lexical warnings update for docs and tests (from Paul Marquess)
[p5sagit/p5-mst-13.2.git] / pod / perlxstut.pod
1 =head1 NAME
2
3 perlXStut - Tutorial for writing XSUBs
4
5 =head1 DESCRIPTION
6
7 This tutorial will educate the reader on the steps involved in creating
8 a Perl extension.  The reader is assumed to have access to L<perlguts> and
9 L<perlxs>.
10
11 This tutorial starts with very simple examples and becomes more complex,
12 with each new example adding new features.  Certain concepts may not be
13 completely explained until later in the tutorial in order to slowly ease
14 the reader into building extensions.
15
16 This tutorial was written from a Unix point of view.  Where I know them
17 to be otherwise different for other platforms (e.g. Win32), I will list
18 them.  If you find something that was missed, please let me know.
19
20 =head1 SPECIAL NOTES
21
22 =head2 make
23
24 This tutorial assumes that the make program that Perl is configured to
25 use is called C<make>.  Instead of running "make" in the examples that
26 follow, you may have to substitute whatever make program Perl has been
27 configured to use.  Running B<perl -V:make> should tell you what it is.
28
29 =head2 Version caveat
30
31 When writing a Perl extension for general consumption, one should expect that
32 the extension will be used with versions of Perl different from the
33 version available on your machine.  Since you are reading this document,
34 the version of Perl on your machine is probably 5.005 or later, but the users
35 of your extension may have more ancient versions.
36
37 To understand what kinds of incompatibilities one may expect, and in the rare
38 case that the version of Perl on your machine is older than this document,
39 see the section on "Troubleshooting these Examples" for more information.
40
41 If your extension uses some features of Perl which are not available on older
42 releases of Perl, your users would appreciate an early meaningful warning.
43 You would probably put this information into the F<README> file, but nowadays
44 installation of extensions may be performed automatically, guided by F<CPAN.pm>
45 module or other tools.
46
47 In MakeMaker-based installations, F<Makefile.PL> provides the earliest
48 opportunity to perform version checks.  One can put something like this
49 in F<Makefile.PL> for this purpose:
50
51     eval { require 5.007 }
52         or die <<EOD;
53     ############
54     ### This module uses frobnication framework which is not available before
55     ### version 5.007 of Perl.  Upgrade your Perl before installing Kara::Mba.
56     ############
57     EOD
58
59 =head2 Dynamic Loading versus Static Loading
60
61 It is commonly thought that if a system does not have the capability to
62 dynamically load a library, you cannot build XSUBs.  This is incorrect.
63 You I<can> build them, but you must link the XSUBs subroutines with the
64 rest of Perl, creating a new executable.  This situation is similar to
65 Perl 4.
66
67 This tutorial can still be used on such a system.  The XSUB build mechanism
68 will check the system and build a dynamically-loadable library if possible,
69 or else a static library and then, optionally, a new statically-linked
70 executable with that static library linked in.
71
72 Should you wish to build a statically-linked executable on a system which
73 can dynamically load libraries, you may, in all the following examples,
74 where the command "C<make>" with no arguments is executed, run the command
75 "C<make perl>" instead.
76
77 If you have generated such a statically-linked executable by choice, then
78 instead of saying "C<make test>", you should say "C<make test_static>".
79 On systems that cannot build dynamically-loadable libraries at all, simply
80 saying "C<make test>" is sufficient.
81
82 =head1 TUTORIAL
83
84 Now let's go on with the show!
85
86 =head2 EXAMPLE 1
87
88 Our first extension will be very simple.  When we call the routine in the
89 extension, it will print out a well-known message and return.
90
91 Run "C<h2xs -A -n Mytest>".  This creates a directory named Mytest,
92 possibly under ext/ if that directory exists in the current working
93 directory.  Several files will be created in the Mytest dir, including
94 MANIFEST, Makefile.PL, Mytest.pm, Mytest.xs, test.pl, and Changes.
95
96 The MANIFEST file contains the names of all the files just created in the
97 Mytest directory.
98
99 The file Makefile.PL should look something like this:
100
101         use ExtUtils::MakeMaker;
102         # See lib/ExtUtils/MakeMaker.pm for details of how to influence
103         # the contents of the Makefile that is written.
104         WriteMakefile(
105             NAME         => 'Mytest',
106             VERSION_FROM => 'Mytest.pm', # finds $VERSION
107             LIBS         => [''],   # e.g., '-lm'
108             DEFINE       => '',     # e.g., '-DHAVE_SOMETHING'
109             INC          => '',     # e.g., '-I/usr/include/other'
110         );
111
112 The file Mytest.pm should start with something like this:
113
114         package Mytest;
115
116         use strict;
117         use warnings;
118
119         require Exporter;
120         require DynaLoader;
121
122         our @ISA = qw(Exporter DynaLoader);
123         # Items to export into callers namespace by default. Note: do not export
124         # names by default without a very good reason. Use EXPORT_OK instead.
125         # Do not simply export all your public functions/methods/constants.
126         our @EXPORT = qw(
127
128         );
129         our $VERSION = '0.01';
130
131         bootstrap Mytest $VERSION;
132
133         # Preloaded methods go here.
134
135         # Autoload methods go after __END__, and are processed by the autosplit program.
136
137         1;
138         __END__
139         # Below is the stub of documentation for your module. You better edit it!
140
141 The rest of the .pm file contains sample code for providing documentation for
142 the extension.
143
144 Finally, the Mytest.xs file should look something like this:
145
146         #include "EXTERN.h"
147         #include "perl.h"
148         #include "XSUB.h"
149
150         MODULE = Mytest         PACKAGE = Mytest
151
152 Let's edit the .xs file by adding this to the end of the file:
153
154         void
155         hello()
156             CODE:
157                 printf("Hello, world!\n");
158
159 It is okay for the lines starting at the "CODE:" line to not be indented.
160 However, for readability purposes, it is suggested that you indent CODE:
161 one level and the lines following one more level.
162
163 Now we'll run "C<perl Makefile.PL>".  This will create a real Makefile,
164 which make needs.  Its output looks something like:
165
166         % perl Makefile.PL
167         Checking if your kit is complete...
168         Looks good
169         Writing Makefile for Mytest
170         %
171
172 Now, running make will produce output that looks something like this (some
173 long lines have been shortened for clarity and some extraneous lines have
174 been deleted):
175
176         % make
177         umask 0 && cp Mytest.pm ./blib/Mytest.pm
178         perl xsubpp -typemap typemap Mytest.xs >Mytest.tc && mv Mytest.tc Mytest.c
179         Please specify prototyping behavior for Mytest.xs (see perlxs manual)
180         cc -c Mytest.c
181         Running Mkbootstrap for Mytest ()
182         chmod 644 Mytest.bs
183         LD_RUN_PATH="" ld -o ./blib/PA-RISC1.1/auto/Mytest/Mytest.sl -b Mytest.o
184         chmod 755 ./blib/PA-RISC1.1/auto/Mytest/Mytest.sl
185         cp Mytest.bs ./blib/PA-RISC1.1/auto/Mytest/Mytest.bs
186         chmod 644 ./blib/PA-RISC1.1/auto/Mytest/Mytest.bs
187         Manifying ./blib/man3/Mytest.3
188         %
189
190 You can safely ignore the line about "prototyping behavior".
191
192 If you are on a Win32 system, and the build process fails with linker
193 errors for functions in the C library, check if your Perl is configured
194 to use PerlCRT (running B<perl -V:libc> should show you if this is the
195 case).  If Perl is configured to use PerlCRT, you have to make sure
196 PerlCRT.lib is copied to the same location that msvcrt.lib lives in,
197 so that the compiler can find it on its own.  msvcrt.lib is usually
198 found in the Visual C compiler's lib directory (e.g. C:/DevStudio/VC/lib).
199
200 Perl has its own special way of easily writing test scripts, but for this
201 example only, we'll create our own test script.  Create a file called hello
202 that looks like this:
203
204         #! /opt/perl5/bin/perl
205
206         use ExtUtils::testlib;
207
208         use Mytest;
209
210         Mytest::hello();
211
212 Now we make the script executable (C<chmod -x hello>), run the script
213 and we should see the following output:
214
215         % ./hello
216         Hello, world!
217         %
218
219 =head2 EXAMPLE 2
220
221 Now let's add to our extension a subroutine that will take a single numeric
222 argument as input and return 0 if the number is even or 1 if the number
223 is odd.
224
225 Add the following to the end of Mytest.xs:
226
227         int
228         is_even(input)
229                 int     input
230             CODE:
231                 RETVAL = (input % 2 == 0);
232             OUTPUT:
233                 RETVAL
234
235 There does not need to be white space at the start of the "C<int input>"
236 line, but it is useful for improving readability.  Placing a semi-colon at
237 the end of that line is also optional.  Any amount and kind of white space
238 may be placed between the "C<int>" and "C<input>".
239
240 Now re-run make to rebuild our new shared library.
241
242 Now perform the same steps as before, generating a Makefile from the
243 Makefile.PL file, and running make.
244
245 In order to test that our extension works, we now need to look at the
246 file test.pl.  This file is set up to imitate the same kind of testing
247 structure that Perl itself has.  Within the test script, you perform a
248 number of tests to confirm the behavior of the extension, printing "ok"
249 when the test is correct, "not ok" when it is not.  Change the print
250 statement in the BEGIN block to print "1..4", and add the following code
251 to the end of the file:
252
253         print &Mytest::is_even(0) == 1 ? "ok 2" : "not ok 2", "\n";
254         print &Mytest::is_even(1) == 0 ? "ok 3" : "not ok 3", "\n";
255         print &Mytest::is_even(2) == 1 ? "ok 4" : "not ok 4", "\n";
256
257 We will be calling the test script through the command "C<make test>".  You
258 should see output that looks something like this:
259
260         % make test
261         PERL_DL_NONLAZY=1 /opt/perl5.004/bin/perl (lots of -I arguments) test.pl
262         1..4
263         ok 1
264         ok 2
265         ok 3
266         ok 4
267         %
268
269 =head2 What has gone on?
270
271 The program h2xs is the starting point for creating extensions.  In later
272 examples we'll see how we can use h2xs to read header files and generate
273 templates to connect to C routines.
274
275 h2xs creates a number of files in the extension directory.  The file
276 Makefile.PL is a perl script which will generate a true Makefile to build
277 the extension.  We'll take a closer look at it later.
278
279 The .pm and .xs files contain the meat of the extension.  The .xs file holds
280 the C routines that make up the extension.  The .pm file contains routines
281 that tell Perl how to load your extension.
282
283 Generating the Makefile and running C<make> created a directory called blib
284 (which stands for "build library") in the current working directory.  This
285 directory will contain the shared library that we will build.  Once we have
286 tested it, we can install it into its final location.
287
288 Invoking the test script via "C<make test>" did something very important.
289 It invoked perl with all those C<-I> arguments so that it could find the
290 various files that are part of the extension.  It is I<very> important that
291 while you are still testing extensions that you use "C<make test>".  If you
292 try to run the test script all by itself, you will get a fatal error.
293 Another reason it is important to use "C<make test>" to run your test
294 script is that if you are testing an upgrade to an already-existing version,
295 using "C<make test>" insures that you will test your new extension, not the
296 already-existing version.
297
298 When Perl sees a C<use extension;>, it searches for a file with the same name
299 as the C<use>'d extension that has a .pm suffix.  If that file cannot be found,
300 Perl dies with a fatal error.  The default search path is contained in the
301 C<@INC> array.
302
303 In our case, Mytest.pm tells perl that it will need the Exporter and Dynamic
304 Loader extensions.  It then sets the C<@ISA> and C<@EXPORT> arrays and the
305 C<$VERSION> scalar; finally it tells perl to bootstrap the module.  Perl
306 will call its dynamic loader routine (if there is one) and load the shared
307 library.
308
309 The two arrays C<@ISA> and C<@EXPORT> are very important.  The C<@ISA>
310 array contains a list of other packages in which to search for methods (or
311 subroutines) that do not exist in the current package.  This is usually
312 only important for object-oriented extensions (which we will talk about
313 much later), and so usually doesn't need to be modified.
314
315 The C<@EXPORT> array tells Perl which of the extension's variables and
316 subroutines should be placed into the calling package's namespace.  Because
317 you don't know if the user has already used your variable and subroutine
318 names, it's vitally important to carefully select what to export.  Do I<not>
319 export method or variable names I<by default> without a good reason.
320
321 As a general rule, if the module is trying to be object-oriented then don't
322 export anything.  If it's just a collection of functions and variables, then
323 you can export them via another array, called C<@EXPORT_OK>.  This array
324 does not automatically place its subroutine and variable names into the
325 namespace unless the user specifically requests that this be done.
326
327 See L<perlmod> for more information.
328
329 The C<$VERSION> variable is used to ensure that the .pm file and the shared
330 library are "in sync" with each other.  Any time you make changes to
331 the .pm or .xs files, you should increment the value of this variable.
332
333 =head2 Writing good test scripts
334
335 The importance of writing good test scripts cannot be overemphasized.  You
336 should closely follow the "ok/not ok" style that Perl itself uses, so that
337 it is very easy and unambiguous to determine the outcome of each test case.
338 When you find and fix a bug, make sure you add a test case for it.
339
340 By running "C<make test>", you ensure that your test.pl script runs and uses
341 the correct version of your extension.  If you have many test cases, you
342 might want to copy Perl's test style.  Create a directory named "t" in the
343 extension's directory and append the suffix ".t" to the names of your test
344 files.  When you run "C<make test>", all of these test files will be executed.
345
346 =head2 EXAMPLE 3
347
348 Our third extension will take one argument as its input, round off that
349 value, and set the I<argument> to the rounded value.
350
351 Add the following to the end of Mytest.xs:
352
353         void
354         round(arg)
355                 double  arg
356             CODE:
357                 if (arg > 0.0) {
358                         arg = floor(arg + 0.5);
359                 } else if (arg < 0.0) {
360                         arg = ceil(arg - 0.5);
361                 } else {
362                         arg = 0.0;
363                 }
364             OUTPUT:
365                 arg
366
367 Edit the Makefile.PL file so that the corresponding line looks like this:
368
369         'LIBS'      => ['-lm'],   # e.g., '-lm'
370
371 Generate the Makefile and run make.  Change the BEGIN block to print
372 "1..9" and add the following to test.pl:
373
374         $i = -1.5; &Mytest::round($i); print $i == -2.0 ? "ok 5" : "not ok 5", "\n";
375         $i = -1.1; &Mytest::round($i); print $i == -1.0 ? "ok 6" : "not ok 6", "\n";
376         $i = 0.0; &Mytest::round($i); print $i == 0.0 ? "ok 7" : "not ok 7", "\n";
377         $i = 0.5; &Mytest::round($i); print $i == 1.0 ? "ok 8" : "not ok 8", "\n";
378         $i = 1.2; &Mytest::round($i); print $i == 1.0 ? "ok 9" : "not ok 9", "\n";
379
380 Running "C<make test>" should now print out that all nine tests are okay.
381
382 Notice that in these new test cases, the argument passed to round was a
383 scalar variable.  You might be wondering if you can round a constant or
384 literal.  To see what happens, temporarily add the following line to test.pl:
385
386         &Mytest::round(3);
387
388 Run "C<make test>" and notice that Perl dies with a fatal error.  Perl won't
389 let you change the value of constants!
390
391 =head2 What's new here?
392
393 =over 4
394
395 =item *
396
397 We've made some changes to Makefile.PL.  In this case, we've specified an
398 extra library to be linked into the extension's shared library, the math
399 library libm in this case.  We'll talk later about how to write XSUBs that
400 can call every routine in a library.
401
402 =item *
403
404 The value of the function is not being passed back as the function's return
405 value, but by changing the value of the variable that was passed into the
406 function.  You might have guessed that when you saw that the return value
407 of round is of type "void".
408
409 =back
410
411 =head2 Input and Output Parameters
412
413 You specify the parameters that will be passed into the XSUB on the line(s)
414 after you declare the function's return value and name.  Each input parameter
415 line starts with optional white space, and may have an optional terminating
416 semicolon.
417
418 The list of output parameters occurs at the very end of the function, just
419 before after the OUTPUT: directive.  The use of RETVAL tells Perl that you
420 wish to send this value back as the return value of the XSUB function.  In
421 Example 3, we wanted the "return value" placed in the original variable
422 which we passed in, so we listed it (and not RETVAL) in the OUTPUT: section.
423
424 =head2 The XSUBPP Program
425
426 The B<xsubpp> program takes the XS code in the .xs file and translates it into
427 C code, placing it in a file whose suffix is .c.  The C code created makes
428 heavy use of the C functions within Perl.
429
430 =head2 The TYPEMAP file
431
432 The B<xsubpp> program uses rules to convert from Perl's data types (scalar,
433 array, etc.) to C's data types (int, char, etc.).  These rules are stored
434 in the typemap file ($PERLLIB/ExtUtils/typemap).  This file is split into
435 three parts.
436
437 The first section maps various C data types to a name, which corresponds
438 somewhat with the various Perl types.  The second section contains C code
439 which B<xsubpp> uses to handle input parameters.  The third section contains
440 C code which B<xsubpp> uses to handle output parameters.
441
442 Let's take a look at a portion of the .c file created for our extension.
443 The file name is Mytest.c:
444
445         XS(XS_Mytest_round)
446         {
447             dXSARGS;
448             if (items != 1)
449                 croak("Usage: Mytest::round(arg)");
450             {
451                 double  arg = (double)SvNV(ST(0));      /* XXXXX */
452                 if (arg > 0.0) {
453                         arg = floor(arg + 0.5);
454                 } else if (arg < 0.0) {
455                         arg = ceil(arg - 0.5);
456                 } else {
457                         arg = 0.0;
458                 }
459                 sv_setnv(ST(0), (double)arg);   /* XXXXX */
460             }
461             XSRETURN(1);
462         }
463
464 Notice the two lines commented with "XXXXX".  If you check the first section
465 of the typemap file, you'll see that doubles are of type T_DOUBLE.  In the
466 INPUT section, an argument that is T_DOUBLE is assigned to the variable
467 arg by calling the routine SvNV on something, then casting it to double,
468 then assigned to the variable arg.  Similarly, in the OUTPUT section,
469 once arg has its final value, it is passed to the sv_setnv function to
470 be passed back to the calling subroutine.  These two functions are explained
471 in L<perlguts>; we'll talk more later about what that "ST(0)" means in the
472 section on the argument stack.
473
474 =head2 Warning about Output Arguments
475
476 In general, it's not a good idea to write extensions that modify their input
477 parameters, as in Example 3.  Instead, you should probably return multiple
478 values in an array and let the caller handle them (we'll do this in a later
479 example).  However, in order to better accomodate calling pre-existing C
480 routines, which often do modify their input parameters, this behavior is
481 tolerated.
482
483 =head2 EXAMPLE 4
484
485 In this example, we'll now begin to write XSUBs that will interact with
486 pre-defined C libraries.  To begin with, we will build a small library of
487 our own, then let h2xs write our .pm and .xs files for us.
488
489 Create a new directory called Mytest2 at the same level as the directory
490 Mytest.  In the Mytest2 directory, create another directory called mylib,
491 and cd into that directory.
492
493 Here we'll create some files that will generate a test library.  These will
494 include a C source file and a header file.  We'll also create a Makefile.PL
495 in this directory.  Then we'll make sure that running make at the Mytest2
496 level will automatically run this Makefile.PL file and the resulting Makefile.
497
498 In the mylib directory, create a file mylib.h that looks like this:
499
500         #define TESTVAL 4
501
502         extern double   foo(int, long, const char*);
503
504 Also create a file mylib.c that looks like this:
505
506         #include <stdlib.h>
507         #include "./mylib.h"
508
509         double
510         foo(int a, long b, const char *c)
511         {
512                 return (a + b + atof(c) + TESTVAL);
513         }
514
515 And finally create a file Makefile.PL that looks like this:
516
517         use ExtUtils::MakeMaker;
518         $Verbose = 1;
519         WriteMakefile(
520             NAME   => 'Mytest2::mylib',
521             SKIP   => [qw(all static static_lib dynamic dynamic_lib)],
522             clean  => {'FILES' => 'libmylib$(LIBEEXT)'},
523         );
524
525
526         sub MY::top_targets {
527                 '
528         all :: static
529
530         pure_all :: static
531
532         static ::       libmylib$(LIB_EXT)
533
534         libmylib$(LIB_EXT): $(O_FILES)
535                 $(AR) cr libmylib$(LIB_EXT) $(O_FILES)
536                 $(RANLIB) libmylib$(LIB_EXT)
537
538         ';
539         }
540
541 Make sure you use a tab and not spaces on the lines beginning with "$(AR)"
542 and "$(RANLIB)".  Make will not function properly if you use spaces.
543 It has also been reported that the "cr" argument to $(AR) is unnecessary
544 on Win32 systems.
545
546 We will now create the main top-level Mytest2 files.  Change to the directory
547 above Mytest2 and run the following command:
548
549         % h2xs -O -n Mytest2 ./Mytest2/mylib/mylib.h
550
551 This will print out a warning about overwriting Mytest2, but that's okay.
552 Our files are stored in Mytest2/mylib, and will be untouched.
553
554 The normal Makefile.PL that h2xs generates doesn't know about the mylib
555 directory.  We need to tell it that there is a subdirectory and that we
556 will be generating a library in it.  Let's add the argument MYEXTLIB to
557 the WriteMakefile call so that it looks like this:
558
559         WriteMakefile(
560             'NAME'      => 'Mytest2',
561             'VERSION_FROM' => 'Mytest2.pm', # finds $VERSION
562             'LIBS'      => [''],   # e.g., '-lm'
563             'DEFINE'    => '',     # e.g., '-DHAVE_SOMETHING'
564             'INC'       => '',     # e.g., '-I/usr/include/other'
565             'MYEXTLIB' => 'mylib/libmylib$(LIB_EXT)',
566         );
567
568 and then at the end add a subroutine (which will override the pre-existing
569 subroutine).  Remember to use a tab character to indent the line beginning
570 with "cd"!
571
572         sub MY::postamble {
573         '
574         $(MYEXTLIB): mylib/Makefile
575                 cd mylib && $(MAKE) $(PASSTHRU)
576         ';
577         }
578
579 Let's also fix the MANIFEST file so that it accurately reflects the contents
580 of our extension.  The single line that says "mylib" should be replaced by
581 the following three lines:
582
583         mylib/Makefile.PL
584         mylib/mylib.c
585         mylib/mylib.h
586
587 To keep our namespace nice and unpolluted, edit the .pm file and change
588 the variable C<@EXPORT> to C<@EXPORT_OK>.  Finally, in the
589 .xs file, edit the #include line to read:
590
591         #include "mylib/mylib.h"
592
593 And also add the following function definition to the end of the .xs file:
594
595         double
596         foo(a,b,c)
597                 int             a
598                 long            b
599                 const char *    c
600             OUTPUT:
601                 RETVAL
602
603 Now we also need to create a typemap file because the default Perl doesn't
604 currently support the const char * type.  Create a file called typemap in
605 the Mytest2 directory and place the following in it:
606
607         const char *    T_PV
608
609 Now run perl on the top-level Makefile.PL.  Notice that it also created a
610 Makefile in the mylib directory.  Run make and watch that it does cd into
611 the mylib directory and run make in there as well.
612
613 Now edit the test.pl script and change the BEGIN block to print "1..4",
614 and add the following lines to the end of the script:
615
616         print &Mytest2::foo(1, 2, "Hello, world!") == 7 ? "ok 2\n" : "not ok 2\n";
617         print &Mytest2::foo(1, 2, "0.0") == 7 ? "ok 3\n" : "not ok 3\n";
618         print abs(&Mytest2::foo(0, 0, "-3.4") - 0.6) <= 0.01 ? "ok 4\n" : "not ok 4\n";
619
620 (When dealing with floating-point comparisons, it is best to not check for
621 equality, but rather that the difference between the expected and actual
622 result is below a certain amount (called epsilon) which is 0.01 in this case)
623
624 Run "C<make test>" and all should be well.
625
626 =head2 What has happened here?
627
628 Unlike previous examples, we've now run h2xs on a real include file.  This
629 has caused some extra goodies to appear in both the .pm and .xs files.
630
631 =over 4
632
633 =item *
634
635 In the .xs file, there's now a #include directive with the absolute path to
636 the mylib.h header file.  We changed this to a relative path so that we
637 could move the extension directory if we wanted to.
638
639 =item *
640
641 There's now some new C code that's been added to the .xs file.  The purpose
642 of the C<constant> routine is to make the values that are #define'd in the
643 header file accessible by the Perl script (by calling either C<TESTVAL> or
644 C<&Mytest2::TESTVAL>).  There's also some XS code to allow calls to the
645 C<constant> routine.
646
647 =item *
648
649 The .pm file originally exported the name C<TESTVAL> in the C<@EXPORT> array.
650 This could lead to name clashes.  A good rule of thumb is that if the #define
651 is only going to be used by the C routines themselves, and not by the user,
652 they should be removed from the C<@EXPORT> array.  Alternately, if you don't
653 mind using the "fully qualified name" of a variable, you could move most
654 or all of the items from the C<@EXPORT> array into the C<@EXPORT_OK> array.
655
656 =item *
657
658 If our include file had contained #include directives, these would not have
659 been processed by h2xs.  There is no good solution to this right now.
660
661 =item *
662
663 We've also told Perl about the library that we built in the mylib
664 subdirectory.  That required only the addition of the C<MYEXTLIB> variable
665 to the WriteMakefile call and the replacement of the postamble subroutine
666 to cd into the subdirectory and run make.  The Makefile.PL for the
667 library is a bit more complicated, but not excessively so.  Again we
668 replaced the postamble subroutine to insert our own code.  This code
669 simply specified that the library to be created here was a static archive
670 library (as opposed to a dynamically loadable library) and provided the
671 commands to build it.
672
673 =back
674
675 =head2 Anatomy of .xs file
676
677 The .xs file of L<"EXAMPLE 4"> contained some new elements.  To understand
678 the meaning of these elements, pay attention to the line which reads
679
680         MODULE = Mytest2                PACKAGE = Mytest2               
681
682 Anything before this line is plain C code which describes which headers
683 to include, and defines some convenience functions.  No translations are
684 performed on this part, it goes into the generated output C file as is.
685
686 Anything after this line is the description of XSUB functions.
687 These descriptions are translated by B<xsubpp> into C code which
688 implements these functions using Perl calling conventions, and which
689 makes these functions visible from Perl interpreter.
690
691 Pay a special attention to the function C<constant>.  This name appears
692 twice in the generated .xs file: once in the first part, as a static C
693 function, the another time in the second part, when an XSUB interface to
694 this static C function is defined.
695
696 This is quite typical for .xs files: usually the .xs file provides
697 an interface to an existing C function.  Then this C function is defined
698 somewhere (either in an external library, or in the first part of .xs file),
699 and a Perl interface to this function (i.e. "Perl glue") is described in the
700 second part of .xs file.  The situation in L<"EXAMPLE 1">, L<"EXAMPLE 2">,
701 and L<"EXAMPLE 3">, when all the work is done inside the "Perl glue", is
702 somewhat of an exception rather than the rule.
703
704 =head2 Getting the fat out of XSUBs
705
706 In L<"EXAMPLE 4"> the second part of .xs file contained the following
707 description of an XSUB:
708
709         double
710         foo(a,b,c)
711                 int             a
712                 long            b
713                 const char *    c
714             OUTPUT:
715                 RETVAL
716
717 Note that in contrast with L<"EXAMPLE 1">, L<"EXAMPLE 2"> and L<"EXAMPLE 3">,
718 this description does not contain the actual I<code> for what is done
719 is done during a call to Perl function foo().  To understand what is going
720 on here, one can add a CODE section to this XSUB:
721
722         double
723         foo(a,b,c)
724                 int             a
725                 long            b
726                 const char *    c
727             CODE:
728                 RETVAL = foo(a,b,c);
729             OUTPUT:
730                 RETVAL
731
732 However, these two XSUBs provide almost identical generated C code: B<xsubpp>
733 compiler is smart enough to figure out the C<CODE:> section from the first
734 two lines of the description of XSUB.  What about C<OUTPUT:> section?  In
735 fact, that is absolutely the same!  The C<OUTPUT:> section can be removed
736 as well, I<as far as C<CODE:> section or C<PPCODE:> section> is not
737 specified: B<xsubpp> can see that it needs to generate a function call
738 section, and will autogenerate the OUTPUT section too.  Thus one can
739 shortcut the XSUB to become:
740
741         double
742         foo(a,b,c)
743                 int             a
744                 long            b
745                 const char *    c
746
747 Can we do the same with an XSUB
748
749         int
750         is_even(input)
751                 int     input
752             CODE:
753                 RETVAL = (input % 2 == 0);
754             OUTPUT:
755                 RETVAL
756
757 of L<"EXAMPLE 2">?  To do this, one needs to define a C function C<int
758 is_even(int input)>.  As we saw in L<Anatomy of .xs file>, a proper place
759 for this definition is in the first part of .xs file.  In fact a C function
760
761         int
762         is_even(int arg)
763         {
764                 return (arg % 2 == 0);
765         }
766
767 is probably overkill for this.  Something as simple as a C<#define> will
768 do too:
769
770         #define is_even(arg)    ((arg) % 2 == 0)
771
772 After having this in the first part of .xs file, the "Perl glue" part becomes
773 as simple as
774
775         int
776         is_even(input)
777                 int     input
778
779 This technique of separation of the glue part from the workhorse part has
780 obvious tradeoffs: if you want to change a Perl interface, you need to
781 change two places in your code.  However, it removes a lot of clutter,
782 and makes the workhorse part independent from idiosyncrasies of Perl calling
783 convention.  (In fact, there is nothing Perl-specific in the above description,
784 a different version of B<xsubpp> might have translated this to TCL glue or
785 Python glue as well.)
786
787 =head2 More about XSUB arguments
788
789 With the completion of Example 4, we now have an easy way to simulate some
790 real-life libraries whose interfaces may not be the cleanest in the world.
791 We shall now continue with a discussion of the arguments passed to the
792 B<xsubpp> compiler.
793
794 When you specify arguments to routines in the .xs file, you are really
795 passing three pieces of information for each argument listed.  The first
796 piece is the order of that argument relative to the others (first, second,
797 etc).  The second is the type of argument, and consists of the type
798 declaration of the argument (e.g., int, char*, etc).  The third piece is
799 the calling convention for the argument in the call to the library function.  
800
801 While Perl passes arguments to functions by reference,
802 C passes arguments by value; to implement a C function which modifies data
803 of one of the "arguments", the actual argument of this C function would be
804 a pointer to the data.  Thus two C functions with declarations
805
806         int string_length(char *s);
807         int upper_case_char(char *cp);
808
809 may have completely different semantics: the first one may inspect an array
810 of chars pointed by s, and the second one may immediately dereference C<cp>
811 and manipulate C<*cp> only (using the return value as, say, a success
812 indicator).  From Perl one would use these functions in
813 a completely different manner.
814
815 One conveys this info to B<xsubpp> by replacing C<*> before the
816 argument by C<&>.  C<&> means that the argument should be passed to a library
817 function by its address.  The above two function may be XSUB-ified as
818
819         int
820         string_length(s)
821                 char *  s
822
823         int
824         upper_case_char(cp)
825                 char    &cp
826
827 For example, consider:
828
829         int
830         foo(a,b)
831                 char    &a
832                 char *  b
833
834 The first Perl argument to this function would be treated as a char and assigned
835 to the variable a, and its address would be passed into the function foo.
836 The second Perl argument would be treated as a string pointer and assigned to the
837 variable b.  The I<value> of b would be passed into the function foo.  The
838 actual call to the function foo that B<xsubpp> generates would look like this:
839
840         foo(&a, b);
841
842 B<xsubpp> will parse the following function argument lists identically:
843
844         char    &a
845         char&a
846         char    & a
847
848 However, to help ease understanding, it is suggested that you place a "&"
849 next to the variable name and away from the variable type), and place a
850 "*" near the variable type, but away from the variable name (as in the
851 call to foo above).  By doing so, it is easy to understand exactly what
852 will be passed to the C function -- it will be whatever is in the "last
853 column".
854
855 You should take great pains to try to pass the function the type of variable
856 it wants, when possible.  It will save you a lot of trouble in the long run.
857
858 =head2 The Argument Stack
859
860 If we look at any of the C code generated by any of the examples except
861 example 1, you will notice a number of references to ST(n), where n is
862 usually 0.  "ST" is actually a macro that points to the n'th argument
863 on the argument stack.  ST(0) is thus the first argument on the stack and
864 therefore the first argument passed to the XSUB, ST(1) is the second
865 argument, and so on.
866
867 When you list the arguments to the XSUB in the .xs file, that tells B<xsubpp>
868 which argument corresponds to which of the argument stack (i.e., the first
869 one listed is the first argument, and so on).  You invite disaster if you
870 do not list them in the same order as the function expects them.
871
872 The actual values on the argument stack are pointers to the values passed
873 in.  When an argument is listed as being an OUTPUT value, its corresponding
874 value on the stack (i.e., ST(0) if it was the first argument) is changed.
875 You can verify this by looking at the C code generated for Example 3.
876 The code for the round() XSUB routine contains lines that look like this:
877
878         double  arg = (double)SvNV(ST(0));
879         /* Round the contents of the variable arg */
880         sv_setnv(ST(0), (double)arg);
881
882 The arg variable is initially set by taking the value from ST(0), then is
883 stored back into ST(0) at the end of the routine.
884
885 XSUBs are also allowed to return lists, not just scalars.  This must be
886 done by manipulating stack values ST(0), ST(1), etc, in a subtly
887 different way.  See L<perlxs> for details.
888
889 XSUBs are also allowed to avoid automatic conversion of Perl function arguments
890 to C function arguments.  See L<perlxs> for details.  Some people prefer
891 manual conversion by inspecting C<ST(i)> even in the cases when automatic
892 conversion will do, arguing that this makes the logic of an XSUB call clearer.
893 Compare with L<"Getting the fat out of XSUBs"> for a similar tradeoff of
894 a complete separation of "Perl glue" and "workhorse" parts of an XSUB.
895
896 While experts may argue about these idioms, a novice to Perl guts may
897 prefer a way which is as little Perl-guts-specific as possible, meaning
898 automatic conversion and automatic call generation, as in
899 L<"Getting the fat out of XSUBs">.  This approach has the additional
900 benefit of protecting the XSUB writer from future changes to the Perl API.
901
902 =head2 Extending your Extension
903
904 Sometimes you might want to provide some extra methods or subroutines
905 to assist in making the interface between Perl and your extension simpler
906 or easier to understand.  These routines should live in the .pm file.
907 Whether they are automatically loaded when the extension itself is loaded
908 or only loaded when called depends on where in the .pm file the subroutine
909 definition is placed.  You can also consult L<Autoloader> for an alternate
910 way to store and load your extra subroutines.
911
912 =head2 Documenting your Extension
913
914 There is absolutely no excuse for not documenting your extension.
915 Documentation belongs in the .pm file.  This file will be fed to pod2man,
916 and the embedded documentation will be converted to the man page format,
917 then placed in the blib directory.  It will be copied to Perl's man
918 page directory when the extension is installed.
919
920 You may intersperse documentation and Perl code within the .pm file.
921 In fact, if you want to use method autoloading, you must do this,
922 as the comment inside the .pm file explains.
923
924 See L<perlpod> for more information about the pod format.
925
926 =head2 Installing your Extension
927
928 Once your extension is complete and passes all its tests, installing it
929 is quite simple: you simply run "make install".  You will either need 
930 to have write permission into the directories where Perl is installed,
931 or ask your system administrator to run the make for you.
932
933 Alternately, you can specify the exact directory to place the extension's
934 files by placing a "PREFIX=/destination/directory" after the make install.
935 (or in between the make and install if you have a brain-dead version of make).
936 This can be very useful if you are building an extension that will eventually
937 be distributed to multiple systems.  You can then just archive the files in
938 the destination directory and distribute them to your destination systems.
939
940 =head2 EXAMPLE 5
941
942 In this example, we'll do some more work with the argument stack.  The
943 previous examples have all returned only a single value.  We'll now
944 create an extension that returns an array.
945
946 This extension is very Unix-oriented (struct statfs and the statfs system
947 call).  If you are not running on a Unix system, you can substitute for
948 statfs any other function that returns multiple values, you can hard-code
949 values to be returned to the caller (although this will be a bit harder
950 to test the error case), or you can simply not do this example.  If you
951 change the XSUB, be sure to fix the test cases to match the changes.
952
953 Return to the Mytest directory and add the following code to the end of
954 Mytest.xs:
955
956         void
957         statfs(path)
958                 char *  path
959             INIT:
960                 int i;
961                 struct statfs buf;
962
963             PPCODE:
964                 i = statfs(path, &buf);
965                 if (i == 0) {
966                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_bavail)));
967                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_bfree)));
968                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_blocks)));
969                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_bsize)));
970                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_ffree)));
971                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_files)));
972                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_type)));
973                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_fsid[0])));
974                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_fsid[1])));
975                 } else {
976                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(errno)));
977                 }
978
979 You'll also need to add the following code to the top of the .xs file, just
980 after the include of "XSUB.h":
981
982         #include <sys/vfs.h>
983
984 Also add the following code segment to test.pl while incrementing the "1..9"
985 string in the BEGIN block to "1..11":
986
987         @a = &Mytest::statfs("/blech");
988         print ((scalar(@a) == 1 && $a[0] == 2) ? "ok 10\n" : "not ok 10\n");
989         @a = &Mytest::statfs("/");
990         print scalar(@a) == 9 ? "ok 11\n" : "not ok 11\n";
991
992 =head2 New Things in this Example
993
994 This example added quite a few new concepts.  We'll take them one at a time.
995
996 =over 4
997
998 =item *
999
1000 The INIT: directive contains code that will be placed immediately after
1001 the argument stack is decoded.  C does not allow variable declarations at
1002 arbitrary locations inside a function,
1003 so this is usually the best way to declare local variables needed by the XSUB.
1004 (Alternatively, one could put the whole C<PPCODE:> section into braces, and
1005 put these declarations on top.)
1006
1007 =item *
1008
1009 This routine also returns a different number of arguments depending on the
1010 success or failure of the call to statfs.  If there is an error, the error
1011 number is returned as a single-element array.  If the call is successful,
1012 then a 9-element array is returned.  Since only one argument is passed into
1013 this function, we need room on the stack to hold the 9 values which may be
1014 returned.
1015
1016 We do this by using the PPCODE: directive, rather than the CODE: directive.
1017 This tells B<xsubpp> that we will be managing the return values that will be
1018 put on the argument stack by ourselves.
1019
1020 =item *
1021
1022 When we want to place values to be returned to the caller onto the stack,
1023 we use the series of macros that begin with "XPUSH".  There are five
1024 different versions, for placing integers, unsigned integers, doubles,
1025 strings, and Perl scalars on the stack.  In our example, we placed a
1026 Perl scalar onto the stack.  (In fact this is the only macro which
1027 can be used to return multiple values.)
1028
1029 The XPUSH* macros will automatically extend the return stack to prevent
1030 it from being overrun.  You push values onto the stack in the order you
1031 want them seen by the calling program.
1032
1033 =item *
1034
1035 The values pushed onto the return stack of the XSUB are actually mortal SV's.
1036 They are made mortal so that once the values are copied by the calling
1037 program, the SV's that held the returned values can be deallocated.
1038 If they were not mortal, then they would continue to exist after the XSUB
1039 routine returned, but would not be accessible.  This is a memory leak.
1040
1041 =item *
1042
1043 If we were interested in performance, not in code compactness, in the success
1044 branch we would not use C<XPUSHs> macros, but C<PUSHs> macros, and would
1045 pre-extend the stack before pushing the return values:
1046
1047         EXTEND(SP, 9);
1048
1049 The tradeoff is that one needs to calculate the number of return values
1050 in advance (though overextending the stack will not typically hurt
1051 anything but memory consumption).
1052
1053 Similarly, in the failure branch we could use C<PUSHs> I<without> extending
1054 the stack: the Perl function reference comes to an XSUB on the stack, thus
1055 the stack is I<always> large enough to take one return value.
1056
1057 =back
1058
1059 =head2 EXAMPLE 6 (Coming Soon)
1060
1061 Passing in and returning references to arrays and/or hashes
1062
1063 =head2 EXAMPLE 7 (Coming Soon)
1064
1065 XPUSH args AND set RETVAL AND assign return value to array
1066
1067 =head2 EXAMPLE 8 (Coming Soon)
1068
1069 Setting $!
1070
1071 =head2 EXAMPLE 9 (Coming Soon)
1072
1073 Getting fd's from filehandles
1074
1075 =head2 Troubleshooting these Examples
1076
1077 As mentioned at the top of this document, if you are having problems with
1078 these example extensions, you might see if any of these help you.
1079
1080 =over 4
1081
1082 =item *
1083
1084 In versions of 5.002 prior to the gamma version, the test script in Example
1085 1 will not function properly.  You need to change the "use lib" line to
1086 read:
1087
1088         use lib './blib';
1089
1090 =item *
1091
1092 In versions of 5.002 prior to version 5.002b1h, the test.pl file was not
1093 automatically created by h2xs.  This means that you cannot say "make test"
1094 to run the test script.  You will need to add the following line before the
1095 "use extension" statement:
1096
1097         use lib './blib';
1098
1099 =item *
1100
1101 In versions 5.000 and 5.001, instead of using the above line, you will need
1102 to use the following line:
1103
1104         BEGIN { unshift(@INC, "./blib") }
1105
1106 =item *
1107
1108 This document assumes that the executable named "perl" is Perl version 5.  
1109 Some systems may have installed Perl version 5 as "perl5".
1110
1111 =back
1112
1113 =head1 See also
1114
1115 For more information, consult L<perlguts>, L<perlxs>, L<perlmod>,
1116 and L<perlpod>.
1117
1118 =head1 Author
1119
1120 Jeff Okamoto <F<okamoto@corp.hp.com>>
1121
1122 Reviewed and assisted by Dean Roehrich, Ilya Zakharevich, Andreas Koenig,
1123 and Tim Bunce.
1124
1125 =head2 Last Changed
1126
1127 1999/11/30