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