1,20,300,4000),
1635                                        "  with spaces at the beginning" );
1636
1637 And finally we'll test that we don't make Unicode strings if C<U> is B<not>
1638 the first active format:
1639
1640  isnt( v1.20.300.4000, sprintf "%vd", pack("C0U*",1,20,300,4000),
1641                                        "U* not first isn't unicode" );
1642
1643 Mustn't forget to change the number of tests which appears at the top,
1644 or else the automated tester will get confused.  This will either look
1645 like this:
1646
1647  print "1..156\n";
1648
1649 or this:
1650
1651  plan( tests => 156 );
1652
1653 We now compile up Perl, and run it through the test suite. Our new
1654 tests pass, hooray!
1655
1656 Finally, the documentation. The job is never done until the paperwork is
1657 over, so let's describe the change we've just made. The relevant place
1658 is F<pod/perlfunc.pod>; again, we make a copy, and then we'll insert
1659 this text in the description of C<pack>:
1660
1661  =item *
1662
1663  If the pattern begins with a C<U>, the resulting string will be treated
1664  as UTF-8-encoded Unicode. You can force UTF-8 encoding on in a string
1665  with an initial C<U0>, and the bytes that follow will be interpreted as
1666  Unicode characters. If you don't want this to happen, you can begin your
1667  pattern with C<C0> (or anything else) to force Perl not to UTF-8 encode your
1668  string, and then follow this with a C<U*> somewhere in your pattern.
1669
1670 All done. Now let's create the patch. F<Porting/patching.pod> tells us
1671 that if we're making major changes, we should copy the entire directory
1672 to somewhere safe before we begin fiddling, and then do
1673
1674     diff -ruN old new > patch
1675
1676 However, we know which files we've changed, and we can simply do this:
1677
1678     diff -u pp.c~             pp.c             >  patch
1679     diff -u t/op/pack.t~      t/op/pack.t      >> patch
1680     diff -u pod/perlfunc.pod~ pod/perlfunc.pod >> patch
1681
1682 We end up with a patch looking a little like this:
1683
1684     --- pp.c~       Fri Jun 02 04:34:10 2000
1685     +++ pp.c        Fri Jun 16 11:37:25 2000
1686     @@ -4375,6 +4375,7 @@
1687          register I32 items;
1688          STRLEN fromlen;
1689          register char *pat = SvPVx(*++MARK, fromlen);
1690     +    char *patcopy;
1691          register char *patend = pat + fromlen;
1692          register I32 len;
1693          I32 datumtype;
1694     @@ -4405,6 +4406,7 @@
1695     ...
1696
1697 And finally, we submit it, with our rationale, to perl5-porters. Job
1698 done!
1699
1700 =head2 Patching a core module
1701
1702 This works just like patching anything else, with an extra
1703 consideration.  Many core modules also live on CPAN.  If this is so,
1704 patch the CPAN version instead of the core and send the patch off to
1705 the module maintainer (with a copy to p5p).  This will help the module
1706 maintainer keep the CPAN version in sync with the core version without
1707 constantly scanning p5p.
1708
1709 =head2 Adding a new function to the core
1710
1711 If, as part of a patch to fix a bug, or just because you have an
1712 especially good idea, you decide to add a new function to the core,
1713 discuss your ideas on p5p well before you start work.  It may be that
1714 someone else has already attempted to do what you are considering and
1715 can give lots of good advice or even provide you with bits of code
1716 that they already started (but never finished).
1717
1718 You have to follow all of the advice given above for patching.  It is
1719 extremely important to test any addition thoroughly and add new tests
1720 to explore all boundary conditions that your new function is expected
1721 to handle.  If your new function is used only by one module (e.g. toke),
1722 then it should probably be named S_your_function (for static); on the
1723 other hand, if you expect it to accessible from other functions in
1724 Perl, you should name it Perl_your_function.  See L<perlguts/Internal Functions>
1725 for more details.
1726
1727 The location of any new code is also an important consideration.  Don't
1728 just create a new top level .c file and put your code there; you would
1729 have to make changes to Configure (so the Makefile is created properly),
1730 as well as possibly lots of include files.  This is strictly pumpking
1731 business.
1732
1733 It is better to add your function to one of the existing top level
1734 source code files, but your choice is complicated by the nature of
1735 the Perl distribution.  Only the files that are marked as compiled
1736 static are located in the perl executable.  Everything else is located
1737 in the shared library (or DLL if you are running under WIN32).  So,
1738 for example, if a function was only used by functions located in
1739 toke.c, then your code can go in toke.c.  If, however, you want to call
1740 the function from universal.c, then you should put your code in another
1741 location, for example util.c.
1742
1743 In addition to writing your c-code, you will need to create an
1744 appropriate entry in embed.pl describing your function, then run
1745 'make regen_headers' to create the entries in the numerous header
1746 files that perl needs to compile correctly.  See L<perlguts/Internal Functions>
1747 for information on the various options that you can set in embed.pl.
1748 You will forget to do this a few (or many) times and you will get
1749 warnings during the compilation phase.  Make sure that you mention
1750 this when you post your patch to P5P; the pumpking needs to know this.
1751
1752 When you write your new code, please be conscious of existing code
1753 conventions used in the perl source files.  See L<perlstyle> for
1754 details.  Although most of the guidelines discussed seem to focus on
1755 Perl code, rather than c, they all apply (except when they don't ;).
1756 See also I<Porting/patching.pod> file in the Perl source distribution
1757 for lots of details about both formatting and submitting patches of
1758 your changes.
1759
1760 Lastly, TEST TEST TEST TEST TEST any code before posting to p5p.
1761 Test on as many platforms as you can find.  Test as many perl
1762 Configure options as you can (e.g. MULTIPLICITY).  If you have
1763 profiling or memory tools, see L<EXTERNAL TOOLS FOR DEBUGGING PERL>
1764 below for how to use them to further test your code.  Remember that
1765 most of the people on P5P are doing this on their own time and
1766 don't have the time to debug your code.
1767
1768 =head2 Writing a test
1769
1770 Every module and built-in function has an associated test file (or
1771 should...).  If you add or change functionality, you have to write a
1772 test.  If you fix a bug, you have to write a test so that bug never
1773 comes back.  If you alter the docs, it would be nice to test what the
1774 new documentation says.
1775
1776 In short, if you submit a patch you probably also have to patch the
1777 tests.
1778
1779 For modules, the test file is right next to the module itself.
1780 F<lib/strict.t> tests F<lib/strict.pm>.  This is a recent innovation,
1781 so there are some snags (and it would be wonderful for you to brush
1782 them out), but it basically works that way.  Everything else lives in
1783 F<t/>.
1784
1785 =over 3
1786
1787 =item F<t/base/>
1788
1789 Testing of the absolute basic functionality of Perl.  Things like
1790 C<if>, basic file reads and writes, simple regexes, etc.  These are
1791 run first in the test suite and if any of them fail, something is
1792 I<really> broken.
1793
1794 =item F<t/cmd/>
1795
1796 These test the basic control structures, C<if/else>, C<while>,
1797 subroutines, etc.
1798
1799 =item F<t/comp/>
1800
1801 Tests basic issues of how Perl parses and compiles itself.
1802
1803 =item F<t/io/>
1804
1805 Tests for built-in IO functions, including command line arguments.
1806
1807 =item F<t/lib/>
1808
1809 The old home for the module tests, you shouldn't put anything new in
1810 here.  There are still some bits and pieces hanging around in here
1811 that need to be moved.  Perhaps you could move them?  Thanks!
1812
1813 =item F<t/op/>
1814
1815 Tests for perl's built in functions that don't fit into any of the
1816 other directories.
1817
1818 =item F<t/pod/>
1819
1820 Tests for POD directives.  There are still some tests for the Pod
1821 modules hanging around in here that need to be moved out into F<lib/>.
1822
1823 =item F<t/run/>
1824
1825 Testing features of how perl actually runs, including exit codes and
1826 handling of PERL* environment variables.
1827
1828 =item F<t/uni/>
1829
1830 Tests for the core support of Unicode.
1831
1832 =item F<t/win32/>
1833
1834 Windows-specific tests.
1835
1836 =item F<t/x2p>
1837
1838 A test suite for the s2p converter.
1839
1840 =back
1841
1842 The core uses the same testing style as the rest of Perl, a simple
1843 "ok/not ok" run through Test::Harness, but there are a few special
1844 considerations.
1845
1846 There are three ways to write a test in the core.  Test::More,
1847 t/test.pl and ad hoc C<print $test ? "ok 42\n" : "not ok 42\n">.  The
1848 decision of which to use depends on what part of the test suite you're
1849 working on.  This is a measure to prevent a high-level failure (such
1850 as Config.pm breaking) from causing basic functionality tests to fail.
1851
1852 =over 4 
1853
1854 =item t/base t/comp
1855
1856 Since we don't know if require works, or even subroutines, use ad hoc
1857 tests for these two.  Step carefully to avoid using the feature being
1858 tested.
1859
1860 =item t/cmd t/run t/io t/op
1861
1862 Now that basic require() and subroutines are tested, you can use the
1863 t/test.pl library which emulates the important features of Test::More
1864 while using a minimum of core features.
1865
1866 You can also conditionally use certain libraries like Config, but be
1867 sure to skip the test gracefully if it's not there.
1868
1869 =item t/lib ext lib
1870
1871 Now that the core of Perl is tested, Test::More can be used.  You can
1872 also use the full suite of core modules in the tests.
1873
1874 =back
1875
1876 When you say "make test" Perl uses the F<t/TEST> program to run the
1877 test suite.  All tests are run from the F<t/> directory, B<not> the
1878 directory which contains the test.  This causes some problems with the
1879 tests in F<lib/>, so here's some opportunity for some patching.
1880
1881 You must be triply conscious of cross-platform concerns.  This usually
1882 boils down to using File::Spec and avoiding things like C<fork()> and
1883 C<system()> unless absolutely necessary.
1884
1885 =head2 Special Make Test Targets
1886
1887 There are various special make targets that can be used to test Perl
1888 slightly differently than the standard "test" target.  Not all them
1889 are expected to give a 100% success rate.  Many of them have several
1890 aliases.
1891
1892 =over 4
1893
1894 =item coretest
1895
1896 Run F<perl> on all core tests (F<t/*> and F<lib/[a-z]*> pragma tests).
1897
1898 =item test.deparse
1899
1900 Run all the tests through B::Deparse.  Not all tests will succeed.
1901
1902 =item test.taintwarn
1903
1904 Run all tests with the B<-t> command-line switch.  Not all tests
1905 are expected to succeed (until they're specifically fixed, of course).
1906
1907 =item minitest
1908
1909 Run F<miniperl> on F<t/base>, F<t/comp>, F<t/cmd>, F<t/run>, F<t/io>,
1910 F<t/op>, and F<t/uni> tests.
1911
1912 =item test.valgrind check.valgrind utest.valgrind ucheck.valgrind
1913
1914 (Only in Linux) Run all the tests using the memory leak + naughty
1915 memory access tool "valgrind".  The log files will be named
1916 F<testname.valgrind>.
1917
1918 =item test.third check.third utest.third ucheck.third
1919
1920 (Only in Tru64)  Run all the tests using the memory leak + naughty
1921 memory access tool "Third Degree".  The log files will be named
1922 F<perl3.log.testname>.
1923
1924 =item test.torture torturetest
1925
1926 Run all the usual tests and some extra tests.  As of Perl 5.8.0 the
1927 only extra tests are Abigail's JAPHs, F<t/japh/abigail.t>.
1928
1929 You can also run the torture test with F<t/harness> by giving
1930 C<-torture> argument to F<t/harness>.
1931
1932 =item utest ucheck test.utf8 check.utf8
1933
1934 Run all the tests with -Mutf8.  Not all tests will succeed.
1935
1936 =item test_harness
1937
1938 Run the test suite with the F<t/harness> controlling program, instead of
1939 F<t/TEST>. F<t/harness> is more sophisticated, and uses the
1940 L<Test::Harness> module, thus using this test target supposes that perl
1941 mostly works. The main advantage for our purposes is that it prints a
1942 detailed summary of failed tests at the end. Also, unlike F<t/TEST>, it
1943 doesn't redirect stderr to stdout.
1944
1945 =back
1946
1947 =head2 Running tests by hand
1948
1949 You can run part of the test suite by hand by using one the following
1950 commands from the F<t/> directory :
1951
1952     ./perl -I../lib TEST list-of-.t-files
1953
1954 or
1955
1956     ./perl -I../lib harness list-of-.t-files
1957
1958 (if you don't specify test scripts, the whole test suite will be run.)
1959
1960 You can run an individual test by a command similar to
1961
1962     ./perl -I../lib patho/to/foo.t
1963
1964 except that the harnesses set up some environment variables that may
1965 affect the execution of the test :
1966
1967 =over 4 
1968
1969 =item PERL_CORE=1
1970
1971 indicates that we're running this test part of the perl core test suite.
1972 This is useful for modules that have a dual life on CPAN.
1973
1974 =item PERL_DESTRUCT_LEVEL=2
1975
1976 is set to 2 if it isn't set already (see L</PERL_DESTRUCT_LEVEL>)
1977
1978 =item PERL
1979
1980 (used only by F<t/TEST>) if set, overrides the path to the perl executable
1981 that should be used to run the tests (the default being F<./perl>).
1982
1983 =item PERL_SKIP_TTY_TEST
1984
1985 if set, tells to skip the tests that need a terminal. It's actually set
1986 automatically by the Makefile, but can also be forced artificially by
1987 running 'make test_notty'.
1988
1989 =back
1990
1991 =head1 EXTERNAL TOOLS FOR DEBUGGING PERL
1992
1993 Sometimes it helps to use external tools while debugging and
1994 testing Perl.  This section tries to guide you through using
1995 some common testing and debugging tools with Perl.  This is
1996 meant as a guide to interfacing these tools with Perl, not
1997 as any kind of guide to the use of the tools themselves.
1998
1999 B<NOTE 1>: Running under memory debuggers such as Purify, valgrind, or
2000 Third Degree greatly slows down the execution: seconds become minutes,
2001 minutes become hours.  For example as of Perl 5.8.1, the
2002 ext/Encode/t/Unicode.t takes extraordinarily long to complete under
2003 e.g. Purify, Third Degree, and valgrind.  Under valgrind it takes more
2004 than six hours, even on a snappy computer-- the said test must be
2005 doing something that is quite unfriendly for memory debuggers.  If you
2006 don't feel like waiting, that you can simply kill away the perl
2007 process.
2008
2009 B<NOTE 2>: To minimize the number of memory leak false alarms (see
2010 L</PERL_DESTRUCT_LEVEL> for more information), you have to have
2011 environment variable PERL_DESTRUCT_LEVEL set to 2.  The F<TEST>
2012 and harness scripts do that automatically.  But if you are running
2013 some of the tests manually-- for csh-like shells:
2014
2015     setenv PERL_DESTRUCT_LEVEL 2
2016
2017 and for Bourne-type shells:
2018
2019     PERL_DESTRUCT_LEVEL=2
2020     export PERL_DESTRUCT_LEVEL
2021
2022 or in UNIXy environments you can also use the C<env> command:
2023
2024     env PERL_DESTRUCT_LEVEL=2 valgrind ./perl -Ilib ...
2025
2026 B<NOTE 3>: There are known memory leaks when there are compile-time
2027 errors within eval or require, seeing C<S_doeval> in the call stack
2028 is a good sign of these.  Fixing these leaks is non-trivial,
2029 unfortunately, but they must be fixed eventually.
2030
2031 =head2 Rational Software's Purify
2032
2033 Purify is a commercial tool that is helpful in identifying
2034 memory overruns, wild pointers, memory leaks and other such
2035 badness.  Perl must be compiled in a specific way for
2036 optimal testing with Purify.  Purify is available under
2037 Windows NT, Solaris, HP-UX, SGI, and Siemens Unix.
2038
2039 =head2 Purify on Unix
2040
2041 On Unix, Purify creates a new Perl binary.  To get the most
2042 benefit out of Purify, you should create the perl to Purify
2043 using:
2044
2045     sh Configure -Accflags=-DPURIFY -Doptimize='-g' \
2046      -Uusemymalloc -Dusemultiplicity
2047
2048 where these arguments mean:
2049
2050 =over 4
2051
2052 =item -Accflags=-DPURIFY
2053
2054 Disables Perl's arena memory allocation functions, as well as
2055 forcing use of memory allocation functions derived from the
2056 system malloc.
2057
2058 =item -Doptimize='-g'
2059
2060 Adds debugging information so that you see the exact source
2061 statements where the problem occurs.  Without this flag, all
2062 you will see is the source filename of where the error occurred.
2063
2064 =item -Uusemymalloc
2065
2066 Disable Perl's malloc so that Purify can more closely monitor
2067 allocations and leaks.  Using Perl's malloc will make Purify
2068 report most leaks in the "potential" leaks category.
2069
2070 =item -Dusemultiplicity
2071
2072 Enabling the multiplicity option allows perl to clean up
2073 thoroughly when the interpreter shuts down, which reduces the
2074 number of bogus leak reports from Purify.
2075
2076 =back
2077
2078 Once you've compiled a perl suitable for Purify'ing, then you
2079 can just:
2080
2081     make pureperl   
2082
2083 which creates a binary named 'pureperl' that has been Purify'ed.
2084 This binary is used in place of the standard 'perl' binary
2085 when you want to debug Perl memory problems.
2086
2087 As an example, to show any memory leaks produced during the
2088 standard Perl testset you would create and run the Purify'ed
2089 perl as:
2090
2091     make pureperl
2092     cd t
2093     ../pureperl -I../lib harness 
2094
2095 which would run Perl on test.pl and report any memory problems.
2096
2097 Purify outputs messages in "Viewer" windows by default.  If
2098 you don't have a windowing environment or if you simply
2099 want the Purify output to unobtrusively go to a log file
2100 instead of to the interactive window, use these following
2101 options to output to the log file "perl.log":
2102
2103     setenv PURIFYOPTIONS "-chain-length=25 -windows=no \
2104      -log-file=perl.log -append-logfile=yes"
2105
2106 If you plan to use the "Viewer" windows, then you only need this option:
2107
2108     setenv PURIFYOPTIONS "-chain-length=25"
2109
2110 In Bourne-type shells:
2111
2112     PURIFYOPTIONS="..."
2113     export PURIFYOPTIONS
2114
2115 or if you have the "env" utility:
2116
2117     env PURIFYOPTIONS="..." ../pureperl ...
2118
2119 =head2 Purify on NT
2120
2121 Purify on Windows NT instruments the Perl binary 'perl.exe'
2122 on the fly.  There are several options in the makefile you
2123 should change to get the most use out of Purify:
2124
2125 =over 4
2126
2127 =item DEFINES
2128
2129 You should add -DPURIFY to the DEFINES line so the DEFINES
2130 line looks something like:
2131
2132     DEFINES = -DWIN32 -D_CONSOLE -DNO_STRICT $(CRYPT_FLAG) -DPURIFY=1 
2133
2134 to disable Perl's arena memory allocation functions, as
2135 well as to force use of memory allocation functions derived
2136 from the system malloc.
2137
2138 =item USE_MULTI = define
2139
2140 Enabling the multiplicity option allows perl to clean up
2141 thoroughly when the interpreter shuts down, which reduces the
2142 number of bogus leak reports from Purify.
2143
2144 =item #PERL_MALLOC = define
2145
2146 Disable Perl's malloc so that Purify can more closely monitor
2147 allocations and leaks.  Using Perl's malloc will make Purify
2148 report most leaks in the "potential" leaks category.
2149
2150 =item CFG = Debug
2151
2152 Adds debugging information so that you see the exact source
2153 statements where the problem occurs.  Without this flag, all
2154 you will see is the source filename of where the error occurred.
2155
2156 =back
2157
2158 As an example, to show any memory leaks produced during the
2159 standard Perl testset you would create and run Purify as:
2160
2161     cd win32
2162     make
2163     cd ../t
2164     purify ../perl -I../lib harness 
2165
2166 which would instrument Perl in memory, run Perl on test.pl,
2167 then finally report any memory problems.
2168
2169 =head2 valgrind
2170
2171 The excellent valgrind tool can be used to find out both memory leaks
2172 and illegal memory accesses.  As of August 2003 it unfortunately works
2173 only on x86 (ELF) Linux.  The special "test.valgrind" target can be used
2174 to run the tests under valgrind.  Found errors and memory leaks are
2175 logged in files named F<test.valgrind>.
2176
2177 As system libraries (most notably glibc) are also triggering errors,
2178 valgrind allows to suppress such errors using suppression files. The
2179 default suppression file that comes with valgrind already catches a lot
2180 of them. Some additional suppressions are defined in F<t/perl.supp>.
2181
2182 To get valgrind and for more information see
2183
2184     http://developer.kde.org/~sewardj/
2185
2186 =head2 Compaq's/Digital's/HP's Third Degree
2187
2188 Third Degree is a tool for memory leak detection and memory access checks.
2189 It is one of the many tools in the ATOM toolkit.  The toolkit is only
2190 available on Tru64 (formerly known as Digital UNIX formerly known as
2191 DEC OSF/1).
2192
2193 When building Perl, you must first run Configure with -Doptimize=-g
2194 and -Uusemymalloc flags, after that you can use the make targets
2195 "perl.third" and "test.third".  (What is required is that Perl must be
2196 compiled using the C<-g> flag, you may need to re-Configure.)
2197
2198 The short story is that with "atom" you can instrument the Perl
2199 executable to create a new executable called F<perl.third>.  When the
2200 instrumented executable is run, it creates a log of dubious memory
2201 traffic in file called F<perl.3log>.  See the manual pages of atom and
2202 third for more information.  The most extensive Third Degree
2203 documentation is available in the Compaq "Tru64 UNIX Programmer's
2204 Guide", chapter "Debugging Programs with Third Degree".
2205
2206 The "test.third" leaves a lot of files named F<foo_bar.3log> in the t/
2207 subdirectory.  There is a problem with these files: Third Degree is so
2208 effective that it finds problems also in the system libraries.
2209 Therefore you should used the Porting/thirdclean script to cleanup
2210 the F<*.3log> files.
2211
2212 There are also leaks that for given certain definition of a leak,
2213 aren't.  See L</PERL_DESTRUCT_LEVEL> for more information.
2214
2215 =head2 PERL_DESTRUCT_LEVEL
2216
2217 If you want to run any of the tests yourself manually using e.g.
2218 valgrind, or the pureperl or perl.third executables, please note that
2219 by default perl B<does not> explicitly cleanup all the memory it has
2220 allocated (such as global memory arenas) but instead lets the exit()
2221 of the whole program "take care" of such allocations, also known as
2222 "global destruction of objects".
2223
2224 There is a way to tell perl to do complete cleanup: set the
2225 environment variable PERL_DESTRUCT_LEVEL to a non-zero value.
2226 The t/TEST wrapper does set this to 2, and this is what you
2227 need to do too, if you don't want to see the "global leaks":
2228 For example, for "third-degreed" Perl:
2229
2230         env PERL_DESTRUCT_LEVEL=2 ./perl.third -Ilib t/foo/bar.t
2231
2232 (Note: the mod_perl apache module uses also this environment variable
2233 for its own purposes and extended its semantics. Refer to the mod_perl
2234 documentation for more information. Also, spawned threads do the
2235 equivalent of setting this variable to the value 1.)
2236
2237 If, at the end of a run you get the message I<N scalars leaked>, you can
2238 recompile with C<-DDEBUG_LEAKING_SCALARS>, which will cause
2239 the addresses of all those leaked SVs to be dumped; it also converts
2240 C<new_SV()> from a macro into a real function, so you can use your
2241 favourite debugger to discover where those pesky SVs were allocated.
2242
2243 =head2 Profiling
2244
2245 Depending on your platform there are various of profiling Perl.
2246
2247 There are two commonly used techniques of profiling executables:
2248 I<statistical time-sampling> and I<basic-block counting>.
2249
2250 The first method takes periodically samples of the CPU program
2251 counter, and since the program counter can be correlated with the code
2252 generated for functions, we get a statistical view of in which
2253 functions the program is spending its time.  The caveats are that very
2254 small/fast functions have lower probability of showing up in the
2255 profile, and that periodically interrupting the program (this is
2256 usually done rather frequently, in the scale of milliseconds) imposes
2257 an additional overhead that may skew the results.  The first problem
2258 can be alleviated by running the code for longer (in general this is a
2259 good idea for profiling), the second problem is usually kept in guard
2260 by the profiling tools themselves.
2261
2262 The second method divides up the generated code into I<basic blocks>.
2263 Basic blocks are sections of code that are entered only in the
2264 beginning and exited only at the end.  For example, a conditional jump
2265 starts a basic block.  Basic block profiling usually works by
2266 I<instrumenting> the code by adding I<enter basic block #nnnn>
2267 book-keeping code to the generated code.  During the execution of the
2268 code the basic block counters are then updated appropriately.  The
2269 caveat is that the added extra code can skew the results: again, the
2270 profiling tools usually try to factor their own effects out of the
2271 results.
2272
2273 =head2 Gprof Profiling
2274
2275 gprof is a profiling tool available in many UNIX platforms,
2276 it uses F<statistical time-sampling>.
2277
2278 You can build a profiled version of perl called "perl.gprof" by
2279 invoking the make target "perl.gprof"  (What is required is that Perl
2280 must be compiled using the C<-pg> flag, you may need to re-Configure).
2281 Running the profiled version of Perl will create an output file called
2282 F<gmon.out> is created which contains the profiling data collected
2283 during the execution.
2284
2285 The gprof tool can then display the collected data in various ways.
2286 Usually gprof understands the following options:
2287
2288 =over 4
2289
2290 =item -a
2291
2292 Suppress statically defined functions from the profile.
2293
2294 =item -b
2295
2296 Suppress the verbose descriptions in the profile.
2297
2298 =item -e routine
2299
2300 Exclude the given routine and its descendants from the profile.
2301
2302 =item -f routine
2303
2304 Display only the given routine and its descendants in the profile.
2305
2306 =item -s
2307
2308 Generate a summary file called F<gmon.sum> which then may be given
2309 to subsequent gprof runs to accumulate data over several runs.
2310
2311 =item -z
2312
2313 Display routines that have zero usage.
2314
2315 =back
2316
2317 For more detailed explanation of the available commands and output
2318 formats, see your own local documentation of gprof.
2319
2320 =head2 GCC gcov Profiling
2321
2322 Starting from GCC 3.0 I<basic block profiling> is officially available
2323 for the GNU CC.
2324
2325 You can build a profiled version of perl called F<perl.gcov> by
2326 invoking the make target "perl.gcov" (what is required that Perl must
2327 be compiled using gcc with the flags C<-fprofile-arcs
2328 -ftest-coverage>, you may need to re-Configure).
2329
2330 Running the profiled version of Perl will cause profile output to be
2331 generated.  For each source file an accompanying ".da" file will be
2332 created.
2333
2334 To display the results you use the "gcov" utility (which should
2335 be installed if you have gcc 3.0 or newer installed).  F<gcov> is
2336 run on source code files, like this
2337
2338     gcov sv.c
2339
2340 which will cause F<sv.c.gcov> to be created.  The F<.gcov> files
2341 contain the source code annotated with relative frequencies of
2342 execution indicated by "#" markers.
2343
2344 Useful options of F<gcov> include C<-b> which will summarise the
2345 basic block, branch, and function call coverage, and C<-c> which
2346 instead of relative frequencies will use the actual counts.  For
2347 more information on the use of F<gcov> and basic block profiling
2348 with gcc, see the latest GNU CC manual, as of GCC 3.0 see
2349
2350     http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-3.0/gcc.html
2351
2352 and its section titled "8. gcov: a Test Coverage Program"
2353
2354     http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-3.0/gcc_8.html#SEC132
2355
2356 =head2 Pixie Profiling
2357
2358 Pixie is a profiling tool available on IRIX and Tru64 (aka Digital
2359 UNIX aka DEC OSF/1) platforms.  Pixie does its profiling using
2360 I<basic-block counting>.
2361
2362 You can build a profiled version of perl called F<perl.pixie> by
2363 invoking the make target "perl.pixie" (what is required is that Perl
2364 must be compiled using the C<-g> flag, you may need to re-Configure).
2365
2366 In Tru64 a file called F<perl.Addrs> will also be silently created,
2367 this file contains the addresses of the basic blocks.  Running the
2368 profiled version of Perl will create a new file called "perl.Counts"
2369 which contains the counts for the basic block for that particular
2370 program execution.
2371
2372 To display the results you use the F<prof> utility.  The exact
2373 incantation depends on your operating system, "prof perl.Counts" in
2374 IRIX, and "prof -pixie -all -L. perl" in Tru64.
2375
2376 In IRIX the following prof options are available:
2377
2378 =over 4
2379
2380 =item -h
2381
2382 Reports the most heavily used lines in descending order of use.
2383 Useful for finding the hotspot lines.
2384
2385 =item -l
2386
2387 Groups lines by procedure, with procedures sorted in descending order of use.
2388 Within a procedure, lines are listed in source order.
2389 Useful for finding the hotspots of procedures.
2390
2391 =back
2392
2393 In Tru64 the following options are available:
2394
2395 =over 4
2396
2397 =item -p[rocedures]
2398
2399 Procedures sorted in descending order by the number of cycles executed
2400 in each procedure.  Useful for finding the hotspot procedures.
2401 (This is the default option.)
2402
2403 =item -h[eavy]
2404
2405 Lines sorted in descending order by the number of cycles executed in
2406 each line.  Useful for finding the hotspot lines.
2407
2408 =item -i[nvocations]
2409
2410 The called procedures are sorted in descending order by number of calls
2411 made to the procedures.  Useful for finding the most used procedures.
2412
2413 =item -l[ines]
2414
2415 Grouped by procedure, sorted by cycles executed per procedure.
2416 Useful for finding the hotspots of procedures.
2417
2418 =item -testcoverage
2419
2420 The compiler emitted code for these lines, but the code was unexecuted.
2421
2422 =item -z[ero]
2423
2424 Unexecuted procedures.
2425
2426 =back
2427
2428 For further information, see your system's manual pages for pixie and prof.
2429
2430 =head2 Miscellaneous tricks
2431
2432 =over 4
2433
2434 =item *
2435
2436 Those debugging perl with the DDD frontend over gdb may find the
2437 following useful:
2438
2439 You can extend the data conversion shortcuts menu, so for example you
2440 can display an SV's IV value with one click, without doing any typing.
2441 To do that simply edit ~/.ddd/init file and add after:
2442
2443   ! Display shortcuts.
2444   Ddd*gdbDisplayShortcuts: \
2445   /t ()   // Convert to Bin\n\
2446   /d ()   // Convert to Dec\n\
2447   /x ()   // Convert to Hex\n\
2448   /o ()   // Convert to Oct(\n\
2449
2450 the following two lines:
2451
2452   ((XPV*) (())->sv_any )->xpv_pv  // 2pvx\n\
2453   ((XPVIV*) (())->sv_any )->xiv_iv // 2ivx
2454
2455 so now you can do ivx and pvx lookups or you can plug there the
2456 sv_peek "conversion":
2457
2458   Perl_sv_peek(my_perl, (SV*)()) // sv_peek
2459
2460 (The my_perl is for threaded builds.)
2461 Just remember that every line, but the last one, should end with \n\
2462
2463 Alternatively edit the init file interactively via:
2464 3rd mouse button -> New Display -> Edit Menu
2465
2466 Note: you can define up to 20 conversion shortcuts in the gdb
2467 section.
2468
2469 =item *
2470
2471 If you see in a debugger a memory area mysteriously full of 0xabababab,
2472 you may be seeing the effect of the Poison() macro, see L<perlclib>.
2473
2474 =back
2475
2476 =head2 CONCLUSION
2477
2478 We've had a brief look around the Perl source, an overview of the stages
2479 F<perl> goes through when it's running your code, and how to use a
2480 debugger to poke at the Perl guts. We took a very simple problem and
2481 demonstrated how to solve it fully - with documentation, regression
2482 tests, and finally a patch for submission to p5p.  Finally, we talked
2483 about how to use external tools to debug and test Perl.
2484
2485 I'd now suggest you read over those references again, and then, as soon
2486 as possible, get your hands dirty. The best way to learn is by doing,
2487 so: 
2488
2489 =over 3
2490
2491 =item *
2492
2493 Subscribe to perl5-porters, follow the patches and try and understand
2494 them; don't be afraid to ask if there's a portion you're not clear on -
2495 who knows, you may unearth a bug in the patch...
2496
2497 =item *
2498
2499 Keep up to date with the bleeding edge Perl distributions and get
2500 familiar with the changes. Try and get an idea of what areas people are
2501 working on and the changes they're making.
2502
2503 =item *
2504
2505 Do read the README associated with your operating system, e.g. README.aix
2506 on the IBM AIX OS. Don't hesitate to supply patches to that README if
2507 you find anything missing or changed over a new OS release.
2508
2509 =item *
2510
2511 Find an area of Perl that seems interesting to you, and see if you can
2512 work out how it works. Scan through the source, and step over it in the
2513 debugger. Play, poke, investigate, fiddle! You'll probably get to
2514 understand not just your chosen area but a much wider range of F<perl>'s
2515 activity as well, and probably sooner than you'd think.
2516
2517 =back
2518
2519 =over 3
2520
2521 =item I<The Road goes ever on and on, down from the door where it began.>
2522
2523 =back
2524
2525 If you can do these things, you've started on the long road to Perl porting. 
2526 Thanks for wanting to help make Perl better - and happy hacking!
2527
2528 =head1 AUTHOR
2529
2530 This document was written by Nathan Torkington, and is maintained by
2531 the perl5-porters mailing list.
2532