35edd05ac041a383ca5ff54b658b2d1963cf4409
[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
118         require Exporter;
119         require DynaLoader;
120
121         our @ISA = qw(Exporter DynaLoader);
122         # Items to export into callers namespace by default. Note: do not export
123         # names by default without a very good reason. Use EXPORT_OK instead.
124         # Do not simply export all your public functions/methods/constants.
125         our @EXPORT = qw(
126
127         );
128         our $VERSION = '0.01';
129
130         bootstrap Mytest $VERSION;
131
132         # Preloaded methods go here.
133
134         # Autoload methods go after __END__, and are processed by the autosplit program.
135
136         1;
137         __END__
138         # Below is the stub of documentation for your module. You better edit it!
139
140 The rest of the .pm file contains sample code for providing documentation for
141 the extension.
142
143 Finally, the Mytest.xs file should look something like this:
144
145         #include "EXTERN.h"
146         #include "perl.h"
147         #include "XSUB.h"
148
149         MODULE = Mytest         PACKAGE = Mytest
150
151 Let's edit the .xs file by adding this to the end of the file:
152
153         void
154         hello()
155             CODE:
156                 printf("Hello, world!\n");
157
158 It is okay for the lines starting at the "CODE:" line to not be indented.
159 However, for readability purposes, it is suggested that you indent CODE:
160 one level and the lines following one more level.
161
162 Now we'll run "C<perl Makefile.PL>".  This will create a real Makefile,
163 which make needs.  Its output looks something like:
164
165         % perl Makefile.PL
166         Checking if your kit is complete...
167         Looks good
168         Writing Makefile for Mytest
169         %
170
171 Now, running make will produce output that looks something like this (some
172 long lines have been shortened for clarity and some extraneous lines have
173 been deleted):
174
175         % make
176         umask 0 && cp Mytest.pm ./blib/Mytest.pm
177         perl xsubpp -typemap typemap Mytest.xs >Mytest.tc && mv Mytest.tc Mytest.c
178         Please specify prototyping behavior for Mytest.xs (see perlxs manual)
179         cc -c Mytest.c
180         Running Mkbootstrap for Mytest ()
181         chmod 644 Mytest.bs
182         LD_RUN_PATH="" ld -o ./blib/PA-RISC1.1/auto/Mytest/Mytest.sl -b Mytest.o
183         chmod 755 ./blib/PA-RISC1.1/auto/Mytest/Mytest.sl
184         cp Mytest.bs ./blib/PA-RISC1.1/auto/Mytest/Mytest.bs
185         chmod 644 ./blib/PA-RISC1.1/auto/Mytest/Mytest.bs
186         Manifying ./blib/man3/Mytest.3
187         %
188
189 You can safely ignore the line about "prototyping behavior".
190
191 If you are on a Win32 system, and the build process fails with linker
192 errors for functions in the C library, check if your Perl is configured
193 to use PerlCRT (running B<perl -V:libc> should show you if this is the
194 case).  If Perl is configured to use PerlCRT, you have to make sure
195 PerlCRT.lib is copied to the same location that msvcrt.lib lives in,
196 so that the compiler can find it on its own.  msvcrt.lib is usually
197 found in the Visual C compiler's lib directory (e.g. C:/DevStudio/VC/lib).
198
199 Perl has its own special way of easily writing test scripts, but for this
200 example only, we'll create our own test script.  Create a file called hello
201 that looks like this:
202
203         #! /opt/perl5/bin/perl
204         
205         use ExtUtils::testlib;
206         
207         use Mytest;
208         
209         Mytest::hello();
210
211 Now we make the script executable (C<chmod -x hello>), run the script
212 and we should see the following output:
213
214         % ./hello
215         Hello, world!
216         %
217
218 =head2 EXAMPLE 2
219
220 Now let's add to our extension a subroutine that will take a single numeric
221 argument as input and return 0 if the number is even or 1 if the number
222 is odd.
223
224 Add the following to the end of Mytest.xs:
225
226         int
227         is_even(input)
228                 int     input
229             CODE:
230                 RETVAL = (input % 2 == 0);
231             OUTPUT:
232                 RETVAL
233
234 There does not need to be white space at the start of the "C<int input>"
235 line, but it is useful for improving readability.  Placing a semi-colon at
236 the end of that line is also optional.  Any amount and kind of white space
237 may be placed between the "C<int>" and "C<input>".
238
239 Now re-run make to rebuild our new shared library.
240
241 Now perform the same steps as before, generating a Makefile from the
242 Makefile.PL file, and running make.
243
244 In order to test that our extension works, we now need to look at the
245 file test.pl.  This file is set up to imitate the same kind of testing
246 structure that Perl itself has.  Within the test script, you perform a
247 number of tests to confirm the behavior of the extension, printing "ok"
248 when the test is correct, "not ok" when it is not.  Change the print
249 statement in the BEGIN block to print "1..4", and add the following code
250 to the end of the file:
251
252         print &Mytest::is_even(0) == 1 ? "ok 2" : "not ok 2", "\n";
253         print &Mytest::is_even(1) == 0 ? "ok 3" : "not ok 3", "\n";
254         print &Mytest::is_even(2) == 1 ? "ok 4" : "not ok 4", "\n";
255
256 We will be calling the test script through the command "C<make test>".  You
257 should see output that looks something like this:
258
259         % make test
260         PERL_DL_NONLAZY=1 /opt/perl5.004/bin/perl (lots of -I arguments) test.pl
261         1..4
262         ok 1
263         ok 2
264         ok 3
265         ok 4
266         %
267
268 =head2 What has gone on?
269
270 The program h2xs is the starting point for creating extensions.  In later
271 examples we'll see how we can use h2xs to read header files and generate
272 templates to connect to C routines.
273
274 h2xs creates a number of files in the extension directory.  The file
275 Makefile.PL is a perl script which will generate a true Makefile to build
276 the extension.  We'll take a closer look at it later.
277
278 The .pm and .xs files contain the meat of the extension.  The .xs file holds
279 the C routines that make up the extension.  The .pm file contains routines
280 that tell Perl how to load your extension.
281
282 Generating the Makefile and running C<make> created a directory called blib
283 (which stands for "build library") in the current working directory.  This
284 directory will contain the shared library that we will build.  Once we have
285 tested it, we can install it into its final location.
286
287 Invoking the test script via "C<make test>" did something very important.
288 It invoked perl with all those C<-I> arguments so that it could find the
289 various files that are part of the extension.  It is I<very> important that
290 while you are still testing extensions that you use "C<make test>".  If you
291 try to run the test script all by itself, you will get a fatal error.
292 Another reason it is important to use "C<make test>" to run your test
293 script is that if you are testing an upgrade to an already-existing version,
294 using "C<make test>" insures that you will test your new extension, not the
295 already-existing version.
296
297 When Perl sees a C<use extension;>, it searches for a file with the same name
298 as the C<use>'d extension that has a .pm suffix.  If that file cannot be found,
299 Perl dies with a fatal error.  The default search path is contained in the
300 C<@INC> array.
301
302 In our case, Mytest.pm tells perl that it will need the Exporter and Dynamic
303 Loader extensions.  It then sets the C<@ISA> and C<@EXPORT> arrays and the
304 C<$VERSION> scalar; finally it tells perl to bootstrap the module.  Perl
305 will call its dynamic loader routine (if there is one) and load the shared
306 library.
307
308 The two arrays C<@ISA> and C<@EXPORT> are very important.  The C<@ISA>
309 array contains a list of other packages in which to search for methods (or
310 subroutines) that do not exist in the current package.  This is usually
311 only important for object-oriented extensions (which we will talk about
312 much later), and so usually doesn't need to be modified.
313
314 The C<@EXPORT> array tells Perl which of the extension's variables and
315 subroutines should be placed into the calling package's namespace.  Because
316 you don't know if the user has already used your variable and subroutine
317 names, it's vitally important to carefully select what to export.  Do I<not>
318 export method or variable names I<by default> without a good reason.
319
320 As a general rule, if the module is trying to be object-oriented then don't
321 export anything.  If it's just a collection of functions and variables, then
322 you can export them via another array, called C<@EXPORT_OK>.  This array
323 does not automatically place its subroutine and variable names into the
324 namespace unless the user specifically requests that this be done.
325
326 See L<perlmod> for more information.
327
328 The C<$VERSION> variable is used to ensure that the .pm file and the shared
329 library are "in sync" with each other.  Any time you make changes to
330 the .pm or .xs files, you should increment the value of this variable.
331
332 =head2 Writing good test scripts
333
334 The importance of writing good test scripts cannot be overemphasized.  You
335 should closely follow the "ok/not ok" style that Perl itself uses, so that
336 it is very easy and unambiguous to determine the outcome of each test case.
337 When you find and fix a bug, make sure you add a test case for it.
338
339 By running "C<make test>", you ensure that your test.pl script runs and uses
340 the correct version of your extension.  If you have many test cases, you
341 might want to copy Perl's test style.  Create a directory named "t" in the
342 extension's directory and append the suffix ".t" to the names of your test
343 files.  When you run "C<make test>", all of these test files will be executed.
344
345 =head2 EXAMPLE 3
346
347 Our third extension will take one argument as its input, round off that
348 value, and set the I<argument> to the rounded value.
349
350 Add the following to the end of Mytest.xs:
351
352         void
353         round(arg)
354                 double  arg
355             CODE:
356                 if (arg > 0.0) {
357                         arg = floor(arg + 0.5);
358                 } else if (arg < 0.0) {
359                         arg = ceil(arg - 0.5);
360                 } else {
361                         arg = 0.0;
362                 }
363             OUTPUT:
364                 arg
365
366 Edit the Makefile.PL file so that the corresponding line looks like this:
367
368         'LIBS'      => ['-lm'],   # e.g., '-lm'
369
370 Generate the Makefile and run make.  Change the BEGIN block to print
371 "1..9" and add the following to test.pl:
372
373         $i = -1.5; &Mytest::round($i); print $i == -2.0 ? "ok 5" : "not ok 5", "\n";
374         $i = -1.1; &Mytest::round($i); print $i == -1.0 ? "ok 6" : "not ok 6", "\n";
375         $i = 0.0; &Mytest::round($i); print $i == 0.0 ? "ok 7" : "not ok 7", "\n";
376         $i = 0.5; &Mytest::round($i); print $i == 1.0 ? "ok 8" : "not ok 8", "\n";
377         $i = 1.2; &Mytest::round($i); print $i == 1.0 ? "ok 9" : "not ok 9", "\n";
378
379 Running "C<make test>" should now print out that all nine tests are okay.
380
381 Notice that in these new test cases, the argument passed to round was a
382 scalar variable.  You might be wondering if you can round a constant or
383 literal.  To see what happens, temporarily add the following line to test.pl:
384
385         &Mytest::round(3);
386
387 Run "C<make test>" and notice that Perl dies with a fatal error.  Perl won't
388 let you change the value of constants!
389
390 =head2 What's new here?
391
392 =over 4
393
394 =item *
395
396 We've made some changes to Makefile.PL.  In this case, we've specified an
397 extra library to be linked into the extension's shared library, the math
398 library libm in this case.  We'll talk later about how to write XSUBs that
399 can call every routine in a library.
400
401 =item *
402
403 The value of the function is not being passed back as the function's return
404 value, but by changing the value of the variable that was passed into the
405 function.  You might have guessed that when you saw that the return value
406 of round is of type "void".
407
408 =back
409
410 =head2 Input and Output Parameters
411
412 You specify the parameters that will be passed into the XSUB on the line(s)
413 after you declare the function's return value and name.  Each input parameter
414 line starts with optional white space, and may have an optional terminating
415 semicolon.
416
417 The list of output parameters occurs at the very end of the function, just
418 before after the OUTPUT: directive.  The use of RETVAL tells Perl that you
419 wish to send this value back as the return value of the XSUB function.  In
420 Example 3, we wanted the "return value" placed in the original variable
421 which we passed in, so we listed it (and not RETVAL) in the OUTPUT: section.
422
423 =head2 The XSUBPP Program
424
425 The B<xsubpp> program takes the XS code in the .xs file and translates it into
426 C code, placing it in a file whose suffix is .c.  The C code created makes
427 heavy use of the C functions within Perl.
428
429 =head2 The TYPEMAP file
430
431 The B<xsubpp> program uses rules to convert from Perl's data types (scalar,
432 array, etc.) to C's data types (int, char, etc.).  These rules are stored
433 in the typemap file ($PERLLIB/ExtUtils/typemap).  This file is split into
434 three parts.
435
436 The first section maps various C data types to a name, which corresponds
437 somewhat with the various Perl types.  The second section contains C code
438 which B<xsubpp> uses to handle input parameters.  The third section contains
439 C code which B<xsubpp> uses to handle output parameters.
440
441 Let's take a look at a portion of the .c file created for our extension.
442 The file name is Mytest.c:
443
444         XS(XS_Mytest_round)
445         {
446             dXSARGS;
447             if (items != 1)
448                 croak("Usage: Mytest::round(arg)");
449             {
450                 double  arg = (double)SvNV(ST(0));      /* XXXXX */
451                 if (arg > 0.0) {
452                         arg = floor(arg + 0.5);
453                 } else if (arg < 0.0) {
454                         arg = ceil(arg - 0.5);
455                 } else {
456                         arg = 0.0;
457                 }
458                 sv_setnv(ST(0), (double)arg);   /* XXXXX */
459             }
460             XSRETURN(1);
461         }
462
463 Notice the two lines commented with "XXXXX".  If you check the first section
464 of the typemap file, you'll see that doubles are of type T_DOUBLE.  In the
465 INPUT section, an argument that is T_DOUBLE is assigned to the variable
466 arg by calling the routine SvNV on something, then casting it to double,
467 then assigned to the variable arg.  Similarly, in the OUTPUT section,
468 once arg has its final value, it is passed to the sv_setnv function to
469 be passed back to the calling subroutine.  These two functions are explained
470 in L<perlguts>; we'll talk more later about what that "ST(0)" means in the
471 section on the argument stack.
472
473 =head2 Warning about Output Arguments
474
475 In general, it's not a good idea to write extensions that modify their input
476 parameters, as in Example 3.  Instead, you should probably return multiple
477 values in an array and let the caller handle them (we'll do this in a later
478 example).  However, in order to better accomodate calling pre-existing C
479 routines, which often do modify their input parameters, this behavior is
480 tolerated.
481
482 =head2 EXAMPLE 4
483
484 In this example, we'll now begin to write XSUBs that will interact with
485 pre-defined C libraries.  To begin with, we will build a small library of
486 our own, then let h2xs write our .pm and .xs files for us.
487
488 Create a new directory called Mytest2 at the same level as the directory
489 Mytest.  In the Mytest2 directory, create another directory called mylib,
490 and cd into that directory.
491
492 Here we'll create some files that will generate a test library.  These will
493 include a C source file and a header file.  We'll also create a Makefile.PL
494 in this directory.  Then we'll make sure that running make at the Mytest2
495 level will automatically run this Makefile.PL file and the resulting Makefile.
496
497 In the mylib directory, create a file mylib.h that looks like this:
498
499         #define TESTVAL 4
500
501         extern double   foo(int, long, const char*);
502
503 Also create a file mylib.c that looks like this:
504
505         #include <stdlib.h>
506         #include "./mylib.h"
507         
508         double
509         foo(int a, long b, const char *c)
510         {
511                 return (a + b + atof(c) + TESTVAL);
512         }
513
514 And finally create a file Makefile.PL that looks like this:
515
516         use ExtUtils::MakeMaker;
517         $Verbose = 1;
518         WriteMakefile(
519             NAME   => 'Mytest2::mylib',
520             SKIP   => [qw(all static static_lib dynamic dynamic_lib)],
521             clean  => {'FILES' => 'libmylib$(LIBEEXT)'},
522         );
523
524
525         sub MY::top_targets {
526                 '
527         all :: static
528
529         pure_all :: static
530
531         static ::       libmylib$(LIB_EXT)
532
533         libmylib$(LIB_EXT): $(O_FILES)
534                 $(AR) cr libmylib$(LIB_EXT) $(O_FILES)
535                 $(RANLIB) libmylib$(LIB_EXT)
536
537         ';
538         }
539
540 Make sure you use a tab and not spaces on the lines beginning with "$(AR)"
541 and "$(RANLIB)".  Make will not function properly if you use spaces.
542 It has also been reported that the "cr" argument to $(AR) is unnecessary
543 on Win32 systems.
544
545 We will now create the main top-level Mytest2 files.  Change to the directory
546 above Mytest2 and run the following command:
547
548         % h2xs -O -n Mytest2 ./Mytest2/mylib/mylib.h
549
550 This will print out a warning about overwriting Mytest2, but that's okay.
551 Our files are stored in Mytest2/mylib, and will be untouched.
552
553 The normal Makefile.PL that h2xs generates doesn't know about the mylib
554 directory.  We need to tell it that there is a subdirectory and that we
555 will be generating a library in it.  Let's add the argument MYEXTLIB to
556 the WriteMakefile call so that it looks like this:
557
558         WriteMakefile(
559             'NAME'      => 'Mytest2',
560             'VERSION_FROM' => 'Mytest2.pm', # finds $VERSION
561             'LIBS'      => [''],   # e.g., '-lm'
562             'DEFINE'    => '',     # e.g., '-DHAVE_SOMETHING'
563             'INC'       => '',     # e.g., '-I/usr/include/other'
564             'MYEXTLIB' => 'mylib/libmylib$(LIB_EXT)',
565         );
566
567 and then at the end add a subroutine (which will override the pre-existing
568 subroutine).  Remember to use a tab character to indent the line beginning
569 with "cd"!
570
571         sub MY::postamble {
572         '
573         $(MYEXTLIB): mylib/Makefile
574                 cd mylib && $(MAKE) $(PASSTHRU)
575         ';
576         }
577
578 Let's also fix the MANIFEST file so that it accurately reflects the contents
579 of our extension.  The single line that says "mylib" should be replaced by
580 the following three lines:
581
582         mylib/Makefile.PL
583         mylib/mylib.c
584         mylib/mylib.h
585
586 To keep our namespace nice and unpolluted, edit the .pm file and change
587 the variable C<@EXPORT> to C<@EXPORT_OK>.  Finally, in the
588 .xs file, edit the #include line to read:
589
590         #include "mylib/mylib.h"
591
592 And also add the following function definition to the end of the .xs file:
593
594         double
595         foo(a,b,c)
596                 int             a
597                 long            b
598                 const char *    c
599             OUTPUT:
600                 RETVAL
601
602 Now we also need to create a typemap file because the default Perl doesn't
603 currently support the const char * type.  Create a file called typemap in
604 the Mytest2 directory and place the following in it:
605
606         const char *    T_PV
607
608 Now run perl on the top-level Makefile.PL.  Notice that it also created a
609 Makefile in the mylib directory.  Run make and watch that it does cd into
610 the mylib directory and run make in there as well.
611
612 Now edit the test.pl script and change the BEGIN block to print "1..4",
613 and add the following lines to the end of the script:
614
615         print &Mytest2::foo(1, 2, "Hello, world!") == 7 ? "ok 2\n" : "not ok 2\n";
616         print &Mytest2::foo(1, 2, "0.0") == 7 ? "ok 3\n" : "not ok 3\n";
617         print abs(&Mytest2::foo(0, 0, "-3.4") - 0.6) <= 0.01 ? "ok 4\n" : "not ok 4\n";
618
619 (When dealing with floating-point comparisons, it is best to not check for
620 equality, but rather that the difference between the expected and actual
621 result is below a certain amount (called epsilon) which is 0.01 in this case)
622
623 Run "C<make test>" and all should be well.
624
625 =head2 What has happened here?
626
627 Unlike previous examples, we've now run h2xs on a real include file.  This
628 has caused some extra goodies to appear in both the .pm and .xs files.
629
630 =over 4
631
632 =item *
633
634 In the .xs file, there's now a #include directive with the absolute path to
635 the mylib.h header file.  We changed this to a relative path so that we
636 could move the extension directory if we wanted to.
637
638 =item *
639
640 There's now some new C code that's been added to the .xs file.  The purpose
641 of the C<constant> routine is to make the values that are #define'd in the
642 header file accessible by the Perl script (by calling either C<TESTVAL> or
643 C<&Mytest2::TESTVAL>).  There's also some XS code to allow calls to the
644 C<constant> routine.
645
646 =item *
647
648 The .pm file originally exported the name C<TESTVAL> in the C<@EXPORT> array.
649 This could lead to name clashes.  A good rule of thumb is that if the #define
650 is only going to be used by the C routines themselves, and not by the user,
651 they should be removed from the C<@EXPORT> array.  Alternately, if you don't
652 mind using the "fully qualified name" of a variable, you could move most
653 or all of the items from the C<@EXPORT> array into the C<@EXPORT_OK> array.
654
655 =item *
656
657 If our include file had contained #include directives, these would not have
658 been processed by h2xs.  There is no good solution to this right now.
659
660 =item *
661
662 We've also told Perl about the library that we built in the mylib
663 subdirectory.  That required only the addition of the C<MYEXTLIB> variable
664 to the WriteMakefile call and the replacement of the postamble subroutine
665 to cd into the subdirectory and run make.  The Makefile.PL for the
666 library is a bit more complicated, but not excessively so.  Again we
667 replaced the postamble subroutine to insert our own code.  This code
668 simply specified that the library to be created here was a static archive
669 library (as opposed to a dynamically loadable library) and provided the
670 commands to build it.
671
672 =back
673
674 =head2 Anatomy of .xs file
675
676 The .xs file of L<"EXAMPLE 4"> contained some new elements.  To understand
677 the meaning of these elements, pay attention to the line which reads
678
679         MODULE = Mytest2                PACKAGE = Mytest2               
680
681 Anything before this line is plain C code which describes which headers
682 to include, and defines some convenience functions.  No translations are
683 performed on this part, it goes into the generated output C file as is.
684
685 Anything after this line is the description of XSUB functions.
686 These descriptions are translated by B<xsubpp> into C code which
687 implements these functions using Perl calling conventions, and which
688 makes these functions visible from Perl interpreter.
689
690 Pay a special attention to the function C<constant>.  This name appears
691 twice in the generated .xs file: once in the first part, as a static C
692 function, the another time in the second part, when an XSUB interface to
693 this static C function is defined.
694
695 This is quite typical for .xs files: usually the .xs file provides
696 an interface to an existing C function.  Then this C function is defined
697 somewhere (either in an external library, or in the first part of .xs file),
698 and a Perl interface to this function (i.e. "Perl glue") is described in the
699 second part of .xs file.  The situation in L<"EXAMPLE 1">, L<"EXAMPLE 2">,
700 and L<"EXAMPLE 3">, when all the work is done inside the "Perl glue", is
701 somewhat of an exception rather than the rule.
702
703 =head2 Getting the fat out of XSUBs
704
705 In L<"EXAMPLE 4"> the second part of .xs file contained the following
706 description of an XSUB:
707
708         double
709         foo(a,b,c)
710                 int             a
711                 long            b
712                 const char *    c
713             OUTPUT:
714                 RETVAL
715
716 Note that in contrast with L<"EXAMPLE 1">, L<"EXAMPLE 2"> and L<"EXAMPLE 3">,
717 this description does not contain the actual I<code> for what is done
718 is done during a call to Perl function foo().  To understand what is going
719 on here, one can add a CODE section to this XSUB:
720
721         double
722         foo(a,b,c)
723                 int             a
724                 long            b
725                 const char *    c
726             CODE:
727                 RETVAL = foo(a,b,c);
728             OUTPUT:
729                 RETVAL
730
731 However, these two XSUBs provide almost identical generated C code: B<xsubpp>
732 compiler is smart enough to figure out the C<CODE:> section from the first
733 two lines of the description of XSUB.  What about C<OUTPUT:> section?  In
734 fact, that is absolutely the same!  The C<OUTPUT:> section can be removed
735 as well, I<as far as C<CODE:> section or C<PPCODE:> section> is not
736 specified: B<xsubpp> can see that it needs to generate a function call
737 section, and will autogenerate the OUTPUT section too.  Thus one can
738 shortcut the XSUB to become:
739
740         double
741         foo(a,b,c)
742                 int             a
743                 long            b
744                 const char *    c
745
746 Can we do the same with an XSUB
747
748         int
749         is_even(input)
750                 int     input
751             CODE:
752                 RETVAL = (input % 2 == 0);
753             OUTPUT:
754                 RETVAL
755
756 of L<"EXAMPLE 2">?  To do this, one needs to define a C function C<int
757 is_even(int input)>.  As we saw in L<Anatomy of .xs file>, a proper place
758 for this definition is in the first part of .xs file.  In fact a C function
759
760         int
761         is_even(int arg)
762         {
763                 return (arg % 2 == 0);
764         }
765
766 is probably overkill for this.  Something as simple as a C<#define> will
767 do too:
768
769         #define is_even(arg)    ((arg) % 2 == 0)
770
771 After having this in the first part of .xs file, the "Perl glue" part becomes
772 as simple as
773
774         int
775         is_even(input)
776                 int     input
777
778 This technique of separation of the glue part from the workhorse part has
779 obvious tradeoffs: if you want to change a Perl interface, you need to
780 change two places in your code.  However, it removes a lot of clutter,
781 and makes the workhorse part independent from idiosyncrasies of Perl calling
782 convention.  (In fact, there is nothing Perl-specific in the above description,
783 a different version of B<xsubpp> might have translated this to TCL glue or
784 Python glue as well.)
785
786 =head2 More about XSUB arguments
787
788 With the completion of Example 4, we now have an easy way to simulate some
789 real-life libraries whose interfaces may not be the cleanest in the world.
790 We shall now continue with a discussion of the arguments passed to the
791 B<xsubpp> compiler.
792
793 When you specify arguments to routines in the .xs file, you are really
794 passing three pieces of information for each argument listed.  The first
795 piece is the order of that argument relative to the others (first, second,
796 etc).  The second is the type of argument, and consists of the type
797 declaration of the argument (e.g., int, char*, etc).  The third piece is
798 the calling convention for the argument in the call to the library function.  
799
800 While Perl passes arguments to functions by reference,
801 C passes arguments by value; to implement a C function which modifies data
802 of one of the "arguments", the actual argument of this C function would be
803 a pointer to the data.  Thus two C functions with declarations
804
805         int string_length(char *s);
806         int upper_case_char(char *cp);
807
808 may have completely different semantics: the first one may inspect an array
809 of chars pointed by s, and the second one may immediately dereference C<cp>
810 and manipulate C<*cp> only (using the return value as, say, a success
811 indicator).  From Perl one would use these functions in
812 a completely different manner.
813
814 One conveys this info to B<xsubpp> by replacing C<*> before the
815 argument by C<&>.  C<&> means that the argument should be passed to a library
816 function by its address.  The above two function may be XSUB-ified as
817
818         int
819         string_length(s)
820                 char *  s
821
822         int
823         upper_case_char(cp)
824                 char    &cp
825
826 For example, consider:
827
828         int
829         foo(a,b)
830                 char    &a
831                 char *  b
832
833 The first Perl argument to this function would be treated as a char and assigned
834 to the variable a, and its address would be passed into the function foo.
835 The second Perl argument would be treated as a string pointer and assigned to the
836 variable b.  The I<value> of b would be passed into the function foo.  The
837 actual call to the function foo that B<xsubpp> generates would look like this:
838
839         foo(&a, b);
840
841 B<xsubpp> will parse the following function argument lists identically:
842
843         char    &a
844         char&a
845         char    & a
846
847 However, to help ease understanding, it is suggested that you place a "&"
848 next to the variable name and away from the variable type), and place a
849 "*" near the variable type, but away from the variable name (as in the
850 call to foo above).  By doing so, it is easy to understand exactly what
851 will be passed to the C function -- it will be whatever is in the "last
852 column".
853
854 You should take great pains to try to pass the function the type of variable
855 it wants, when possible.  It will save you a lot of trouble in the long run.
856
857 =head2 The Argument Stack
858
859 If we look at any of the C code generated by any of the examples except
860 example 1, you will notice a number of references to ST(n), where n is
861 usually 0.  "ST" is actually a macro that points to the n'th argument
862 on the argument stack.  ST(0) is thus the first argument on the stack and
863 therefore the first argument passed to the XSUB, ST(1) is the second
864 argument, and so on.
865
866 When you list the arguments to the XSUB in the .xs file, that tells B<xsubpp>
867 which argument corresponds to which of the argument stack (i.e., the first
868 one listed is the first argument, and so on).  You invite disaster if you
869 do not list them in the same order as the function expects them.
870
871 The actual values on the argument stack are pointers to the values passed
872 in.  When an argument is listed as being an OUTPUT value, its corresponding
873 value on the stack (i.e., ST(0) if it was the first argument) is changed.
874 You can verify this by looking at the C code generated for Example 3.
875 The code for the round() XSUB routine contains lines that look like this:
876
877         double  arg = (double)SvNV(ST(0));
878         /* Round the contents of the variable arg */
879         sv_setnv(ST(0), (double)arg);
880
881 The arg variable is initially set by taking the value from ST(0), then is
882 stored back into ST(0) at the end of the routine.
883
884 XSUBs are also allowed to return lists, not just scalars.  This must be
885 done by manipulating stack values ST(0), ST(1), etc, in a subtly
886 different way.  See L<perlxs> for details.
887
888 XSUBs are also allowed to avoid automatic conversion of Perl function arguments
889 to C function arguments.  See L<perlxs> for details.  Some people prefer
890 manual conversion by inspecting C<ST(i)> even in the cases when automatic
891 conversion will do, arguing that this makes the logic of an XSUB call clearer.
892 Compare with L<"Getting the fat out of XSUBs"> for a similar tradeoff of
893 a complete separation of "Perl glue" and "workhorse" parts of an XSUB.
894
895 While experts may argue about these idioms, a novice to Perl guts may
896 prefer a way which is as little Perl-guts-specific as possible, meaning
897 automatic conversion and automatic call generation, as in
898 L<"Getting the fat out of XSUBs">.  This approach has the additional
899 benefit of protecting the XSUB writer from future changes to the Perl API.
900
901 =head2 Extending your Extension
902
903 Sometimes you might want to provide some extra methods or subroutines
904 to assist in making the interface between Perl and your extension simpler
905 or easier to understand.  These routines should live in the .pm file.
906 Whether they are automatically loaded when the extension itself is loaded
907 or only loaded when called depends on where in the .pm file the subroutine
908 definition is placed.  You can also consult L<Autoloader> for an alternate
909 way to store and load your extra subroutines.
910
911 =head2 Documenting your Extension
912
913 There is absolutely no excuse for not documenting your extension.
914 Documentation belongs in the .pm file.  This file will be fed to pod2man,
915 and the embedded documentation will be converted to the man page format,
916 then placed in the blib directory.  It will be copied to Perl's man
917 page directory when the extension is installed.
918
919 You may intersperse documentation and Perl code within the .pm file.
920 In fact, if you want to use method autoloading, you must do this,
921 as the comment inside the .pm file explains.
922
923 See L<perlpod> for more information about the pod format.
924
925 =head2 Installing your Extension
926
927 Once your extension is complete and passes all its tests, installing it
928 is quite simple: you simply run "make install".  You will either need 
929 to have write permission into the directories where Perl is installed,
930 or ask your system administrator to run the make for you.
931
932 Alternately, you can specify the exact directory to place the extension's
933 files by placing a "PREFIX=/destination/directory" after the make install.
934 (or in between the make and install if you have a brain-dead version of make).
935 This can be very useful if you are building an extension that will eventually
936 be distributed to multiple systems.  You can then just archive the files in
937 the destination directory and distribute them to your destination systems.
938
939 =head2 EXAMPLE 5
940
941 In this example, we'll do some more work with the argument stack.  The
942 previous examples have all returned only a single value.  We'll now
943 create an extension that returns an array.
944
945 This extension is very Unix-oriented (struct statfs and the statfs system
946 call).  If you are not running on a Unix system, you can substitute for
947 statfs any other function that returns multiple values, you can hard-code
948 values to be returned to the caller (although this will be a bit harder
949 to test the error case), or you can simply not do this example.  If you
950 change the XSUB, be sure to fix the test cases to match the changes.
951
952 Return to the Mytest directory and add the following code to the end of
953 Mytest.xs:
954
955         void
956         statfs(path)
957                 char *  path
958             INIT:
959                 int i;
960                 struct statfs buf;
961
962             PPCODE:
963                 i = statfs(path, &buf);
964                 if (i == 0) {
965                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_bavail)));
966                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_bfree)));
967                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_blocks)));
968                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_bsize)));
969                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_ffree)));
970                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_files)));
971                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_type)));
972                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_fsid[0])));
973                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_fsid[1])));
974                 } else {
975                         XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(errno)));
976                 }
977
978 You'll also need to add the following code to the top of the .xs file, just
979 after the include of "XSUB.h":
980
981         #include <sys/vfs.h>
982
983 Also add the following code segment to test.pl while incrementing the "1..9"
984 string in the BEGIN block to "1..11":
985
986         @a = &Mytest::statfs("/blech");
987         print ((scalar(@a) == 1 && $a[0] == 2) ? "ok 10\n" : "not ok 10\n");
988         @a = &Mytest::statfs("/");
989         print scalar(@a) == 9 ? "ok 11\n" : "not ok 11\n";
990
991 =head2 New Things in this Example
992
993 This example added quite a few new concepts.  We'll take them one at a time.
994
995 =over 4
996
997 =item *
998
999 The INIT: directive contains code that will be placed immediately after
1000 the argument stack is decoded.  C does not allow variable declarations at
1001 arbitrary locations inside a function,
1002 so this is usually the best way to declare local variables needed by the XSUB.
1003 (Alternatively, one could put the whole C<PPCODE:> section into braces, and
1004 put these declarations on top.)
1005
1006 =item *
1007
1008 This routine also returns a different number of arguments depending on the
1009 success or failure of the call to statfs.  If there is an error, the error
1010 number is returned as a single-element array.  If the call is successful,
1011 then a 9-element array is returned.  Since only one argument is passed into
1012 this function, we need room on the stack to hold the 9 values which may be
1013 returned.
1014
1015 We do this by using the PPCODE: directive, rather than the CODE: directive.
1016 This tells B<xsubpp> that we will be managing the return values that will be
1017 put on the argument stack by ourselves.
1018
1019 =item *
1020
1021 When we want to place values to be returned to the caller onto the stack,
1022 we use the series of macros that begin with "XPUSH".  There are five
1023 different versions, for placing integers, unsigned integers, doubles,
1024 strings, and Perl scalars on the stack.  In our example, we placed a
1025 Perl scalar onto the stack.  (In fact this is the only macro which
1026 can be used to return multiple values.)
1027
1028 The XPUSH* macros will automatically extend the return stack to prevent
1029 it from being overrun.  You push values onto the stack in the order you
1030 want them seen by the calling program.
1031
1032 =item *
1033
1034 The values pushed onto the return stack of the XSUB are actually mortal SV's.
1035 They are made mortal so that once the values are copied by the calling
1036 program, the SV's that held the returned values can be deallocated.
1037 If they were not mortal, then they would continue to exist after the XSUB
1038 routine returned, but would not be accessible.  This is a memory leak.
1039
1040 =item *
1041
1042 If we were interested in performance, not in code compactness, in the success
1043 branch we would not use C<XPUSHs> macros, but C<PUSHs> macros, and would
1044 pre-extend the stack before pushing the return values:
1045
1046         EXTEND(SP, 9);
1047
1048 The tradeoff is that one needs to calculate the number of return values
1049 in advance (though overextending the stack will not typically hurt
1050 anything but memory consumption).
1051
1052 Similarly, in the failure branch we could use C<PUSHs> I<without> extending
1053 the stack: the Perl function reference comes to an XSUB on the stack, thus
1054 the stack is I<always> large enough to take one return value.
1055
1056 =back
1057
1058 =head2 EXAMPLE 6 (Coming Soon)
1059
1060 Passing in and returning references to arrays and/or hashes
1061
1062 =head2 EXAMPLE 7 (Coming Soon)
1063
1064 XPUSH args AND set RETVAL AND assign return value to array
1065
1066 =head2 EXAMPLE 8 (Coming Soon)
1067
1068 Setting $!
1069
1070 =head2 EXAMPLE 9 (Coming Soon)
1071
1072 Getting fd's from filehandles
1073
1074 =head2 Troubleshooting these Examples
1075
1076 As mentioned at the top of this document, if you are having problems with
1077 these example extensions, you might see if any of these help you.
1078
1079 =over 4
1080
1081 =item *
1082
1083 In versions of 5.002 prior to the gamma version, the test script in Example
1084 1 will not function properly.  You need to change the "use lib" line to
1085 read:
1086
1087         use lib './blib';
1088
1089 =item *
1090
1091 In versions of 5.002 prior to version 5.002b1h, the test.pl file was not
1092 automatically created by h2xs.  This means that you cannot say "make test"
1093 to run the test script.  You will need to add the following line before the
1094 "use extension" statement:
1095
1096         use lib './blib';
1097
1098 =item *
1099
1100 In versions 5.000 and 5.001, instead of using the above line, you will need
1101 to use the following line:
1102
1103         BEGIN { unshift(@INC, "./blib") }
1104
1105 =item *
1106
1107 This document assumes that the executable named "perl" is Perl version 5.  
1108 Some systems may have installed Perl version 5 as "perl5".
1109
1110 =back
1111
1112 =head1 See also
1113
1114 For more information, consult L<perlguts>, L<perlxs>, L<perlmod>,
1115 and L<perlpod>.
1116
1117 =head1 Author
1118
1119 Jeff Okamoto <F<okamoto@corp.hp.com>>
1120
1121 Reviewed and assisted by Dean Roehrich, Ilya Zakharevich, Andreas Koenig,
1122 and Tim Bunce.
1123
1124 =head2 Last Changed
1125
1126 1999/11/30