Remove the other 4 bits of MAD code designed to abort on local $^L.
[p5sagit/p5-mst-13.2.git] / pod / perlreguts.pod
index 32da425..5ad10cd 100644 (file)
@@ -12,13 +12,13 @@ author's experience, comments in the source code, other papers on the
 regex engine, feedback on the perl5-porters mail list, and no doubt other
 places as well.
 
-B<WARNING!> It should be clearly understood that this document
-represents the state of the regex engine as the author understands it at
-the time of writing. It is B<NOT> an API definition; it is purely an
-internals guide for those who want to hack the regex engine, or
+B<WARNING!> It should be clearly understood that this document represents
+the state of the regex engine as the author understands it at the time of
+writing. Unless stated otherwise it is B<NOT> an API definition; it is
+purely an internals guide for those who want to hack the regex engine, or
 understand how the regex engine works. Readers of this document are
-expected to understand perl's regex syntax and its usage in detail. If
-you want to learn about the basics of Perl's regular expressions, see
+expected to understand perl's regex syntax and its usage in detail. If you
+want to learn about the basics of Perl's regular expressions, see
 L<perlre>.
 
 =head1 OVERVIEW
@@ -34,7 +34,7 @@ code form and their internal form. In this document we will use the term
 "pattern" when we speak of their textual, source code form, the term
 "program" when we speak of their internal representation. These
 correspond to the terms I<S-regex> and I<B-regex> that Mark Jason
-Dominus employs in his paper on "Rx" ([1] in L</references>).
+Dominus employs in his paper on "Rx" ([1] in L</REFERENCES>).
 
 =head2 What is a regular expression engine?
 
@@ -669,18 +669,19 @@ a string.  It returns an integer 1 for success and a 0 for failure.
 It is basically a set-up wrapper around C<regmatch()>.
 
 C<regmatch> is the main "recursive loop" of the interpreter. It is
-basically a giant switch statement that executes the regops based on
-their type. A few of the regops are implemented as subroutines but
-the bulk are inline code.
+basically a giant switch statement that implements a state machine, where
+the possible states are the regops themselves, plus a number of additional
+intermediate and failure states. A few of the states are implemented as
+subroutines but the bulk are inline code.
 
 =head1 MISCELLANEOUS
 
 =head2 Unicode and Localisation Support
 
 When dealing with strings containing characters that cannot be represented
-using an eight-bit character set, perl uses an internal representation 
+using an eight-bit character set, perl uses an internal representation
 that is a permissive version of Unicode's UTF-8 encoding[2]. This uses single
-bytes to represent characters from the ASCII character set, and sequences 
+bytes to represent characters from the ASCII character set, and sequences
 of two or more bytes for all other characters. (See L<perlunitut>
 for more information about the relationship between UTF-8 and perl's
 encoding, utf8 -- the difference isn't important for this discussion.)
@@ -739,67 +740,352 @@ tricky this can be:
     A sequence of valid UTF-8 bytes cannot be a subsequence of
     another valid sequence of UTF-8 bytes.
 
-=head2 Base Struct
 
-F<regexp.h> contains the base structure definition:
+=head2 Base Structures
+
+There are two structures used to store a compiled regular expression.
+One, the regexp structure is considered to be perl's property, and the
+other is considered to be the property of the regex engine which
+compiled the regular expression; in the case of the stock engine this
+structure is called regexp_internal.
+
+The regexp structure contains all the data that perl needs to be aware of
+to properly work with the regular expression. It includes data about
+optimisations that perl can use to determine if the regex engine should
+really be used, and various other control info that is needed to properly
+execute patterns in various contexts such as is the pattern anchored in
+some way, or what flags were used during the compile, or whether the
+program contains special constructs that perl needs to be aware of.
+
+In addition it contains two fields that are intended for the private use
+of the regex engine that compiled the pattern. These are the C<intflags>
+and pprivate members. The C<pprivate> is a void pointer to an arbitrary
+structure whose use and management is the responsibility of the compiling
+engine. perl will never modify either of these values.
+
+As mentioned earlier, in the case of the default engines, the C<pprivate>
+will be a pointer to a regexp_internal structure which holds the compiled
+program and any additional data that is private to the regex engine
+implementation.
+
+=head3 Perl Inspectable Data About Pattern
+
+F<regexp.h> contains the "public" structure definition. All regex engines
+must be able to correctly build a regexp structure.
 
     typedef struct regexp {
-            I32 *startp;
-            I32 *endp;
-            regnode *regstclass;
-            struct reg_substr_data *substrs;
-            char *precomp;          /* pre-compilation regular expression */
-            struct reg_data *data;  /* Additional data. */
-            char *subbeg;           /* saved or original string
+            /* what engine created this regexp? */
+            const struct regexp_engine* engine; 
+            
+            /* Information about the match that the perl core uses to manage things */
+            U32 extflags;           /* Flags used both externally and internally */
+            I32 minlen;             /* mininum possible length of string to match */
+            I32 minlenret;          /* mininum possible length of $& */
+            U32 gofs;               /* chars left of pos that we search from */
+            struct reg_substr_data *substrs; /* substring data about strings that must appear
+                                       in the final match, used for optimisations */
+            U32 nparens;            /* number of capture buffers */
+    
+            /* private engine specific data */
+            U32 intflags;           /* Engine Specific Internal flags */
+            void *pprivate;         /* Data private to the regex engine which 
+                                       created this object. */
+            
+            /* Data about the last/current match. These are modified during matching*/
+            U32 lastparen;          /* last open paren matched */
+            U32 lastcloseparen;     /* last close paren matched */
+            I32 *startp;            /* Array of offsets from start of string (@-) */
+            I32 *endp;              /* Array of offsets from start of string (@+) */
+            char *subbeg;           /* saved or original string 
                                        so \digit works forever. */
-    #ifdef PERL_OLD_COPY_ON_WRITE
-            SV *saved_copy;         /* If non-NULL, SV which is COW from original */
-    #endif
-            U32 *offsets;           /* offset annotations 20001228 MJD */
             I32 sublen;             /* Length of string pointed by subbeg */
-            I32 refcnt;
-            I32 minlen;             /* minimum possible length of $& */
+            SV_SAVED_COPY           /* If non-NULL, SV which is COW from original */
+            
+            
+            /* Information about the match that isn't often used */
+            char *precomp;          /* pre-compilation regular expression */
             I32 prelen;             /* length of precomp */
-            U32 nparens;            /* number of parentheses */
-            U32 lastparen;          /* last paren matched */
-            U32 lastcloseparen;     /* last paren matched */
-            U32 reganch;            /* Internal use only +
-                                       Tainted information used by regexec? */
-            regnode program[1];     /* Unwarranted chumminess with compiler. */
+            I32 seen_evals;         /* number of eval groups in the pattern - for security checks */ 
+            HV *paren_names;        /* Optional hash of paren names */
+            
+            /* Refcount of this regexp */
+            I32 refcnt;             /* Refcount of this regexp */
     } regexp;
 
-C<program>, and C<data> are the primary fields of concern in terms of
-program structure. C<program> is the actual array of nodes, and C<data> is
-an array of "whatever", with each whatever being typed by letter, and
-freed or cloned as needed based on this type.  regops use the data
-array to store reference data that isn't convenient to store in the regop
-itself. It also means memory management code doesn't need to traverse the
-program to find pointers. So for instance, if a regop needs a pointer, the
-normal procedure is use a C<regnode_arg1> store the data index in the C<ARG>
-field and look it up from the data array.
+The fields are discussed in more detail below:
 
 =over 5
 
-=item -
 
-C<startp>, C<endp>, C<nparens>, C<lasparen>, and C<lastcloseparen> are used to manage capture
-buffers.
+=item C<refcnt>
+
+The number of times the structure is referenced. When this falls to 0
+the regexp is automatically freed by a call to pregfree.
+
+=item C<engine>
+
+This field points at a regexp_engine structure which contains pointers
+to the subroutine that are to be used for performing a match. It
+is the compiling routines responsibility to populate this field before
+returning the regexp object.
+
+=item C<precomp> C<prelen> 
+
+Used for debugging purposes. C<precomp> holds a copy of the pattern
+that was compiled. 
+
+=item C<extflags>
+
+This is used to store various flags about the pattern, such as whether it
+contains a \G or a ^ or $ symbol.
+
+=item C<minlen> C<minlenret>
+
+C<minlen> is the minimum string length required for the pattern to match. 
+This is used to prune the search space by not bothering to match any 
+closer to the end of a string than would allow a match. For instance 
+there is no point in even starting the regex engine if the minlen is 
+10 but the string is only 5 characters long. There is no way that the 
+pattern can match.
+
+C<minlenret> is the minimum length of the string that would be found
+in $& after a match. 
+
+The difference between C<minlen> and C<minlenret> can be seen in the
+following pattern:
 
-=item -
+  /ns(?=\d)/
 
-C<subbeg> and optional C<saved_copy> are used during the execution phase for managing
-replacements.
+where the C<minlen> would be 3 but the minlen ret would only be 2 as 
+the \d is required to match but is not actually included in the matched
+content. This distinction is particularly important as the substitution
+logic uses the C<minlenret> to tell whether it can do in-place substition
+which can result in considerable speedup.
 
-=item -
+=item C<gofs>
 
-C<offsets> and C<precomp> are used for debugging purposes.
+Left offset from pos() to start match at.
 
-=item -
+=item C<nparens>, C<lasparen>, and C<lastcloseparen>
 
-The rest are used for start point optimisations.
+These fields are used to keep track of how many paren groups could be matched
+in the pattern, which was the last open paren to be entered, and which was
+the last close paren to be entered.
+
+=item C<paren_names>
+
+This is a hash used internally to track named capture buffers and their
+offsets. The keys are the names of the buffers the values are dualvars,
+with the IV slot holding the number of buffers with the given name and the
+pv being an embedded array of I32.  The values may also be contained
+independently in the data array in cases where named backreferences are
+used.
+
+=item C<reg_substr_data>
+
+Holds information on the longest string that must occur at a fixed
+offset from the start of the pattern, and the longest string that must
+occur at a floating offset from the start of the pattern. Used to do
+Fast-Boyer-Moore searches on the string to find out if its worth using
+the regex engine at all, and if so where in the string to search.
+
+=item C<startp>, C<endp>, 
+
+These fields store arrays that are used to hold the offsets of the begining
+and end of each capture group that has matched. -1 is used to indicate no match.
+
+These are the source for @- and @+.
+
+=item C<subbeg> C<sublen> C<saved_copy>
+
+These are used during execution phase for managing search and replace
+patterns.
+
+=item C<seen_evals>
+
+This stores the number of eval groups in the pattern. This is used 
+for security purposes when embedding compiled regexes into larger 
+patterns.
 
 =back
 
+=head3 Engine Private Data About Pattern
+
+Additionally regexp.h contains the following "private" definition which is perl
+specific and is only of curiosity value to other engine implementations.
+
+    typedef struct regexp_internal {
+            regexp_paren_ofs *swap; /* Swap copy of *startp / *endp */
+            U32 *offsets;           /* offset annotations 20001228 MJD 
+                                       data about mapping the program to the 
+                                       string*/
+            regnode *regstclass;    /* Optional startclass as identified or constructed
+                                       by the optimiser */
+            struct reg_data *data;  /* Additional miscellaneous data used by the program.
+                                       Used to make it easier to clone and free arbitrary
+                                       data that the regops need. Often the ARG field of
+                                       a regop is an index into this structure */
+            regnode program[1];     /* Unwarranted chumminess with compiler. */
+    } regexp_internal;
+
+=over 5
+
+=item C<swap>
+
+C<swap> is an extra set of startp/endp stored in a C<regexp_paren_ofs>
+struct. This is used when the last successful match was from same pattern
+as the current pattern, so that a partial match doesn't overwrite the
+previous match's results. When this field is data filled the matching
+engine will swap buffers before every match attempt. If the match fails,
+then it swaps them back. If it's successful it leaves them. This field
+is populated on demand and is by default null.
+
+=item C<offsets>
+
+Offsets holds a mapping of offset in the C<program>
+to offset in the C<precomp> string. This is only used by ActiveStates
+visual regex debugger.
+
+=item C<regstclass>
+
+Special regop that is used by C<re_intuit_start()> to check if a pattern
+can match at a certain position. For instance if the regex engine knows
+that the pattern must start with a 'Z' then it can scan the string until
+it finds one and then launch the regex engine from there. The routine
+that handles this is called C<find_by_class()>. Sometimes this field
+points at a regop embedded in the program, and sometimes it points at
+an independent synthetic regop that has been constructed by the optimiser.
+
+=item C<data>
+
+This field points at a reg_data structure, which is defined as follows
+
+    struct reg_data {
+        U32 count;
+        U8 *what;
+        void* data[1];
+    };
+
+This structure is used for handling data structures that the regex engine
+needs to handle specially during a clone or free operation on the compiled
+product. Each element in the data array has a corresponding element in the
+what array. During compilation regops that need special structures stored
+will add an element to each array using the add_data() routine and then store
+the index in the regop.
+
+=item C<program>
+
+Compiled program. Inlined into the structure so the entire struct can be
+treated as a single blob.
+
+=back
+
+=head2 Pluggable Interface
+
+As of Perl 5.9.5 there is a new interface for using other regexp engines
+than the default one.  Each engine is supposed to provide access to
+a constant structure of the following format:
+
+    typedef struct regexp_engine {
+        regexp* (*comp) (pTHX_ char* exp, char* xend, PMOP* pm);
+        I32     (*exec) (pTHX_ regexp* prog, char* stringarg, char* strend,
+                                char* strbeg, I32 minend, SV* screamer,
+                                void* data, U32 flags);
+        char*   (*intuit) (pTHX_ regexp *prog, SV *sv, char *strpos,
+                                char *strend, U32 flags,
+                                struct re_scream_pos_data_s *data);
+        SV*     (*checkstr) (pTHX_ regexp *prog);
+        void    (*free) (pTHX_ struct regexp* r);
+    #ifdef USE_ITHREADS
+        void* (*dupe) (pTHX_ const regexp *r, CLONE_PARAMS *param);
+    #endif    
+    } regexp_engine;
+
+When a regexp is compiled its C<engine> field is then set to point at
+the appropriate structure so that when it needs to be used Perl can find
+the right routines to do so.
+
+In order to install a new regexp handler, C<$^H{regcomp}> is set
+to an integer which (when casted appropriately) resolves to one of these
+structures. When compiling the C<comp> method is executed, and the
+resulting regexp structures engine field is expected to point back at
+the same structure.
+
+The pTHX_ symbol in the definition is a macro used by perl under threading
+to provide an extra argument to the routine holding a pointer back to
+the interpreter that is executing the regexp. So under threading all
+routines get an extra argument.
+
+The routines are as follows:
+
+=over 4
+
+=item comp
+
+    regexp* comp(char *exp, char *xend, PMOP pm);
+
+Compile the pattern between exp and xend using the flags contained in
+pm and return a pointer to a prepared regexp structure that can perform
+the match.
+
+=item exec
+
+    I32 exec(regexp* prog,
+             char *stringarg, char* strend, char* strbeg,
+             I32 minend, SV* screamer,
+             void* data, U32 flags);
+
+Execute a regexp.
+
+=item intuit
+
+    char* intuit( regexp *prog,
+                  SV *sv, char *strpos, char *strend,
+                  U32 flags, struct re_scream_pos_data_s *data);
+
+Find the start position where a regex match should be attempted,
+or possibly whether the regex engine should not be run because the
+pattern can't match. This is called as appropriate by the core
+depending on the values of the extflags member of the regexp 
+structure.
+
+=item checkstr
+
+    SV*        checkstr(regexp *prog);
+
+Return a SV containing a string that must appear in the pattern. Used
+for optimising matches.
+
+=item free
+
+    void free(regexp *prog);
+
+Called by perl when it is freeing a regexp pattern so that the engine
+can release any resources pointed to by the C<pprivate> member of the
+regexp structure. This is only responsible for freeing private data,
+perl will handle releasing anything else contained in the regexp structure.
+
+=item dupe
+
+    void* dupe(const regexp *r, CLONE_PARAMS *param);
+
+On threaded builds a regexp may need to be duplicated so that the pattern
+can be used by mutiple threads. This routine is expected to handle the
+duplication of any private data pointed to by the C<pprivate> member of
+the regexp structure.  It will be called with the preconstructed new
+regexp structure as an argument, the C<pprivate> member will point at
+the B<old> private structue, and it is this routines responsibility to
+construct a copy and return a pointer to it (which perl will then use to
+overwrite the field as passed to this routine.)
+
+This allows the engine to dupe its private data but also if necessary
+modify the final structure if it really must.
+
+On unthreaded builds this field doesn't exist.
+
+=back
+
+
 =head2 De-allocation and Cloning
 
 Any patch that adds data items to the regexp will need to include