aa4ddfbbfe1a5b6a1a62ef087cdbf0e84952b4be
[p5sagit/p5-mst-13.2.git] / pod / perlref.pod
1 =head1 NAME
2
3 perlref - Perl references and nested data structures
4
5 =head1 DESCRIPTION
6
7 Before release 5 of Perl it was difficult to represent complex data
8 structures, because all references had to be symbolic--and even then
9 it was difficult to refer to a variable instead of a symbol table entry.
10 Perl now not only makes it easier to use symbolic references to variables,
11 but also lets you have "hard" references to any piece of data or code.
12 Any scalar may hold a hard reference.  Because arrays and hashes contain
13 scalars, you can now easily build arrays of arrays, arrays of hashes,
14 hashes of arrays, arrays of hashes of functions, and so on.
15
16 Hard references are smart--they keep track of reference counts for you,
17 automatically freeing the thing referred to when its reference count goes
18 to zero.  (Note: the reference counts for values in self-referential or
19 cyclic data structures may not go to zero without a little help; see
20 L<perlobj/"Two-Phased Garbage Collection"> for a detailed explanation.)
21 If that thing happens to be an object, the object is destructed.  See
22 L<perlobj> for more about objects.  (In a sense, everything in Perl is an
23 object, but we usually reserve the word for references to objects that
24 have been officially "blessed" into a class package.)
25
26 Symbolic references are names of variables or other objects, just as a
27 symbolic link in a Unix filesystem contains merely the name of a file.
28 The C<*glob> notation is a kind of symbolic reference.  (Symbolic
29 references are sometimes called "soft references", but please don't call
30 them that; references are confusing enough without useless synonyms.)
31
32 In contrast, hard references are more like hard links in a Unix file
33 system: They are used to access an underlying object without concern for
34 what its (other) name is.  When the word "reference" is used without an
35 adjective, as in the following paragraph, it is usually talking about a
36 hard reference.
37
38 References are easy to use in Perl.  There is just one overriding
39 principle: Perl does no implicit referencing or dereferencing.  When a
40 scalar is holding a reference, it always behaves as a simple scalar.  It
41 doesn't magically start being an array or hash or subroutine; you have to
42 tell it explicitly to do so, by dereferencing it.
43
44 =head2 Making References
45
46 References can be created in several ways.
47
48 =over 4
49
50 =item 1.
51
52 By using the backslash operator on a variable, subroutine, or value.
53 (This works much like the & (address-of) operator in C.)  Note
54 that this typically creates I<ANOTHER> reference to a variable, because
55 there's already a reference to the variable in the symbol table.  But
56 the symbol table reference might go away, and you'll still have the
57 reference that the backslash returned.  Here are some examples:
58
59     $scalarref = \$foo;
60     $arrayref  = \@ARGV;
61     $hashref   = \%ENV;
62     $coderef   = \&handler;
63     $globref   = \*foo;
64
65 It isn't possible to create a true reference to an IO handle (filehandle
66 or dirhandle) using the backslash operator.  The most you can get is a
67 reference to a typeglob, which is actually a complete symbol table entry.
68 But see the explanation of the C<*foo{THING}> syntax below.  However,
69 you can still use type globs and globrefs as though they were IO handles.
70
71 =item 2.
72
73 A reference to an anonymous array can be created using square
74 brackets:
75
76     $arrayref = [1, 2, ['a', 'b', 'c']];
77
78 Here we've created a reference to an anonymous array of three elements
79 whose final element is itself a reference to another anonymous array of three
80 elements.  (The multidimensional syntax described later can be used to
81 access this.  For example, after the above, C<$arrayref-E<gt>[2][1]> would have
82 the value "b".)
83
84 Note that taking a reference to an enumerated list is not the same
85 as using square brackets--instead it's the same as creating
86 a list of references!
87
88     @list = (\$a, \@b, \%c);
89     @list = \($a, @b, %c);      # same thing!
90
91 As a special case, C<\(@foo)> returns a list of references to the contents
92 of C<@foo>, not a reference to C<@foo> itself.  Likewise for C<%foo>,
93 except that the key references are to copies (since the keys are just
94 strings rather than full-fledged scalars).
95
96 =item 3.
97
98 A reference to an anonymous hash can be created using curly
99 brackets:
100
101     $hashref = {
102         'Adam'  => 'Eve',
103         'Clyde' => 'Bonnie',
104     };
105
106 Anonymous hash and array composers like these can be intermixed freely to
107 produce as complicated a structure as you want.  The multidimensional
108 syntax described below works for these too.  The values above are
109 literals, but variables and expressions would work just as well, because
110 assignment operators in Perl (even within local() or my()) are executable
111 statements, not compile-time declarations.
112
113 Because curly brackets (braces) are used for several other things
114 including BLOCKs, you may occasionally have to disambiguate braces at the
115 beginning of a statement by putting a C<+> or a C<return> in front so
116 that Perl realizes the opening brace isn't starting a BLOCK.  The economy and
117 mnemonic value of using curlies is deemed worth this occasional extra
118 hassle.
119
120 For example, if you wanted a function to make a new hash and return a
121 reference to it, you have these options:
122
123     sub hashem {        { @_ } }   # silently wrong
124     sub hashem {       +{ @_ } }   # ok
125     sub hashem { return { @_ } }   # ok
126
127 On the other hand, if you want the other meaning, you can do this:
128
129     sub showem {        { @_ } }   # ambiguous (currently ok, but may change)
130     sub showem {       {; @_ } }   # ok
131     sub showem { { return @_ } }   # ok
132
133 Note how the leading C<+{> and C<{;> always serve to disambiguate
134 the expression to mean either the HASH reference, or the BLOCK.
135
136 =item 4.
137
138 A reference to an anonymous subroutine can be created by using
139 C<sub> without a subname:
140
141     $coderef = sub { print "Boink!\n" };
142
143 Note the presence of the semicolon.  Except for the fact that the code
144 inside isn't executed immediately, a C<sub {}> is not so much a
145 declaration as it is an operator, like C<do{}> or C<eval{}>.  (However, no
146 matter how many times you execute that particular line (unless you're in an
147 C<eval("...")>), C<$coderef> will still have a reference to the I<SAME>
148 anonymous subroutine.)
149
150 Anonymous subroutines act as closures with respect to my() variables,
151 that is, variables visible lexically within the current scope.  Closure
152 is a notion out of the Lisp world that says if you define an anonymous
153 function in a particular lexical context, it pretends to run in that
154 context even when it's called outside of the context.
155
156 In human terms, it's a funny way of passing arguments to a subroutine when
157 you define it as well as when you call it.  It's useful for setting up
158 little bits of code to run later, such as callbacks.  You can even
159 do object-oriented stuff with it, though Perl already provides a different
160 mechanism to do that--see L<perlobj>.
161
162 You can also think of closure as a way to write a subroutine template without
163 using eval.  (In fact, in version 5.000, eval was the I<only> way to get
164 closures.  You may wish to use "require 5.001" if you use closures.)
165
166 Here's a small example of how closures works:
167
168     sub newprint {
169         my $x = shift;
170         return sub { my $y = shift; print "$x, $y!\n"; };
171     }
172     $h = newprint("Howdy");
173     $g = newprint("Greetings");
174
175     # Time passes...
176
177     &$h("world");
178     &$g("earthlings");
179
180 This prints
181
182     Howdy, world!
183     Greetings, earthlings!
184
185 Note particularly that $x continues to refer to the value passed into
186 newprint() I<despite> the fact that the "my $x" has seemingly gone out of
187 scope by the time the anonymous subroutine runs.  That's what closure
188 is all about.
189
190 This applies only to lexical variables, by the way.  Dynamic variables
191 continue to work as they have always worked.  Closure is not something
192 that most Perl programmers need trouble themselves about to begin with.
193
194 =item 5.
195
196 References are often returned by special subroutines called constructors.
197 Perl objects are just references to a special kind of object that happens to know
198 which package it's associated with.  Constructors are just special
199 subroutines that know how to create that association.  They do so by
200 starting with an ordinary reference, and it remains an ordinary reference
201 even while it's also being an object.  Constructors are often
202 named new() and called indirectly:
203
204     $objref = new Doggie (Tail => 'short', Ears => 'long');
205
206 But don't have to be:
207
208     $objref   = Doggie->new(Tail => 'short', Ears => 'long');
209
210     use Term::Cap;
211     $terminal = Term::Cap->Tgetent( { OSPEED => 9600 });
212
213     use Tk;
214     $main    = MainWindow->new();
215     $menubar = $main->Frame(-relief              => "raised",
216                             -borderwidth         => 2)
217
218 =item 6.
219
220 References of the appropriate type can spring into existence if you
221 dereference them in a context that assumes they exist.  Because we haven't
222 talked about dereferencing yet, we can't show you any examples yet.
223
224 =item 7.
225
226 A reference can be created by using a special syntax, lovingly known as
227 the *foo{THING} syntax.  *foo{THING} returns a reference to the THING
228 slot in *foo (which is the symbol table entry which holds everything
229 known as foo).
230
231     $scalarref = *foo{SCALAR};
232     $arrayref  = *ARGV{ARRAY};
233     $hashref   = *ENV{HASH};
234     $coderef   = *handler{CODE};
235     $ioref     = *STDIN{IO};
236     $globref   = *foo{GLOB};
237
238 All of these are self-explanatory except for *foo{IO}.  It returns the
239 IO handle, used for file handles (L<perlfunc/open>), sockets
240 (L<perlfunc/socket> and L<perlfunc/socketpair>), and directory handles
241 (L<perlfunc/opendir>).  For compatibility with previous versions of
242 Perl, *foo{FILEHANDLE} is a synonym for *foo{IO}.
243
244 *foo{THING} returns undef if that particular THING hasn't been used yet,
245 except in the case of scalars.  *foo{SCALAR} returns a reference to an
246 anonymous scalar if $foo hasn't been used yet.  This might change in a
247 future release.
248
249 *foo{IO} is an alternative to the \*HANDLE mechanism given in
250 L<perldata/"Typeglobs and Filehandles"> for passing filehandles
251 into or out of subroutines, or storing into larger data structures.
252 Its disadvantage is that it won't create a new filehandle for you.
253 Its advantage is that you have no risk of clobbering more than you want
254 to with a typeglob assignment, although if you assign to a scalar instead
255 of a typeglob, you're ok.
256
257     splutter(*STDOUT);
258     splutter(*STDOUT{IO});
259
260     sub splutter {
261         my $fh = shift;
262         print $fh "her um well a hmmm\n";
263     }
264
265     $rec = get_rec(*STDIN);
266     $rec = get_rec(*STDIN{IO});
267
268     sub get_rec {
269         my $fh = shift;
270         return scalar <$fh>;
271     }
272
273 =back
274
275 =head2 Using References
276
277 That's it for creating references.  By now you're probably dying to
278 know how to use references to get back to your long-lost data.  There
279 are several basic methods.
280
281 =over 4
282
283 =item 1.
284
285 Anywhere you'd put an identifier (or chain of identifiers) as part
286 of a variable or subroutine name, you can replace the identifier with
287 a simple scalar variable containing a reference of the correct type:
288
289     $bar = $$scalarref;
290     push(@$arrayref, $filename);
291     $$arrayref[0] = "January";
292     $$hashref{"KEY"} = "VALUE";
293     &$coderef(1,2,3);
294     print $globref "output\n";
295
296 It's important to understand that we are specifically I<NOT> dereferencing
297 C<$arrayref[0]> or C<$hashref{"KEY"}> there.  The dereference of the
298 scalar variable happens I<BEFORE> it does any key lookups.  Anything more
299 complicated than a simple scalar variable must use methods 2 or 3 below.
300 However, a "simple scalar" includes an identifier that itself uses method
301 1 recursively.  Therefore, the following prints "howdy".
302
303     $refrefref = \\\"howdy";
304     print $$$$refrefref;
305
306 =item 2.
307
308 Anywhere you'd put an identifier (or chain of identifiers) as part of a
309 variable or subroutine name, you can replace the identifier with a
310 BLOCK returning a reference of the correct type.  In other words, the
311 previous examples could be written like this:
312
313     $bar = ${$scalarref};
314     push(@{$arrayref}, $filename);
315     ${$arrayref}[0] = "January";
316     ${$hashref}{"KEY"} = "VALUE";
317     &{$coderef}(1,2,3);
318     $globref->print("output\n");  # iff IO::Handle is loaded
319
320 Admittedly, it's a little silly to use the curlies in this case, but
321 the BLOCK can contain any arbitrary expression, in particular,
322 subscripted expressions:
323
324     &{ $dispatch{$index} }(1,2,3);      # call correct routine
325
326 Because of being able to omit the curlies for the simple case of C<$$x>,
327 people often make the mistake of viewing the dereferencing symbols as
328 proper operators, and wonder about their precedence.  If they were,
329 though, you could use parentheses instead of braces.  That's not the case.
330 Consider the difference below; case 0 is a short-hand version of case 1,
331 I<NOT> case 2:
332
333     $$hashref{"KEY"}   = "VALUE";       # CASE 0
334     ${$hashref}{"KEY"} = "VALUE";       # CASE 1
335     ${$hashref{"KEY"}} = "VALUE";       # CASE 2
336     ${$hashref->{"KEY"}} = "VALUE";     # CASE 3
337
338 Case 2 is also deceptive in that you're accessing a variable
339 called %hashref, not dereferencing through $hashref to the hash
340 it's presumably referencing.  That would be case 3.
341
342 =item 3.
343
344 Subroutine calls and lookups of individual array elements arise often
345 enough that it gets cumbersome to use method 2.  As a form of
346 syntactic sugar, the examples for method 2 may be written:
347
348     $arrayref->[0] = "January";   # Array element
349     $hashref->{"KEY"} = "VALUE";  # Hash element
350     $coderef->(1,2,3);            # Subroutine call
351
352 The left side of the arrow can be any expression returning a reference,
353 including a previous dereference.  Note that C<$array[$x]> is I<NOT> the
354 same thing as C<$array-E<gt>[$x]> here:
355
356     $array[$x]->{"foo"}->[0] = "January";
357
358 This is one of the cases we mentioned earlier in which references could
359 spring into existence when in an lvalue context.  Before this
360 statement, C<$array[$x]> may have been undefined.  If so, it's
361 automatically defined with a hash reference so that we can look up
362 C<{"foo"}> in it.  Likewise C<$array[$x]-E<gt>{"foo"}> will automatically get
363 defined with an array reference so that we can look up C<[0]> in it.
364 This process is called I<autovivification>.
365
366 One more thing here.  The arrow is optional I<BETWEEN> brackets
367 subscripts, so you can shrink the above down to
368
369     $array[$x]{"foo"}[0] = "January";
370
371 Which, in the degenerate case of using only ordinary arrays, gives you
372 multidimensional arrays just like C's:
373
374     $score[$x][$y][$z] += 42;
375
376 Well, okay, not entirely like C's arrays, actually.  C doesn't know how
377 to grow its arrays on demand.  Perl does.
378
379 =item 4.
380
381 If a reference happens to be a reference to an object, then there are
382 probably methods to access the things referred to, and you should probably
383 stick to those methods unless you're in the class package that defines the
384 object's methods.  In other words, be nice, and don't violate the object's
385 encapsulation without a very good reason.  Perl does not enforce
386 encapsulation.  We are not totalitarians here.  We do expect some basic
387 civility though.
388
389 =back
390
391 The ref() operator may be used to determine what type of thing the
392 reference is pointing to.  See L<perlfunc>.
393
394 The bless() operator may be used to associate the object a reference
395 points to with a package functioning as an object class.  See L<perlobj>.
396
397 A typeglob may be dereferenced the same way a reference can, because
398 the dereference syntax always indicates the kind of reference desired.
399 So C<${*foo}> and C<${\$foo}> both indicate the same scalar variable.
400
401 Here's a trick for interpolating a subroutine call into a string:
402
403     print "My sub returned @{[mysub(1,2,3)]} that time.\n";
404
405 The way it works is that when the C<@{...}> is seen in the double-quoted
406 string, it's evaluated as a block.  The block creates a reference to an
407 anonymous array containing the results of the call to C<mysub(1,2,3)>.  So
408 the whole block returns a reference to an array, which is then
409 dereferenced by C<@{...}> and stuck into the double-quoted string. This
410 chicanery is also useful for arbitrary expressions:
411
412     print "That yields @{[$n + 5]} widgets\n";
413
414 =head2 Symbolic references
415
416 We said that references spring into existence as necessary if they are
417 undefined, but we didn't say what happens if a value used as a
418 reference is already defined, but I<ISN'T> a hard reference.  If you
419 use it as a reference in this case, it'll be treated as a symbolic
420 reference.  That is, the value of the scalar is taken to be the I<NAME>
421 of a variable, rather than a direct link to a (possibly) anonymous
422 value.
423
424 People frequently expect it to work like this.  So it does.
425
426     $name = "foo";
427     $$name = 1;                 # Sets $foo
428     ${$name} = 2;               # Sets $foo
429     ${$name x 2} = 3;           # Sets $foofoo
430     $name->[0] = 4;             # Sets $foo[0]
431     @$name = ();                # Clears @foo
432     &$name();                   # Calls &foo() (as in Perl 4)
433     $pack = "THAT";
434     ${"${pack}::$name"} = 5;    # Sets $THAT::foo without eval
435
436 This is very powerful, and slightly dangerous, in that it's possible
437 to intend (with the utmost sincerity) to use a hard reference, and
438 accidentally use a symbolic reference instead.  To protect against
439 that, you can say
440
441     use strict 'refs';
442
443 and then only hard references will be allowed for the rest of the enclosing
444 block.  An inner block may countermand that with
445
446     no strict 'refs';
447
448 Only package variables (globals, even if localized) are visible to
449 symbolic references.  Lexical variables (declared with my()) aren't in
450 a symbol table, and thus are invisible to this mechanism.  For example:
451
452     local $value = 10;
453     $ref = \$value;
454     {
455         my $value = 20;
456         print $$ref;
457     }
458
459 This will still print 10, not 20.  Remember that local() affects package
460 variables, which are all "global" to the package.
461
462 =head2 Not-so-symbolic references
463
464 A new feature contributing to readability in perl version 5.001 is that the
465 brackets around a symbolic reference behave more like quotes, just as they
466 always have within a string.  That is,
467
468     $push = "pop on ";
469     print "${push}over";
470
471 has always meant to print "pop on over", despite the fact that push is
472 a reserved word.  This has been generalized to work the same outside
473 of quotes, so that
474
475     print ${push} . "over";
476
477 and even
478
479     print ${ push } . "over";
480
481 will have the same effect.  (This would have been a syntax error in
482 Perl 5.000, though Perl 4 allowed it in the spaceless form.)  Note that this
483 construct is I<not> considered to be a symbolic reference when you're
484 using strict refs:
485
486     use strict 'refs';
487     ${ bareword };      # Okay, means $bareword.
488     ${ "bareword" };    # Error, symbolic reference.
489
490 Similarly, because of all the subscripting that is done using single
491 words, we've applied the same rule to any bareword that is used for
492 subscripting a hash.  So now, instead of writing
493
494     $array{ "aaa" }{ "bbb" }{ "ccc" }
495
496 you can write just
497
498     $array{ aaa }{ bbb }{ ccc }
499
500 and not worry about whether the subscripts are reserved words.  In the
501 rare event that you do wish to do something like
502
503     $array{ shift }
504
505 you can force interpretation as a reserved word by adding anything that
506 makes it more than a bareword:
507
508     $array{ shift() }
509     $array{ +shift }
510     $array{ shift @_ }
511
512 The B<-w> switch will warn you if it interprets a reserved word as a string.
513 But it will no longer warn you about using lowercase words, because the
514 string is effectively quoted.
515
516 =head2 Pseudo-hashes: Using an array as a hash
517
518 WARNING:  This section describes an experimental feature.  Details may
519 change without notice in future versions.
520
521 Beginning with release 5.005 of Perl you can use an array reference
522 in some contexts that would normally require a hash reference.  This
523 allows you to access array elements using symbolic names, as if they
524 were fields in a structure.
525
526 For this to work, the array must contain extra information.  The first
527 element of the array has to be a hash reference that maps field names
528 to array indices.  Here is an example:
529
530    $struct = [{foo => 1, bar => 2}, "FOO", "BAR"];
531
532    $struct->{foo};  # same as $struct->[1], i.e. "FOO"
533    $struct->{bar};  # same as $struct->[2], i.e. "BAR"
534
535    keys %$struct;   # will return ("foo", "bar") in some order
536    values %$struct; # will return ("FOO", "BAR") in same some order
537
538    while (my($k,$v) = each %$struct) {
539        print "$k => $v\n";
540    }
541
542 Perl will raise an exception if you try to delete keys from a pseudo-hash
543 or try to access nonexistent fields.  For better performance, Perl can also
544 do the translation from field names to array indices at compile time for
545 typed object references.  See L<fields>.
546
547
548 =head2 Function Templates
549
550 As explained above, a closure is an anonymous function with access to the
551 lexical variables visible when that function was compiled.  It retains
552 access to those variables even though it doesn't get run until later,
553 such as in a signal handler or a Tk callback.
554
555 Using a closure as a function template allows us to generate many functions
556 that act similarly.  Suppopose you wanted functions named after the colors
557 that generated HTML font changes for the various colors:
558
559     print "Be ", red("careful"), "with that ", green("light");
560
561 The red() and green() functions would be very similar.  To create these,
562 we'll assign a closure to a typeglob of the name of the function we're
563 trying to build.  
564
565     @colors = qw(red blue green yellow orange purple violet);
566     for my $name (@colors) {
567         no strict 'refs';       # allow symbol table manipulation
568         *$name = *{uc $name} = sub { "<FONT COLOR='$name'>@_</FONT>" };
569     } 
570
571 Now all those different functions appear to exist independently.  You can
572 call red(), RED(), blue(), BLUE(), green(), etc.  This technique saves on
573 both compile time and memory use, and is less error-prone as well, since
574 syntax checks happen at compile time.  It's critical that any variables in
575 the anonymous subroutine be lexicals in order to create a proper closure.
576 That's the reasons for the C<my> on the loop iteration variable.
577
578 This is one of the only places where giving a prototype to a closure makes
579 much sense.  If you wanted to impose scalar context on the arguments of
580 these functions (probably not a wise idea for this particular example),
581 you could have written it this way instead:
582
583     *$name = sub ($) { "<FONT COLOR='$name'>$_[0]</FONT>" };
584
585 However, since prototype checking happens at compile time, the assignment
586 above happens too late to be of much use.  You could address this by
587 putting the whole loop of assignments within a BEGIN block, forcing it
588 to occur during compilation.
589
590 Access to lexicals that change over type--like those in the C<for> loop
591 above--only works with closures, not general subroutines.  In the general
592 case, then, named subroutines do not nest properly, although anonymous
593 ones do.  If you are accustomed to using nested subroutines in other
594 programming languages with their own private variables, you'll have to
595 work at it a bit in Perl.  The intuitive coding of this kind of thing
596 incurs mysterious warnings about ``will not stay shared''.  For example,
597 this won't work:
598
599     sub outer {
600         my $x = $_[0] + 35;
601         sub inner { return $x * 19 }   # WRONG
602         return $x + inner();
603     } 
604
605 A work-around is the following:
606
607     sub outer {
608         my $x = $_[0] + 35;
609         local *inner = sub { return $x * 19 };
610         return $x + inner();
611     } 
612
613 Now inner() can only be called from within outer(), because of the
614 temporary assignments of the closure (anonymous subroutine).  But when
615 it does, it has normal access to the lexical variable $x from the scope
616 of outer().
617
618 This has the interesting effect of creating a function local to another
619 function, something not normally supported in Perl.
620
621 =head1 WARNING
622
623 You may not (usefully) use a reference as the key to a hash.  It will be
624 converted into a string:
625
626     $x{ \$a } = $a;
627
628 If you try to dereference the key, it won't do a hard dereference, and
629 you won't accomplish what you're attempting.  You might want to do something
630 more like
631
632     $r = \@a;
633     $x{ $r } = $r;
634
635 And then at least you can use the values(), which will be
636 real refs, instead of the keys(), which won't.
637
638 The standard Tie::RefHash module provides a convenient workaround to this.
639
640 =head1 SEE ALSO
641
642 Besides the obvious documents, source code can be instructive.
643 Some rather pathological examples of the use of references can be found
644 in the F<t/op/ref.t> regression test in the Perl source directory.
645
646 See also L<perldsc> and L<perllol> for how to use references to create
647 complex data structures, and L<perltoot>, L<perlobj>, and L<perlbot>
648 for how to use them to create objects.