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