av.c apidoc
[p5sagit/p5-mst-13.2.git] / pod / perlhack.pod
index 5ecdf2c..4d2545d 100644 (file)
@@ -200,8 +200,25 @@ currently the Perforce program, see http://perforce.com/).  The
 pumpkings and a few others have access to the repository to check in
 changes.  Periodically the pumpking for the development version of Perl
 will release a new version, so the rest of the porters can see what's
-changed.  Plans are underway for a repository viewer, and for
-anonymous CVS access to the latest versions.
+changed.  The current state of the main trunk of repository, and patches
+that describe the individual changes that have happened since the last
+public release are available at this location:
+
+    ftp://ftp.linux.activestate.com/pub/staff/gsar/APC/
+
+Selective parts are also visible via the rsync protocol.  To get all
+the individual changes to the mainline since the last development
+release, use the following command:
+
+    rsync -avuz rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-diffs perl-diffs
+
+Use this to get the latest source tree in full:
+
+    rsync -avuz rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current perl-current
+
+Needless to say, the source code in perl-current is usually in a perpetual
+state of evolution.  You should expect it to be very buggy.  Do B<not> use
+it for any purpose other than testing and development.
 
 Always submit patches to I<perl5-porters@perl.org>.  This lets other
 porters review your patch, which catches a surprising number of errors
@@ -234,31 +251,6 @@ volunteers who test CPAN modules on a variety of platforms.  Perl Labs
 platforms and gives feedback to the CPAN testers mailing list.  Both
 efforts welcome volunteers.
 
-To become an active and patching Perl porter, you'll need to learn how
-Perl works on the inside.  Chip Salzenberg, a pumpking, has written
-articles on Perl internals for The Perl Journal
-(I<http://www.tpj.com/>) which explain how various parts of the Perl
-interpreter work.  The C<perlguts> manpage explains the internal data
-structures.  And, of course, the C source code (sometimes sparsely
-commented, sometimes commented well) is a great place to start (begin
-with C<perl.c> and see where it goes from there).  A lot of the style
-of the Perl source is explained in the I<Porting/pumpkin.pod> file in
-the source distribution.
-
-It is essential that you be comfortable using a good debugger
-(e.g. gdb, dbx) before you can patch perl.  Stepping through perl
-as it executes a script is perhaps the best (if sometimes tedious)
-way to gain a precise understanding of the overall architecture of
-the language.
-
-If you build a version of the Perl interpreter with C<-DDEBUGGING>,
-Perl's B<-D> commandline flag will cause copious debugging information
-to be emitted (see the C<perlrun> manpage).  If you build a version of
-Perl with compiler debugging information (e.g. with the C compiler's
-C<-g> option instead of C<-O>) then you can step through the execution
-of the interpreter with your favourite C symbolic debugger, setting
-breakpoints on particular functions.
-
 It's a good idea to read and lurk for a while before chipping in.
 That way you'll get to see the dynamic of the conversations, learn the
 personalities of the players, and hopefully be better prepared to make
@@ -268,6 +260,1074 @@ If after all this you still think you want to join the perl5-porters
 mailing list, send mail to I<perl5-porters-subscribe@perl.org>.  To
 unsubscribe, send mail to I<perl5-porters-unsubscribe@perl.org>.
 
+To hack on the Perl guts, you'll need to read the following things:
+
+=over 3
+
+=item L<perlguts>
+
+This is of paramount importance, since it's the documentation of what
+goes where in the Perl source. Read it over a couple of times and it
+might start to make sense - don't worry if it doesn't yet, because the
+best way to study it is to read it in conjunction with poking at Perl
+source, and we'll do that later on.
+
+You might also want to look at Gisle Aas's illustrated perlguts -
+there's no guarantee that this will be absolutely up-to-date with the
+latest documentation in the Perl core, but the fundamentals will be
+right. (http://gisle.aas.no/perl/illguts/)
+
+=item L<perlxstut> and L<perlxs>
+
+A working knowledge of XSUB programming is incredibly useful for core
+hacking; XSUBs use techniques drawn from the PP code, the portion of the
+guts that actually executes a Perl program. It's a lot gentler to learn
+those techniques from simple examples and explanation than from the core
+itself.
+
+=item L<perlapi>
+
+The documentation for the Perl API explains what some of the internal
+functions do, as well as the many macros used in the source.
+
+=item F<Porting/pumpkin.pod>
+
+This is a collection of words of wisdom for a Perl porter; some of it is
+only useful to the pumpkin holder, but most of it applies to anyone
+wanting to go about Perl development.
+
+=item The perl5-porters FAQ
+
+This is posted to perl5-porters at the beginning on every month, and
+should be available from http://perlhacker.org/p5p-faq; alternatively,
+you can get the FAQ emailed to you by sending mail to
+C<perl5-porters-faq@perl.org>. It contains hints on reading
+perl5-porters, information on how perl5-porters works and how Perl
+development in general works.
+
+=back
+
+=head2 Finding Your Way Around
+
+Perl maintenance can be split into a number of areas, and certain people
+(pumpkins) will have responsibility for each area. These areas sometimes
+correspond to files or directories in the source kit. Among the areas are:
+
+=over 3
+
+=item Core modules
+
+Modules shipped as part of the Perl core live in the F<lib/> and F<ext/>
+subdirectories: F<lib/> is for the pure-Perl modules, and F<ext/>
+contains the core XS modules.
+
+=item Documentation
+
+Documentation maintenance includes looking after everything in the
+F<pod/> directory, (as well as contributing new documentation) and
+the documentation to the modules in core.
+
+=item Configure
+
+The configure process is the way we make Perl portable across the
+myriad of operating systems it supports. Responsibility for the
+configure, build and installation process, as well as the overall
+portability of the core code rests with the configure pumpkin - others
+help out with individual operating systems.
+
+The files involved are the operating system directories, (F<win32/>,
+F<os2/>, F<vms/> and so on) the shell scripts which generate F<config.h>
+and F<Makefile>, as well as the metaconfig files which generate
+F<Configure>. (metaconfig isn't included in the core distribution.)
+
+=item Interpreter
+
+And of course, there's the core of the Perl interpreter itself. Let's
+have a look at that in a little more detail.
+
+=back
+
+Before we leave looking at the layout, though, don't forget that
+F<MANIFEST> contains not only the file names in the Perl distribution,
+but short descriptions of what's in them, too. For an overview of the
+important files, try this:
+
+    perl -lne 'print if /^[^\/]+\.[ch]\s+/' MANIFEST
+
+=head2 Elements of the interpreter
+
+The work of the interpreter has two main stages: compiling the code
+into the internal representation, or bytecode, and then executing it.
+L<perlguts/Compiled code> explains exactly how the compilation stage
+happens.
+
+Here is a short breakdown of perl's operation:
+
+=over 3
+
+=item Startup
+
+The action begins in F<perlmain.c>. (or F<miniperlmain.c> for miniperl)
+This is very high-level code, enough to fit on a single screen, and it
+resembles the code found in L<perlembed>; most of the real action takes
+place in F<perl.c>
+
+First, F<perlmain.c> allocates some memory and constructs a Perl
+interpreter:
+
+    1 PERL_SYS_INIT3(&argc,&argv,&env);
+    2
+    3 if (!PL_do_undump) {
+    4     my_perl = perl_alloc();
+    5     if (!my_perl)
+    6         exit(1);
+    7     perl_construct(my_perl);
+    8     PL_perl_destruct_level = 0;
+    9 }
+
+Line 1 is a macro, and its definition is dependent on your operating
+system. Line 3 references C<PL_do_undump>, a global variable - all
+global variables in Perl start with C<PL_>. This tells you whether the
+current running program was created with the C<-u> flag to perl and then
+F<undump>, which means it's going to be false in any sane context.
+
+Line 4 calls a function in F<perl.c> to allocate memory for a Perl
+interpreter. It's quite a simple function, and the guts of it looks like
+this:
+
+    my_perl = (PerlInterpreter*)PerlMem_malloc(sizeof(PerlInterpreter));
+
+Here you see an example of Perl's system abstraction, which we'll see
+later: C<PerlMem_malloc> is either your system's C<malloc>, or Perl's
+own C<malloc> as defined in F<malloc.c> if you selected that option at
+configure time.
+
+Next, in line 7, we construct the interpreter; this sets up all the
+special variables that Perl needs, the stacks, and so on.
+
+Now we pass Perl the command line options, and tell it to go:
+
+    exitstatus = perl_parse(my_perl, xs_init, argc, argv, (char **)NULL);
+    if (!exitstatus) {
+        exitstatus = perl_run(my_perl);
+    }
+
+
+C<perl_parse> is actually a wrapper around C<S_parse_body>, as defined
+in F<perl.c>, which processes the command line options, sets up any
+statically linked XS modules, opens the program and calls C<yyparse> to
+parse it.
+
+=item Parsing
+
+The aim of this stage is to take the Perl source, and turn it into an op
+tree. We'll see what one of those looks like later. Strictly speaking,
+there's three things going on here.
+
+C<yyparse>, the parser, lives in F<perly.c>, although you're better off
+reading the original YACC input in F<perly.y>. (Yes, Virginia, there
+B<is> a YACC grammar for Perl!) The job of the parser is to take your
+code and `understand' it, splitting it into sentences, deciding which
+operands go with which operators and so on.
+
+The parser is nobly assisted by the lexer, which chunks up your input
+into tokens, and decides what type of thing each token is: a variable
+name, an operator, a bareword, a subroutine, a core function, and so on.
+The main point of entry to the lexer is C<yylex>, and that and its
+associated routines can be found in F<toke.c>. Perl isn't much like
+other computer languages; it's highly context sensitive at times, it can
+be tricky to work out what sort of token something is, or where a token
+ends. As such, there's a lot of interplay between the tokeniser and the
+parser, which can get pretty frightening if you're not used to it.
+
+As the parser understands a Perl program, it builds up a tree of
+operations for the interpreter to perform during execution. The routines
+which construct and link together the various operations are to be found
+in F<op.c>, and will be examined later.
+
+=item Optimization
+
+Now the parsing stage is complete, and the finished tree represents
+the operations that the Perl interpreter needs to perform to execute our
+program. Next, Perl does a dry run over the tree looking for
+optimisations: constant expressions such as C<3 + 4> will be computed
+now, and the optimizer will also see if any multiple operations can be
+replaced with a single one. For instance, to fetch the variable C<$foo>,
+instead of grabbing the glob C<*foo> and looking at the scalar
+component, the optimizer fiddles the op tree to use a function which
+directly looks up the scalar in question. The main optimizer is C<peep>
+in F<op.c>, and many ops have their own optimizing functions.
+
+=item Running
+
+Now we're finally ready to go: we have compiled Perl byte code, and all
+that's left to do is run it. The actual execution is done by the
+C<runops_standard> function in F<run.c>; more specifically, it's done by
+these three innocent looking lines:
+
+    while ((PL_op = CALL_FPTR(PL_op->op_ppaddr)(aTHX))) {
+        PERL_ASYNC_CHECK();
+    }
+
+You may be more comfortable with the Perl version of that:
+
+    PERL_ASYNC_CHECK() while $Perl::op = &{$Perl::op->{function}};
+
+Well, maybe not. Anyway, each op contains a function pointer, which
+stipulates the function which will actually carry out the operation.
+This function will return the next op in the sequence - this allows for
+things like C<if> which choose the next op dynamically at run time.
+The C<PERL_ASYNC_CHECK> makes sure that things like signals interrupt
+execution if required.
+
+The actual functions called are known as PP code, and they're spread
+between four files: F<pp_hot.c> contains the `hot' code, which is most
+often used and highly optimized, F<pp_sys.c> contains all the
+system-specific functions, F<pp_ctl.c> contains the functions which
+implement control structures (C<if>, C<while> and the like) and F<pp.c>
+contains everything else. These are, if you like, the C code for Perl's
+built-in functions and operators.
+
+=back
+
+=head2 Internal Variable Types
+
+You should by now have had a look at L<perlguts>, which tells you about
+Perl's internal variable types: SVs, HVs, AVs and the rest. If not, do
+that now.
+
+These variables are used not only to represent Perl-space variables, but
+also any constants in the code, as well as some structures completely
+internal to Perl. The symbol table, for instance, is an ordinary Perl
+hash. Your code is represented by an SV as it's read into the parser;
+any program files you call are opened via ordinary Perl filehandles, and
+so on.
+
+The core L<Devel::Peek|Devel::Peek> module lets us examine SVs from a
+Perl program. Let's see, for instance, how Perl treats the constant
+C<"hello">.
+
+      % perl -MDevel::Peek -e 'Dump("hello")'
+    1 SV = PV(0xa041450) at 0xa04ecbc
+    2   REFCNT = 1
+    3   FLAGS = (POK,READONLY,pPOK)
+    4   PV = 0xa0484e0 "hello"\0
+    5   CUR = 5
+    6   LEN = 6
+
+Reading C<Devel::Peek> output takes a bit of practise, so let's go
+through it line by line.
+
+Line 1 tells us we're looking at an SV which lives at C<0xa04ecbc> in
+memory. SVs themselves are very simple structures, but they contain a
+pointer to a more complex structure. In this case, it's a PV, a
+structure which holds a string value, at location C<0xa041450>.  Line 2
+is the reference count; there are no other references to this data, so
+it's 1.
+
+Line 3 are the flags for this SV - it's OK to use it as a PV, it's a
+read-only SV (because it's a constant) and the data is a PV internally.
+Next we've got the contents of the string, starting at location
+C<0xa0484e0>.
+
+Line 5 gives us the current length of the string - note that this does
+B<not> include the null terminator. Line 6 is not the length of the
+string, but the length of the currently allocated buffer; as the string
+grows, Perl automatically extends the available storage via a routine
+called C<SvGROW>.
+
+You can get at any of these quantities from C very easily; just add
+C<Sv> to the name of the field shown in the snippet, and you've got a
+macro which will return the value: C<SvCUR(sv)> returns the current
+length of the string, C<SvREFCOUNT(sv)> returns the reference count,
+C<SvPV(sv, len)> returns the string itself with its length, and so on.
+More macros to manipulate these properties can be found in L<perlguts>.
+
+Let's take an example of manipulating a PV, from C<sv_catpvn>, in F<sv.c>
+
+     1  void
+     2  Perl_sv_catpvn(pTHX_ register SV *sv, register const char *ptr, register STRLEN len)
+     3  {
+     4      STRLEN tlen;
+     5      char *junk;
+
+     6      junk = SvPV_force(sv, tlen);
+     7      SvGROW(sv, tlen + len + 1);
+     8      if (ptr == junk)
+     9          ptr = SvPVX(sv);
+    10      Move(ptr,SvPVX(sv)+tlen,len,char);
+    11      SvCUR(sv) += len;
+    12      *SvEND(sv) = '\0';
+    13      (void)SvPOK_only_UTF8(sv);          /* validate pointer */
+    14      SvTAINT(sv);
+    15  }
+
+This is a function which adds a string, C<ptr>, of length C<len> onto
+the end of the PV stored in C<sv>. The first thing we do in line 6 is
+make sure that the SV B<has> a valid PV, by calling the C<SvPV_force>
+macro to force a PV. As a side effect, C<tlen> gets set to the current
+value of the PV, and the PV itself is returned to C<junk>.
+
+In line 7, we make sure that the SV will have enough room to accomodate
+the old string, the new string and the null terminator. If C<LEN> isn't
+big enough, C<SvGROW> will reallocate space for us.
+
+Now, if C<junk> is the same as the string we're trying to add, we can
+grab the string directly from the SV; C<SvPVX> is the address of the PV
+in the SV.
+
+Line 10 does the actual catenation: the C<Move> macro moves a chunk of
+memory around: we move the string C<ptr> to the end of the PV - that's
+the start of the PV plus its current length. We're moving C<len> bytes
+of type C<char>. After doing so, we need to tell Perl we've extended the
+string, by altering C<CUR> to reflect the new length. C<SvEND> is a
+macro which gives us the end of the string, so that needs to be a
+C<"\0">.
+
+Line 13 manipulates the flags; since we've changed the PV, any IV or NV
+values will no longer be valid: if we have C<$a=10; $a.="6";> we don't
+want to use the old IV of 10. C<SvPOK_only_utf8> is a special UTF8-aware
+version of C<SvPOK_only>, a macro which turns off the IOK and NOK flags
+and turns on POK. The final C<SvTAINT> is a macro which launders tainted
+data if taint mode is turned on.
+
+AVs and HVs are more complicated, but SVs are by far the most common
+variable type being thrown around. Having seen something of how we
+manipulate these, let's go on and look at how the op tree is
+constructed.
+
+=head2 Op Trees
+
+First, what is the op tree, anyway? The op tree is the parsed
+representation of your program, as we saw in our section on parsing, and
+it's the sequence of operations that Perl goes through to execute your
+program, as we saw in L</Running>.
+
+An op is a fundamental operation that Perl can perform: all the built-in
+functions and operators are ops, and there are a series of ops which
+deal with concepts the interpreter needs internally - entering and
+leaving a block, ending a statement, fetching a variable, and so on.
+
+The op tree is connected in two ways: you can imagine that there are two
+"routes" through it, two orders in which you can traverse the tree.
+First, parse order reflects how the parser understood the code, and
+secondly, execution order tells perl what order to perform the
+operations in.
+
+The easiest way to examine the op tree is to stop Perl after it has
+finished parsing, and get it to dump out the tree. This is exactly what
+the compiler backends L<B::Terse|B::Terse> and L<B::Debug|B::Debug> do.
+
+Let's have a look at how Perl sees C<$a = $b + $c>:
+
+     % perl -MO=Terse -e '$a=$b+$c'
+     1  LISTOP (0x8179888) leave
+     2      OP (0x81798b0) enter
+     3      COP (0x8179850) nextstate
+     4      BINOP (0x8179828) sassign
+     5          BINOP (0x8179800) add [1]
+     6              UNOP (0x81796e0) null [15]
+     7                  SVOP (0x80fafe0) gvsv  GV (0x80fa4cc) *b
+     8              UNOP (0x81797e0) null [15]
+     9                  SVOP (0x8179700) gvsv  GV (0x80efeb0) *c
+    10          UNOP (0x816b4f0) null [15]
+    11              SVOP (0x816dcf0) gvsv  GV (0x80fa460) *a
+
+Let's start in the middle, at line 4. This is a BINOP, a binary
+operator, which is at location C<0x8179828>. The specific operator in
+question is C<sassign> - scalar assignment - and you can find the code
+which implements it in the function C<pp_sassign> in F<pp_hot.c>. As a
+binary operator, it has two children: the add operator, providing the
+result of C<$b+$c>, is uppermost on line 5, and the left hand side is on
+line 10.
+
+Line 10 is the null op: this does exactly nothing. What is that doing
+there? If you see the null op, it's a sign that something has been
+optimized away after parsing. As we mentioned in L</Optimization>,
+the optimization stage sometimes converts two operations into one, for
+example when fetching a scalar variable. When this happens, instead of
+rewriting the op tree and cleaning up the dangling pointers, it's easier
+just to replace the redundant operation with the null op. Originally,
+the tree would have looked like this:
+
+    10          SVOP (0x816b4f0) rv2sv [15]
+    11              SVOP (0x816dcf0) gv  GV (0x80fa460) *a
+
+That is, fetch the C<a> entry from the main symbol table, and then look
+at the scalar component of it: C<gvsv> (C<pp_gvsv> into F<pp_hot.c>)
+happens to do both these things.
+
+The right hand side, starting at line 5 is similar to what we've just
+seen: we have the C<add> op (C<pp_add> also in F<pp_hot.c>) add together
+two C<gvsv>s.
+
+Now, what's this about?
+
+     1  LISTOP (0x8179888) leave
+     2      OP (0x81798b0) enter
+     3      COP (0x8179850) nextstate
+
+C<enter> and C<leave> are scoping ops, and their job is to perform any
+housekeeping every time you enter and leave a block: lexical variables
+are tidied up, unreferenced variables are destroyed, and so on. Every
+program will have those first three lines: C<leave> is a list, and its
+children are all the statements in the block. Statements are delimited
+by C<nextstate>, so a block is a collection of C<nextstate> ops, with
+the ops to be performed for each statement being the children of
+C<nextstate>. C<enter> is a single op which functions as a marker.
+
+That's how Perl parsed the program, from top to bottom:
+
+                        Program
+                           |
+                       Statement
+                           |
+                           =
+                          / \
+                         /   \
+                        $a   +
+                            / \
+                          $b   $c
+
+However, it's impossible to B<perform> the operations in this order:
+you have to find the values of C<$b> and C<$c> before you add them
+together, for instance. So, the other thread that runs through the op
+tree is the execution order: each op has a field C<op_next> which points
+to the next op to be run, so following these pointers tells us how perl
+executes the code. We can traverse the tree in this order using
+the C<exec> option to C<B::Terse>:
+
+     % perl -MO=Terse,exec -e '$a=$b+$c'
+     1  OP (0x8179928) enter
+     2  COP (0x81798c8) nextstate
+     3  SVOP (0x81796c8) gvsv  GV (0x80fa4d4) *b
+     4  SVOP (0x8179798) gvsv  GV (0x80efeb0) *c
+     5  BINOP (0x8179878) add [1]
+     6  SVOP (0x816dd38) gvsv  GV (0x80fa468) *a
+     7  BINOP (0x81798a0) sassign
+     8  LISTOP (0x8179900) leave
+
+This probably makes more sense for a human: enter a block, start a
+statement. Get the values of C<$b> and C<$c>, and add them together.
+Find C<$a>, and assign one to the other. Then leave.
+
+The way Perl builds up these op trees in the parsing process can be
+unravelled by examining F<perly.y>, the YACC grammar. Let's take the
+piece we need to construct the tree for C<$a = $b + $c>
+
+    1 term    :   term ASSIGNOP term
+    2                { $$ = newASSIGNOP(OPf_STACKED, $1, $2, $3); }
+    3         |   term ADDOP term
+    4                { $$ = newBINOP($2, 0, scalar($1), scalar($3)); }
+
+If you're not used to reading BNF grammars, this is how it works: You're
+fed certain things by the tokeniser, which generally end up in upper
+case. Here, C<ADDOP>, is provided when the tokeniser sees C<+> in your
+code. C<ASSIGNOP> is provided when C<=> is used for assigning. These are
+`terminal symbols', because you can't get any simpler than them.
+
+The grammar, lines one and three of the snippet above, tells you how to
+build up more complex forms. These complex forms, `non-terminal symbols'
+are generally placed in lower case. C<term> here is a non-terminal
+symbol, representing a single expression.
+
+The grammar gives you the following rule: you can make the thing on the
+left of the colon if you see all the things on the right in sequence.
+This is called a "reduction", and the aim of parsing is to completely
+reduce the input. There are several different ways you can perform a
+reduction, separated by vertical bars: so, C<term> followed by C<=>
+followed by C<term> makes a C<term>, and C<term> followed by C<+>
+followed by C<term> can also make a C<term>.
+
+So, if you see two terms with an C<=> or C<+>, between them, you can
+turn them into a single expression. When you do this, you execute the
+code in the block on the next line: if you see C<=>, you'll do the code
+in line 2. If you see C<+>, you'll do the code in line 4. It's this code
+which contributes to the op tree.
+
+            |   term ADDOP term
+            { $$ = newBINOP($2, 0, scalar($1), scalar($3)); }
+
+What this does is creates a new binary op, and feeds it a number of
+variables. The variables refer to the tokens: C<$1> is the first token in
+the input, C<$2> the second, and so on - think regular expression
+backreferences. C<$$> is the op returned from this reduction. So, we
+call C<newBINOP> to create a new binary operator. The first parameter to
+C<newBINOP>, a function in F<op.c>, is the op type. It's an addition
+operator, so we want the type to be C<ADDOP>. We could specify this
+directly, but it's right there as the second token in the input, so we
+use C<$2>. The second parameter is the op's flags: 0 means `nothing
+special'. Then the things to add: the left and right hand side of our
+expression, in scalar context.
+
+=head2 Stacks
+
+When perl executes something like C<addop>, how does it pass on its
+results to the next op? The answer is, through the use of stacks. Perl
+has a number of stacks to store things it's currently working on, and
+we'll look at the three most important ones here.
+
+=over 3
+
+=item Argument stack
+
+Arguments are passed to PP code and returned from PP code using the
+argument stack, C<ST>. The typical way to handle arguments is to pop
+them off the stack, deal with them how you wish, and then push the result
+back onto the stack. This is how, for instance, the cosine operator
+works:
+
+      NV value;
+      value = POPn;
+      value = Perl_cos(value);
+      XPUSHn(value);
+
+We'll see a more tricky example of this when we consider Perl's macros
+below. C<POPn> gives you the NV (floating point value) of the top SV on
+the stack: the C<$x> in C<cos($x)>. Then we compute the cosine, and push
+the result back as an NV. The C<X> in C<XPUSHn> means that the stack
+should be extended if necessary - it can't be necessary here, because we
+know there's room for one more item on the stack, since we've just
+removed one! The C<XPUSH*> macros at least guarantee safety.
+
+Alternatively, you can fiddle with the stack directly: C<SP> gives you
+the first element in your portion of the stack, and C<TOP*> gives you
+the top SV/IV/NV/etc. on the stack. So, for instance, to do unary
+negation of an integer:
+
+     SETi(-TOPi);
+
+Just set the integer value of the top stack entry to its negation.
+
+Argument stack manipulation in the core is exactly the same as it is in
+XSUBs - see L<perlxstut>, L<perlxs> and L<perlguts> for a longer
+description of the macros used in stack manipulation.
+
+=item Mark stack
+
+I say `your portion of the stack' above because PP code doesn't
+necessarily get the whole stack to itself: if your function calls
+another function, you'll only want to expose the arguments aimed for the
+called function, and not (necessarily) let it get at your own data. The
+way we do this is to have a `virtual' bottom-of-stack, exposed to each
+function. The mark stack keeps bookmarks to locations in the argument
+stack usable by each function. For instance, when dealing with a tied
+variable, (internally, something with `P' magic) Perl has to call
+methods for accesses to the tied variables. However, we need to separate
+the arguments exposed to the method to the argument exposed to the
+original function - the store or fetch or whatever it may be. Here's how
+the tied C<push> is implemented; see C<av_push> in F<av.c>:
+
+     1 PUSHMARK(SP);
+     2 EXTEND(SP,2);
+     3 PUSHs(SvTIED_obj((SV*)av, mg));
+     4 PUSHs(val);
+     5 PUTBACK;
+     6 ENTER;
+     7 call_method("PUSH", G_SCALAR|G_DISCARD);
+     8 LEAVE;
+     9 POPSTACK;
+       
+The lines which concern the mark stack are the first, fifth and last
+lines: they save away, restore and remove the current position of the
+argument stack. 
+
+Let's examine the whole implementation, for practice:
+
+     1 PUSHMARK(SP);
+
+Push the current state of the stack pointer onto the mark stack. This is
+so that when we've finished adding items to the argument stack, Perl
+knows how many things we've added recently.
+
+     2 EXTEND(SP,2);
+     3 PUSHs(SvTIED_obj((SV*)av, mg));
+     4 PUSHs(val);
+
+We're going to add two more items onto the argument stack: when you have
+a tied array, the C<PUSH> subroutine receives the object and the value
+to be pushed, and that's exactly what we have here - the tied object,
+retrieved with C<SvTIED_obj>, and the value, the SV C<val>.
+
+     5 PUTBACK;
+
+Next we tell Perl to make the change to the global stack pointer: C<dSP>
+only gave us a local copy, not a reference to the global.
+
+     6 ENTER;
+     7 call_method("PUSH", G_SCALAR|G_DISCARD);
+     8 LEAVE;
+
+C<ENTER> and C<LEAVE> localise a block of code - they make sure that all
+variables are tidied up, everything that has been localised gets
+its previous value returned, and so on. Think of them as the C<{> and
+C<}> of a Perl block.
+
+To actually do the magic method call, we have to call a subroutine in
+Perl space: C<call_method> takes care of that, and it's described in
+L<perlcall>. We call the C<PUSH> method in scalar context, and we're
+going to discard its return value.
+
+     9 POPSTACK;
+
+Finally, we remove the value we placed on the mark stack, since we
+don't need it any more.
+
+=item Save stack
+
+C doesn't have a concept of local scope, so perl provides one. We've
+seen that C<ENTER> and C<LEAVE> are used as scoping braces; the save
+stack implements the C equivalent of, for example:
+
+    {
+        local $foo = 42;
+        ...
+    }
+
+See L<perlguts/Localising Changes> for how to use the save stack.
+
+=back
+
+=head2 Millions of Macros
+
+One thing you'll notice about the Perl source is that it's full of
+macros. Some have called the pervasive use of macros the hardest thing
+to understand, others find it adds to clarity. Let's take an example,
+the code which implements the addition operator:
+
+   1  PP(pp_add)
+   2  {
+   3      djSP; dATARGET; tryAMAGICbin(add,opASSIGN);
+   4      {
+   5        dPOPTOPnnrl_ul;
+   6        SETn( left + right );
+   7        RETURN;
+   8      }
+   9  }
+
+Every line here (apart from the braces, of course) contains a macro. The
+first line sets up the function declaration as Perl expects for PP code;
+line 3 sets up variable declarations for the argument stack and the
+target, the return value of the operation. Finally, it tries to see if
+the addition operation is overloaded; if so, the appropriate subroutine
+is called.
+
+Line 5 is another variable declaration - all variable declarations start
+with C<d> - which pops from the top of the argument stack two NVs (hence
+C<nn>) and puts them into the variables C<right> and C<left>, hence the
+C<rl>. These are the two operands to the addition operator. Next, we
+call C<SETn> to set the NV of the return value to the result of adding
+the two values. This done, we return - the C<RETURN> macro makes sure
+that our return value is properly handled, and we pass the next operator
+to run back to the main run loop.
+
+Most of these macros are explained in L<perlapi>, and some of the more
+important ones are explained in L<perlxs> as well. Pay special attention
+to L<perlguts/Background and PERL_IMPLICIT_CONTEXT> for information on
+the C<[pad]THX_?> macros.
+
+
+=head2 Poking at Perl
+
+To really poke around with Perl, you'll probably want to build Perl for
+debugging, like this:
+
+    ./Configure -d -D optimize=-g
+    make
+
+C<-g> is a flag to the C compiler to have it produce debugging
+information which will allow us to step through a running program.
+F<Configure> will also turn on the C<DEBUGGING> compilation symbol which
+enables all the internal debugging code in Perl. There are a whole bunch
+of things you can debug with this: L<perlrun> lists them all, and the
+best way to find out about them is to play about with them. The most
+useful options are probably
+
+    l  Context (loop) stack processing
+    t  Trace execution
+    o  Method and overloading resolution
+    c  String/numeric conversions
+
+Some of the functionality of the debugging code can be achieved using XS
+modules.
+    
+    -Dr => use re 'debug'
+    -Dx => use O 'Debug'
+
+=head2 Using a source-level debugger
+
+If the debugging output of C<-D> doesn't help you, it's time to step
+through perl's execution with a source-level debugger.
+
+=over 3
+
+=item *
+
+We'll use C<gdb> for our examples here; the principles will apply to any
+debugger, but check the manual of the one you're using.
+
+=back
+
+To fire up the debugger, type
+
+    gdb ./perl
+
+You'll want to do that in your Perl source tree so the debugger can read
+the source code. You should see the copyright message, followed by the
+prompt.
+
+    (gdb)
+
+C<help> will get you into the documentation, but here are the most
+useful commands:
+
+=over 3
+
+=item run [args]
+
+Run the program with the given arguments.
+
+=item break function_name
+
+=item break source.c:xxx
+
+Tells the debugger that we'll want to pause execution when we reach
+either the named function (but see L</Function names>!) or the given
+line in the named source file.
+
+=item step
+
+Steps through the program a line at a time.
+
+=item next
+
+Steps through the program a line at a time, without descending into
+functions.
+
+=item continue
+
+Run until the next breakpoint.
+
+=item finish
+
+Run until the end of the current function, then stop again.
+
+=item
+
+Just pressing Enter will do the most recent operation again - it's a
+blessing when stepping through miles of source code.
+
+=item print
+
+Execute the given C code and print its results. B<WARNING>: Perl makes
+heavy use of macros, and F<gdb> is not aware of macros. You'll have to
+substitute them yourself. So, for instance, you can't say
+
+    print SvPV_nolen(sv)
+
+but you have to say
+
+    print Perl_sv_2pv_nolen(sv)
+
+You may find it helpful to have a "macro dictionary", which you can
+produce by saying C<cpp -dM perl.c | sort>. Even then, F<cpp> won't
+recursively apply the macros for you. 
+
+=back
+
+=head2 Dumping Perl Data Structures
+
+One way to get around this macro hell is to use the dumping functions in
+F<dump.c>; these work a little like an internal
+L<Devel::Peek|Devel::Peek>, but they also cover OPs and other structures
+that you can't get at from Perl. Let's take an example. We'll use the
+C<$a = $b + $c> we used before, but give it a bit of context: 
+C<$b = "6XXXX"; $c = 2.3;>. Where's a good place to stop and poke around?
+
+What about C<pp_add>, the function we examined earlier to implement the
+C<+> operator:
+
+    (gdb) break Perl_pp_add
+    Breakpoint 1 at 0x46249f: file pp_hot.c, line 309.
+
+Notice we use C<Perl_pp_add> and not C<pp_add> - see L<perlguts/Function Names>.
+With the breakpoint in place, we can run our program:
+
+    (gdb) run -e '$b = "6XXXX"; $c = 2.3; $a = $b + $c'
+
+Lots of junk will go past as gdb reads in the relevant source files and
+libraries, and then:
+
+    Breakpoint 1, Perl_pp_add () at pp_hot.c:309
+    309         djSP; dATARGET; tryAMAGICbin(add,opASSIGN);
+    (gdb) step
+    311           dPOPTOPnnrl_ul;
+    (gdb)
+
+We looked at this bit of code before, and we said that C<dPOPTOPnnrl_ul>
+arranges for two C<NV>s to be placed into C<left> and C<right> - let's
+slightly expand it:
+
+    #define dPOPTOPnnrl_ul  NV right = POPn; \
+                            SV *leftsv = TOPs; \
+                            NV left = USE_LEFT(leftsv) ? SvNV(leftsv) : 0.0
+
+C<POPn> takes the SV from the top of the stack and obtains its NV either
+directly (if C<SvNOK> is set) or by calling the C<sv_2nv> function.
+C<TOPs> takes the next SV from the top of the stack - yes, C<POPn> uses
+C<TOPs> - but doesn't remove it. We then use C<SvNV> to get the NV from
+C<leftsv> in the same way as before - yes, C<POPn> uses C<SvNV>. 
+
+Since we don't have an NV for C<$b>, we'll have to use C<sv_2nv> to
+convert it. If we step again, we'll find ourselves there:
+
+    Perl_sv_2nv (sv=0xa0675d0) at sv.c:1669
+    1669        if (!sv)
+    (gdb)
+
+We can now use C<Perl_sv_dump> to investigate the SV:
+
+    SV = PV(0xa057cc0) at 0xa0675d0
+    REFCNT = 1
+    FLAGS = (POK,pPOK)
+    PV = 0xa06a510 "6XXXX"\0
+    CUR = 5
+    LEN = 6
+    $1 = void
+
+We know we're going to get C<6> from this, so let's finish the
+subroutine:
+
+    (gdb) finish
+    Run till exit from #0  Perl_sv_2nv (sv=0xa0675d0) at sv.c:1671
+    0x462669 in Perl_pp_add () at pp_hot.c:311
+    311           dPOPTOPnnrl_ul;
+
+We can also dump out this op: the current op is always stored in
+C<PL_op>, and we can dump it with C<Perl_op_dump>. This'll give us
+similar output to L<B::Debug|B::Debug>.
+
+    {
+    13  TYPE = add  ===> 14
+        TARG = 1
+        FLAGS = (SCALAR,KIDS)
+        {
+            TYPE = null  ===> (12)
+              (was rv2sv)
+            FLAGS = (SCALAR,KIDS)
+            {
+    11          TYPE = gvsv  ===> 12
+                FLAGS = (SCALAR)
+                GV = main::b
+            }
+        }
+
+< finish this later >
+
+=head2 Patching
+
+All right, we've now had a look at how to navigate the Perl sources and
+some things you'll need to know when fiddling with them. Let's now get
+on and create a simple patch. Here's something Larry suggested: if a
+C<U> is the first active format during a C<pack>, (for example, 
+C<pack "U3C8", @stuff>) then the resulting string should be treated as
+UTF8 encoded.
+
+How do we prepare to fix this up? First we locate the code in question -
+the C<pack> happens at runtime, so it's going to be in one of the F<pp>
+files. Sure enough, C<pp_pack> is in F<pp.c>. Since we're going to be
+altering this file, let's copy it to F<pp.c~>.
+
+Now let's look over C<pp_pack>: we take a pattern into C<pat>, and then
+loop over the pattern, taking each format character in turn into
+C<datum_type>. Then for each possible format character, we swallow up
+the other arguments in the pattern (a field width, an asterisk, and so
+on) and convert the next chunk input into the specified format, adding
+it onto the output SV C<cat>.
+
+How do we know if the C<U> is the first format in the C<pat>? Well, if
+we have a pointer to the start of C<pat> then, if we see a C<U> we can
+test whether we're still at the start of the string. So, here's where
+C<pat> is set up:
+
+    STRLEN fromlen;
+    register char *pat = SvPVx(*++MARK, fromlen);
+    register char *patend = pat + fromlen;
+    register I32 len;
+    I32 datumtype;
+    SV *fromstr;
+
+We'll have another string pointer in there:
+
+    STRLEN fromlen;
+    register char *pat = SvPVx(*++MARK, fromlen);
+    register char *patend = pat + fromlen;
+ +  char *patcopy;
+    register I32 len;
+    I32 datumtype;
+    SV *fromstr;
+
+And just before we start the loop, we'll set C<patcopy> to be the start
+of C<pat>:
+
+    items = SP - MARK;
+    MARK++;
+    sv_setpvn(cat, "", 0);
+ +  patcopy = pat;
+    while (pat < patend) {
+
+Now if we see a C<U> which was at the start of the string, we turn on
+the UTF8 flag for the output SV, C<cat>:
+
+ +  if (datumtype == 'U' && pat==patcopy+1)
+ +      SvUTF8_on(cat);
+    if (datumtype == '#') {
+        while (pat < patend && *pat != '\n')
+            pat++;
+
+Remember that it has to be C<patcopy+1> because the first character of
+the string is the C<U> which has been swallowed into C<datumtype!>
+
+Oops, we forgot one thing: what if there are spaces at the start of the
+pattern? C<pack("  U*", @stuff)> will have C<U> as the first active
+character, even though it's not the first thing in the pattern. In this
+case, we have to advance C<patcopy> along with C<pat> when we see spaces:
+
+    if (isSPACE(datumtype))
+        continue;
+
+needs to become
+
+    if (isSPACE(datumtype)) {
+        patcopy++;
+        continue;
+    }
+
+OK. That's the C part done. Now we must do two additional things before
+this patch is ready to go: we've changed the behaviour of Perl, and so
+we must document that change. We must also provide some more regression
+tests to make sure our patch works and doesn't create a bug somewhere
+else along the line.
+
+The regression tests for each operator live in F<t/op/>, and so we make
+a copy of F<t/op/pack.t> to F<t/op/pack.t~>. Now we can add our tests
+to the end. First, we'll test that the C<U> does indeed create Unicode
+strings:
+
+ print 'not ' unless "1.20.300.4000" eq sprintf "%vd", pack("U*",1,20,300,4000);
+ print "ok $test\n"; $test++;
+
+Now we'll test that we got that space-at-the-beginning business right:
+
+ print 'not ' unless "1.20.300.4000" eq
+                     sprintf "%vd", pack("  U*",1,20,300,4000);
+ print "ok $test\n"; $test++;
+
+And finally we'll test that we don't make Unicode strings if C<U> is B<not>
+the first active format:
+
+ print 'not ' unless v1.20.300.4000 ne
+                     sprintf "%vd", pack("C0U*",1,20,300,4000);
+ print "ok $test\n"; $test++;
+
+Musn't forget to change the number of tests which appears at the top, or
+else the automated tester will get confused:
+
+ -print "1..156\n";
+ +print "1..159\n";
+
+We now compile up Perl, and run it through the test suite. Our new
+tests pass, hooray!
+
+Finally, the documentation. The job is never done until the paperwork is
+over, so let's describe the change we've just made. The relevant place
+is F<pod/perlfunc.pod>; again, we make a copy, and then we'll insert
+this text in the description of C<pack>:
+
+ =item *
+
+ If the pattern begins with a C<U>, the resulting string will be treated
+ as Unicode-encoded. You can force UTF8 encoding on in a string with an
+ initial C<U0>, and the bytes that follow will be interpreted as Unicode
+ characters. If you don't want this to happen, you can begin your pattern
+ with C<C0> (or anything else) to force Perl not to UTF8 encode your
+ string, and then follow this with a C<U*> somewhere in your pattern.
+
+All done. Now let's create the patch. F<Porting/patching.pod> tells us
+that if we're making major changes, we should copy the entire directory
+to somewhere safe before we begin fiddling, and then do
+    
+    diff -ruN old new > patch
+
+However, we know which files we've changed, and we can simply do this:
+
+    diff -u pp.c~             pp.c             >  patch
+    diff -u t/op/pack.t~      t/op/pack.t      >> patch
+    diff -u pod/perlfunc.pod~ pod/perlfunc.pod >> patch
+
+We end up with a patch looking a little like this:
+
+    --- pp.c~       Fri Jun 02 04:34:10 2000
+    +++ pp.c        Fri Jun 16 11:37:25 2000
+    @@ -4375,6 +4375,7 @@
+         register I32 items;
+         STRLEN fromlen;
+         register char *pat = SvPVx(*++MARK, fromlen);
+    +    char *patcopy;
+         register char *patend = pat + fromlen;
+         register I32 len;
+         I32 datumtype;
+    @@ -4405,6 +4406,7 @@
+    ...
+
+And finally, we submit it, with our rationale, to perl5-porters. Job
+done!
+
+=head2 CONCLUSION
+
+We've had a brief look around the Perl source, an overview of the stages
+F<perl> goes through when it's running your code, and how to use a
+debugger to poke at the Perl guts. Finally, we took a very simple
+problem and demonstrated how to solve it fully - with documentation,
+regression tests, and finally a patch for submission to p5p.
+
+I'd now suggest you read over those references again, and then, as soon
+as possible, get your hands dirty. The best way to learn is by doing,
+so: 
+
+=over 3
+
+=item *
+
+Subscribe to perl5-porters, follow the patches and try and understand
+them; don't be afraid to ask if there's a portion you're not clear on -
+who knows, you may unearth a bug in the patch...
+
+=item *
+
+Keep up to date with the bleeding edge Perl distributions and get
+familiar with the changes. Try and get an idea of what areas people are
+working on and the changes they're making.
+
+=item *
+
+Find an area of Perl that seems interesting to you, and see if you can
+work out how it works. Scan through the source, and step over it in the
+debugger. Play, poke, investigate, fiddle! You'll probably get to
+understand not just your chosen area but a much wider range of F<perl>'s
+activity as well, and probably sooner than you'd think.
+
+=back
+
+=over 3
+
+=item I<The Road goes ever on and on, down from the door where it began.>
+
+=back
+
+If you can do these things, you've started on the long road to Perl porting. 
+Thanks for wanting to help make Perl better - and happy hacking!
+
 =head1 AUTHOR
 
 This document was written by Nathan Torkington, and is maintained by