perlhack updates from H.Merijn Brand.
[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:
18
19     http://www.xray.mpe.mpg.de/mailing-lists/perl5-porters/
20
21 The list is also archived under the usenet group name
22 C<perl.porters-gw> at:
23
24     http://www.deja.com/
25
26 List subscribers (the porters themselves) come in several flavours.
27 Some are quiet curious lurkers, who rarely pitch in and instead watch
28 the ongoing development to ensure they're forewarned of new changes or
29 features in Perl.  Some are representatives of vendors, who are there
30 to make sure that Perl continues to compile and work on their
31 platforms.  Some patch any reported bug that they know how to fix,
32 some are actively patching their pet area (threads, Win32, the regexp
33 engine), while others seem to do nothing but complain.  In other
34 words, it's your usual mix of technical people.
35
36 Over this group of porters presides Larry Wall.  He has the final word
37 in what does and does not change in the Perl language.  Various
38 releases of Perl are shepherded by a ``pumpking'', a porter
39 responsible for gathering patches, deciding on a patch-by-patch
40 feature-by-feature basis what will and will not go into the release.
41 For instance, Gurusamy Sarathy is the pumpking for the 5.6 release of
42 Perl.
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, and Tom Christiansen is the documentation pumpking.
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 there enough documentation?
162
163 Patches without documentation are probably ill-thought out or
164 incomplete.  Nothing can be added without documentation, so submitting
165 a patch for the appropriate manpages as well as the source code is
166 always a good idea.  If appropriate, patches should add to the test
167 suite as well.
168
169 =item Is there another way to do it?
170
171 Larry said ``Although the Perl Slogan is I<There's More Than One Way
172 to Do It>, I hesitate to make 10 ways to do something''.  This is a
173 tricky heuristic to navigate, though--one man's essential addition is
174 another man's pointless cruft.
175
176 =item Does it create too much work?
177
178 Work for the pumpking, work for Perl programmers, work for module
179 authors, ...  Perl is supposed to be easy.
180
181 =item Patches speak louder than words
182
183 Working code is always preferred to pie-in-the-sky ideas.  A patch to
184 add a feature stands a much higher chance of making it to the language
185 than does a random feature request, no matter how fervently argued the
186 request might be.  This ties into ``Will it be useful?'', as the fact
187 that someone took the time to make the patch demonstrates a strong
188 desire for the feature.
189
190 =back
191
192 If you're on the list, you might hear the word ``core'' bandied
193 around.  It refers to the standard distribution.  ``Hacking on the
194 core'' means you're changing the C source code to the Perl
195 interpreter.  ``A core module'' is one that ships with Perl.
196
197 =head2 Keeping in sync
198
199 The source code to the Perl interpreter, in its different versions, is
200 kept in a repository managed by a revision control system (which is
201 currently the Perforce program, see http://perforce.com/).  The
202 pumpkings and a few others have access to the repository to check in
203 changes.  Periodically the pumpking for the development version of Perl
204 will release a new version, so the rest of the porters can see what's
205 changed.  The current state of the main trunk of repository, and patches
206 that describe the individual changes that have happened since the last
207 public release are available at this location:
208
209     ftp://ftp.linux.activestate.com/pub/staff/gsar/APC/
210
211 If you are a member of the perl5-porters mailing list, it is a good
212 thing to keep in touch with the most recent changes. If not only to
213 verify if what you would have posted as a bug report isn't already
214 solved in the most recent available perl development branch, also
215 known as perl-current, bleading edge perl, bleedperl or bleadperl.
216
217 Needless to say, the source code in perl-current is usually in a perpetual
218 state of evolution.  You should expect it to be very buggy.  Do B<not> use
219 it for any purpose other than testing and development.
220
221 Keeping in sync with the most recent branch can be done in several ways,
222 but the most convenient and reliable way is using B<rsync>, available at
223 ftp://rsync.samba.org/pub/rsync/ .  (You can also get the most recent
224 branch by FTP.)
225
226 If you choose to keep in sync using rsync, there are two approaches
227 to doing so:
228
229 =over 4
230
231 =item rsync'ing the source tree
232
233 Presuming you are in the directory where your perl source resides
234 and you have rsync installed and available, you can `upgrade' to
235 the bleadperl using:
236
237  # rsync -avz rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current/ .
238
239 This takes care of updating every single item in the source tree to
240 the latest applied patch level, creating files that are new (to your
241 distribution) and setting date/time stamps of existing files to
242 reflect the bleadperl status.
243
244 You can than check what patch was the latest that was applied by
245 looking in the file B<.patch>, which will show the number of the
246 latest patch.
247
248 If you have more than one machine to keep in sync, and not all of
249 them have access to the WAN (so you are not able to rsync all the
250 source trees to the real source), there are some ways to get around
251 this problem.
252
253 =over 4
254
255 =item Using rsync over the LAN
256
257 Set up a local rsync server which makes the rsynced source tree
258 available to the LAN and sync the other machines against this
259 directory.
260
261 From http://rsync.samba.org/README.html:
262
263    "Rsync uses rsh or ssh for communication. It does not need to be
264     setuid and requires no special privileges for installation.  It
265     does not require a inetd entry or a deamon.  You must, however,
266     have a working rsh or ssh system.  Using ssh is recommended for
267     its security features."
268
269 =item Using pushing over the NFS
270
271 Having the other systems mounted over the NFS, you can take an
272 active pushing approach by checking the just updated tree against
273 the other not-yet synced trees. An example would be
274
275   #!/usr/bin/perl -w
276
277   use strict;
278   use File::Copy;
279
280   my %MF = map {
281       m/(\S+)/;
282       $1 => [ (stat $1)[2, 7, 9] ];     # mode, size, mtime
283       } `cat MANIFEST`;
284
285   my %remote = map { $_ => "/$_/pro/3gl/CPAN/perl-5.7.1" } qw(host1 host2);
286
287   foreach my $host (keys %remote) {
288       unless (-d $remote{$host}) {
289           print STDERR "Cannot Xsync for host $host\n";
290           next;
291           }
292       foreach my $file (keys %MF) {
293           my $rfile = "$remote{$host}/$file";
294           my ($mode, $size, $mtime) = (stat $rfile)[2, 7, 9];
295           defined $size or ($mode, $size, $mtime) = (0, 0, 0);
296           $size == $MF{$file}[1] && $mtime == $MF{$file}[2] and next;
297           printf "%4s %-34s %8d %9d  %8d %9d\n",
298               $host, $file, $MF{$file}[1], $MF{$file}[2], $size, $mtime;
299           unlink $rfile;
300           copy ($file, $rfile);
301           utime time, $MF{$file}[2], $rfile;
302           chmod $MF{$file}[0], $rfile;
303           }
304       }
305
306 though this is not perfect. It could be improved with checking
307 file checksums before updating. Not all NFS systems support
308 reliable utime support (when used over the NFS).
309
310 =back
311
312 =item rsync'ing the patches
313
314 The source tree is maintained by the pumpking who applies patches to
315 the files in the tree. These patches are either created by the
316 pumpking himself using C<diff -c> after updating the file manually or
317 by applying patches sent in by posters on the perl5-porters list.
318 These patches are also saved and rsync'able, so you can apply them
319 yourself to the source files.
320
321 Presuming you are in a directory where your patches reside, you can
322 get them in sync with
323
324  # rsync -avz rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current-diffs/ .
325
326 This makes sure the latest available patch is downloaded to your
327 patch directory.
328
329 It's then up to you to apply these patches, using something like
330
331  # last=`ls -rt1 *.gz | tail -1`
332  # rsync -avz rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current-diffs/ .
333  # find . -name '*.gz' -newer $last -exec gzcat {} \; >blead.patch
334  # cd ../perl-current
335  # patch -p1 -N <../perl-current-diffs/blead.patch
336
337 or, since this is only a hint towards how it works, use CPAN-patchaperl
338 from Andreas König to have better control over the patching process.
339
340 =back
341
342 =head3 Why rsync the source tree
343
344 =over 4
345
346 =item It's easier
347
348 Since you don't have to apply the patches yourself, you are sure all
349 files in the source tree are in the right state.
350
351 =item It's more recent
352
353 According to Gurusamy Sarathy:
354
355    "... The rsync mirror is automatic and syncs with the repository
356     every five minutes.
357
358    "Updating the patch  area  still  requires  manual  intervention
359     (with all the goofiness that implies,  which you've noted)  and
360     is typically on a daily cycle.   Making this process  automatic
361     is on my tuit list, but don't ask me when."
362
363 =item It's more reliable
364
365 Well, since the patches are updated by hand, I don't have to say any
366 more ... (see Sarathy's remark).
367
368 =back
369
370 =head3 Why rsync the patches
371
372 =over 4
373
374 =item It's easier
375
376 If you have more than one machine that you want to keep in track with
377 bleadperl, it's easier to rsync the patches only once and then apply
378 them to all the source trees on the different machines.
379
380 In case you try to keep in pace on 5 different machines, for which
381 only one of them has access to the WAN, rsync'ing all the source
382 trees should than be done 5 times over the NFS. Having
383 rsync'ed the patches only once, I can apply them to all the source
384 trees automatically. Need you say more ;-)
385
386 =item It's a good reference
387
388 If you do not only like to have the most recent development branch,
389 but also like to B<fix> bugs, or extend features, you want to dive
390 into the sources. If you are a seasoned perl core diver, you don't
391 need no manuals, tips, roadmaps, perlguts.pod or other aids to find
392 your way around. But if you are a starter, the patches may help you
393 in finding where you should start and how to change the bits that
394 bug you.
395
396 The file B<Changes> is updated on occasions the pumpking sees as his
397 own little sync points. On those occasions, he releases a tar-ball of
398 the current source tree (i.e. perl@7582.tar.gz), which will be an
399 excellent point to start with when choosing to use the 'rsync the
400 patches' scheme. Starting with perl@7582, which means a set of source
401 files on which the latest applied patch is number 7582, you apply all
402 succeeding patches available from than on (7583, 7584, ...).
403
404 You can use the patches later as a kind of search archive.
405
406 =over 4
407
408 =item Finding a start point
409
410 If you want to fix/change the behaviour of function/feature Foo, just
411 scan the patches for patches that mention Foo either in the subject,
412 the comments, or the body of the fix. A good chance the patch shows
413 you the files that are affected by that patch which are very likely
414 to be the starting point of your journey into the guts of perl.
415
416 =item Finding how to fix a bug
417
418 If you've found I<where> the function/feature Foo misbehaves, but you
419 don't know how to fix it (but you do know the change you want to
420 make), you can, again, peruse the patches for similar changes and
421 look how others apply the fix.
422
423 =item Finding the source of misbehaviour
424
425 When you keep in sync with bleadperl, the pumpking would love to
426 I<see> that the community efforts realy work. So after each of his
427 sync points, you are to 'make test' to check if everything is still
428 in working order. If it is, you do 'make ok', which will send an OK
429 report to perlbug@perl.org. (If you do not have access to a mailer
430 from the system you just finished successfully 'make test', you can
431 do 'make okfile', which creates the file C<perl.ok>, which you can
432 than take to your favourite mailer and mail yourself).
433
434 But of course, as always, things will not allways lead to a success
435 path, and one or more test do not pass the 'make test'. Before
436 sending in a bug report (using 'make nok' or 'make nokfile'), check
437 the mailing list if someone else has reported the bug already and if
438 so, confirm it by replying to that message. If not, you might want to
439 trace the source of that misbehaviour B<before> sending in the bug,
440 which will help all the other porters in finding the solution.
441
442 Here the saved patches come in very handy. You can check the list of
443 patches to see which patch changed what file and what change caused
444 the misbehaviour. If you note that in the bug report, it saves the
445 one trying to solve it, looking for that point.
446
447 =back
448
449 If searching the patches is too bothersome, you might consider using
450 perl's bugtron to find more information about discussions and
451 ramblings on posted bugs.
452
453 =back
454
455 If you want to get the best of both worlds, rsync both the source
456 tree for convenience, reliability and ease and rsync the patches
457 for reference.
458
459 =head2 Submitting patches
460
461 Always submit patches to I<perl5-porters@perl.org>.  This lets other
462 porters review your patch, which catches a surprising number of errors
463 in patches.  Either use the diff program (available in source code
464 form from I<ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/>), or use Johan Vromans'
465 I<makepatch> (available from I<CPAN/authors/id/JV/>).  Unified diffs
466 are preferred, but context diffs are accepted.  Do not send RCS-style
467 diffs or diffs without context lines.  More information is given in
468 the I<Porting/patching.pod> file in the Perl source distribution.
469 Please patch against the latest B<development> version (e.g., if
470 you're fixing a bug in the 5.005 track, patch against the latest
471 5.005_5x version).  Only patches that survive the heat of the
472 development branch get applied to maintenance versions.
473
474 Your patch should update the documentation and test suite.
475
476 To report a bug in Perl, use the program I<perlbug> which comes with
477 Perl (if you can't get Perl to work, send mail to the address
478 I<perlbug@perl.com> or I<perlbug@perl.org>).  Reporting bugs through
479 I<perlbug> feeds into the automated bug-tracking system, access to
480 which is provided through the web at I<http://bugs.perl.org/>.  It
481 often pays to check the archives of the perl5-porters mailing list to
482 see whether the bug you're reporting has been reported before, and if
483 so whether it was considered a bug.  See above for the location of
484 the searchable archives.
485
486 The CPAN testers (I<http://testers.cpan.org/>) are a group of
487 volunteers who test CPAN modules on a variety of platforms.  Perl Labs
488 (I<http://labs.perl.org/>) automatically tests Perl source releases on
489 platforms and gives feedback to the CPAN testers mailing list.  Both
490 efforts welcome volunteers.
491
492 It's a good idea to read and lurk for a while before chipping in.
493 That way you'll get to see the dynamic of the conversations, learn the
494 personalities of the players, and hopefully be better prepared to make
495 a useful contribution when do you speak up.
496
497 If after all this you still think you want to join the perl5-porters
498 mailing list, send mail to I<perl5-porters-subscribe@perl.org>.  To
499 unsubscribe, send mail to I<perl5-porters-unsubscribe@perl.org>.
500
501 To hack on the Perl guts, you'll need to read the following things:
502
503 =over 3
504
505 =item L<perlguts>
506
507 This is of paramount importance, since it's the documentation of what
508 goes where in the Perl source. Read it over a couple of times and it
509 might start to make sense - don't worry if it doesn't yet, because the
510 best way to study it is to read it in conjunction with poking at Perl
511 source, and we'll do that later on.
512
513 You might also want to look at Gisle Aas's illustrated perlguts -
514 there's no guarantee that this will be absolutely up-to-date with the
515 latest documentation in the Perl core, but the fundamentals will be
516 right. (http://gisle.aas.no/perl/illguts/)
517
518 =item L<perlxstut> and L<perlxs>
519
520 A working knowledge of XSUB programming is incredibly useful for core
521 hacking; XSUBs use techniques drawn from the PP code, the portion of the
522 guts that actually executes a Perl program. It's a lot gentler to learn
523 those techniques from simple examples and explanation than from the core
524 itself.
525
526 =item L<perlapi>
527
528 The documentation for the Perl API explains what some of the internal
529 functions do, as well as the many macros used in the source.
530
531 =item F<Porting/pumpkin.pod>
532
533 This is a collection of words of wisdom for a Perl porter; some of it is
534 only useful to the pumpkin holder, but most of it applies to anyone
535 wanting to go about Perl development.
536
537 =item The perl5-porters FAQ
538
539 This is posted to perl5-porters at the beginning on every month, and
540 should be available from http://perlhacker.org/p5p-faq; alternatively,
541 you can get the FAQ emailed to you by sending mail to
542 C<perl5-porters-faq@perl.org>. It contains hints on reading
543 perl5-porters, information on how perl5-porters works and how Perl
544 development in general works.
545
546 =back
547
548 =head2 Finding Your Way Around
549
550 Perl maintenance can be split into a number of areas, and certain people
551 (pumpkins) will have responsibility for each area. These areas sometimes
552 correspond to files or directories in the source kit. Among the areas are:
553
554 =over 3
555
556 =item Core modules
557
558 Modules shipped as part of the Perl core live in the F<lib/> and F<ext/>
559 subdirectories: F<lib/> is for the pure-Perl modules, and F<ext/>
560 contains the core XS modules.
561
562 =item Documentation
563
564 Documentation maintenance includes looking after everything in the
565 F<pod/> directory, (as well as contributing new documentation) and
566 the documentation to the modules in core.
567
568 =item Configure
569
570 The configure process is the way we make Perl portable across the
571 myriad of operating systems it supports. Responsibility for the
572 configure, build and installation process, as well as the overall
573 portability of the core code rests with the configure pumpkin - others
574 help out with individual operating systems.
575
576 The files involved are the operating system directories, (F<win32/>,
577 F<os2/>, F<vms/> and so on) the shell scripts which generate F<config.h>
578 and F<Makefile>, as well as the metaconfig files which generate
579 F<Configure>. (metaconfig isn't included in the core distribution.)
580
581 =item Interpreter
582
583 And of course, there's the core of the Perl interpreter itself. Let's
584 have a look at that in a little more detail.
585
586 =back
587
588 Before we leave looking at the layout, though, don't forget that
589 F<MANIFEST> contains not only the file names in the Perl distribution,
590 but short descriptions of what's in them, too. For an overview of the
591 important files, try this:
592
593     perl -lne 'print if /^[^\/]+\.[ch]\s+/' MANIFEST
594
595 =head2 Elements of the interpreter
596
597 The work of the interpreter has two main stages: compiling the code
598 into the internal representation, or bytecode, and then executing it.
599 L<perlguts/Compiled code> explains exactly how the compilation stage
600 happens.
601
602 Here is a short breakdown of perl's operation:
603
604 =over 3
605
606 =item Startup
607
608 The action begins in F<perlmain.c>. (or F<miniperlmain.c> for miniperl)
609 This is very high-level code, enough to fit on a single screen, and it
610 resembles the code found in L<perlembed>; most of the real action takes
611 place in F<perl.c>
612
613 First, F<perlmain.c> allocates some memory and constructs a Perl
614 interpreter:
615
616     1 PERL_SYS_INIT3(&argc,&argv,&env);
617     2
618     3 if (!PL_do_undump) {
619     4     my_perl = perl_alloc();
620     5     if (!my_perl)
621     6         exit(1);
622     7     perl_construct(my_perl);
623     8     PL_perl_destruct_level = 0;
624     9 }
625
626 Line 1 is a macro, and its definition is dependent on your operating
627 system. Line 3 references C<PL_do_undump>, a global variable - all
628 global variables in Perl start with C<PL_>. This tells you whether the
629 current running program was created with the C<-u> flag to perl and then
630 F<undump>, which means it's going to be false in any sane context.
631
632 Line 4 calls a function in F<perl.c> to allocate memory for a Perl
633 interpreter. It's quite a simple function, and the guts of it looks like
634 this:
635
636     my_perl = (PerlInterpreter*)PerlMem_malloc(sizeof(PerlInterpreter));
637
638 Here you see an example of Perl's system abstraction, which we'll see
639 later: C<PerlMem_malloc> is either your system's C<malloc>, or Perl's
640 own C<malloc> as defined in F<malloc.c> if you selected that option at
641 configure time.
642
643 Next, in line 7, we construct the interpreter; this sets up all the
644 special variables that Perl needs, the stacks, and so on.
645
646 Now we pass Perl the command line options, and tell it to go:
647
648     exitstatus = perl_parse(my_perl, xs_init, argc, argv, (char **)NULL);
649     if (!exitstatus) {
650         exitstatus = perl_run(my_perl);
651     }
652
653
654 C<perl_parse> is actually a wrapper around C<S_parse_body>, as defined
655 in F<perl.c>, which processes the command line options, sets up any
656 statically linked XS modules, opens the program and calls C<yyparse> to
657 parse it.
658
659 =item Parsing
660
661 The aim of this stage is to take the Perl source, and turn it into an op
662 tree. We'll see what one of those looks like later. Strictly speaking,
663 there's three things going on here.
664
665 C<yyparse>, the parser, lives in F<perly.c>, although you're better off
666 reading the original YACC input in F<perly.y>. (Yes, Virginia, there
667 B<is> a YACC grammar for Perl!) The job of the parser is to take your
668 code and `understand' it, splitting it into sentences, deciding which
669 operands go with which operators and so on.
670
671 The parser is nobly assisted by the lexer, which chunks up your input
672 into tokens, and decides what type of thing each token is: a variable
673 name, an operator, a bareword, a subroutine, a core function, and so on.
674 The main point of entry to the lexer is C<yylex>, and that and its
675 associated routines can be found in F<toke.c>. Perl isn't much like
676 other computer languages; it's highly context sensitive at times, it can
677 be tricky to work out what sort of token something is, or where a token
678 ends. As such, there's a lot of interplay between the tokeniser and the
679 parser, which can get pretty frightening if you're not used to it.
680
681 As the parser understands a Perl program, it builds up a tree of
682 operations for the interpreter to perform during execution. The routines
683 which construct and link together the various operations are to be found
684 in F<op.c>, and will be examined later.
685
686 =item Optimization
687
688 Now the parsing stage is complete, and the finished tree represents
689 the operations that the Perl interpreter needs to perform to execute our
690 program. Next, Perl does a dry run over the tree looking for
691 optimisations: constant expressions such as C<3 + 4> will be computed
692 now, and the optimizer will also see if any multiple operations can be
693 replaced with a single one. For instance, to fetch the variable C<$foo>,
694 instead of grabbing the glob C<*foo> and looking at the scalar
695 component, the optimizer fiddles the op tree to use a function which
696 directly looks up the scalar in question. The main optimizer is C<peep>
697 in F<op.c>, and many ops have their own optimizing functions.
698
699 =item Running
700
701 Now we're finally ready to go: we have compiled Perl byte code, and all
702 that's left to do is run it. The actual execution is done by the
703 C<runops_standard> function in F<run.c>; more specifically, it's done by
704 these three innocent looking lines:
705
706     while ((PL_op = CALL_FPTR(PL_op->op_ppaddr)(aTHX))) {
707         PERL_ASYNC_CHECK();
708     }
709
710 You may be more comfortable with the Perl version of that:
711
712     PERL_ASYNC_CHECK() while $Perl::op = &{$Perl::op->{function}};
713
714 Well, maybe not. Anyway, each op contains a function pointer, which
715 stipulates the function which will actually carry out the operation.
716 This function will return the next op in the sequence - this allows for
717 things like C<if> which choose the next op dynamically at run time.
718 The C<PERL_ASYNC_CHECK> makes sure that things like signals interrupt
719 execution if required.
720
721 The actual functions called are known as PP code, and they're spread
722 between four files: F<pp_hot.c> contains the `hot' code, which is most
723 often used and highly optimized, F<pp_sys.c> contains all the
724 system-specific functions, F<pp_ctl.c> contains the functions which
725 implement control structures (C<if>, C<while> and the like) and F<pp.c>
726 contains everything else. These are, if you like, the C code for Perl's
727 built-in functions and operators.
728
729 =back
730
731 =head2 Internal Variable Types
732
733 You should by now have had a look at L<perlguts>, which tells you about
734 Perl's internal variable types: SVs, HVs, AVs and the rest. If not, do
735 that now.
736
737 These variables are used not only to represent Perl-space variables, but
738 also any constants in the code, as well as some structures completely
739 internal to Perl. The symbol table, for instance, is an ordinary Perl
740 hash. Your code is represented by an SV as it's read into the parser;
741 any program files you call are opened via ordinary Perl filehandles, and
742 so on.
743
744 The core L<Devel::Peek|Devel::Peek> module lets us examine SVs from a
745 Perl program. Let's see, for instance, how Perl treats the constant
746 C<"hello">.
747
748       % perl -MDevel::Peek -e 'Dump("hello")'
749     1 SV = PV(0xa041450) at 0xa04ecbc
750     2   REFCNT = 1
751     3   FLAGS = (POK,READONLY,pPOK)
752     4   PV = 0xa0484e0 "hello"\0
753     5   CUR = 5
754     6   LEN = 6
755
756 Reading C<Devel::Peek> output takes a bit of practise, so let's go
757 through it line by line.
758
759 Line 1 tells us we're looking at an SV which lives at C<0xa04ecbc> in
760 memory. SVs themselves are very simple structures, but they contain a
761 pointer to a more complex structure. In this case, it's a PV, a
762 structure which holds a string value, at location C<0xa041450>.  Line 2
763 is the reference count; there are no other references to this data, so
764 it's 1.
765
766 Line 3 are the flags for this SV - it's OK to use it as a PV, it's a
767 read-only SV (because it's a constant) and the data is a PV internally.
768 Next we've got the contents of the string, starting at location
769 C<0xa0484e0>.
770
771 Line 5 gives us the current length of the string - note that this does
772 B<not> include the null terminator. Line 6 is not the length of the
773 string, but the length of the currently allocated buffer; as the string
774 grows, Perl automatically extends the available storage via a routine
775 called C<SvGROW>.
776
777 You can get at any of these quantities from C very easily; just add
778 C<Sv> to the name of the field shown in the snippet, and you've got a
779 macro which will return the value: C<SvCUR(sv)> returns the current
780 length of the string, C<SvREFCOUNT(sv)> returns the reference count,
781 C<SvPV(sv, len)> returns the string itself with its length, and so on.
782 More macros to manipulate these properties can be found in L<perlguts>.
783
784 Let's take an example of manipulating a PV, from C<sv_catpvn>, in F<sv.c>
785
786      1  void
787      2  Perl_sv_catpvn(pTHX_ register SV *sv, register const char *ptr, register STRLEN len)
788      3  {
789      4      STRLEN tlen;
790      5      char *junk;
791
792      6      junk = SvPV_force(sv, tlen);
793      7      SvGROW(sv, tlen + len + 1);
794      8      if (ptr == junk)
795      9          ptr = SvPVX(sv);
796     10      Move(ptr,SvPVX(sv)+tlen,len,char);
797     11      SvCUR(sv) += len;
798     12      *SvEND(sv) = '\0';
799     13      (void)SvPOK_only_UTF8(sv);          /* validate pointer */
800     14      SvTAINT(sv);
801     15  }
802
803 This is a function which adds a string, C<ptr>, of length C<len> onto
804 the end of the PV stored in C<sv>. The first thing we do in line 6 is
805 make sure that the SV B<has> a valid PV, by calling the C<SvPV_force>
806 macro to force a PV. As a side effect, C<tlen> gets set to the current
807 value of the PV, and the PV itself is returned to C<junk>.
808
809 In line 7, we make sure that the SV will have enough room to accommodate
810 the old string, the new string and the null terminator. If C<LEN> isn't
811 big enough, C<SvGROW> will reallocate space for us.
812
813 Now, if C<junk> is the same as the string we're trying to add, we can
814 grab the string directly from the SV; C<SvPVX> is the address of the PV
815 in the SV.
816
817 Line 10 does the actual catenation: the C<Move> macro moves a chunk of
818 memory around: we move the string C<ptr> to the end of the PV - that's
819 the start of the PV plus its current length. We're moving C<len> bytes
820 of type C<char>. After doing so, we need to tell Perl we've extended the
821 string, by altering C<CUR> to reflect the new length. C<SvEND> is a
822 macro which gives us the end of the string, so that needs to be a
823 C<"\0">.
824
825 Line 13 manipulates the flags; since we've changed the PV, any IV or NV
826 values will no longer be valid: if we have C<$a=10; $a.="6";> we don't
827 want to use the old IV of 10. C<SvPOK_only_utf8> is a special UTF8-aware
828 version of C<SvPOK_only>, a macro which turns off the IOK and NOK flags
829 and turns on POK. The final C<SvTAINT> is a macro which launders tainted
830 data if taint mode is turned on.
831
832 AVs and HVs are more complicated, but SVs are by far the most common
833 variable type being thrown around. Having seen something of how we
834 manipulate these, let's go on and look at how the op tree is
835 constructed.
836
837 =head2 Op Trees
838
839 First, what is the op tree, anyway? The op tree is the parsed
840 representation of your program, as we saw in our section on parsing, and
841 it's the sequence of operations that Perl goes through to execute your
842 program, as we saw in L</Running>.
843
844 An op is a fundamental operation that Perl can perform: all the built-in
845 functions and operators are ops, and there are a series of ops which
846 deal with concepts the interpreter needs internally - entering and
847 leaving a block, ending a statement, fetching a variable, and so on.
848
849 The op tree is connected in two ways: you can imagine that there are two
850 "routes" through it, two orders in which you can traverse the tree.
851 First, parse order reflects how the parser understood the code, and
852 secondly, execution order tells perl what order to perform the
853 operations in.
854
855 The easiest way to examine the op tree is to stop Perl after it has
856 finished parsing, and get it to dump out the tree. This is exactly what
857 the compiler backends L<B::Terse|B::Terse> and L<B::Debug|B::Debug> do.
858
859 Let's have a look at how Perl sees C<$a = $b + $c>:
860
861      % perl -MO=Terse -e '$a=$b+$c'
862      1  LISTOP (0x8179888) leave
863      2      OP (0x81798b0) enter
864      3      COP (0x8179850) nextstate
865      4      BINOP (0x8179828) sassign
866      5          BINOP (0x8179800) add [1]
867      6              UNOP (0x81796e0) null [15]
868      7                  SVOP (0x80fafe0) gvsv  GV (0x80fa4cc) *b
869      8              UNOP (0x81797e0) null [15]
870      9                  SVOP (0x8179700) gvsv  GV (0x80efeb0) *c
871     10          UNOP (0x816b4f0) null [15]
872     11              SVOP (0x816dcf0) gvsv  GV (0x80fa460) *a
873
874 Let's start in the middle, at line 4. This is a BINOP, a binary
875 operator, which is at location C<0x8179828>. The specific operator in
876 question is C<sassign> - scalar assignment - and you can find the code
877 which implements it in the function C<pp_sassign> in F<pp_hot.c>. As a
878 binary operator, it has two children: the add operator, providing the
879 result of C<$b+$c>, is uppermost on line 5, and the left hand side is on
880 line 10.
881
882 Line 10 is the null op: this does exactly nothing. What is that doing
883 there? If you see the null op, it's a sign that something has been
884 optimized away after parsing. As we mentioned in L</Optimization>,
885 the optimization stage sometimes converts two operations into one, for
886 example when fetching a scalar variable. When this happens, instead of
887 rewriting the op tree and cleaning up the dangling pointers, it's easier
888 just to replace the redundant operation with the null op. Originally,
889 the tree would have looked like this:
890
891     10          SVOP (0x816b4f0) rv2sv [15]
892     11              SVOP (0x816dcf0) gv  GV (0x80fa460) *a
893
894 That is, fetch the C<a> entry from the main symbol table, and then look
895 at the scalar component of it: C<gvsv> (C<pp_gvsv> into F<pp_hot.c>)
896 happens to do both these things.
897
898 The right hand side, starting at line 5 is similar to what we've just
899 seen: we have the C<add> op (C<pp_add> also in F<pp_hot.c>) add together
900 two C<gvsv>s.
901
902 Now, what's this about?
903
904      1  LISTOP (0x8179888) leave
905      2      OP (0x81798b0) enter
906      3      COP (0x8179850) nextstate
907
908 C<enter> and C<leave> are scoping ops, and their job is to perform any
909 housekeeping every time you enter and leave a block: lexical variables
910 are tidied up, unreferenced variables are destroyed, and so on. Every
911 program will have those first three lines: C<leave> is a list, and its
912 children are all the statements in the block. Statements are delimited
913 by C<nextstate>, so a block is a collection of C<nextstate> ops, with
914 the ops to be performed for each statement being the children of
915 C<nextstate>. C<enter> is a single op which functions as a marker.
916
917 That's how Perl parsed the program, from top to bottom:
918
919                         Program
920                            |
921                        Statement
922                            |
923                            =
924                           / \
925                          /   \
926                         $a   +
927                             / \
928                           $b   $c
929
930 However, it's impossible to B<perform> the operations in this order:
931 you have to find the values of C<$b> and C<$c> before you add them
932 together, for instance. So, the other thread that runs through the op
933 tree is the execution order: each op has a field C<op_next> which points
934 to the next op to be run, so following these pointers tells us how perl
935 executes the code. We can traverse the tree in this order using
936 the C<exec> option to C<B::Terse>:
937
938      % perl -MO=Terse,exec -e '$a=$b+$c'
939      1  OP (0x8179928) enter
940      2  COP (0x81798c8) nextstate
941      3  SVOP (0x81796c8) gvsv  GV (0x80fa4d4) *b
942      4  SVOP (0x8179798) gvsv  GV (0x80efeb0) *c
943      5  BINOP (0x8179878) add [1]
944      6  SVOP (0x816dd38) gvsv  GV (0x80fa468) *a
945      7  BINOP (0x81798a0) sassign
946      8  LISTOP (0x8179900) leave
947
948 This probably makes more sense for a human: enter a block, start a
949 statement. Get the values of C<$b> and C<$c>, and add them together.
950 Find C<$a>, and assign one to the other. Then leave.
951
952 The way Perl builds up these op trees in the parsing process can be
953 unravelled by examining F<perly.y>, the YACC grammar. Let's take the
954 piece we need to construct the tree for C<$a = $b + $c>
955
956     1 term    :   term ASSIGNOP term
957     2                { $$ = newASSIGNOP(OPf_STACKED, $1, $2, $3); }
958     3         |   term ADDOP term
959     4                { $$ = newBINOP($2, 0, scalar($1), scalar($3)); }
960
961 If you're not used to reading BNF grammars, this is how it works: You're
962 fed certain things by the tokeniser, which generally end up in upper
963 case. Here, C<ADDOP>, is provided when the tokeniser sees C<+> in your
964 code. C<ASSIGNOP> is provided when C<=> is used for assigning. These are
965 `terminal symbols', because you can't get any simpler than them.
966
967 The grammar, lines one and three of the snippet above, tells you how to
968 build up more complex forms. These complex forms, `non-terminal symbols'
969 are generally placed in lower case. C<term> here is a non-terminal
970 symbol, representing a single expression.
971
972 The grammar gives you the following rule: you can make the thing on the
973 left of the colon if you see all the things on the right in sequence.
974 This is called a "reduction", and the aim of parsing is to completely
975 reduce the input. There are several different ways you can perform a
976 reduction, separated by vertical bars: so, C<term> followed by C<=>
977 followed by C<term> makes a C<term>, and C<term> followed by C<+>
978 followed by C<term> can also make a C<term>.
979
980 So, if you see two terms with an C<=> or C<+>, between them, you can
981 turn them into a single expression. When you do this, you execute the
982 code in the block on the next line: if you see C<=>, you'll do the code
983 in line 2. If you see C<+>, you'll do the code in line 4. It's this code
984 which contributes to the op tree.
985
986             |   term ADDOP term
987             { $$ = newBINOP($2, 0, scalar($1), scalar($3)); }
988
989 What this does is creates a new binary op, and feeds it a number of
990 variables. The variables refer to the tokens: C<$1> is the first token in
991 the input, C<$2> the second, and so on - think regular expression
992 backreferences. C<$$> is the op returned from this reduction. So, we
993 call C<newBINOP> to create a new binary operator. The first parameter to
994 C<newBINOP>, a function in F<op.c>, is the op type. It's an addition
995 operator, so we want the type to be C<ADDOP>. We could specify this
996 directly, but it's right there as the second token in the input, so we
997 use C<$2>. The second parameter is the op's flags: 0 means `nothing
998 special'. Then the things to add: the left and right hand side of our
999 expression, in scalar context.
1000
1001 =head2 Stacks
1002
1003 When perl executes something like C<addop>, how does it pass on its
1004 results to the next op? The answer is, through the use of stacks. Perl
1005 has a number of stacks to store things it's currently working on, and
1006 we'll look at the three most important ones here.
1007
1008 =over 3
1009
1010 =item Argument stack
1011
1012 Arguments are passed to PP code and returned from PP code using the
1013 argument stack, C<ST>. The typical way to handle arguments is to pop
1014 them off the stack, deal with them how you wish, and then push the result
1015 back onto the stack. This is how, for instance, the cosine operator
1016 works:
1017
1018       NV value;
1019       value = POPn;
1020       value = Perl_cos(value);
1021       XPUSHn(value);
1022
1023 We'll see a more tricky example of this when we consider Perl's macros
1024 below. C<POPn> gives you the NV (floating point value) of the top SV on
1025 the stack: the C<$x> in C<cos($x)>. Then we compute the cosine, and push
1026 the result back as an NV. The C<X> in C<XPUSHn> means that the stack
1027 should be extended if necessary - it can't be necessary here, because we
1028 know there's room for one more item on the stack, since we've just
1029 removed one! The C<XPUSH*> macros at least guarantee safety.
1030
1031 Alternatively, you can fiddle with the stack directly: C<SP> gives you
1032 the first element in your portion of the stack, and C<TOP*> gives you
1033 the top SV/IV/NV/etc. on the stack. So, for instance, to do unary
1034 negation of an integer:
1035
1036      SETi(-TOPi);
1037
1038 Just set the integer value of the top stack entry to its negation.
1039
1040 Argument stack manipulation in the core is exactly the same as it is in
1041 XSUBs - see L<perlxstut>, L<perlxs> and L<perlguts> for a longer
1042 description of the macros used in stack manipulation.
1043
1044 =item Mark stack
1045
1046 I say `your portion of the stack' above because PP code doesn't
1047 necessarily get the whole stack to itself: if your function calls
1048 another function, you'll only want to expose the arguments aimed for the
1049 called function, and not (necessarily) let it get at your own data. The
1050 way we do this is to have a `virtual' bottom-of-stack, exposed to each
1051 function. The mark stack keeps bookmarks to locations in the argument
1052 stack usable by each function. For instance, when dealing with a tied
1053 variable, (internally, something with `P' magic) Perl has to call
1054 methods for accesses to the tied variables. However, we need to separate
1055 the arguments exposed to the method to the argument exposed to the
1056 original function - the store or fetch or whatever it may be. Here's how
1057 the tied C<push> is implemented; see C<av_push> in F<av.c>:
1058
1059      1  PUSHMARK(SP);
1060      2  EXTEND(SP,2);
1061      3  PUSHs(SvTIED_obj((SV*)av, mg));
1062      4  PUSHs(val);
1063      5  PUTBACK;
1064      6  ENTER;
1065      7  call_method("PUSH", G_SCALAR|G_DISCARD);
1066      8  LEAVE;
1067      9  POPSTACK;
1068
1069 The lines which concern the mark stack are the first, fifth and last
1070 lines: they save away, restore and remove the current position of the
1071 argument stack. 
1072
1073 Let's examine the whole implementation, for practice:
1074
1075      1  PUSHMARK(SP);
1076
1077 Push the current state of the stack pointer onto the mark stack. This is
1078 so that when we've finished adding items to the argument stack, Perl
1079 knows how many things we've added recently.
1080
1081      2  EXTEND(SP,2);
1082      3  PUSHs(SvTIED_obj((SV*)av, mg));
1083      4  PUSHs(val);
1084
1085 We're going to add two more items onto the argument stack: when you have
1086 a tied array, the C<PUSH> subroutine receives the object and the value
1087 to be pushed, and that's exactly what we have here - the tied object,
1088 retrieved with C<SvTIED_obj>, and the value, the SV C<val>.
1089
1090      5  PUTBACK;
1091
1092 Next we tell Perl to make the change to the global stack pointer: C<dSP>
1093 only gave us a local copy, not a reference to the global.
1094
1095      6  ENTER;
1096      7  call_method("PUSH", G_SCALAR|G_DISCARD);
1097      8  LEAVE;
1098
1099 C<ENTER> and C<LEAVE> localise a block of code - they make sure that all
1100 variables are tidied up, everything that has been localised gets
1101 its previous value returned, and so on. Think of them as the C<{> and
1102 C<}> of a Perl block.
1103
1104 To actually do the magic method call, we have to call a subroutine in
1105 Perl space: C<call_method> takes care of that, and it's described in
1106 L<perlcall>. We call the C<PUSH> method in scalar context, and we're
1107 going to discard its return value.
1108
1109      9  POPSTACK;
1110
1111 Finally, we remove the value we placed on the mark stack, since we
1112 don't need it any more.
1113
1114 =item Save stack
1115
1116 C doesn't have a concept of local scope, so perl provides one. We've
1117 seen that C<ENTER> and C<LEAVE> are used as scoping braces; the save
1118 stack implements the C equivalent of, for example:
1119
1120     {
1121         local $foo = 42;
1122         ...
1123     }
1124
1125 See L<perlguts/Localising Changes> for how to use the save stack.
1126
1127 =back
1128
1129 =head2 Millions of Macros
1130
1131 One thing you'll notice about the Perl source is that it's full of
1132 macros. Some have called the pervasive use of macros the hardest thing
1133 to understand, others find it adds to clarity. Let's take an example,
1134 the code which implements the addition operator:
1135
1136    1  PP(pp_add)
1137    2  {
1138    3      djSP; dATARGET; tryAMAGICbin(add,opASSIGN);
1139    4      {
1140    5        dPOPTOPnnrl_ul;
1141    6        SETn( left + right );
1142    7        RETURN;
1143    8      }
1144    9  }
1145
1146 Every line here (apart from the braces, of course) contains a macro. The
1147 first line sets up the function declaration as Perl expects for PP code;
1148 line 3 sets up variable declarations for the argument stack and the
1149 target, the return value of the operation. Finally, it tries to see if
1150 the addition operation is overloaded; if so, the appropriate subroutine
1151 is called.
1152
1153 Line 5 is another variable declaration - all variable declarations start
1154 with C<d> - which pops from the top of the argument stack two NVs (hence
1155 C<nn>) and puts them into the variables C<right> and C<left>, hence the
1156 C<rl>. These are the two operands to the addition operator. Next, we
1157 call C<SETn> to set the NV of the return value to the result of adding
1158 the two values. This done, we return - the C<RETURN> macro makes sure
1159 that our return value is properly handled, and we pass the next operator
1160 to run back to the main run loop.
1161
1162 Most of these macros are explained in L<perlapi>, and some of the more
1163 important ones are explained in L<perlxs> as well. Pay special attention
1164 to L<perlguts/Background and PERL_IMPLICIT_CONTEXT> for information on
1165 the C<[pad]THX_?> macros.
1166
1167
1168 =head2 Poking at Perl
1169
1170 To really poke around with Perl, you'll probably want to build Perl for
1171 debugging, like this:
1172
1173     ./Configure -d -D optimize=-g
1174     make
1175
1176 C<-g> is a flag to the C compiler to have it produce debugging
1177 information which will allow us to step through a running program.
1178 F<Configure> will also turn on the C<DEBUGGING> compilation symbol which
1179 enables all the internal debugging code in Perl. There are a whole bunch
1180 of things you can debug with this: L<perlrun> lists them all, and the
1181 best way to find out about them is to play about with them. The most
1182 useful options are probably
1183
1184     l  Context (loop) stack processing
1185     t  Trace execution
1186     o  Method and overloading resolution
1187     c  String/numeric conversions
1188
1189 Some of the functionality of the debugging code can be achieved using XS
1190 modules.
1191
1192     -Dr => use re 'debug'
1193     -Dx => use O 'Debug'
1194
1195 =head2 Using a source-level debugger
1196
1197 If the debugging output of C<-D> doesn't help you, it's time to step
1198 through perl's execution with a source-level debugger.
1199
1200 =over 3
1201
1202 =item *
1203
1204 We'll use C<gdb> for our examples here; the principles will apply to any
1205 debugger, but check the manual of the one you're using.
1206
1207 =back
1208
1209 To fire up the debugger, type
1210
1211     gdb ./perl
1212
1213 You'll want to do that in your Perl source tree so the debugger can read
1214 the source code. You should see the copyright message, followed by the
1215 prompt.
1216
1217     (gdb)
1218
1219 C<help> will get you into the documentation, but here are the most
1220 useful commands:
1221
1222 =over 3
1223
1224 =item run [args]
1225
1226 Run the program with the given arguments.
1227
1228 =item break function_name
1229
1230 =item break source.c:xxx
1231
1232 Tells the debugger that we'll want to pause execution when we reach
1233 either the named function (but see L</Function names>!) or the given
1234 line in the named source file.
1235
1236 =item step
1237
1238 Steps through the program a line at a time.
1239
1240 =item next
1241
1242 Steps through the program a line at a time, without descending into
1243 functions.
1244
1245 =item continue
1246
1247 Run until the next breakpoint.
1248
1249 =item finish
1250
1251 Run until the end of the current function, then stop again.
1252
1253 =item 'enter'
1254
1255 Just pressing Enter will do the most recent operation again - it's a
1256 blessing when stepping through miles of source code.
1257
1258 =item print
1259
1260 Execute the given C code and print its results. B<WARNING>: Perl makes
1261 heavy use of macros, and F<gdb> is not aware of macros. You'll have to
1262 substitute them yourself. So, for instance, you can't say
1263
1264     print SvPV_nolen(sv)
1265
1266 but you have to say
1267
1268     print Perl_sv_2pv_nolen(sv)
1269
1270 You may find it helpful to have a "macro dictionary", which you can
1271 produce by saying C<cpp -dM perl.c | sort>. Even then, F<cpp> won't
1272 recursively apply the macros for you. 
1273
1274 =back
1275
1276 =head2 Dumping Perl Data Structures
1277
1278 One way to get around this macro hell is to use the dumping functions in
1279 F<dump.c>; these work a little like an internal
1280 L<Devel::Peek|Devel::Peek>, but they also cover OPs and other structures
1281 that you can't get at from Perl. Let's take an example. We'll use the
1282 C<$a = $b + $c> we used before, but give it a bit of context: 
1283 C<$b = "6XXXX"; $c = 2.3;>. Where's a good place to stop and poke around?
1284
1285 What about C<pp_add>, the function we examined earlier to implement the
1286 C<+> operator:
1287
1288     (gdb) break Perl_pp_add
1289     Breakpoint 1 at 0x46249f: file pp_hot.c, line 309.
1290
1291 Notice we use C<Perl_pp_add> and not C<pp_add> - see L<perlguts/Function Names>.
1292 With the breakpoint in place, we can run our program:
1293
1294     (gdb) run -e '$b = "6XXXX"; $c = 2.3; $a = $b + $c'
1295
1296 Lots of junk will go past as gdb reads in the relevant source files and
1297 libraries, and then:
1298
1299     Breakpoint 1, Perl_pp_add () at pp_hot.c:309
1300     309         djSP; dATARGET; tryAMAGICbin(add,opASSIGN);
1301     (gdb) step
1302     311           dPOPTOPnnrl_ul;
1303     (gdb)
1304
1305 We looked at this bit of code before, and we said that C<dPOPTOPnnrl_ul>
1306 arranges for two C<NV>s to be placed into C<left> and C<right> - let's
1307 slightly expand it:
1308
1309     #define dPOPTOPnnrl_ul  NV right = POPn; \
1310                             SV *leftsv = TOPs; \
1311                             NV left = USE_LEFT(leftsv) ? SvNV(leftsv) : 0.0
1312
1313 C<POPn> takes the SV from the top of the stack and obtains its NV either
1314 directly (if C<SvNOK> is set) or by calling the C<sv_2nv> function.
1315 C<TOPs> takes the next SV from the top of the stack - yes, C<POPn> uses
1316 C<TOPs> - but doesn't remove it. We then use C<SvNV> to get the NV from
1317 C<leftsv> in the same way as before - yes, C<POPn> uses C<SvNV>. 
1318
1319 Since we don't have an NV for C<$b>, we'll have to use C<sv_2nv> to
1320 convert it. If we step again, we'll find ourselves there:
1321
1322     Perl_sv_2nv (sv=0xa0675d0) at sv.c:1669
1323     1669        if (!sv)
1324     (gdb)
1325
1326 We can now use C<Perl_sv_dump> to investigate the SV:
1327
1328     SV = PV(0xa057cc0) at 0xa0675d0
1329     REFCNT = 1
1330     FLAGS = (POK,pPOK)
1331     PV = 0xa06a510 "6XXXX"\0
1332     CUR = 5
1333     LEN = 6
1334     $1 = void
1335
1336 We know we're going to get C<6> from this, so let's finish the
1337 subroutine:
1338
1339     (gdb) finish
1340     Run till exit from #0  Perl_sv_2nv (sv=0xa0675d0) at sv.c:1671
1341     0x462669 in Perl_pp_add () at pp_hot.c:311
1342     311           dPOPTOPnnrl_ul;
1343
1344 We can also dump out this op: the current op is always stored in
1345 C<PL_op>, and we can dump it with C<Perl_op_dump>. This'll give us
1346 similar output to L<B::Debug|B::Debug>.
1347
1348     {
1349     13  TYPE = add  ===> 14
1350         TARG = 1
1351         FLAGS = (SCALAR,KIDS)
1352         {
1353             TYPE = null  ===> (12)
1354               (was rv2sv)
1355             FLAGS = (SCALAR,KIDS)
1356             {
1357     11          TYPE = gvsv  ===> 12
1358                 FLAGS = (SCALAR)
1359                 GV = main::b
1360             }
1361         }
1362
1363 < finish this later >
1364
1365 =head2 Patching
1366
1367 All right, we've now had a look at how to navigate the Perl sources and
1368 some things you'll need to know when fiddling with them. Let's now get
1369 on and create a simple patch. Here's something Larry suggested: if a
1370 C<U> is the first active format during a C<pack>, (for example, 
1371 C<pack "U3C8", @stuff>) then the resulting string should be treated as
1372 UTF8 encoded.
1373
1374 How do we prepare to fix this up? First we locate the code in question -
1375 the C<pack> happens at runtime, so it's going to be in one of the F<pp>
1376 files. Sure enough, C<pp_pack> is in F<pp.c>. Since we're going to be
1377 altering this file, let's copy it to F<pp.c~>.
1378
1379 Now let's look over C<pp_pack>: we take a pattern into C<pat>, and then
1380 loop over the pattern, taking each format character in turn into
1381 C<datum_type>. Then for each possible format character, we swallow up
1382 the other arguments in the pattern (a field width, an asterisk, and so
1383 on) and convert the next chunk input into the specified format, adding
1384 it onto the output SV C<cat>.
1385
1386 How do we know if the C<U> is the first format in the C<pat>? Well, if
1387 we have a pointer to the start of C<pat> then, if we see a C<U> we can
1388 test whether we're still at the start of the string. So, here's where
1389 C<pat> is set up:
1390
1391     STRLEN fromlen;
1392     register char *pat = SvPVx(*++MARK, fromlen);
1393     register char *patend = pat + fromlen;
1394     register I32 len;
1395     I32 datumtype;
1396     SV *fromstr;
1397
1398 We'll have another string pointer in there:
1399
1400     STRLEN fromlen;
1401     register char *pat = SvPVx(*++MARK, fromlen);
1402     register char *patend = pat + fromlen;
1403  +  char *patcopy;
1404     register I32 len;
1405     I32 datumtype;
1406     SV *fromstr;
1407
1408 And just before we start the loop, we'll set C<patcopy> to be the start
1409 of C<pat>:
1410
1411     items = SP - MARK;
1412     MARK++;
1413     sv_setpvn(cat, "", 0);
1414  +  patcopy = pat;
1415     while (pat < patend) {
1416
1417 Now if we see a C<U> which was at the start of the string, we turn on
1418 the UTF8 flag for the output SV, C<cat>:
1419
1420  +  if (datumtype == 'U' && pat==patcopy+1)
1421  +      SvUTF8_on(cat);
1422     if (datumtype == '#') {
1423         while (pat < patend && *pat != '\n')
1424             pat++;
1425
1426 Remember that it has to be C<patcopy+1> because the first character of
1427 the string is the C<U> which has been swallowed into C<datumtype!>
1428
1429 Oops, we forgot one thing: what if there are spaces at the start of the
1430 pattern? C<pack("  U*", @stuff)> will have C<U> as the first active
1431 character, even though it's not the first thing in the pattern. In this
1432 case, we have to advance C<patcopy> along with C<pat> when we see spaces:
1433
1434     if (isSPACE(datumtype))
1435         continue;
1436
1437 needs to become
1438
1439     if (isSPACE(datumtype)) {
1440         patcopy++;
1441         continue;
1442     }
1443
1444 OK. That's the C part done. Now we must do two additional things before
1445 this patch is ready to go: we've changed the behaviour of Perl, and so
1446 we must document that change. We must also provide some more regression
1447 tests to make sure our patch works and doesn't create a bug somewhere
1448 else along the line.
1449
1450 The regression tests for each operator live in F<t/op/>, and so we make
1451 a copy of F<t/op/pack.t> to F<t/op/pack.t~>. Now we can add our tests
1452 to the end. First, we'll test that the C<U> does indeed create Unicode
1453 strings:
1454
1455  print 'not ' unless "1.20.300.4000" eq sprintf "%vd", pack("U*",1,20,300,4000);
1456  print "ok $test\n"; $test++;
1457
1458 Now we'll test that we got that space-at-the-beginning business right:
1459
1460  print 'not ' unless "1.20.300.4000" eq
1461                      sprintf "%vd", pack("  U*",1,20,300,4000);
1462  print "ok $test\n"; $test++;
1463
1464 And finally we'll test that we don't make Unicode strings if C<U> is B<not>
1465 the first active format:
1466
1467  print 'not ' unless v1.20.300.4000 ne
1468                      sprintf "%vd", pack("C0U*",1,20,300,4000);
1469  print "ok $test\n"; $test++;
1470
1471 Mustn't forget to change the number of tests which appears at the top, or
1472 else the automated tester will get confused:
1473
1474  -print "1..156\n";
1475  +print "1..159\n";
1476
1477 We now compile up Perl, and run it through the test suite. Our new
1478 tests pass, hooray!
1479
1480 Finally, the documentation. The job is never done until the paperwork is
1481 over, so let's describe the change we've just made. The relevant place
1482 is F<pod/perlfunc.pod>; again, we make a copy, and then we'll insert
1483 this text in the description of C<pack>:
1484
1485  =item *
1486
1487  If the pattern begins with a C<U>, the resulting string will be treated
1488  as Unicode-encoded. You can force UTF8 encoding on in a string with an
1489  initial C<U0>, and the bytes that follow will be interpreted as Unicode
1490  characters. If you don't want this to happen, you can begin your pattern
1491  with C<C0> (or anything else) to force Perl not to UTF8 encode your
1492  string, and then follow this with a C<U*> somewhere in your pattern.
1493
1494 All done. Now let's create the patch. F<Porting/patching.pod> tells us
1495 that if we're making major changes, we should copy the entire directory
1496 to somewhere safe before we begin fiddling, and then do
1497
1498     diff -ruN old new > patch
1499
1500 However, we know which files we've changed, and we can simply do this:
1501
1502     diff -u pp.c~             pp.c             >  patch
1503     diff -u t/op/pack.t~      t/op/pack.t      >> patch
1504     diff -u pod/perlfunc.pod~ pod/perlfunc.pod >> patch
1505
1506 We end up with a patch looking a little like this:
1507
1508     --- pp.c~       Fri Jun 02 04:34:10 2000
1509     +++ pp.c        Fri Jun 16 11:37:25 2000
1510     @@ -4375,6 +4375,7 @@
1511          register I32 items;
1512          STRLEN fromlen;
1513          register char *pat = SvPVx(*++MARK, fromlen);
1514     +    char *patcopy;
1515          register char *patend = pat + fromlen;
1516          register I32 len;
1517          I32 datumtype;
1518     @@ -4405,6 +4406,7 @@
1519     ...
1520
1521 And finally, we submit it, with our rationale, to perl5-porters. Job
1522 done!
1523
1524 =head1 EXTERNAL TOOLS FOR DEBUGGING PERL
1525
1526 Sometimes it helps to use external tools while debugging and
1527 testing Perl.  This section tries to guide you through using
1528 some common testing and debugging tools with Perl.  This is
1529 meant as a guide to interfacing these tools with Perl, not
1530 as any kind of guide to the use of the tools themselves.
1531
1532 =head2 Rational Software's Purify
1533
1534 Purify is a commercial tool that is helpful in identifying
1535 memory overruns, wild pointers, memory leaks and other such
1536 badness.  Perl must be compiled in a specific way for
1537 optimal testing with Purify.  Purify is available under
1538 Windows NT, Solaris, HP-UX, SGI, and Siemens Unix.
1539
1540 The only currently known leaks happen when there are
1541 compile-time errors within eval or require.  (Fixing these
1542 is non-trivial, unfortunately, but they must be fixed
1543 eventually.)
1544
1545 =head2 Purify on Unix
1546
1547 On Unix, Purify creates a new Perl binary.  To get the most
1548 benefit out of Purify, you should create the perl to Purify
1549 using:
1550
1551     sh Configure -Accflags=-DPURIFY -Doptimize='-g' \
1552      -Uusemymalloc -Dusemultiplicity
1553
1554 where these arguments mean:
1555
1556 =over 4
1557
1558 =item -Accflags=-DPURIFY
1559
1560 Disables Perl's arena memory allocation functions, as well as
1561 forcing use of memory allocation functions derived from the
1562 system malloc.
1563
1564 =item -Doptimize='-g'
1565
1566 Adds debugging information so that you see the exact source
1567 statements where the problem occurs.  Without this flag, all
1568 you will see is the source filename of where the error occurred.
1569
1570 =item -Uusemymalloc
1571
1572 Disable Perl's malloc so that Purify can more closely monitor
1573 allocations and leaks.  Using Perl's malloc will make Purify
1574 report most leaks in the "potential" leaks category.
1575
1576 =item -Dusemultiplicity
1577
1578 Enabling the multiplicity option allows perl to clean up
1579 thoroughly when the interpreter shuts down, which reduces the
1580 number of bogus leak reports from Purify.
1581
1582 =back
1583
1584 Once you've compiled a perl suitable for Purify'ing, then you
1585 can just:
1586
1587     make pureperl   
1588
1589 which creates a binary named 'pureperl' that has been Purify'ed.
1590 This binary is used in place of the standard 'perl' binary
1591 when you want to debug Perl memory problems.
1592
1593 As an example, to show any memory leaks produced during the
1594 standard Perl testset you would create and run the Purify'ed
1595 perl as:
1596
1597     make pureperl
1598     cd t
1599     ../pureperl -I../lib harness 
1600
1601 which would run Perl on test.pl and report any memory problems.
1602
1603 Purify outputs messages in "Viewer" windows by default.  If
1604 you don't have a windowing environment or if you simply
1605 want the Purify output to unobtrusively go to a log file
1606 instead of to the interactive window, use these following
1607 options to output to the log file "perl.log":
1608
1609     setenv PURIFYOPTIONS "-chain-length=25 -windows=no \
1610      -log-file=perl.log -append-logfile=yes"
1611
1612 If you plan to use the "Viewer" windows, then you only need this option:
1613
1614     setenv PURIFYOPTIONS "-chain-length=25"
1615
1616 =head2 Purify on NT
1617
1618 Purify on Windows NT instruments the Perl binary 'perl.exe'
1619 on the fly.  There are several options in the makefile you
1620 should change to get the most use out of Purify:
1621
1622 =over 4
1623
1624 =item DEFINES
1625
1626 You should add -DPURIFY to the DEFINES line so the DEFINES
1627 line looks something like:
1628
1629     DEFINES = -DWIN32 -D_CONSOLE -DNO_STRICT $(CRYPT_FLAG) -DPURIFY=1 
1630
1631 to disable Perl's arena memory allocation functions, as
1632 well as to force use of memory allocation functions derived
1633 from the system malloc.
1634
1635 =item USE_MULTI = define
1636
1637 Enabling the multiplicity option allows perl to clean up
1638 thoroughly when the interpreter shuts down, which reduces the
1639 number of bogus leak reports from Purify.
1640
1641 =item #PERL_MALLOC = define
1642
1643 Disable Perl's malloc so that Purify can more closely monitor
1644 allocations and leaks.  Using Perl's malloc will make Purify
1645 report most leaks in the "potential" leaks category.
1646
1647 =item CFG = Debug
1648
1649 Adds debugging information so that you see the exact source
1650 statements where the problem occurs.  Without this flag, all
1651 you will see is the source filename of where the error occurred.
1652
1653 =back
1654
1655 As an example, to show any memory leaks produced during the
1656 standard Perl testset you would create and run Purify as:
1657
1658     cd win32
1659     make
1660     cd ../t
1661     purify ../perl -I../lib harness 
1662
1663 which would instrument Perl in memory, run Perl on test.pl,
1664 then finally report any memory problems.
1665
1666 =head2 CONCLUSION
1667
1668 We've had a brief look around the Perl source, an overview of the stages
1669 F<perl> goes through when it's running your code, and how to use a
1670 debugger to poke at the Perl guts. We took a very simple problem and
1671 demonstrated how to solve it fully - with documentation, regression
1672 tests, and finally a patch for submission to p5p.  Finally, we talked
1673 about how to use external tools to debug and test Perl.
1674
1675 I'd now suggest you read over those references again, and then, as soon
1676 as possible, get your hands dirty. The best way to learn is by doing,
1677 so: 
1678
1679 =over 3
1680
1681 =item *
1682
1683 Subscribe to perl5-porters, follow the patches and try and understand
1684 them; don't be afraid to ask if there's a portion you're not clear on -
1685 who knows, you may unearth a bug in the patch...
1686
1687 =item *
1688
1689 Keep up to date with the bleeding edge Perl distributions and get
1690 familiar with the changes. Try and get an idea of what areas people are
1691 working on and the changes they're making.
1692
1693 =item *
1694
1695 Do read the README associated with your operating system, e.g. README.aix
1696 on the IBM AIX OS. Don't hesitate to supply patches to that README if
1697 you find anything missing or changed over a new OS release.
1698
1699 =item *
1700
1701 Find an area of Perl that seems interesting to you, and see if you can
1702 work out how it works. Scan through the source, and step over it in the
1703 debugger. Play, poke, investigate, fiddle! You'll probably get to
1704 understand not just your chosen area but a much wider range of F<perl>'s
1705 activity as well, and probably sooner than you'd think.
1706
1707 =back
1708
1709 =over 3
1710
1711 =item I<The Road goes ever on and on, down from the door where it began.>
1712
1713 =back
1714
1715 If you can do these things, you've started on the long road to Perl porting. 
1716 Thanks for wanting to help make Perl better - and happy hacking!
1717
1718 =head1 AUTHOR
1719
1720 This document was written by Nathan Torkington, and is maintained by
1721 the perl5-porters mailing list.
1722