This is a live mirror of the Perl 5 development currently hosted at https://github.com/perl/perl5
Add created_as_... builtins to perldelta
[perl5.git] / pod / perlguts.pod
1 =head1 NAME
2
3 perlguts - Introduction to the Perl API
4
5 =head1 DESCRIPTION
6
7 This document attempts to describe how to use the Perl API, as well as
8 to provide some info on the basic workings of the Perl core.  It is far
9 from complete and probably contains many errors.  Please refer any
10 questions or comments to the author below.
11
12 =head1 Variables
13
14 =head2 Datatypes
15
16 Perl has three typedefs that handle Perl's three main data types:
17
18     SV  Scalar Value
19     AV  Array Value
20     HV  Hash Value
21
22 Each typedef has specific routines that manipulate the various data types.
23
24 =for apidoc_section $AV
25 =for apidoc Ayh||AV
26 =for apidoc_section $HV
27 =for apidoc Ayh||HV
28 =for apidoc_section $SV
29 =for apidoc Ayh||SV
30
31 =head2 What is an "IV"?
32
33 Perl uses a special typedef IV which is a simple signed integer type that is
34 guaranteed to be large enough to hold a pointer (as well as an integer).
35 Additionally, there is the UV, which is simply an unsigned IV.
36
37 Perl also uses several special typedefs to declare variables to hold
38 integers of (at least) a given size.
39 Use I8, I16, I32, and I64 to declare a signed integer variable which has
40 at least as many bits as the number in its name.  These all evaluate to
41 the native C type that is closest to the given number of bits, but no
42 smaller than that number.  For example, on many platforms, a C<short> is
43 16 bits long, and if so, I16 will evaluate to a C<short>.  But on
44 platforms where a C<short> isn't exactly 16 bits, Perl will use the
45 smallest type that contains 16 bits or more.
46
47 U8, U16, U32, and U64 are to declare the corresponding unsigned integer
48 types.
49
50 If the platform doesn't support 64-bit integers, both I64 and U64 will
51 be undefined.  Use IV and UV to declare the largest practicable, and
52 C<L<perlapi/WIDEST_UTYPE>> for the absolute maximum unsigned, but which
53 may not be usable in all circumstances.
54
55 A numeric constant can be specified with L<perlapi/C<INT16_C>>,
56 L<perlapi/C<UINTMAX_C>>, and similar.
57
58 =for apidoc_section $integer
59 =for apidoc Ayh||I8
60 =for apidoc_item ||I16
61 =for apidoc_item ||I32
62 =for apidoc_item ||I64
63 =for apidoc_item ||IV
64
65 =for apidoc Ayh||U8
66 =for apidoc_item ||U16
67 =for apidoc_item ||U32
68 =for apidoc_item ||U64
69 =for apidoc_item ||UV
70
71 =head2 Working with SVs
72
73 An SV can be created and loaded with one command.  There are five types of
74 values that can be loaded: an integer value (IV), an unsigned integer
75 value (UV), a double (NV), a string (PV), and another scalar (SV).
76 ("PV" stands for "Pointer Value".  You might think that it is misnamed
77 because it is described as pointing only to strings.  However, it is
78 possible to have it point to other things.  For example, it could point
79 to an array of UVs.  But,
80 using it for non-strings requires care, as the underlying assumption of
81 much of the internals is that PVs are just for strings.  Often, for
82 example, a trailing C<NUL> is tacked on automatically.  The non-string use
83 is documented only in this paragraph.)
84
85 =for apidoc Ayh||NV
86
87 The seven routines are:
88
89     SV*  newSViv(IV);
90     SV*  newSVuv(UV);
91     SV*  newSVnv(double);
92     SV*  newSVpv(const char*, STRLEN);
93     SV*  newSVpvn(const char*, STRLEN);
94     SV*  newSVpvf(const char*, ...);
95     SV*  newSVsv(SV*);
96
97 C<STRLEN> is an integer type (C<Size_t>, usually defined as C<size_t> in
98 F<config.h>) guaranteed to be large enough to represent the size of
99 any string that perl can handle.
100
101 =for apidoc Ayh||STRLEN
102
103 In the unlikely case of a SV requiring more complex initialization, you
104 can create an empty SV with newSV(len).  If C<len> is 0 an empty SV of
105 type NULL is returned, else an SV of type PV is returned with len + 1 (for
106 the C<NUL>) bytes of storage allocated, accessible via SvPVX.  In both cases
107 the SV has the undef value.
108
109     SV *sv = newSV(0);   /* no storage allocated  */
110     SV *sv = newSV(10);  /* 10 (+1) bytes of uninitialised storage
111                           * allocated */
112
113 To change the value of an I<already-existing> SV, there are eight routines:
114
115     void  sv_setiv(SV*, IV);
116     void  sv_setuv(SV*, UV);
117     void  sv_setnv(SV*, double);
118     void  sv_setpv(SV*, const char*);
119     void  sv_setpvn(SV*, const char*, STRLEN)
120     void  sv_setpvf(SV*, const char*, ...);
121     void  sv_vsetpvfn(SV*, const char*, STRLEN, va_list *,
122                                         SV **, Size_t, bool *);
123     void  sv_setsv(SV*, SV*);
124
125 Notice that you can choose to specify the length of the string to be
126 assigned by using C<sv_setpvn>, C<newSVpvn>, or C<newSVpv>, or you may
127 allow Perl to calculate the length by using C<sv_setpv> or by specifying
128 0 as the second argument to C<newSVpv>.  Be warned, though, that Perl will
129 determine the string's length by using C<strlen>, which depends on the
130 string terminating with a C<NUL> character, and not otherwise containing
131 NULs.
132
133 The arguments of C<sv_setpvf> are processed like C<sprintf>, and the
134 formatted output becomes the value.
135
136 C<sv_vsetpvfn> is an analogue of C<vsprintf>, but it allows you to specify
137 either a pointer to a variable argument list or the address and length of
138 an array of SVs.  The last argument points to a boolean; on return, if that
139 boolean is true, then locale-specific information has been used to format
140 the string, and the string's contents are therefore untrustworthy (see
141 L<perlsec>).  This pointer may be NULL if that information is not
142 important.  Note that this function requires you to specify the length of
143 the format.
144
145 The C<sv_set*()> functions are not generic enough to operate on values
146 that have "magic".  See L</Magic Virtual Tables> later in this document.
147
148 All SVs that contain strings should be terminated with a C<NUL> character.
149 If it is not C<NUL>-terminated there is a risk of
150 core dumps and corruptions from code which passes the string to C
151 functions or system calls which expect a C<NUL>-terminated string.
152 Perl's own functions typically add a trailing C<NUL> for this reason.
153 Nevertheless, you should be very careful when you pass a string stored
154 in an SV to a C function or system call.
155
156 To access the actual value that an SV points to, Perl's API exposes
157 several macros that coerce the actual scalar type into an IV, UV, double,
158 or string:
159
160 =over
161
162 =item * C<SvIV(SV*)> (C<IV>) and C<SvUV(SV*)> (C<UV>)
163
164 =item * C<SvNV(SV*)> (C<double>)
165
166 =item * Strings are a bit complicated:
167
168 =over
169
170 =item * Byte string: C<SvPVbyte(SV*, STRLEN len)> or C<SvPVbyte_nolen(SV*)>
171
172 If the Perl string is C<"\xff\xff">, then this returns a 2-byte C<char*>.
173
174 This is suitable for Perl strings that represent bytes.
175
176 =item * UTF-8 string: C<SvPVutf8(SV*, STRLEN len)> or C<SvPVutf8_nolen(SV*)>
177
178 If the Perl string is C<"\xff\xff">, then this returns a 4-byte C<char*>.
179
180 This is suitable for Perl strings that represent characters.
181
182 B<CAVEAT>: That C<char*> will be encoded via Perl's internal UTF-8 variant,
183 which means that if the SV contains non-Unicode code points (e.g.,
184 0x110000), then the result may contain extensions over valid UTF-8.
185 See L<perlapi/is_strict_utf8_string> for some methods Perl gives
186 you to check the UTF-8 validity of these macros' returns.
187
188 =item * You can also use C<SvPV(SV*, STRLEN len)> or C<SvPV_nolen(SV*)>
189 to fetch the SV's raw internal buffer. This is tricky, though; if your Perl
190 string
191 is C<"\xff\xff">, then depending on the SV's internal encoding you might get
192 back a 2-byte B<OR> a 4-byte C<char*>.
193 Moreover, if it's the 4-byte string, that could come from either Perl
194 C<"\xff\xff"> stored UTF-8 encoded, or Perl C<"\xc3\xbf\xc3\xbf"> stored
195 as raw octets. To differentiate between these you B<MUST> look up the
196 SV's UTF8 bit (cf. C<SvUTF8>) to know whether the source Perl string
197 is 2 characters (C<SvUTF8> would be on) or 4 characters (C<SvUTF8> would be
198 off).
199
200 B<IMPORTANT:> Use of C<SvPV>, C<SvPV_nolen>, or
201 similarly-named macros I<without> looking up the SV's UTF8 bit is
202 almost certainly a bug if non-ASCII input is allowed.
203
204 When the UTF8 bit is on, the same B<CAVEAT> about UTF-8 validity applies
205 here as for C<SvPVutf8>.
206
207 =back
208
209 (See L</How do I pass a Perl string to a C library?> for more details.)
210
211 In C<SvPVbyte>, C<SvPVutf8>, and C<SvPV>, the length of the C<char*> returned
212 is placed into the
213 variable C<len> (these are macros, so you do I<not> use C<&len>). If you do
214 not care what the length of the data is, use C<SvPVbyte_nolen>,
215 C<SvPVutf8_nolen>, or C<SvPV_nolen> instead.
216 The global variable C<PL_na> can also be given to
217 C<SvPVbyte>/C<SvPVutf8>/C<SvPV>
218 in this case.  But that can be quite inefficient because C<PL_na> must
219 be accessed in thread-local storage in threaded Perl.  In any case, remember
220 that Perl allows arbitrary strings of data that may both contain NULs and
221 might not be terminated by a C<NUL>.
222
223 Also remember that C doesn't allow you to safely say C<foo(SvPVbyte(s, len),
224 len);>.  It might work with your
225 compiler, but it won't work for everyone.
226 Break this sort of statement up into separate assignments:
227
228     SV *s;
229     STRLEN len;
230     char *ptr;
231     ptr = SvPVbyte(s, len);
232     foo(ptr, len);
233
234 =back
235
236 If you want to know if the scalar value is TRUE, you can use:
237
238     SvTRUE(SV*)
239
240 Although Perl will automatically grow strings for you, if you need to force
241 Perl to allocate more memory for your SV, you can use the macro
242
243     SvGROW(SV*, STRLEN newlen)
244
245 which will determine if more memory needs to be allocated.  If so, it will
246 call the function C<sv_grow>.  Note that C<SvGROW> can only increase, not
247 decrease, the allocated memory of an SV and that it does not automatically
248 add space for the trailing C<NUL> byte (perl's own string functions typically do
249 C<SvGROW(sv, len + 1)>).
250
251 If you want to write to an existing SV's buffer and set its value to a
252 string, use SvPVbyte_force() or one of its variants to force the SV to be
253 a PV.  This will remove any of various types of non-stringness from
254 the SV while preserving the content of the SV in the PV.  This can be
255 used, for example, to append data from an API function to a buffer
256 without extra copying:
257
258     (void)SvPVbyte_force(sv, len);
259     s = SvGROW(sv, len + needlen + 1);
260     /* something that modifies up to needlen bytes at s+len, but
261        modifies newlen bytes
262          eg. newlen = read(fd, s + len, needlen);
263        ignoring errors for these examples
264      */
265     s[len + newlen] = '\0';
266     SvCUR_set(sv, len + newlen);
267     SvUTF8_off(sv);
268     SvSETMAGIC(sv);
269
270 If you already have the data in memory or if you want to keep your
271 code simple, you can use one of the sv_cat*() variants, such as
272 sv_catpvn().  If you want to insert anywhere in the string you can use
273 sv_insert() or sv_insert_flags().
274
275 If you don't need the existing content of the SV, you can avoid some
276 copying with:
277
278     SvPVCLEAR(sv);
279     s = SvGROW(sv, needlen + 1);
280     /* something that modifies up to needlen bytes at s, but modifies
281        newlen bytes
282          eg. newlen = read(fd, s, needlen);
283      */
284     s[newlen] = '\0';
285     SvCUR_set(sv, newlen);
286     SvPOK_only(sv); /* also clears SVf_UTF8 */
287     SvSETMAGIC(sv);
288
289 Again, if you already have the data in memory or want to avoid the
290 complexity of the above, you can use sv_setpvn().
291
292 If you have a buffer allocated with Newx() and want to set that as the
293 SV's value, you can use sv_usepvn_flags().  That has some requirements
294 if you want to avoid perl re-allocating the buffer to fit the trailing
295 NUL:
296
297    Newx(buf, somesize+1, char);
298    /* ... fill in buf ... */
299    buf[somesize] = '\0';
300    sv_usepvn_flags(sv, buf, somesize, SV_SMAGIC | SV_HAS_TRAILING_NUL);
301    /* buf now belongs to perl, don't release it */
302
303 If you have an SV and want to know what kind of data Perl thinks is stored
304 in it, you can use the following macros to check the type of SV you have.
305
306     SvIOK(SV*)
307     SvNOK(SV*)
308     SvPOK(SV*)
309
310 Be aware that retrieving the numeric value of an SV can set IOK or NOK
311 on that SV, even when the SV started as a string.  Prior to Perl
312 5.36.0 retrieving the string value of an integer could set POK, but
313 this can no longer occur.  From 5.36.0 this can be used to distinguish
314 the original representation of an SV and is intended to make life
315 simpler for serializers:
316
317     /* references handled elsewhere */
318     if (SvIsBOOL(sv)) {
319         /* originally boolean */
320         ...
321     }
322     else if (SvPOK(sv)) {
323         /* originally a string */
324         ...
325     }
326     else if (SvNIOK(sv)) {
327         /* originally numeric */
328         ...
329     }
330     else {
331         /* something special or undef */
332     }
333
334 You can get and set the current length of the string stored in an SV with
335 the following macros:
336
337     SvCUR(SV*)
338     SvCUR_set(SV*, I32 val)
339
340 You can also get a pointer to the end of the string stored in the SV
341 with the macro:
342
343     SvEND(SV*)
344
345 But note that these last three macros are valid only if C<SvPOK()> is true.
346
347 If you want to append something to the end of string stored in an C<SV*>,
348 you can use the following functions:
349
350     void  sv_catpv(SV*, const char*);
351     void  sv_catpvn(SV*, const char*, STRLEN);
352     void  sv_catpvf(SV*, const char*, ...);
353     void  sv_vcatpvfn(SV*, const char*, STRLEN, va_list *, SV **,
354                                                              I32, bool);
355     void  sv_catsv(SV*, SV*);
356
357 The first function calculates the length of the string to be appended by
358 using C<strlen>.  In the second, you specify the length of the string
359 yourself.  The third function processes its arguments like C<sprintf> and
360 appends the formatted output.  The fourth function works like C<vsprintf>.
361 You can specify the address and length of an array of SVs instead of the
362 va_list argument.  The fifth function
363 extends the string stored in the first
364 SV with the string stored in the second SV.  It also forces the second SV
365 to be interpreted as a string.
366
367 The C<sv_cat*()> functions are not generic enough to operate on values that
368 have "magic".  See L</Magic Virtual Tables> later in this document.
369
370 If you know the name of a scalar variable, you can get a pointer to its SV
371 by using the following:
372
373     SV*  get_sv("package::varname", 0);
374
375 This returns NULL if the variable does not exist.
376
377 If you want to know if this variable (or any other SV) is actually C<defined>,
378 you can call:
379
380     SvOK(SV*)
381
382 The scalar C<undef> value is stored in an SV instance called C<PL_sv_undef>.
383
384 Its address can be used whenever an C<SV*> is needed.  Make sure that
385 you don't try to compare a random sv with C<&PL_sv_undef>.  For example
386 when interfacing Perl code, it'll work correctly for:
387
388   foo(undef);
389
390 But won't work when called as:
391
392   $x = undef;
393   foo($x);
394
395 So to repeat always use SvOK() to check whether an sv is defined.
396
397 Also you have to be careful when using C<&PL_sv_undef> as a value in
398 AVs or HVs (see L</AVs, HVs and undefined values>).
399
400 There are also the two values C<PL_sv_yes> and C<PL_sv_no>, which contain
401 boolean TRUE and FALSE values, respectively.  Like C<PL_sv_undef>, their
402 addresses can be used whenever an C<SV*> is needed.
403
404 Do not be fooled into thinking that C<(SV *) 0> is the same as C<&PL_sv_undef>.
405 Take this code:
406
407     SV* sv = (SV*) 0;
408     if (I-am-to-return-a-real-value) {
409             sv = sv_2mortal(newSViv(42));
410     }
411     sv_setsv(ST(0), sv);
412
413 This code tries to return a new SV (which contains the value 42) if it should
414 return a real value, or undef otherwise.  Instead it has returned a NULL
415 pointer which, somewhere down the line, will cause a segmentation violation,
416 bus error, or just weird results.  Change the zero to C<&PL_sv_undef> in the
417 first line and all will be well.
418
419 To free an SV that you've created, call C<SvREFCNT_dec(SV*)>.  Normally this
420 call is not necessary (see L</Reference Counts and Mortality>).
421
422 =head2 Offsets
423
424 Perl provides the function C<sv_chop> to efficiently remove characters
425 from the beginning of a string; you give it an SV and a pointer to
426 somewhere inside the PV, and it discards everything before the
427 pointer.  The efficiency comes by means of a little hack: instead of
428 actually removing the characters, C<sv_chop> sets the flag C<OOK>
429 (offset OK) to signal to other functions that the offset hack is in
430 effect, and it moves the PV pointer (called C<SvPVX>) forward
431 by the number of bytes chopped off, and adjusts C<SvCUR> and C<SvLEN>
432 accordingly.  (A portion of the space between the old and new PV
433 pointers is used to store the count of chopped bytes.)
434
435 Hence, at this point, the start of the buffer that we allocated lives
436 at C<SvPVX(sv) - SvIV(sv)> in memory and the PV pointer is pointing
437 into the middle of this allocated storage.
438
439 This is best demonstrated by example.  Normally copy-on-write will prevent
440 the substitution from operator from using this hack, but if you can craft a
441 string for which copy-on-write is not possible, you can see it in play.  In
442 the current implementation, the final byte of a string buffer is used as a
443 copy-on-write reference count.  If the buffer is not big enough, then
444 copy-on-write is skipped.  First have a look at an empty string:
445
446   % ./perl -Ilib -MDevel::Peek -le '$a=""; $a .= ""; Dump $a'
447   SV = PV(0x7ffb7c008a70) at 0x7ffb7c030390
448     REFCNT = 1
449     FLAGS = (POK,pPOK)
450     PV = 0x7ffb7bc05b50 ""\0
451     CUR = 0
452     LEN = 10
453
454 Notice here the LEN is 10.  (It may differ on your platform.)  Extend the
455 length of the string to one less than 10, and do a substitution:
456
457  % ./perl -Ilib -MDevel::Peek -le '$a=""; $a.="123456789"; $a=~s/.//; \
458                                                             Dump($a)'
459  SV = PV(0x7ffa04008a70) at 0x7ffa04030390
460    REFCNT = 1
461    FLAGS = (POK,OOK,pPOK)
462    OFFSET = 1
463    PV = 0x7ffa03c05b61 ( "\1" . ) "23456789"\0
464    CUR = 8
465    LEN = 9
466
467 Here the number of bytes chopped off (1) is shown next as the OFFSET.  The
468 portion of the string between the "real" and the "fake" beginnings is
469 shown in parentheses, and the values of C<SvCUR> and C<SvLEN> reflect
470 the fake beginning, not the real one.  (The first character of the string
471 buffer happens to have changed to "\1" here, not "1", because the current
472 implementation stores the offset count in the string buffer.  This is
473 subject to change.)
474
475 Something similar to the offset hack is performed on AVs to enable
476 efficient shifting and splicing off the beginning of the array; while
477 C<AvARRAY> points to the first element in the array that is visible from
478 Perl, C<AvALLOC> points to the real start of the C array.  These are
479 usually the same, but a C<shift> operation can be carried out by
480 increasing C<AvARRAY> by one and decreasing C<AvFILL> and C<AvMAX>.
481 Again, the location of the real start of the C array only comes into
482 play when freeing the array.  See C<av_shift> in F<av.c>.
483
484 =head2 What's Really Stored in an SV?
485
486 Recall that the usual method of determining the type of scalar you have is
487 to use C<Sv*OK> macros.  Because a scalar can be both a number and a string,
488 usually these macros will always return TRUE and calling the C<Sv*V>
489 macros will do the appropriate conversion of string to integer/double or
490 integer/double to string.
491
492 If you I<really> need to know if you have an integer, double, or string
493 pointer in an SV, you can use the following three macros instead:
494
495     SvIOKp(SV*)
496     SvNOKp(SV*)
497     SvPOKp(SV*)
498
499 These will tell you if you truly have an integer, double, or string pointer
500 stored in your SV.  The "p" stands for private.
501
502 There are various ways in which the private and public flags may differ.
503 For example, in perl 5.16 and earlier a tied SV may have a valid
504 underlying value in the IV slot (so SvIOKp is true), but the data
505 should be accessed via the FETCH routine rather than directly,
506 so SvIOK is false.  (In perl 5.18 onwards, tied scalars use
507 the flags the same way as untied scalars.)  Another is when
508 numeric conversion has occurred and precision has been lost: only the
509 private flag is set on 'lossy' values.  So when an NV is converted to an
510 IV with loss, SvIOKp, SvNOKp and SvNOK will be set, while SvIOK wont be.
511
512 In general, though, it's best to use the C<Sv*V> macros.
513
514 =head2 Working with AVs
515
516 There are two ways to create and load an AV.  The first method creates an
517 empty AV:
518
519     AV*  newAV();
520
521 The second method both creates the AV and initially populates it with SVs:
522
523     AV*  av_make(SSize_t num, SV **ptr);
524
525 The second argument points to an array containing C<num> C<SV*>'s.  Once the
526 AV has been created, the SVs can be destroyed, if so desired.
527
528 Once the AV has been created, the following operations are possible on it:
529
530     void  av_push(AV*, SV*);
531     SV*   av_pop(AV*);
532     SV*   av_shift(AV*);
533     void  av_unshift(AV*, SSize_t num);
534
535 These should be familiar operations, with the exception of C<av_unshift>.
536 This routine adds C<num> elements at the front of the array with the C<undef>
537 value.  You must then use C<av_store> (described below) to assign values
538 to these new elements.
539
540 Here are some other functions:
541
542     SSize_t av_top_index(AV*);
543     SV**    av_fetch(AV*, SSize_t key, I32 lval);
544     SV**    av_store(AV*, SSize_t key, SV* val);
545
546 The C<av_top_index> function returns the highest index value in an array (just
547 like $#array in Perl).  If the array is empty, -1 is returned.  The
548 C<av_fetch> function returns the value at index C<key>, but if C<lval>
549 is non-zero, then C<av_fetch> will store an undef value at that index.
550 The C<av_store> function stores the value C<val> at index C<key>, and does
551 not increment the reference count of C<val>.  Thus the caller is responsible
552 for taking care of that, and if C<av_store> returns NULL, the caller will
553 have to decrement the reference count to avoid a memory leak.  Note that
554 C<av_fetch> and C<av_store> both return C<SV**>'s, not C<SV*>'s as their
555 return value.
556
557 A few more:
558
559     void  av_clear(AV*);
560     void  av_undef(AV*);
561     void  av_extend(AV*, SSize_t key);
562
563 The C<av_clear> function deletes all the elements in the AV* array, but
564 does not actually delete the array itself.  The C<av_undef> function will
565 delete all the elements in the array plus the array itself.  The
566 C<av_extend> function extends the array so that it contains at least C<key+1>
567 elements.  If C<key+1> is less than the currently allocated length of the array,
568 then nothing is done.
569
570 If you know the name of an array variable, you can get a pointer to its AV
571 by using the following:
572
573     AV*  get_av("package::varname", 0);
574
575 This returns NULL if the variable does not exist.
576
577 See L</Understanding the Magic of Tied Hashes and Arrays> for more
578 information on how to use the array access functions on tied arrays.
579
580 =head2 Working with HVs
581
582 To create an HV, you use the following routine:
583
584     HV*  newHV();
585
586 Once the HV has been created, the following operations are possible on it:
587
588     SV**  hv_store(HV*, const char* key, U32 klen, SV* val, U32 hash);
589     SV**  hv_fetch(HV*, const char* key, U32 klen, I32 lval);
590
591 The C<klen> parameter is the length of the key being passed in (Note that
592 you cannot pass 0 in as a value of C<klen> to tell Perl to measure the
593 length of the key).  The C<val> argument contains the SV pointer to the
594 scalar being stored, and C<hash> is the precomputed hash value (zero if
595 you want C<hv_store> to calculate it for you).  The C<lval> parameter
596 indicates whether this fetch is actually a part of a store operation, in
597 which case a new undefined value will be added to the HV with the supplied
598 key and C<hv_fetch> will return as if the value had already existed.
599
600 Remember that C<hv_store> and C<hv_fetch> return C<SV**>'s and not just
601 C<SV*>.  To access the scalar value, you must first dereference the return
602 value.  However, you should check to make sure that the return value is
603 not NULL before dereferencing it.
604
605 The first of these two functions checks if a hash table entry exists, and the 
606 second deletes it.
607
608     bool  hv_exists(HV*, const char* key, U32 klen);
609     SV*   hv_delete(HV*, const char* key, U32 klen, I32 flags);
610
611 If C<flags> does not include the C<G_DISCARD> flag then C<hv_delete> will
612 create and return a mortal copy of the deleted value.
613
614 And more miscellaneous functions:
615
616     void   hv_clear(HV*);
617     void   hv_undef(HV*);
618
619 Like their AV counterparts, C<hv_clear> deletes all the entries in the hash
620 table but does not actually delete the hash table.  The C<hv_undef> deletes
621 both the entries and the hash table itself.
622
623 Perl keeps the actual data in a linked list of structures with a typedef of HE.
624 These contain the actual key and value pointers (plus extra administrative
625 overhead).  The key is a string pointer; the value is an C<SV*>.  However,
626 once you have an C<HE*>, to get the actual key and value, use the routines
627 specified below.
628
629 =for apidoc Ayh||HE
630
631     I32    hv_iterinit(HV*);
632             /* Prepares starting point to traverse hash table */
633     HE*    hv_iternext(HV*);
634             /* Get the next entry, and return a pointer to a
635                structure that has both the key and value */
636     char*  hv_iterkey(HE* entry, I32* retlen);
637             /* Get the key from an HE structure and also return
638                the length of the key string */
639     SV*    hv_iterval(HV*, HE* entry);
640             /* Return an SV pointer to the value of the HE
641                structure */
642     SV*    hv_iternextsv(HV*, char** key, I32* retlen);
643             /* This convenience routine combines hv_iternext,
644                hv_iterkey, and hv_iterval.  The key and retlen
645                arguments are return values for the key and its
646                length.  The value is returned in the SV* argument */
647
648 If you know the name of a hash variable, you can get a pointer to its HV
649 by using the following:
650
651     HV*  get_hv("package::varname", 0);
652
653 This returns NULL if the variable does not exist.
654
655 The hash algorithm is defined in the C<PERL_HASH> macro:
656
657     PERL_HASH(hash, key, klen)
658
659 The exact implementation of this macro varies by architecture and version
660 of perl, and the return value may change per invocation, so the value
661 is only valid for the duration of a single perl process.
662
663 See L</Understanding the Magic of Tied Hashes and Arrays> for more
664 information on how to use the hash access functions on tied hashes.
665
666 =for apidoc_section $HV
667 =for apidoc Amh|void|PERL_HASH|U32 hash|char *key|STRLEN klen
668
669 =head2 Hash API Extensions
670
671 Beginning with version 5.004, the following functions are also supported:
672
673     HE*     hv_fetch_ent  (HV* tb, SV* key, I32 lval, U32 hash);
674     HE*     hv_store_ent  (HV* tb, SV* key, SV* val, U32 hash);
675
676     bool    hv_exists_ent (HV* tb, SV* key, U32 hash);
677     SV*     hv_delete_ent (HV* tb, SV* key, I32 flags, U32 hash);
678
679     SV*     hv_iterkeysv  (HE* entry);
680
681 Note that these functions take C<SV*> keys, which simplifies writing
682 of extension code that deals with hash structures.  These functions
683 also allow passing of C<SV*> keys to C<tie> functions without forcing
684 you to stringify the keys (unlike the previous set of functions).
685
686 They also return and accept whole hash entries (C<HE*>), making their
687 use more efficient (since the hash number for a particular string
688 doesn't have to be recomputed every time).  See L<perlapi> for detailed
689 descriptions.
690
691 The following macros must always be used to access the contents of hash
692 entries.  Note that the arguments to these macros must be simple
693 variables, since they may get evaluated more than once.  See
694 L<perlapi> for detailed descriptions of these macros.
695
696     HePV(HE* he, STRLEN len)
697     HeVAL(HE* he)
698     HeHASH(HE* he)
699     HeSVKEY(HE* he)
700     HeSVKEY_force(HE* he)
701     HeSVKEY_set(HE* he, SV* sv)
702
703 These two lower level macros are defined, but must only be used when
704 dealing with keys that are not C<SV*>s:
705
706     HeKEY(HE* he)
707     HeKLEN(HE* he)
708
709 Note that both C<hv_store> and C<hv_store_ent> do not increment the
710 reference count of the stored C<val>, which is the caller's responsibility.
711 If these functions return a NULL value, the caller will usually have to
712 decrement the reference count of C<val> to avoid a memory leak.
713
714 =head2 AVs, HVs and undefined values
715
716 Sometimes you have to store undefined values in AVs or HVs.  Although
717 this may be a rare case, it can be tricky.  That's because you're
718 used to using C<&PL_sv_undef> if you need an undefined SV.
719
720 For example, intuition tells you that this XS code:
721
722     AV *av = newAV();
723     av_store( av, 0, &PL_sv_undef );
724
725 is equivalent to this Perl code:
726
727     my @av;
728     $av[0] = undef;
729
730 Unfortunately, this isn't true.  In perl 5.18 and earlier, AVs use C<&PL_sv_undef> as a marker
731 for indicating that an array element has not yet been initialized.
732 Thus, C<exists $av[0]> would be true for the above Perl code, but
733 false for the array generated by the XS code.  In perl 5.20, storing
734 &PL_sv_undef will create a read-only element, because the scalar
735 &PL_sv_undef itself is stored, not a copy.
736
737 Similar problems can occur when storing C<&PL_sv_undef> in HVs:
738
739     hv_store( hv, "key", 3, &PL_sv_undef, 0 );
740
741 This will indeed make the value C<undef>, but if you try to modify
742 the value of C<key>, you'll get the following error:
743
744     Modification of non-creatable hash value attempted
745
746 In perl 5.8.0, C<&PL_sv_undef> was also used to mark placeholders
747 in restricted hashes.  This caused such hash entries not to appear
748 when iterating over the hash or when checking for the keys
749 with the C<hv_exists> function.
750
751 You can run into similar problems when you store C<&PL_sv_yes> or
752 C<&PL_sv_no> into AVs or HVs.  Trying to modify such elements
753 will give you the following error:
754
755     Modification of a read-only value attempted
756
757 To make a long story short, you can use the special variables
758 C<&PL_sv_undef>, C<&PL_sv_yes> and C<&PL_sv_no> with AVs and
759 HVs, but you have to make sure you know what you're doing.
760
761 Generally, if you want to store an undefined value in an AV
762 or HV, you should not use C<&PL_sv_undef>, but rather create a
763 new undefined value using the C<newSV> function, for example:
764
765     av_store( av, 42, newSV(0) );
766     hv_store( hv, "foo", 3, newSV(0), 0 );
767
768 =head2 References
769
770 References are a special type of scalar that point to other data types
771 (including other references).
772
773 To create a reference, use either of the following functions:
774
775     SV* newRV_inc((SV*) thing);
776     SV* newRV_noinc((SV*) thing);
777
778 The C<thing> argument can be any of an C<SV*>, C<AV*>, or C<HV*>.  The
779 functions are identical except that C<newRV_inc> increments the reference
780 count of the C<thing>, while C<newRV_noinc> does not.  For historical
781 reasons, C<newRV> is a synonym for C<newRV_inc>.
782
783 Once you have a reference, you can use the following macro to dereference
784 the reference:
785
786     SvRV(SV*)
787
788 then call the appropriate routines, casting the returned C<SV*> to either an
789 C<AV*> or C<HV*>, if required.
790
791 To determine if an SV is a reference, you can use the following macro:
792
793     SvROK(SV*)
794
795 To discover what type of value the reference refers to, use the following
796 macro and then check the return value.
797
798     SvTYPE(SvRV(SV*))
799
800 The most useful types that will be returned are:
801
802     SVt_PVAV    Array
803     SVt_PVHV    Hash
804     SVt_PVCV    Code
805     SVt_PVGV    Glob (possibly a file handle)
806
807 Any numerical value returned which is less than SVt_PVAV will be a scalar
808 of some form.
809
810 See L<perlapi/svtype> for more details.
811
812 =head2 Blessed References and Class Objects
813
814 References are also used to support object-oriented programming.  In perl's
815 OO lexicon, an object is simply a reference that has been blessed into a
816 package (or class).  Once blessed, the programmer may now use the reference
817 to access the various methods in the class.
818
819 A reference can be blessed into a package with the following function:
820
821     SV* sv_bless(SV* sv, HV* stash);
822
823 The C<sv> argument must be a reference value.  The C<stash> argument
824 specifies which class the reference will belong to.  See
825 L</Stashes and Globs> for information on converting class names into stashes.
826
827 /* Still under construction */
828
829 The following function upgrades rv to reference if not already one.
830 Creates a new SV for rv to point to.  If C<classname> is non-null, the SV
831 is blessed into the specified class.  SV is returned.
832
833         SV* newSVrv(SV* rv, const char* classname);
834
835 The following three functions copy integer, unsigned integer or double
836 into an SV whose reference is C<rv>.  SV is blessed if C<classname> is
837 non-null.
838
839         SV* sv_setref_iv(SV* rv, const char* classname, IV iv);
840         SV* sv_setref_uv(SV* rv, const char* classname, UV uv);
841         SV* sv_setref_nv(SV* rv, const char* classname, NV iv);
842
843 The following function copies the pointer value (I<the address, not the
844 string!>) into an SV whose reference is rv.  SV is blessed if C<classname>
845 is non-null.
846
847         SV* sv_setref_pv(SV* rv, const char* classname, void* pv);
848
849 The following function copies a string into an SV whose reference is C<rv>.
850 Set length to 0 to let Perl calculate the string length.  SV is blessed if
851 C<classname> is non-null.
852
853     SV* sv_setref_pvn(SV* rv, const char* classname, char* pv,
854                                                          STRLEN length);
855
856 The following function tests whether the SV is blessed into the specified
857 class.  It does not check inheritance relationships.
858
859         int  sv_isa(SV* sv, const char* name);
860
861 The following function tests whether the SV is a reference to a blessed object.
862
863         int  sv_isobject(SV* sv);
864
865 The following function tests whether the SV is derived from the specified
866 class.  SV can be either a reference to a blessed object or a string
867 containing a class name.  This is the function implementing the
868 C<UNIVERSAL::isa> functionality.
869
870         bool sv_derived_from(SV* sv, const char* name);
871
872 To check if you've got an object derived from a specific class you have
873 to write:
874
875         if (sv_isobject(sv) && sv_derived_from(sv, class)) { ... }
876
877 =head2 Creating New Variables
878
879 To create a new Perl variable with an undef value which can be accessed from
880 your Perl script, use the following routines, depending on the variable type.
881
882     SV*  get_sv("package::varname", GV_ADD);
883     AV*  get_av("package::varname", GV_ADD);
884     HV*  get_hv("package::varname", GV_ADD);
885
886 Notice the use of GV_ADD as the second parameter.  The new variable can now
887 be set, using the routines appropriate to the data type.
888
889 There are additional macros whose values may be bitwise OR'ed with the
890 C<GV_ADD> argument to enable certain extra features.  Those bits are:
891
892 =over
893
894 =item GV_ADDMULTI
895
896 Marks the variable as multiply defined, thus preventing the:
897
898   Name <varname> used only once: possible typo
899
900 warning.
901
902 =item GV_ADDWARN
903
904 Issues the warning:
905
906   Had to create <varname> unexpectedly
907
908 if the variable did not exist before the function was called.
909
910 =back
911
912 If you do not specify a package name, the variable is created in the current
913 package.
914
915 =head2 Reference Counts and Mortality
916
917 Perl uses a reference count-driven garbage collection mechanism.  SVs,
918 AVs, or HVs (xV for short in the following) start their life with a
919 reference count of 1.  If the reference count of an xV ever drops to 0,
920 then it will be destroyed and its memory made available for reuse.
921 At the most basic internal level, reference counts can be manipulated
922 with the following macros:
923
924     int SvREFCNT(SV* sv);
925     SV* SvREFCNT_inc(SV* sv);
926     void SvREFCNT_dec(SV* sv);
927
928 (There are also suffixed versions of the increment and decrement macros,
929 for situations where the full generality of these basic macros can be
930 exchanged for some performance.)
931
932 However, the way a programmer should think about references is not so
933 much in terms of the bare reference count, but in terms of I<ownership>
934 of references.  A reference to an xV can be owned by any of a variety
935 of entities: another xV, the Perl interpreter, an XS data structure,
936 a piece of running code, or a dynamic scope.  An xV generally does not
937 know what entities own the references to it; it only knows how many
938 references there are, which is the reference count.
939
940 To correctly maintain reference counts, it is essential to keep track
941 of what references the XS code is manipulating.  The programmer should
942 always know where a reference has come from and who owns it, and be
943 aware of any creation or destruction of references, and any transfers
944 of ownership.  Because ownership isn't represented explicitly in the xV
945 data structures, only the reference count need be actually maintained
946 by the code, and that means that this understanding of ownership is not
947 actually evident in the code.  For example, transferring ownership of a
948 reference from one owner to another doesn't change the reference count
949 at all, so may be achieved with no actual code.  (The transferring code
950 doesn't touch the referenced object, but does need to ensure that the
951 former owner knows that it no longer owns the reference, and that the
952 new owner knows that it now does.)
953
954 An xV that is visible at the Perl level should not become unreferenced
955 and thus be destroyed.  Normally, an object will only become unreferenced
956 when it is no longer visible, often by the same means that makes it
957 invisible.  For example, a Perl reference value (RV) owns a reference to
958 its referent, so if the RV is overwritten that reference gets destroyed,
959 and the no-longer-reachable referent may be destroyed as a result.
960
961 Many functions have some kind of reference manipulation as
962 part of their purpose.  Sometimes this is documented in terms
963 of ownership of references, and sometimes it is (less helpfully)
964 documented in terms of changes to reference counts.  For example, the
965 L<newRV_inc()|perlapi/newRV_inc> function is documented to create a new RV
966 (with reference count 1) and increment the reference count of the referent
967 that was supplied by the caller.  This is best understood as creating
968 a new reference to the referent, which is owned by the created RV,
969 and returning to the caller ownership of the sole reference to the RV.
970 The L<newRV_noinc()|perlapi/newRV_noinc> function instead does not
971 increment the reference count of the referent, but the RV nevertheless
972 ends up owning a reference to the referent.  It is therefore implied
973 that the caller of C<newRV_noinc()> is relinquishing a reference to the
974 referent, making this conceptually a more complicated operation even
975 though it does less to the data structures.
976
977 For example, imagine you want to return a reference from an XSUB
978 function.  Inside the XSUB routine, you create an SV which initially
979 has just a single reference, owned by the XSUB routine.  This reference
980 needs to be disposed of before the routine is complete, otherwise it
981 will leak, preventing the SV from ever being destroyed.  So to create
982 an RV referencing the SV, it is most convenient to pass the SV to
983 C<newRV_noinc()>, which consumes that reference.  Now the XSUB routine
984 no longer owns a reference to the SV, but does own a reference to the RV,
985 which in turn owns a reference to the SV.  The ownership of the reference
986 to the RV is then transferred by the process of returning the RV from
987 the XSUB.
988
989 There are some convenience functions available that can help with the
990 destruction of xVs.  These functions introduce the concept of "mortality".
991 Much documentation speaks of an xV itself being mortal, but this is
992 misleading.  It is really I<a reference to> an xV that is mortal, and it
993 is possible for there to be more than one mortal reference to a single xV.
994 For a reference to be mortal means that it is owned by the temps stack,
995 one of perl's many internal stacks, which will destroy that reference
996 "a short time later".  Usually the "short time later" is the end of
997 the current Perl statement.  However, it gets more complicated around
998 dynamic scopes: there can be multiple sets of mortal references hanging
999 around at the same time, with different death dates.  Internally, the
1000 actual determinant for when mortal xV references are destroyed depends
1001 on two macros, SAVETMPS and FREETMPS.  See L<perlcall> and L<perlxs>
1002 and L</Temporaries Stack> below for more details on these macros.
1003
1004 Mortal references are mainly used for xVs that are placed on perl's
1005 main stack.  The stack is problematic for reference tracking, because it
1006 contains a lot of xV references, but doesn't own those references: they
1007 are not counted.  Currently, there are many bugs resulting from xVs being
1008 destroyed while referenced by the stack, because the stack's uncounted
1009 references aren't enough to keep the xVs alive.  So when putting an
1010 (uncounted) reference on the stack, it is vitally important to ensure that
1011 there will be a counted reference to the same xV that will last at least
1012 as long as the uncounted reference.  But it's also important that that
1013 counted reference be cleaned up at an appropriate time, and not unduly
1014 prolong the xV's life.  For there to be a mortal reference is often the
1015 best way to satisfy this requirement, especially if the xV was created
1016 especially to be put on the stack and would otherwise be unreferenced.
1017
1018 To create a mortal reference, use the functions:
1019
1020     SV*  sv_newmortal()
1021     SV*  sv_mortalcopy(SV*)
1022     SV*  sv_2mortal(SV*)
1023
1024 C<sv_newmortal()> creates an SV (with the undefined value) whose sole
1025 reference is mortal.  C<sv_mortalcopy()> creates an xV whose value is a
1026 copy of a supplied xV and whose sole reference is mortal.  C<sv_2mortal()>
1027 mortalises an existing xV reference: it transfers ownership of a reference
1028 from the caller to the temps stack.  Because C<sv_newmortal> gives the new
1029 SV no value, it must normally be given one via C<sv_setpv>, C<sv_setiv>,
1030 etc. :
1031
1032     SV *tmp = sv_newmortal();
1033     sv_setiv(tmp, an_integer);
1034
1035 As that is multiple C statements it is quite common so see this idiom instead:
1036
1037     SV *tmp = sv_2mortal(newSViv(an_integer));
1038
1039 The mortal routines are not just for SVs; AVs and HVs can be
1040 made mortal by passing their address (type-casted to C<SV*>) to the
1041 C<sv_2mortal> or C<sv_mortalcopy> routines.
1042
1043 =head2 Stashes and Globs
1044
1045 A B<stash> is a hash that contains all variables that are defined
1046 within a package.  Each key of the stash is a symbol
1047 name (shared by all the different types of objects that have the same
1048 name), and each value in the hash table is a GV (Glob Value).  This GV
1049 in turn contains references to the various objects of that name,
1050 including (but not limited to) the following:
1051
1052     Scalar Value
1053     Array Value
1054     Hash Value
1055     I/O Handle
1056     Format
1057     Subroutine
1058
1059 There is a single stash called C<PL_defstash> that holds the items that exist
1060 in the C<main> package.  To get at the items in other packages, append the
1061 string "::" to the package name.  The items in the C<Foo> package are in
1062 the stash C<Foo::> in PL_defstash.  The items in the C<Bar::Baz> package are
1063 in the stash C<Baz::> in C<Bar::>'s stash.
1064
1065 To get the stash pointer for a particular package, use the function:
1066
1067     HV*  gv_stashpv(const char* name, I32 flags)
1068     HV*  gv_stashsv(SV*, I32 flags)
1069
1070 The first function takes a literal string, the second uses the string stored
1071 in the SV.  Remember that a stash is just a hash table, so you get back an
1072 C<HV*>.  The C<flags> flag will create a new package if it is set to GV_ADD.
1073
1074 The name that C<gv_stash*v> wants is the name of the package whose symbol table
1075 you want.  The default package is called C<main>.  If you have multiply nested
1076 packages, pass their names to C<gv_stash*v>, separated by C<::> as in the Perl
1077 language itself.
1078
1079 Alternately, if you have an SV that is a blessed reference, you can find
1080 out the stash pointer by using:
1081
1082     HV*  SvSTASH(SvRV(SV*));
1083
1084 then use the following to get the package name itself:
1085
1086     char*  HvNAME(HV* stash);
1087
1088 If you need to bless or re-bless an object you can use the following
1089 function:
1090
1091     SV*  sv_bless(SV*, HV* stash)
1092
1093 where the first argument, an C<SV*>, must be a reference, and the second
1094 argument is a stash.  The returned C<SV*> can now be used in the same way
1095 as any other SV.
1096
1097 For more information on references and blessings, consult L<perlref>.
1098
1099 =head2 I/O Handles
1100
1101 Like AVs and HVs, IO objects are another type of non-scalar SV which
1102 may contain input and output L<PerlIO|perlapio> objects or a C<DIR *>
1103 from opendir().
1104
1105 You can create a new IO object:
1106
1107     IO*  newIO();
1108
1109 Unlike other SVs, a new IO object is automatically blessed into the
1110 L<IO::File> class.
1111
1112 The IO object contains an input and output PerlIO handle:
1113
1114   PerlIO *IoIFP(IO *io);
1115   PerlIO *IoOFP(IO *io);
1116
1117 Typically if the IO object has been opened on a file, the input handle
1118 is always present, but the output handle is only present if the file
1119 is open for output.  For a file, if both are present they will be the
1120 same PerlIO object.
1121
1122 Distinct input and output PerlIO objects are created for sockets and
1123 character devices.
1124
1125 The IO object also contains other data associated with Perl I/O
1126 handles:
1127
1128   IV IoLINES(io);                /* $. */
1129   IV IoPAGE(io);                 /* $% */
1130   IV IoPAGE_LEN(io);             /* $= */
1131   IV IoLINES_LEFT(io);           /* $- */
1132   char *IoTOP_NAME(io);          /* $^ */
1133   GV *IoTOP_GV(io);              /* $^ */
1134   char *IoFMT_NAME(io);          /* $~ */
1135   GV *IoFMT_GV(io);              /* $~ */
1136   char *IoBOTTOM_NAME(io);
1137   GV *IoBOTTOM_GV(io);
1138   char IoTYPE(io);
1139   U8 IoFLAGS(io);
1140
1141 Most of these are involved with L<formats|perlform>.
1142
1143 IoFLAGs() may contain a combination of flags, the most interesting of
1144 which are C<IOf_FLUSH> (C<$|>) for autoflush and C<IOf_UNTAINT>,
1145 settable with L<< IO::Handle's untaint() method|IO::Handle/"$io->untaint" >>.
1146
1147 The IO object may also contains a directory handle:
1148
1149   DIR *IoDIRP(io);
1150
1151 suitable for use with PerlDir_read() etc.
1152
1153 All of these accessors macros are lvalues, there are no distinct
1154 C<_set()> macros to modify the members of the IO object.
1155
1156 =head2 Double-Typed SVs
1157
1158 Scalar variables normally contain only one type of value, an integer,
1159 double, pointer, or reference.  Perl will automatically convert the
1160 actual scalar data from the stored type into the requested type.
1161
1162 Some scalar variables contain more than one type of scalar data.  For
1163 example, the variable C<$!> contains either the numeric value of C<errno>
1164 or its string equivalent from either C<strerror> or C<sys_errlist[]>.
1165
1166 To force multiple data values into an SV, you must do two things: use the
1167 C<sv_set*v> routines to add the additional scalar type, then set a flag
1168 so that Perl will believe it contains more than one type of data.  The
1169 four macros to set the flags are:
1170
1171         SvIOK_on
1172         SvNOK_on
1173         SvPOK_on
1174         SvROK_on
1175
1176 The particular macro you must use depends on which C<sv_set*v> routine
1177 you called first.  This is because every C<sv_set*v> routine turns on
1178 only the bit for the particular type of data being set, and turns off
1179 all the rest.
1180
1181 For example, to create a new Perl variable called "dberror" that contains
1182 both the numeric and descriptive string error values, you could use the
1183 following code:
1184
1185     extern int  dberror;
1186     extern char *dberror_list;
1187
1188     SV* sv = get_sv("dberror", GV_ADD);
1189     sv_setiv(sv, (IV) dberror);
1190     sv_setpv(sv, dberror_list[dberror]);
1191     SvIOK_on(sv);
1192
1193 If the order of C<sv_setiv> and C<sv_setpv> had been reversed, then the
1194 macro C<SvPOK_on> would need to be called instead of C<SvIOK_on>.
1195
1196 =head2 Read-Only Values
1197
1198 In Perl 5.16 and earlier, copy-on-write (see the next section) shared a
1199 flag bit with read-only scalars.  So the only way to test whether
1200 C<sv_setsv>, etc., will raise a "Modification of a read-only value" error
1201 in those versions is:
1202
1203     SvREADONLY(sv) && !SvIsCOW(sv)
1204
1205 Under Perl 5.18 and later, SvREADONLY only applies to read-only variables,
1206 and, under 5.20, copy-on-write scalars can also be read-only, so the above
1207 check is incorrect.  You just want:
1208
1209     SvREADONLY(sv)
1210
1211 If you need to do this check often, define your own macro like this:
1212
1213     #if PERL_VERSION >= 18
1214     # define SvTRULYREADONLY(sv) SvREADONLY(sv)
1215     #else
1216     # define SvTRULYREADONLY(sv) (SvREADONLY(sv) && !SvIsCOW(sv))
1217     #endif
1218
1219 =head2 Copy on Write
1220
1221 Perl implements a copy-on-write (COW) mechanism for scalars, in which
1222 string copies are not immediately made when requested, but are deferred
1223 until made necessary by one or the other scalar changing.  This is mostly
1224 transparent, but one must take care not to modify string buffers that are
1225 shared by multiple SVs.
1226
1227 You can test whether an SV is using copy-on-write with C<SvIsCOW(sv)>.
1228
1229 You can force an SV to make its own copy of its string buffer by calling C<sv_force_normal(sv)> or SvPV_force_nolen(sv).
1230
1231 If you want to make the SV drop its string buffer, use
1232 C<sv_force_normal_flags(sv, SV_COW_DROP_PV)> or simply
1233 C<sv_setsv(sv, NULL)>.
1234
1235 All of these functions will croak on read-only scalars (see the previous
1236 section for more on those).
1237
1238 To test that your code is behaving correctly and not modifying COW buffers,
1239 on systems that support L<mmap(2)> (i.e., Unix) you can configure perl with
1240 C<-Accflags=-DPERL_DEBUG_READONLY_COW> and it will turn buffer violations
1241 into crashes.  You will find it to be marvellously slow, so you may want to
1242 skip perl's own tests.
1243
1244 =head2 Magic Variables
1245
1246 [This section still under construction.  Ignore everything here.  Post no
1247 bills.  Everything not permitted is forbidden.]
1248
1249 Any SV may be magical, that is, it has special features that a normal
1250 SV does not have.  These features are stored in the SV structure in a
1251 linked list of C<struct magic>'s, typedef'ed to C<MAGIC>.
1252
1253     struct magic {
1254         MAGIC*      mg_moremagic;
1255         MGVTBL*     mg_virtual;
1256         U16         mg_private;
1257         char        mg_type;
1258         U8          mg_flags;
1259         I32         mg_len;
1260         SV*         mg_obj;
1261         char*       mg_ptr;
1262     };
1263
1264 Note this is current as of patchlevel 0, and could change at any time.
1265
1266 =head2 Assigning Magic
1267
1268 Perl adds magic to an SV using the sv_magic function:
1269
1270   void sv_magic(SV* sv, SV* obj, int how, const char* name, I32 namlen);
1271
1272 The C<sv> argument is a pointer to the SV that is to acquire a new magical
1273 feature.
1274
1275 If C<sv> is not already magical, Perl uses the C<SvUPGRADE> macro to
1276 convert C<sv> to type C<SVt_PVMG>.
1277 Perl then continues by adding new magic
1278 to the beginning of the linked list of magical features.  Any prior entry
1279 of the same type of magic is deleted.  Note that this can be overridden,
1280 and multiple instances of the same type of magic can be associated with an
1281 SV.
1282
1283 The C<name> and C<namlen> arguments are used to associate a string with
1284 the magic, typically the name of a variable.  C<namlen> is stored in the
1285 C<mg_len> field and if C<name> is non-null then either a C<savepvn> copy of
1286 C<name> or C<name> itself is stored in the C<mg_ptr> field, depending on
1287 whether C<namlen> is greater than zero or equal to zero respectively.  As a
1288 special case, if C<(name && namlen == HEf_SVKEY)> then C<name> is assumed
1289 to contain an C<SV*> and is stored as-is with its REFCNT incremented.
1290
1291 The sv_magic function uses C<how> to determine which, if any, predefined
1292 "Magic Virtual Table" should be assigned to the C<mg_virtual> field.
1293 See the L</Magic Virtual Tables> section below.  The C<how> argument is also
1294 stored in the C<mg_type> field.  The value of
1295 C<how> should be chosen from the set of macros
1296 C<PERL_MAGIC_foo> found in F<perl.h>.  Note that before
1297 these macros were added, Perl internals used to directly use character
1298 literals, so you may occasionally come across old code or documentation
1299 referring to 'U' magic rather than C<PERL_MAGIC_uvar> for example.
1300
1301 The C<obj> argument is stored in the C<mg_obj> field of the C<MAGIC>
1302 structure.  If it is not the same as the C<sv> argument, the reference
1303 count of the C<obj> object is incremented.  If it is the same, or if
1304 the C<how> argument is C<PERL_MAGIC_arylen>, C<PERL_MAGIC_regdatum>,
1305 C<PERL_MAGIC_regdata>, or if it is a NULL pointer, then C<obj> is merely
1306 stored, without the reference count being incremented.
1307
1308 See also C<sv_magicext> in L<perlapi> for a more flexible way to add magic
1309 to an SV.
1310
1311 There is also a function to add magic to an C<HV>:
1312
1313     void hv_magic(HV *hv, GV *gv, int how);
1314
1315 This simply calls C<sv_magic> and coerces the C<gv> argument into an C<SV>.
1316
1317 To remove the magic from an SV, call the function sv_unmagic:
1318
1319     int sv_unmagic(SV *sv, int type);
1320
1321 The C<type> argument should be equal to the C<how> value when the C<SV>
1322 was initially made magical.
1323
1324 However, note that C<sv_unmagic> removes all magic of a certain C<type> from the
1325 C<SV>.  If you want to remove only certain
1326 magic of a C<type> based on the magic
1327 virtual table, use C<sv_unmagicext> instead:
1328
1329     int sv_unmagicext(SV *sv, int type, MGVTBL *vtbl);
1330
1331 =head2 Magic Virtual Tables
1332
1333 The C<mg_virtual> field in the C<MAGIC> structure is a pointer to an
1334 C<MGVTBL>, which is a structure of function pointers and stands for
1335 "Magic Virtual Table" to handle the various operations that might be
1336 applied to that variable.
1337
1338 =for apidoc Ayh||MGVTBL
1339
1340 The C<MGVTBL> has five (or sometimes eight) pointers to the following
1341 routine types:
1342
1343     int  (*svt_get)  (pTHX_ SV* sv, MAGIC* mg);
1344     int  (*svt_set)  (pTHX_ SV* sv, MAGIC* mg);
1345     U32  (*svt_len)  (pTHX_ SV* sv, MAGIC* mg);
1346     int  (*svt_clear)(pTHX_ SV* sv, MAGIC* mg);
1347     int  (*svt_free) (pTHX_ SV* sv, MAGIC* mg);
1348
1349     int  (*svt_copy) (pTHX_ SV *sv, MAGIC* mg, SV *nsv,
1350                                           const char *name, I32 namlen);
1351     int  (*svt_dup)  (pTHX_ MAGIC *mg, CLONE_PARAMS *param);
1352     int  (*svt_local)(pTHX_ SV *nsv, MAGIC *mg);
1353
1354
1355 This MGVTBL structure is set at compile-time in F<perl.h> and there are
1356 currently 32 types.  These different structures contain pointers to various
1357 routines that perform additional actions depending on which function is
1358 being called.
1359
1360    Function pointer    Action taken
1361    ----------------    ------------
1362    svt_get             Do something before the value of the SV is
1363                        retrieved.
1364    svt_set             Do something after the SV is assigned a value.
1365    svt_len             Report on the SV's length.
1366    svt_clear           Clear something the SV represents.
1367    svt_free            Free any extra storage associated with the SV.
1368
1369    svt_copy            copy tied variable magic to a tied element
1370    svt_dup             duplicate a magic structure during thread cloning
1371    svt_local           copy magic to local value during 'local'
1372
1373 For instance, the MGVTBL structure called C<vtbl_sv> (which corresponds
1374 to an C<mg_type> of C<PERL_MAGIC_sv>) contains:
1375
1376     { magic_get, magic_set, magic_len, 0, 0 }
1377
1378 Thus, when an SV is determined to be magical and of type C<PERL_MAGIC_sv>,
1379 if a get operation is being performed, the routine C<magic_get> is
1380 called.  All the various routines for the various magical types begin
1381 with C<magic_>.  NOTE: the magic routines are not considered part of
1382 the Perl API, and may not be exported by the Perl library.
1383
1384 The last three slots are a recent addition, and for source code
1385 compatibility they are only checked for if one of the three flags
1386 MGf_COPY, MGf_DUP or MGf_LOCAL is set in mg_flags.
1387 This means that most code can continue declaring
1388 a vtable as a 5-element value.  These three are
1389 currently used exclusively by the threading code, and are highly subject
1390 to change.
1391
1392 The current kinds of Magic Virtual Tables are:
1393
1394 =for comment
1395 This table is generated by regen/mg_vtable.pl.  Any changes made here
1396 will be lost.
1397
1398 =for mg_vtable.pl begin
1399
1400  mg_type
1401  (old-style char and macro)   MGVTBL         Type of magic
1402  --------------------------   ------         -------------
1403  \0 PERL_MAGIC_sv             vtbl_sv        Special scalar variable
1404  #  PERL_MAGIC_arylen         vtbl_arylen    Array length ($#ary)
1405  %  PERL_MAGIC_rhash          (none)         Extra data for restricted
1406                                              hashes
1407  *  PERL_MAGIC_debugvar       vtbl_debugvar  $DB::single, signal, trace
1408                                              vars
1409  .  PERL_MAGIC_pos            vtbl_pos       pos() lvalue
1410  :  PERL_MAGIC_symtab         (none)         Extra data for symbol
1411                                              tables
1412  <  PERL_MAGIC_backref        vtbl_backref   For weak ref data
1413  @  PERL_MAGIC_arylen_p       (none)         To move arylen out of XPVAV
1414  B  PERL_MAGIC_bm             vtbl_regexp    Boyer-Moore 
1415                                              (fast string search)
1416  c  PERL_MAGIC_overload_table vtbl_ovrld     Holds overload table 
1417                                              (AMT) on stash
1418  D  PERL_MAGIC_regdata        vtbl_regdata   Regex match position data 
1419                                              (@+ and @- vars)
1420  d  PERL_MAGIC_regdatum       vtbl_regdatum  Regex match position data
1421                                              element
1422  E  PERL_MAGIC_env            vtbl_env       %ENV hash
1423  e  PERL_MAGIC_envelem        vtbl_envelem   %ENV hash element
1424  f  PERL_MAGIC_fm             vtbl_regexp    Formline 
1425                                              ('compiled' format)
1426  g  PERL_MAGIC_regex_global   vtbl_mglob     m//g target
1427  H  PERL_MAGIC_hints          vtbl_hints     %^H hash
1428  h  PERL_MAGIC_hintselem      vtbl_hintselem %^H hash element
1429  I  PERL_MAGIC_isa            vtbl_isa       @ISA array
1430  i  PERL_MAGIC_isaelem        vtbl_isaelem   @ISA array element
1431  k  PERL_MAGIC_nkeys          vtbl_nkeys     scalar(keys()) lvalue
1432  L  PERL_MAGIC_dbfile         (none)         Debugger %_<filename
1433  l  PERL_MAGIC_dbline         vtbl_dbline    Debugger %_<filename
1434                                              element
1435  N  PERL_MAGIC_shared         (none)         Shared between threads
1436  n  PERL_MAGIC_shared_scalar  (none)         Shared between threads
1437  o  PERL_MAGIC_collxfrm       vtbl_collxfrm  Locale transformation
1438  P  PERL_MAGIC_tied           vtbl_pack      Tied array or hash
1439  p  PERL_MAGIC_tiedelem       vtbl_packelem  Tied array or hash element
1440  q  PERL_MAGIC_tiedscalar     vtbl_packelem  Tied scalar or handle
1441  r  PERL_MAGIC_qr             vtbl_regexp    Precompiled qr// regex
1442  S  PERL_MAGIC_sig            vtbl_sig       %SIG hash
1443  s  PERL_MAGIC_sigelem        vtbl_sigelem   %SIG hash element
1444  t  PERL_MAGIC_taint          vtbl_taint     Taintedness
1445  U  PERL_MAGIC_uvar           vtbl_uvar      Available for use by
1446                                              extensions
1447  u  PERL_MAGIC_uvar_elem      (none)         Reserved for use by
1448                                              extensions
1449  V  PERL_MAGIC_vstring        (none)         SV was vstring literal
1450  v  PERL_MAGIC_vec            vtbl_vec       vec() lvalue
1451  w  PERL_MAGIC_utf8           vtbl_utf8      Cached UTF-8 information
1452  x  PERL_MAGIC_substr         vtbl_substr    substr() lvalue
1453  Y  PERL_MAGIC_nonelem        vtbl_nonelem   Array element that does not
1454                                              exist
1455  y  PERL_MAGIC_defelem        vtbl_defelem   Shadow "foreach" iterator
1456                                              variable / smart parameter
1457                                              vivification
1458  \  PERL_MAGIC_lvref          vtbl_lvref     Lvalue reference
1459                                              constructor
1460  ]  PERL_MAGIC_checkcall      vtbl_checkcall Inlining/mutation of call
1461                                              to this CV
1462  ~  PERL_MAGIC_ext            (none)         Available for use by
1463                                              extensions
1464
1465
1466 =for apidoc AmnhU||PERL_MAGIC_arylen
1467 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_arylen_p
1468 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_backref
1469 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_bm
1470 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_checkcall
1471 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_collxfrm
1472 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_dbfile
1473 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_dbline
1474 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_debugvar
1475 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_defelem
1476 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_env
1477 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_envelem
1478 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_ext
1479 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_fm
1480 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_hints
1481 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_hintselem
1482 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_isa
1483 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_isaelem
1484 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_lvref
1485 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_nkeys
1486 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_nonelem
1487 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_overload_table
1488 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_pos
1489 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_qr
1490 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_regdata
1491 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_regdatum
1492 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_regex_global
1493 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_rhash
1494 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_shared
1495 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_shared_scalar
1496 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_sig
1497 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_sigelem
1498 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_substr
1499 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_sv
1500 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_symtab
1501 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_taint
1502 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_tied
1503 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_tiedelem
1504 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_tiedscalar
1505 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_utf8
1506 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_uvar
1507 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_uvar_elem
1508 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_vec
1509 =for apidoc_item ||PERL_MAGIC_vstring
1510
1511 =for mg_vtable.pl end
1512
1513 When an uppercase and lowercase letter both exist in the table, then the
1514 uppercase letter is typically used to represent some kind of composite type
1515 (a list or a hash), and the lowercase letter is used to represent an element
1516 of that composite type.  Some internals code makes use of this case
1517 relationship.  However, 'v' and 'V' (vec and v-string) are in no way related.
1518
1519 The C<PERL_MAGIC_ext> and C<PERL_MAGIC_uvar> magic types are defined
1520 specifically for use by extensions and will not be used by perl itself.
1521 Extensions can use C<PERL_MAGIC_ext> magic to 'attach' private information
1522 to variables (typically objects).  This is especially useful because
1523 there is no way for normal perl code to corrupt this private information
1524 (unlike using extra elements of a hash object).
1525
1526 Similarly, C<PERL_MAGIC_uvar> magic can be used much like tie() to call a
1527 C function any time a scalar's value is used or changed.  The C<MAGIC>'s
1528 C<mg_ptr> field points to a C<ufuncs> structure:
1529
1530     struct ufuncs {
1531         I32 (*uf_val)(pTHX_ IV, SV*);
1532         I32 (*uf_set)(pTHX_ IV, SV*);
1533         IV uf_index;
1534     };
1535
1536 When the SV is read from or written to, the C<uf_val> or C<uf_set>
1537 function will be called with C<uf_index> as the first arg and a pointer to
1538 the SV as the second.  A simple example of how to add C<PERL_MAGIC_uvar>
1539 magic is shown below.  Note that the ufuncs structure is copied by
1540 sv_magic, so you can safely allocate it on the stack.
1541
1542     void
1543     Umagic(sv)
1544         SV *sv;
1545     PREINIT:
1546         struct ufuncs uf;
1547     CODE:
1548         uf.uf_val   = &my_get_fn;
1549         uf.uf_set   = &my_set_fn;
1550         uf.uf_index = 0;
1551         sv_magic(sv, 0, PERL_MAGIC_uvar, (char*)&uf, sizeof(uf));
1552
1553 Attaching C<PERL_MAGIC_uvar> to arrays is permissible but has no effect.
1554
1555 For hashes there is a specialized hook that gives control over hash
1556 keys (but not values).  This hook calls C<PERL_MAGIC_uvar> 'get' magic
1557 if the "set" function in the C<ufuncs> structure is NULL.  The hook
1558 is activated whenever the hash is accessed with a key specified as
1559 an C<SV> through the functions C<hv_store_ent>, C<hv_fetch_ent>,
1560 C<hv_delete_ent>, and C<hv_exists_ent>.  Accessing the key as a string
1561 through the functions without the C<..._ent> suffix circumvents the
1562 hook.  See L<Hash::Util::FieldHash/GUTS> for a detailed description.
1563
1564 Note that because multiple extensions may be using C<PERL_MAGIC_ext>
1565 or C<PERL_MAGIC_uvar> magic, it is important for extensions to take
1566 extra care to avoid conflict.  Typically only using the magic on
1567 objects blessed into the same class as the extension is sufficient.
1568 For C<PERL_MAGIC_ext> magic, it is usually a good idea to define an
1569 C<MGVTBL>, even if all its fields will be C<0>, so that individual
1570 C<MAGIC> pointers can be identified as a particular kind of magic
1571 using their magic virtual table.  C<mg_findext> provides an easy way
1572 to do that:
1573
1574     STATIC MGVTBL my_vtbl = { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 };
1575
1576     MAGIC *mg;
1577     if ((mg = mg_findext(sv, PERL_MAGIC_ext, &my_vtbl))) {
1578         /* this is really ours, not another module's PERL_MAGIC_ext */
1579         my_priv_data_t *priv = (my_priv_data_t *)mg->mg_ptr;
1580         ...
1581     }
1582
1583 Also note that the C<sv_set*()> and C<sv_cat*()> functions described
1584 earlier do B<not> invoke 'set' magic on their targets.  This must
1585 be done by the user either by calling the C<SvSETMAGIC()> macro after
1586 calling these functions, or by using one of the C<sv_set*_mg()> or
1587 C<sv_cat*_mg()> functions.  Similarly, generic C code must call the
1588 C<SvGETMAGIC()> macro to invoke any 'get' magic if they use an SV
1589 obtained from external sources in functions that don't handle magic.
1590 See L<perlapi> for a description of these functions.
1591 For example, calls to the C<sv_cat*()> functions typically need to be
1592 followed by C<SvSETMAGIC()>, but they don't need a prior C<SvGETMAGIC()>
1593 since their implementation handles 'get' magic.
1594
1595 =head2 Finding Magic
1596
1597     MAGIC *mg_find(SV *sv, int type); /* Finds the magic pointer of that
1598                                        * type */
1599
1600 This routine returns a pointer to a C<MAGIC> structure stored in the SV.
1601 If the SV does not have that magical
1602 feature, C<NULL> is returned.  If the
1603 SV has multiple instances of that magical feature, the first one will be
1604 returned.  C<mg_findext> can be used
1605 to find a C<MAGIC> structure of an SV
1606 based on both its magic type and its magic virtual table:
1607
1608     MAGIC *mg_findext(SV *sv, int type, MGVTBL *vtbl);
1609
1610 Also, if the SV passed to C<mg_find> or C<mg_findext> is not of type
1611 SVt_PVMG, Perl may core dump.
1612
1613     int mg_copy(SV* sv, SV* nsv, const char* key, STRLEN klen);
1614
1615 This routine checks to see what types of magic C<sv> has.  If the mg_type
1616 field is an uppercase letter, then the mg_obj is copied to C<nsv>, but
1617 the mg_type field is changed to be the lowercase letter.
1618
1619 =head2 Understanding the Magic of Tied Hashes and Arrays
1620
1621 Tied hashes and arrays are magical beasts of the C<PERL_MAGIC_tied>
1622 magic type.
1623
1624 WARNING: As of the 5.004 release, proper usage of the array and hash
1625 access functions requires understanding a few caveats.  Some
1626 of these caveats are actually considered bugs in the API, to be fixed
1627 in later releases, and are bracketed with [MAYCHANGE] below.  If
1628 you find yourself actually applying such information in this section, be
1629 aware that the behavior may change in the future, umm, without warning.
1630
1631 The perl tie function associates a variable with an object that implements
1632 the various GET, SET, etc methods.  To perform the equivalent of the perl
1633 tie function from an XSUB, you must mimic this behaviour.  The code below
1634 carries out the necessary steps -- firstly it creates a new hash, and then
1635 creates a second hash which it blesses into the class which will implement
1636 the tie methods.  Lastly it ties the two hashes together, and returns a
1637 reference to the new tied hash.  Note that the code below does NOT call the
1638 TIEHASH method in the MyTie class -
1639 see L</Calling Perl Routines from within C Programs> for details on how
1640 to do this.
1641
1642     SV*
1643     mytie()
1644     PREINIT:
1645         HV *hash;
1646         HV *stash;
1647         SV *tie;
1648     CODE:
1649         hash = newHV();
1650         tie = newRV_noinc((SV*)newHV());
1651         stash = gv_stashpv("MyTie", GV_ADD);
1652         sv_bless(tie, stash);
1653         hv_magic(hash, (GV*)tie, PERL_MAGIC_tied);
1654         RETVAL = newRV_noinc(hash);
1655     OUTPUT:
1656         RETVAL
1657
1658 The C<av_store> function, when given a tied array argument, merely
1659 copies the magic of the array onto the value to be "stored", using
1660 C<mg_copy>.  It may also return NULL, indicating that the value did not
1661 actually need to be stored in the array.  [MAYCHANGE] After a call to
1662 C<av_store> on a tied array, the caller will usually need to call
1663 C<mg_set(val)> to actually invoke the perl level "STORE" method on the
1664 TIEARRAY object.  If C<av_store> did return NULL, a call to
1665 C<SvREFCNT_dec(val)> will also be usually necessary to avoid a memory
1666 leak. [/MAYCHANGE]
1667
1668 The previous paragraph is applicable verbatim to tied hash access using the
1669 C<hv_store> and C<hv_store_ent> functions as well.
1670
1671 C<av_fetch> and the corresponding hash functions C<hv_fetch> and
1672 C<hv_fetch_ent> actually return an undefined mortal value whose magic
1673 has been initialized using C<mg_copy>.  Note the value so returned does not
1674 need to be deallocated, as it is already mortal.  [MAYCHANGE] But you will
1675 need to call C<mg_get()> on the returned value in order to actually invoke
1676 the perl level "FETCH" method on the underlying TIE object.  Similarly,
1677 you may also call C<mg_set()> on the return value after possibly assigning
1678 a suitable value to it using C<sv_setsv>,  which will invoke the "STORE"
1679 method on the TIE object. [/MAYCHANGE]
1680
1681 [MAYCHANGE]
1682 In other words, the array or hash fetch/store functions don't really
1683 fetch and store actual values in the case of tied arrays and hashes.  They
1684 merely call C<mg_copy> to attach magic to the values that were meant to be
1685 "stored" or "fetched".  Later calls to C<mg_get> and C<mg_set> actually
1686 do the job of invoking the TIE methods on the underlying objects.  Thus
1687 the magic mechanism currently implements a kind of lazy access to arrays
1688 and hashes.
1689
1690 Currently (as of perl version 5.004), use of the hash and array access
1691 functions requires the user to be aware of whether they are operating on
1692 "normal" hashes and arrays, or on their tied variants.  The API may be
1693 changed to provide more transparent access to both tied and normal data
1694 types in future versions.
1695 [/MAYCHANGE]
1696
1697 You would do well to understand that the TIEARRAY and TIEHASH interfaces
1698 are mere sugar to invoke some perl method calls while using the uniform hash
1699 and array syntax.  The use of this sugar imposes some overhead (typically
1700 about two to four extra opcodes per FETCH/STORE operation, in addition to
1701 the creation of all the mortal variables required to invoke the methods).
1702 This overhead will be comparatively small if the TIE methods are themselves
1703 substantial, but if they are only a few statements long, the overhead
1704 will not be insignificant.
1705
1706 =head2 Localizing changes
1707
1708 Perl has a very handy construction
1709
1710   {
1711     local $var = 2;
1712     ...
1713   }
1714
1715 This construction is I<approximately> equivalent to
1716
1717   {
1718     my $oldvar = $var;
1719     $var = 2;
1720     ...
1721     $var = $oldvar;
1722   }
1723
1724 The biggest difference is that the first construction would
1725 reinstate the initial value of $var, irrespective of how control exits
1726 the block: C<goto>, C<return>, C<die>/C<eval>, etc.  It is a little bit
1727 more efficient as well.
1728
1729 There is a way to achieve a similar task from C via Perl API: create a
1730 I<pseudo-block>, and arrange for some changes to be automatically
1731 undone at the end of it, either explicit, or via a non-local exit (via
1732 die()).  A I<block>-like construct is created by a pair of
1733 C<ENTER>/C<LEAVE> macros (see L<perlcall/"Returning a Scalar">).
1734 Such a construct may be created specially for some important localized
1735 task, or an existing one (like boundaries of enclosing Perl
1736 subroutine/block, or an existing pair for freeing TMPs) may be
1737 used.  (In the second case the overhead of additional localization must
1738 be almost negligible.)  Note that any XSUB is automatically enclosed in
1739 an C<ENTER>/C<LEAVE> pair.
1740
1741 Inside such a I<pseudo-block> the following service is available:
1742
1743 =over 4
1744
1745 =item C<SAVEINT(int i)>
1746
1747 =item C<SAVEIV(IV i)>
1748
1749 =item C<SAVEI32(I32 i)>
1750
1751 =item C<SAVELONG(long i)>
1752
1753 =item C<SAVEI8(I8 i)>
1754
1755 =item C<SAVEI16(I16 i)>
1756
1757 =item C<SAVEBOOL(int i)>
1758
1759 =item C<SAVESTRLEN(STRLEN i)>
1760
1761 These macros arrange things to restore the value of integer variable
1762 C<i> at the end of the enclosing I<pseudo-block>.
1763
1764 =for apidoc_section $stack
1765 =for apidoc Amh||SAVEINT|int i
1766 =for apidoc Amh||SAVEIV|IV i
1767 =for apidoc Amh||SAVEI32|I32 i
1768 =for apidoc Amh||SAVELONG|long i
1769 =for apidoc Amh||SAVEI8|I8 i
1770 =for apidoc Amh||SAVEI16|I16 i
1771 =for apidoc Amh||SAVEBOOL|bool i
1772 =for apidoc Amh||SAVESTRLEN|STRLEN i
1773
1774 =item C<SAVESPTR(s)>
1775
1776 =item C<SAVEPPTR(p)>
1777
1778 These macros arrange things to restore the value of pointers C<s> and
1779 C<p>.  C<s> must be a pointer of a type which survives conversion to
1780 C<SV*> and back, C<p> should be able to survive conversion to C<char*>
1781 and back.
1782
1783 =for apidoc Amh||SAVESPTR|SV * s
1784 =for apidoc Amh||SAVEPPTR|char * p
1785
1786 =item C<SAVEFREESV(SV *sv)>
1787
1788 The refcount of C<sv> will be decremented at the end of
1789 I<pseudo-block>.  This is similar to C<sv_2mortal> in that it is also a
1790 mechanism for doing a delayed C<SvREFCNT_dec>.  However, while C<sv_2mortal>
1791 extends the lifetime of C<sv> until the beginning of the next statement,
1792 C<SAVEFREESV> extends it until the end of the enclosing scope.  These
1793 lifetimes can be wildly different.
1794
1795 Also compare C<SAVEMORTALIZESV>.
1796
1797 =for apidoc Amh||SAVEFREESV|SV* sv
1798
1799 =item C<SAVEMORTALIZESV(SV *sv)>
1800
1801 Just like C<SAVEFREESV>, but mortalizes C<sv> at the end of the current
1802 scope instead of decrementing its reference count.  This usually has the
1803 effect of keeping C<sv> alive until the statement that called the currently
1804 live scope has finished executing.
1805
1806 =for apidoc Amh||SAVEMORTALIZESV|SV* sv
1807
1808 =item C<SAVEFREEOP(OP *op)>
1809
1810 The C<OP *> is op_free()ed at the end of I<pseudo-block>.
1811
1812 =for apidoc Amh||SAVEFREEOP|OP *op
1813
1814 =item C<SAVEFREEPV(p)>
1815
1816 The chunk of memory which is pointed to by C<p> is Safefree()ed at the
1817 end of I<pseudo-block>.
1818
1819 =for apidoc Amh||SAVEFREEPV|void * p
1820
1821 =item C<SAVECLEARSV(SV *sv)>
1822
1823 Clears a slot in the current scratchpad which corresponds to C<sv> at
1824 the end of I<pseudo-block>.
1825
1826 =item C<SAVEDELETE(HV *hv, char *key, I32 length)>
1827
1828 The key C<key> of C<hv> is deleted at the end of I<pseudo-block>.  The
1829 string pointed to by C<key> is Safefree()ed.  If one has a I<key> in
1830 short-lived storage, the corresponding string may be reallocated like
1831 this:
1832
1833   SAVEDELETE(PL_defstash, savepv(tmpbuf), strlen(tmpbuf));
1834
1835 =for apidoc Amh||SAVEDELETE|HV * hv|char * key|I32 length
1836
1837 =item C<SAVEDESTRUCTOR(DESTRUCTORFUNC_NOCONTEXT_t f, void *p)>
1838
1839 At the end of I<pseudo-block> the function C<f> is called with the
1840 only argument C<p>.
1841
1842 =for apidoc Ayh||DESTRUCTORFUNC_NOCONTEXT_t
1843 =for apidoc Amh||SAVEDESTRUCTOR|DESTRUCTORFUNC_NOCONTEXT_t f|void *p
1844
1845 =item C<SAVEDESTRUCTOR_X(DESTRUCTORFUNC_t f, void *p)>
1846
1847 At the end of I<pseudo-block> the function C<f> is called with the
1848 implicit context argument (if any), and C<p>.
1849
1850 =for apidoc Ayh||DESTRUCTORFUNC_t
1851 =for apidoc Amh||SAVEDESTRUCTOR_X|DESTRUCTORFUNC_t f|void *p
1852
1853 =item C<SAVESTACK_POS()>
1854
1855 The current offset on the Perl internal stack (cf. C<SP>) is restored
1856 at the end of I<pseudo-block>.
1857
1858 =for apidoc Amh||SAVESTACK_POS
1859
1860 =back
1861
1862 The following API list contains functions, thus one needs to
1863 provide pointers to the modifiable data explicitly (either C pointers,
1864 or Perlish C<GV *>s).  Where the above macros take C<int>, a similar
1865 function takes C<int *>.
1866
1867 Other macros above have functions implementing them, but its probably
1868 best to just use the macro, and not those or the ones below.
1869
1870 =over 4
1871
1872 =item C<SV* save_scalar(GV *gv)>
1873
1874 =for apidoc save_scalar
1875
1876 Equivalent to Perl code C<local $gv>.
1877
1878 =item C<AV* save_ary(GV *gv)>
1879
1880 =for apidoc save_ary
1881
1882 =item C<HV* save_hash(GV *gv)>
1883
1884 =for apidoc save_hash
1885
1886 Similar to C<save_scalar>, but localize C<@gv> and C<%gv>.
1887
1888 =item C<void save_item(SV *item)>
1889
1890 =for apidoc save_item
1891
1892 Duplicates the current value of C<SV>. On the exit from the current
1893 C<ENTER>/C<LEAVE> I<pseudo-block> the value of C<SV> will be restored
1894 using the stored value.  It doesn't handle magic.  Use C<save_scalar> if
1895 magic is affected.
1896
1897 =item C<void save_list(SV **sarg, I32 maxsarg)>
1898
1899 =for apidoc save_list
1900
1901 A variant of C<save_item> which takes multiple arguments via an array
1902 C<sarg> of C<SV*> of length C<maxsarg>.
1903
1904 =item C<SV* save_svref(SV **sptr)>
1905
1906 =for apidoc save_svref
1907
1908 Similar to C<save_scalar>, but will reinstate an C<SV *>.
1909
1910 =item C<void save_aptr(AV **aptr)>
1911
1912 =item C<void save_hptr(HV **hptr)>
1913
1914 =for apidoc save_aptr
1915 =for apidoc save_hptr
1916
1917 Similar to C<save_svref>, but localize C<AV *> and C<HV *>.
1918
1919 =back
1920
1921 The C<Alias> module implements localization of the basic types within the
1922 I<caller's scope>.  People who are interested in how to localize things in
1923 the containing scope should take a look there too.
1924
1925 =head1 Subroutines
1926
1927 =head2 XSUBs and the Argument Stack
1928
1929 The XSUB mechanism is a simple way for Perl programs to access C subroutines.
1930 An XSUB routine will have a stack that contains the arguments from the Perl
1931 program, and a way to map from the Perl data structures to a C equivalent.
1932
1933 The stack arguments are accessible through the C<ST(n)> macro, which returns
1934 the C<n>'th stack argument.  Argument 0 is the first argument passed in the
1935 Perl subroutine call.  These arguments are C<SV*>, and can be used anywhere
1936 an C<SV*> is used.
1937
1938 Most of the time, output from the C routine can be handled through use of
1939 the RETVAL and OUTPUT directives.  However, there are some cases where the
1940 argument stack is not already long enough to handle all the return values.
1941 An example is the POSIX tzname() call, which takes no arguments, but returns
1942 two, the local time zone's standard and summer time abbreviations.
1943
1944 To handle this situation, the PPCODE directive is used and the stack is
1945 extended using the macro:
1946
1947     EXTEND(SP, num);
1948
1949 where C<SP> is the macro that represents the local copy of the stack pointer,
1950 and C<num> is the number of elements the stack should be extended by.
1951
1952 Now that there is room on the stack, values can be pushed on it using C<PUSHs>
1953 macro.  The pushed values will often need to be "mortal" (See
1954 L</Reference Counts and Mortality>):
1955
1956     PUSHs(sv_2mortal(newSViv(an_integer)))
1957     PUSHs(sv_2mortal(newSVuv(an_unsigned_integer)))
1958     PUSHs(sv_2mortal(newSVnv(a_double)))
1959     PUSHs(sv_2mortal(newSVpv("Some String",0)))
1960     /* Although the last example is better written as the more
1961      * efficient: */
1962     PUSHs(newSVpvs_flags("Some String", SVs_TEMP))
1963
1964 And now the Perl program calling C<tzname>, the two values will be assigned
1965 as in:
1966
1967     ($standard_abbrev, $summer_abbrev) = POSIX::tzname;
1968
1969 An alternate (and possibly simpler) method to pushing values on the stack is
1970 to use the macro:
1971
1972     XPUSHs(SV*)
1973
1974 This macro automatically adjusts the stack for you, if needed.  Thus, you
1975 do not need to call C<EXTEND> to extend the stack.
1976
1977 Despite their suggestions in earlier versions of this document the macros
1978 C<(X)PUSH[iunp]> are I<not> suited to XSUBs which return multiple results.
1979 For that, either stick to the C<(X)PUSHs> macros shown above, or use the new
1980 C<m(X)PUSH[iunp]> macros instead; see L</Putting a C value on Perl stack>.
1981
1982 For more information, consult L<perlxs> and L<perlxstut>.
1983
1984 =head2 Autoloading with XSUBs
1985
1986 If an AUTOLOAD routine is an XSUB, as with Perl subroutines, Perl puts the
1987 fully-qualified name of the autoloaded subroutine in the $AUTOLOAD variable
1988 of the XSUB's package.
1989
1990 But it also puts the same information in certain fields of the XSUB itself:
1991
1992     HV *stash           = CvSTASH(cv);
1993     const char *subname = SvPVX(cv);
1994     STRLEN name_length  = SvCUR(cv); /* in bytes */
1995     U32 is_utf8         = SvUTF8(cv);
1996
1997 C<SvPVX(cv)> contains just the sub name itself, not including the package.
1998 For an AUTOLOAD routine in UNIVERSAL or one of its superclasses,
1999 C<CvSTASH(cv)> returns NULL during a method call on a nonexistent package.
2000
2001 B<Note>: Setting $AUTOLOAD stopped working in 5.6.1, which did not support
2002 XS AUTOLOAD subs at all.  Perl 5.8.0 introduced the use of fields in the
2003 XSUB itself.  Perl 5.16.0 restored the setting of $AUTOLOAD.  If you need
2004 to support 5.8-5.14, use the XSUB's fields.
2005
2006 =head2 Calling Perl Routines from within C Programs
2007
2008 There are four routines that can be used to call a Perl subroutine from
2009 within a C program.  These four are:
2010
2011     I32  call_sv(SV*, I32);
2012     I32  call_pv(const char*, I32);
2013     I32  call_method(const char*, I32);
2014     I32  call_argv(const char*, I32, char**);
2015
2016 The routine most often used is C<call_sv>.  The C<SV*> argument
2017 contains either the name of the Perl subroutine to be called, or a
2018 reference to the subroutine.  The second argument consists of flags
2019 that control the context in which the subroutine is called, whether
2020 or not the subroutine is being passed arguments, how errors should be
2021 trapped, and how to treat return values.
2022
2023 All four routines return the number of arguments that the subroutine returned
2024 on the Perl stack.
2025
2026 These routines used to be called C<perl_call_sv>, etc., before Perl v5.6.0,
2027 but those names are now deprecated; macros of the same name are provided for
2028 compatibility.
2029
2030 When using any of these routines (except C<call_argv>), the programmer
2031 must manipulate the Perl stack.  These include the following macros and
2032 functions:
2033
2034     dSP
2035     SP
2036     PUSHMARK()
2037     PUTBACK
2038     SPAGAIN
2039     ENTER
2040     SAVETMPS
2041     FREETMPS
2042     LEAVE
2043     XPUSH*()
2044     POP*()
2045
2046 For a detailed description of calling conventions from C to Perl,
2047 consult L<perlcall>.
2048
2049 =head2 Putting a C value on Perl stack
2050
2051 A lot of opcodes (this is an elementary operation in the internal perl
2052 stack machine) put an SV* on the stack.  However, as an optimization
2053 the corresponding SV is (usually) not recreated each time.  The opcodes
2054 reuse specially assigned SVs (I<target>s) which are (as a corollary)
2055 not constantly freed/created.
2056
2057 Each of the targets is created only once (but see
2058 L</Scratchpads and recursion> below), and when an opcode needs to put
2059 an integer, a double, or a string on stack, it just sets the
2060 corresponding parts of its I<target> and puts the I<target> on stack.
2061
2062 The macro to put this target on stack is C<PUSHTARG>, and it is
2063 directly used in some opcodes, as well as indirectly in zillions of
2064 others, which use it via C<(X)PUSH[iunp]>.
2065
2066 Because the target is reused, you must be careful when pushing multiple
2067 values on the stack.  The following code will not do what you think:
2068
2069     XPUSHi(10);
2070     XPUSHi(20);
2071
2072 This translates as "set C<TARG> to 10, push a pointer to C<TARG> onto
2073 the stack; set C<TARG> to 20, push a pointer to C<TARG> onto the stack".
2074 At the end of the operation, the stack does not contain the values 10
2075 and 20, but actually contains two pointers to C<TARG>, which we have set
2076 to 20.
2077
2078 If you need to push multiple different values then you should either use
2079 the C<(X)PUSHs> macros, or else use the new C<m(X)PUSH[iunp]> macros,
2080 none of which make use of C<TARG>.  The C<(X)PUSHs> macros simply push an
2081 SV* on the stack, which, as noted under L</XSUBs and the Argument Stack>,
2082 will often need to be "mortal".  The new C<m(X)PUSH[iunp]> macros make
2083 this a little easier to achieve by creating a new mortal for you (via
2084 C<(X)PUSHmortal>), pushing that onto the stack (extending it if necessary
2085 in the case of the C<mXPUSH[iunp]> macros), and then setting its value.
2086 Thus, instead of writing this to "fix" the example above:
2087
2088     XPUSHs(sv_2mortal(newSViv(10)))
2089     XPUSHs(sv_2mortal(newSViv(20)))
2090
2091 you can simply write:
2092
2093     mXPUSHi(10)
2094     mXPUSHi(20)
2095
2096 On a related note, if you do use C<(X)PUSH[iunp]>, then you're going to
2097 need a C<dTARG> in your variable declarations so that the C<*PUSH*>
2098 macros can make use of the local variable C<TARG>.  See also C<dTARGET>
2099 and C<dXSTARG>.
2100
2101 =head2 Scratchpads
2102
2103 The question remains on when the SVs which are I<target>s for opcodes
2104 are created.  The answer is that they are created when the current
2105 unit--a subroutine or a file (for opcodes for statements outside of
2106 subroutines)--is compiled.  During this time a special anonymous Perl
2107 array is created, which is called a scratchpad for the current unit.
2108
2109 A scratchpad keeps SVs which are lexicals for the current unit and are
2110 targets for opcodes.  A previous version of this document
2111 stated that one can deduce that an SV lives on a scratchpad
2112 by looking on its flags: lexicals have C<SVs_PADMY> set, and
2113 I<target>s have C<SVs_PADTMP> set.  But this has never been fully true.
2114 C<SVs_PADMY> could be set on a variable that no longer resides in any pad.
2115 While I<target>s do have C<SVs_PADTMP> set, it can also be set on variables
2116 that have never resided in a pad, but nonetheless act like I<target>s.  As
2117 of perl 5.21.5, the C<SVs_PADMY> flag is no longer used and is defined as
2118 0.  C<SvPADMY()> now returns true for anything without C<SVs_PADTMP>.
2119
2120 The correspondence between OPs and I<target>s is not 1-to-1.  Different
2121 OPs in the compile tree of the unit can use the same target, if this
2122 would not conflict with the expected life of the temporary.
2123
2124 =head2 Scratchpads and recursion
2125
2126 In fact it is not 100% true that a compiled unit contains a pointer to
2127 the scratchpad AV.  In fact it contains a pointer to an AV of
2128 (initially) one element, and this element is the scratchpad AV.  Why do
2129 we need an extra level of indirection?
2130
2131 The answer is B<recursion>, and maybe B<threads>.  Both
2132 these can create several execution pointers going into the same
2133 subroutine.  For the subroutine-child not write over the temporaries
2134 for the subroutine-parent (lifespan of which covers the call to the
2135 child), the parent and the child should have different
2136 scratchpads.  (I<And> the lexicals should be separate anyway!)
2137
2138 So each subroutine is born with an array of scratchpads (of length 1).
2139 On each entry to the subroutine it is checked that the current
2140 depth of the recursion is not more than the length of this array, and
2141 if it is, new scratchpad is created and pushed into the array.
2142
2143 The I<target>s on this scratchpad are C<undef>s, but they are already
2144 marked with correct flags.
2145
2146 =head1 Memory Allocation
2147
2148 =head2 Allocation
2149
2150 All memory meant to be used with the Perl API functions should be manipulated
2151 using the macros described in this section.  The macros provide the necessary
2152 transparency between differences in the actual malloc implementation that is
2153 used within perl.
2154
2155 The following three macros are used to initially allocate memory :
2156
2157     Newx(pointer, number, type);
2158     Newxc(pointer, number, type, cast);
2159     Newxz(pointer, number, type);
2160
2161 The first argument C<pointer> should be the name of a variable that will
2162 point to the newly allocated memory.
2163
2164 The second and third arguments C<number> and C<type> specify how many of
2165 the specified type of data structure should be allocated.  The argument
2166 C<type> is passed to C<sizeof>.  The final argument to C<Newxc>, C<cast>,
2167 should be used if the C<pointer> argument is different from the C<type>
2168 argument.
2169
2170 Unlike the C<Newx> and C<Newxc> macros, the C<Newxz> macro calls C<memzero>
2171 to zero out all the newly allocated memory.
2172
2173 =head2 Reallocation
2174
2175     Renew(pointer, number, type);
2176     Renewc(pointer, number, type, cast);
2177     Safefree(pointer)
2178
2179 These three macros are used to change a memory buffer size or to free a
2180 piece of memory no longer needed.  The arguments to C<Renew> and C<Renewc>
2181 match those of C<New> and C<Newc> with the exception of not needing the
2182 "magic cookie" argument.
2183
2184 =head2 Moving
2185
2186     Move(source, dest, number, type);
2187     Copy(source, dest, number, type);
2188     Zero(dest, number, type);
2189
2190 These three macros are used to move, copy, or zero out previously allocated
2191 memory.  The C<source> and C<dest> arguments point to the source and
2192 destination starting points.  Perl will move, copy, or zero out C<number>
2193 instances of the size of the C<type> data structure (using the C<sizeof>
2194 function).
2195
2196 =head1 PerlIO
2197
2198 The most recent development releases of Perl have been experimenting with
2199 removing Perl's dependency on the "normal" standard I/O suite and allowing
2200 other stdio implementations to be used.  This involves creating a new
2201 abstraction layer that then calls whichever implementation of stdio Perl
2202 was compiled with.  All XSUBs should now use the functions in the PerlIO
2203 abstraction layer and not make any assumptions about what kind of stdio
2204 is being used.
2205
2206 For a complete description of the PerlIO abstraction, consult L<perlapio>.
2207
2208 =head1 Compiled code
2209
2210 =head2 Code tree
2211
2212 Here we describe the internal form your code is converted to by
2213 Perl.  Start with a simple example:
2214
2215   $a = $b + $c;
2216
2217 This is converted to a tree similar to this one:
2218
2219              assign-to
2220            /           \
2221           +             $a
2222         /   \
2223       $b     $c
2224
2225 (but slightly more complicated).  This tree reflects the way Perl
2226 parsed your code, but has nothing to do with the execution order.
2227 There is an additional "thread" going through the nodes of the tree
2228 which shows the order of execution of the nodes.  In our simplified
2229 example above it looks like:
2230
2231      $b ---> $c ---> + ---> $a ---> assign-to
2232
2233 But with the actual compile tree for C<$a = $b + $c> it is different:
2234 some nodes I<optimized away>.  As a corollary, though the actual tree
2235 contains more nodes than our simplified example, the execution order
2236 is the same as in our example.
2237
2238 =head2 Examining the tree
2239
2240 If you have your perl compiled for debugging (usually done with
2241 C<-DDEBUGGING> on the C<Configure> command line), you may examine the
2242 compiled tree by specifying C<-Dx> on the Perl command line.  The
2243 output takes several lines per node, and for C<$b+$c> it looks like
2244 this:
2245
2246     5           TYPE = add  ===> 6
2247                 TARG = 1
2248                 FLAGS = (SCALAR,KIDS)
2249                 {
2250                     TYPE = null  ===> (4)
2251                       (was rv2sv)
2252                     FLAGS = (SCALAR,KIDS)
2253                     {
2254     3                   TYPE = gvsv  ===> 4
2255                         FLAGS = (SCALAR)
2256                         GV = main::b
2257                     }
2258                 }
2259                 {
2260                     TYPE = null  ===> (5)
2261                       (was rv2sv)
2262                     FLAGS = (SCALAR,KIDS)
2263                     {
2264     4                   TYPE = gvsv  ===> 5
2265                         FLAGS = (SCALAR)
2266                         GV = main::c
2267                     }
2268                 }
2269
2270 This tree has 5 nodes (one per C<TYPE> specifier), only 3 of them are
2271 not optimized away (one per number in the left column).  The immediate
2272 children of the given node correspond to C<{}> pairs on the same level
2273 of indentation, thus this listing corresponds to the tree:
2274
2275                    add
2276                  /     \
2277                null    null
2278                 |       |
2279                gvsv    gvsv
2280
2281 The execution order is indicated by C<===E<gt>> marks, thus it is C<3
2282 4 5 6> (node C<6> is not included into above listing), i.e.,
2283 C<gvsv gvsv add whatever>.
2284
2285 Each of these nodes represents an op, a fundamental operation inside the
2286 Perl core.  The code which implements each operation can be found in the
2287 F<pp*.c> files; the function which implements the op with type C<gvsv>
2288 is C<pp_gvsv>, and so on.  As the tree above shows, different ops have
2289 different numbers of children: C<add> is a binary operator, as one would
2290 expect, and so has two children.  To accommodate the various different
2291 numbers of children, there are various types of op data structure, and
2292 they link together in different ways.
2293
2294 The simplest type of op structure is C<OP>: this has no children.  Unary
2295 operators, C<UNOP>s, have one child, and this is pointed to by the
2296 C<op_first> field.  Binary operators (C<BINOP>s) have not only an
2297 C<op_first> field but also an C<op_last> field.  The most complex type of
2298 op is a C<LISTOP>, which has any number of children.  In this case, the
2299 first child is pointed to by C<op_first> and the last child by
2300 C<op_last>.  The children in between can be found by iteratively
2301 following the C<OpSIBLING> pointer from the first child to the last (but
2302 see below).
2303
2304 =for apidoc Ayh||OP
2305 =for apidoc Ayh||BINOP
2306 =for apidoc Ayh||LISTOP
2307 =for apidoc Ayh||UNOP
2308
2309 There are also some other op types: a C<PMOP> holds a regular expression,
2310 and has no children, and a C<LOOP> may or may not have children.  If the
2311 C<op_children> field is non-zero, it behaves like a C<LISTOP>.  To
2312 complicate matters, if a C<UNOP> is actually a C<null> op after
2313 optimization (see L</Compile pass 2: context propagation>) it will still
2314 have children in accordance with its former type.
2315
2316 =for apidoc Ayh||LOOP
2317 =for apidoc Ayh||PMOP
2318
2319 Finally, there is a C<LOGOP>, or logic op. Like a C<LISTOP>, this has one
2320 or more children, but it doesn't have an C<op_last> field: so you have to
2321 follow C<op_first> and then the C<OpSIBLING> chain itself to find the
2322 last child. Instead it has an C<op_other> field, which is comparable to
2323 the C<op_next> field described below, and represents an alternate
2324 execution path. Operators like C<and>, C<or> and C<?> are C<LOGOP>s. Note
2325 that in general, C<op_other> may not point to any of the direct children
2326 of the C<LOGOP>.
2327
2328 =for apidoc Ayh||LOGOP
2329
2330 Starting in version 5.21.2, perls built with the experimental
2331 define C<-DPERL_OP_PARENT> add an extra boolean flag for each op,
2332 C<op_moresib>.  When not set, this indicates that this is the last op in an
2333 C<OpSIBLING> chain. This frees up the C<op_sibling> field on the last
2334 sibling to point back to the parent op. Under this build, that field is
2335 also renamed C<op_sibparent> to reflect its joint role. The macro
2336 C<OpSIBLING(o)> wraps this special behaviour, and always returns NULL on
2337 the last sibling.  With this build the C<op_parent(o)> function can be
2338 used to find the parent of any op. Thus for forward compatibility, you
2339 should always use the C<OpSIBLING(o)> macro rather than accessing
2340 C<op_sibling> directly.
2341
2342 Another way to examine the tree is to use a compiler back-end module, such
2343 as L<B::Concise>.
2344
2345 =head2 Compile pass 1: check routines
2346
2347 The tree is created by the compiler while I<yacc> code feeds it
2348 the constructions it recognizes.  Since I<yacc> works bottom-up, so does
2349 the first pass of perl compilation.
2350
2351 What makes this pass interesting for perl developers is that some
2352 optimization may be performed on this pass.  This is optimization by
2353 so-called "check routines".  The correspondence between node names
2354 and corresponding check routines is described in F<opcode.pl> (do not
2355 forget to run C<make regen_headers> if you modify this file).
2356
2357 A check routine is called when the node is fully constructed except
2358 for the execution-order thread.  Since at this time there are no
2359 back-links to the currently constructed node, one can do most any
2360 operation to the top-level node, including freeing it and/or creating
2361 new nodes above/below it.
2362
2363 The check routine returns the node which should be inserted into the
2364 tree (if the top-level node was not modified, check routine returns
2365 its argument).
2366
2367 By convention, check routines have names C<ck_*>.  They are usually
2368 called from C<new*OP> subroutines (or C<convert>) (which in turn are
2369 called from F<perly.y>).
2370
2371 =head2 Compile pass 1a: constant folding
2372
2373 Immediately after the check routine is called the returned node is
2374 checked for being compile-time executable.  If it is (the value is
2375 judged to be constant) it is immediately executed, and a I<constant>
2376 node with the "return value" of the corresponding subtree is
2377 substituted instead.  The subtree is deleted.
2378
2379 If constant folding was not performed, the execution-order thread is
2380 created.
2381
2382 =head2 Compile pass 2: context propagation
2383
2384 When a context for a part of compile tree is known, it is propagated
2385 down through the tree.  At this time the context can have 5 values
2386 (instead of 2 for runtime context): void, boolean, scalar, list, and
2387 lvalue.  In contrast with the pass 1 this pass is processed from top
2388 to bottom: a node's context determines the context for its children.
2389
2390 Additional context-dependent optimizations are performed at this time.
2391 Since at this moment the compile tree contains back-references (via
2392 "thread" pointers), nodes cannot be free()d now.  To allow
2393 optimized-away nodes at this stage, such nodes are null()ified instead
2394 of free()ing (i.e. their type is changed to OP_NULL).
2395
2396 =head2 Compile pass 3: peephole optimization
2397
2398 After the compile tree for a subroutine (or for an C<eval> or a file)
2399 is created, an additional pass over the code is performed.  This pass
2400 is neither top-down or bottom-up, but in the execution order (with
2401 additional complications for conditionals).  Optimizations performed
2402 at this stage are subject to the same restrictions as in the pass 2.
2403
2404 Peephole optimizations are done by calling the function pointed to
2405 by the global variable C<PL_peepp>.  By default, C<PL_peepp> just
2406 calls the function pointed to by the global variable C<PL_rpeepp>.
2407 By default, that performs some basic op fixups and optimisations along
2408 the execution-order op chain, and recursively calls C<PL_rpeepp> for
2409 each side chain of ops (resulting from conditionals).  Extensions may
2410 provide additional optimisations or fixups, hooking into either the
2411 per-subroutine or recursive stage, like this:
2412
2413     static peep_t prev_peepp;
2414     static void my_peep(pTHX_ OP *o)
2415     {
2416         /* custom per-subroutine optimisation goes here */
2417         prev_peepp(aTHX_ o);
2418         /* custom per-subroutine optimisation may also go here */
2419     }
2420     BOOT:
2421         prev_peepp = PL_peepp;
2422         PL_peepp = my_peep;
2423
2424     static peep_t prev_rpeepp;
2425     static void my_rpeep(pTHX_ OP *first)
2426     {
2427         OP *o = first, *t = first;
2428         for(; o = o->op_next, t = t->op_next) {
2429             /* custom per-op optimisation goes here */
2430             o = o->op_next;
2431             if (!o || o == t) break;
2432             /* custom per-op optimisation goes AND here */
2433         }
2434         prev_rpeepp(aTHX_ orig_o);
2435     }
2436     BOOT:
2437         prev_rpeepp = PL_rpeepp;
2438         PL_rpeepp = my_rpeep;
2439
2440 =for apidoc Ayh||peep_t
2441
2442 =head2 Pluggable runops
2443
2444 The compile tree is executed in a runops function.  There are two runops
2445 functions, in F<run.c> and in F<dump.c>.  C<Perl_runops_debug> is used
2446 with DEBUGGING and C<Perl_runops_standard> is used otherwise.  For fine
2447 control over the execution of the compile tree it is possible to provide
2448 your own runops function.
2449
2450 It's probably best to copy one of the existing runops functions and
2451 change it to suit your needs.  Then, in the BOOT section of your XS
2452 file, add the line:
2453
2454   PL_runops = my_runops;
2455
2456 =for apidoc Amnh|runops_proc_t|PL_runops
2457
2458 This function should be as efficient as possible to keep your programs
2459 running as fast as possible.
2460
2461 =head2 Compile-time scope hooks
2462
2463 As of perl 5.14 it is possible to hook into the compile-time lexical
2464 scope mechanism using C<Perl_blockhook_register>.  This is used like
2465 this:
2466
2467     STATIC void my_start_hook(pTHX_ int full);
2468     STATIC BHK my_hooks;
2469
2470     BOOT:
2471         BhkENTRY_set(&my_hooks, bhk_start, my_start_hook);
2472         Perl_blockhook_register(aTHX_ &my_hooks);
2473
2474 This will arrange to have C<my_start_hook> called at the start of
2475 compiling every lexical scope.  The available hooks are:
2476
2477 =for apidoc Ayh||BHK
2478
2479 =over 4
2480
2481 =item C<void bhk_start(pTHX_ int full)>
2482
2483 This is called just after starting a new lexical scope.  Note that Perl
2484 code like
2485
2486     if ($x) { ... }
2487
2488 creates two scopes: the first starts at the C<(> and has C<full == 1>,
2489 the second starts at the C<{> and has C<full == 0>.  Both end at the
2490 C<}>, so calls to C<start> and C<pre>/C<post_end> will match.  Anything
2491 pushed onto the save stack by this hook will be popped just before the
2492 scope ends (between the C<pre_> and C<post_end> hooks, in fact).
2493
2494 =item C<void bhk_pre_end(pTHX_ OP **o)>
2495
2496 This is called at the end of a lexical scope, just before unwinding the
2497 stack.  I<o> is the root of the optree representing the scope; it is a
2498 double pointer so you can replace the OP if you need to.
2499
2500 =item C<void bhk_post_end(pTHX_ OP **o)>
2501
2502 This is called at the end of a lexical scope, just after unwinding the
2503 stack.  I<o> is as above.  Note that it is possible for calls to C<pre_>
2504 and C<post_end> to nest, if there is something on the save stack that
2505 calls string eval.
2506
2507 =item C<void bhk_eval(pTHX_ OP *const o)>
2508
2509 This is called just before starting to compile an C<eval STRING>, C<do
2510 FILE>, C<require> or C<use>, after the eval has been set up.  I<o> is the
2511 OP that requested the eval, and will normally be an C<OP_ENTEREVAL>,
2512 C<OP_DOFILE> or C<OP_REQUIRE>.
2513
2514 =back
2515
2516 Once you have your hook functions, you need a C<BHK> structure to put
2517 them in.  It's best to allocate it statically, since there is no way to
2518 free it once it's registered.  The function pointers should be inserted
2519 into this structure using the C<BhkENTRY_set> macro, which will also set
2520 flags indicating which entries are valid.  If you do need to allocate
2521 your C<BHK> dynamically for some reason, be sure to zero it before you
2522 start.
2523
2524 Once registered, there is no mechanism to switch these hooks off, so if
2525 that is necessary you will need to do this yourself.  An entry in C<%^H>
2526 is probably the best way, so the effect is lexically scoped; however it
2527 is also possible to use the C<BhkDISABLE> and C<BhkENABLE> macros to
2528 temporarily switch entries on and off.  You should also be aware that
2529 generally speaking at least one scope will have opened before your
2530 extension is loaded, so you will see some C<pre>/C<post_end> pairs that
2531 didn't have a matching C<start>.
2532
2533 =head1 Examining internal data structures with the C<dump> functions
2534
2535 To aid debugging, the source file F<dump.c> contains a number of
2536 functions which produce formatted output of internal data structures.
2537
2538 The most commonly used of these functions is C<Perl_sv_dump>; it's used
2539 for dumping SVs, AVs, HVs, and CVs.  The C<Devel::Peek> module calls
2540 C<sv_dump> to produce debugging output from Perl-space, so users of that
2541 module should already be familiar with its format.
2542
2543 C<Perl_op_dump> can be used to dump an C<OP> structure or any of its
2544 derivatives, and produces output similar to C<perl -Dx>; in fact,
2545 C<Perl_dump_eval> will dump the main root of the code being evaluated,
2546 exactly like C<-Dx>.
2547
2548 Other useful functions are C<Perl_dump_sub>, which turns a C<GV> into an
2549 op tree, C<Perl_dump_packsubs> which calls C<Perl_dump_sub> on all the
2550 subroutines in a package like so: (Thankfully, these are all xsubs, so
2551 there is no op tree)
2552
2553     (gdb) print Perl_dump_packsubs(PL_defstash)
2554
2555     SUB attributes::bootstrap = (xsub 0x811fedc 0)
2556
2557     SUB UNIVERSAL::can = (xsub 0x811f50c 0)
2558
2559     SUB UNIVERSAL::isa = (xsub 0x811f304 0)
2560
2561     SUB UNIVERSAL::VERSION = (xsub 0x811f7ac 0)
2562
2563     SUB DynaLoader::boot_DynaLoader = (xsub 0x805b188 0)
2564
2565 and C<Perl_dump_all>, which dumps all the subroutines in the stash and
2566 the op tree of the main root.
2567
2568 =head1 How multiple interpreters and concurrency are supported
2569
2570 =head2 Background and MULTIPLICITY
2571
2572 The Perl interpreter can be regarded as a closed box: it has an API
2573 for feeding it code or otherwise making it do things, but it also has
2574 functions for its own use.  This smells a lot like an object, and
2575 there is a way for you to build Perl so that you can have multiple
2576 interpreters, with one interpreter represented either as a C structure,
2577 or inside a thread-specific structure.  These structures contain all
2578 the context, the state of that interpreter.
2579
2580 The macro that controls the major Perl build flavor is MULTIPLICITY.  The
2581 MULTIPLICITY build has a C structure that packages all the interpreter
2582 state, which is being passed to various perl functions as a "hidden"
2583 first argument. MULTIPLICITY makes multi-threaded perls possible (with the
2584 ithreads threading model, related to the macro USE_ITHREADS.)
2585
2586 PERL_IMPLICIT_CONTEXT is a legacy synonym for MULTIPLICITY.
2587
2588 To see whether you have non-const data you can use a BSD (or GNU)
2589 compatible C<nm>:
2590
2591   nm libperl.a | grep -v ' [TURtr] '
2592
2593 If this displays any C<D> or C<d> symbols (or possibly C<C> or C<c>),
2594 you have non-const data.  The symbols the C<grep> removed are as follows:
2595 C<Tt> are I<text>, or code, the C<Rr> are I<read-only> (const) data,
2596 and the C<U> is <undefined>, external symbols referred to.
2597
2598 The test F<t/porting/libperl.t> does this kind of symbol sanity
2599 checking on C<libperl.a>.
2600
2601 All this obviously requires a way for the Perl internal functions to be
2602 either subroutines taking some kind of structure as the first
2603 argument, or subroutines taking nothing as the first argument.  To
2604 enable these two very different ways of building the interpreter,
2605 the Perl source (as it does in so many other situations) makes heavy
2606 use of macros and subroutine naming conventions.
2607
2608 First problem: deciding which functions will be public API functions and
2609 which will be private.  All functions whose names begin C<S_> are private
2610 (think "S" for "secret" or "static").  All other functions begin with
2611 "Perl_", but just because a function begins with "Perl_" does not mean it is
2612 part of the API.  (See L</Internal
2613 Functions>.)  The easiest way to be B<sure> a
2614 function is part of the API is to find its entry in L<perlapi>.
2615 If it exists in L<perlapi>, it's part of the API.  If it doesn't, and you
2616 think it should be (i.e., you need it for your extension), submit an issue at
2617 L<https://github.com/Perl/perl5/issues> explaining why you think it should be.
2618
2619 Second problem: there must be a syntax so that the same subroutine
2620 declarations and calls can pass a structure as their first argument,
2621 or pass nothing.  To solve this, the subroutines are named and
2622 declared in a particular way.  Here's a typical start of a static
2623 function used within the Perl guts:
2624
2625   STATIC void
2626   S_incline(pTHX_ char *s)
2627
2628 STATIC becomes "static" in C, and may be #define'd to nothing in some
2629 configurations in the future.
2630
2631 =for apidoc_section $directives
2632 =for apidoc Ayh||STATIC
2633
2634 A public function (i.e. part of the internal API, but not necessarily
2635 sanctioned for use in extensions) begins like this:
2636
2637   void
2638   Perl_sv_setiv(pTHX_ SV* dsv, IV num)
2639
2640 C<pTHX_> is one of a number of macros (in F<perl.h>) that hide the
2641 details of the interpreter's context.  THX stands for "thread", "this",
2642 or "thingy", as the case may be.  (And no, George Lucas is not involved. :-)
2643 The first character could be 'p' for a B<p>rototype, 'a' for B<a>rgument,
2644 or 'd' for B<d>eclaration, so we have C<pTHX>, C<aTHX> and C<dTHX>, and
2645 their variants.
2646
2647 =for apidoc_section $concurrency
2648 =for apidoc Amnh||aTHX
2649 =for apidoc Amnh||aTHX_
2650 =for apidoc Amnh||dTHX
2651 =for apidoc Amnh||pTHX
2652 =for apidoc Amnh||pTHX_
2653
2654 When Perl is built without options that set MULTIPLICITY, there is no
2655 first argument containing the interpreter's context.  The trailing underscore
2656 in the pTHX_ macro indicates that the macro expansion needs a comma
2657 after the context argument because other arguments follow it.  If
2658 MULTIPLICITY is not defined, pTHX_ will be ignored, and the
2659 subroutine is not prototyped to take the extra argument.  The form of the
2660 macro without the trailing underscore is used when there are no additional
2661 explicit arguments.
2662
2663 When a core function calls another, it must pass the context.  This
2664 is normally hidden via macros.  Consider C<sv_setiv>.  It expands into
2665 something like this:
2666
2667     #ifdef MULTIPLICITY
2668       #define sv_setiv(a,b)      Perl_sv_setiv(aTHX_ a, b)
2669       /* can't do this for vararg functions, see below */
2670     #else
2671       #define sv_setiv           Perl_sv_setiv
2672     #endif
2673
2674 This works well, and means that XS authors can gleefully write:
2675
2676     sv_setiv(foo, bar);
2677
2678 and still have it work under all the modes Perl could have been
2679 compiled with.
2680
2681 This doesn't work so cleanly for varargs functions, though, as macros
2682 imply that the number of arguments is known in advance.  Instead we
2683 either need to spell them out fully, passing C<aTHX_> as the first
2684 argument (the Perl core tends to do this with functions like
2685 Perl_warner), or use a context-free version.
2686
2687 The context-free version of Perl_warner is called
2688 Perl_warner_nocontext, and does not take the extra argument.  Instead
2689 it does C<dTHX;> to get the context from thread-local storage.  We
2690 C<#define warner Perl_warner_nocontext> so that extensions get source
2691 compatibility at the expense of performance.  (Passing an arg is
2692 cheaper than grabbing it from thread-local storage.)
2693
2694 You can ignore [pad]THXx when browsing the Perl headers/sources.
2695 Those are strictly for use within the core.  Extensions and embedders
2696 need only be aware of [pad]THX.
2697
2698 =head2 So what happened to dTHR?
2699
2700 =for apidoc Amnh||dTHR
2701
2702 C<dTHR> was introduced in perl 5.005 to support the older thread model.
2703 The older thread model now uses the C<THX> mechanism to pass context
2704 pointers around, so C<dTHR> is not useful any more.  Perl 5.6.0 and
2705 later still have it for backward source compatibility, but it is defined
2706 to be a no-op.
2707
2708 =head2 How do I use all this in extensions?
2709
2710 When Perl is built with MULTIPLICITY, extensions that call
2711 any functions in the Perl API will need to pass the initial context
2712 argument somehow.  The kicker is that you will need to write it in
2713 such a way that the extension still compiles when Perl hasn't been
2714 built with MULTIPLICITY enabled.
2715
2716 There are three ways to do this.  First, the easy but inefficient way,
2717 which is also the default, in order to maintain source compatibility
2718 with extensions: whenever F<XSUB.h> is #included, it redefines the aTHX
2719 and aTHX_ macros to call a function that will return the context.
2720 Thus, something like:
2721
2722         sv_setiv(sv, num);
2723
2724 in your extension will translate to this when MULTIPLICITY is
2725 in effect:
2726
2727         Perl_sv_setiv(Perl_get_context(), sv, num);
2728
2729 or to this otherwise:
2730
2731         Perl_sv_setiv(sv, num);
2732
2733 You don't have to do anything new in your extension to get this; since
2734 the Perl library provides Perl_get_context(), it will all just
2735 work.
2736
2737 The second, more efficient way is to use the following template for
2738 your Foo.xs:
2739
2740         #define PERL_NO_GET_CONTEXT     /* we want efficiency */
2741         #include "EXTERN.h"
2742         #include "perl.h"
2743         #include "XSUB.h"
2744
2745         STATIC void my_private_function(int arg1, int arg2);
2746
2747         STATIC void
2748         my_private_function(int arg1, int arg2)
2749         {
2750             dTHX;       /* fetch context */
2751             ... call many Perl API functions ...
2752         }
2753
2754         [... etc ...]
2755
2756         MODULE = Foo            PACKAGE = Foo
2757
2758         /* typical XSUB */
2759
2760         void
2761         my_xsub(arg)
2762                 int arg
2763             CODE:
2764                 my_private_function(arg, 10);
2765
2766 Note that the only two changes from the normal way of writing an
2767 extension is the addition of a C<#define PERL_NO_GET_CONTEXT> before
2768 including the Perl headers, followed by a C<dTHX;> declaration at
2769 the start of every function that will call the Perl API.  (You'll
2770 know which functions need this, because the C compiler will complain
2771 that there's an undeclared identifier in those functions.)  No changes
2772 are needed for the XSUBs themselves, because the XS() macro is
2773 correctly defined to pass in the implicit context if needed.
2774
2775 The third, even more efficient way is to ape how it is done within
2776 the Perl guts:
2777
2778
2779         #define PERL_NO_GET_CONTEXT     /* we want efficiency */
2780         #include "EXTERN.h"
2781         #include "perl.h"
2782         #include "XSUB.h"
2783
2784         /* pTHX_ only needed for functions that call Perl API */
2785         STATIC void my_private_function(pTHX_ int arg1, int arg2);
2786
2787         STATIC void
2788         my_private_function(pTHX_ int arg1, int arg2)
2789         {
2790             /* dTHX; not needed here, because THX is an argument */
2791             ... call Perl API functions ...
2792         }
2793
2794         [... etc ...]
2795
2796         MODULE = Foo            PACKAGE = Foo
2797
2798         /* typical XSUB */
2799
2800         void
2801         my_xsub(arg)
2802                 int arg
2803             CODE:
2804                 my_private_function(aTHX_ arg, 10);
2805
2806 This implementation never has to fetch the context using a function
2807 call, since it is always passed as an extra argument.  Depending on
2808 your needs for simplicity or efficiency, you may mix the previous
2809 two approaches freely.
2810
2811 Never add a comma after C<pTHX> yourself--always use the form of the
2812 macro with the underscore for functions that take explicit arguments,
2813 or the form without the argument for functions with no explicit arguments.
2814
2815 =head2 Should I do anything special if I call perl from multiple threads?
2816
2817 If you create interpreters in one thread and then proceed to call them in
2818 another, you need to make sure perl's own Thread Local Storage (TLS) slot is
2819 initialized correctly in each of those threads.
2820
2821 The C<perl_alloc> and C<perl_clone> API functions will automatically set
2822 the TLS slot to the interpreter they created, so that there is no need to do
2823 anything special if the interpreter is always accessed in the same thread that
2824 created it, and that thread did not create or call any other interpreters
2825 afterwards.  If that is not the case, you have to set the TLS slot of the
2826 thread before calling any functions in the Perl API on that particular
2827 interpreter.  This is done by calling the C<PERL_SET_CONTEXT> macro in that
2828 thread as the first thing you do:
2829
2830         /* do this before doing anything else with some_perl */
2831         PERL_SET_CONTEXT(some_perl);
2832
2833         ... other Perl API calls on some_perl go here ...
2834
2835 =head2 Future Plans and PERL_IMPLICIT_SYS
2836
2837 Just as MULTIPLICITY provides a way to bundle up everything
2838 that the interpreter knows about itself and pass it around, so too are
2839 there plans to allow the interpreter to bundle up everything it knows
2840 about the environment it's running on.  This is enabled with the
2841 PERL_IMPLICIT_SYS macro.  Currently it only works with USE_ITHREADS on
2842 Windows.
2843
2844 This allows the ability to provide an extra pointer (called the "host"
2845 environment) for all the system calls.  This makes it possible for
2846 all the system stuff to maintain their own state, broken down into
2847 seven C structures.  These are thin wrappers around the usual system
2848 calls (see F<win32/perllib.c>) for the default perl executable, but for a
2849 more ambitious host (like the one that would do fork() emulation) all
2850 the extra work needed to pretend that different interpreters are
2851 actually different "processes", would be done here.
2852
2853 The Perl engine/interpreter and the host are orthogonal entities.
2854 There could be one or more interpreters in a process, and one or
2855 more "hosts", with free association between them.
2856
2857 =head1 Internal Functions
2858
2859 All of Perl's internal functions which will be exposed to the outside
2860 world are prefixed by C<Perl_> so that they will not conflict with XS
2861 functions or functions used in a program in which Perl is embedded.
2862 Similarly, all global variables begin with C<PL_>.  (By convention,
2863 static functions start with C<S_>.)
2864
2865 Inside the Perl core (C<PERL_CORE> defined), you can get at the functions
2866 either with or without the C<Perl_> prefix, thanks to a bunch of defines
2867 that live in F<embed.h>.  Note that extension code should I<not> set
2868 C<PERL_CORE>; this exposes the full perl internals, and is likely to cause
2869 breakage of the XS in each new perl release.
2870
2871 The file F<embed.h> is generated automatically from
2872 F<embed.pl> and F<embed.fnc>.  F<embed.pl> also creates the prototyping
2873 header files for the internal functions, generates the documentation
2874 and a lot of other bits and pieces.  It's important that when you add
2875 a new function to the core or change an existing one, you change the
2876 data in the table in F<embed.fnc> as well.  Here's a sample entry from
2877 that table:
2878
2879     Apd |SV**   |av_fetch   |AV* ar|I32 key|I32 lval
2880
2881 The first column is a set of flags, the second column the return type,
2882 the third column the name.  Columns after that are the arguments.
2883 The flags are documented at the top of F<embed.fnc>.
2884
2885 If you edit F<embed.pl> or F<embed.fnc>, you will need to run
2886 C<make regen_headers> to force a rebuild of F<embed.h> and other
2887 auto-generated files.
2888
2889 =head2 Formatted Printing of IVs, UVs, and NVs
2890
2891 If you are printing IVs, UVs, or NVS instead of the stdio(3) style
2892 formatting codes like C<%d>, C<%ld>, C<%f>, you should use the
2893 following macros for portability
2894
2895         IVdf            IV in decimal
2896         UVuf            UV in decimal
2897         UVof            UV in octal
2898         UVxf            UV in hexadecimal
2899         NVef            NV %e-like
2900         NVff            NV %f-like
2901         NVgf            NV %g-like
2902
2903 These will take care of 64-bit integers and long doubles.
2904 For example:
2905
2906         printf("IV is %" IVdf "\n", iv);
2907
2908 The C<IVdf> will expand to whatever is the correct format for the IVs.
2909 Note that the spaces are required around the format in case the code is
2910 compiled with C++, to maintain compliance with its standard.
2911
2912 Note that there are different "long doubles": Perl will use
2913 whatever the compiler has.
2914
2915 If you are printing addresses of pointers, use %p or UVxf combined
2916 with PTR2UV().
2917
2918 =head2 Formatted Printing of SVs
2919
2920 The contents of SVs may be printed using the C<SVf> format, like so:
2921
2922  Perl_croak(aTHX_ "This croaked because: %" SVf "\n", SVfARG(err_msg))
2923
2924 where C<err_msg> is an SV.
2925
2926 =for apidoc Amnh||SVf
2927 =for apidoc Amh||SVfARG|SV *sv
2928
2929 Not all scalar types are printable.  Simple values certainly are: one of
2930 IV, UV, NV, or PV.  Also, if the SV is a reference to some value,
2931 either it will be dereferenced and the value printed, or information
2932 about the type of that value and its address are displayed.  The results
2933 of printing any other type of SV are undefined and likely to lead to an
2934 interpreter crash.  NVs are printed using a C<%g>-ish format.
2935
2936 Note that the spaces are required around the C<SVf> in case the code is
2937 compiled with C++, to maintain compliance with its standard.
2938
2939 Note that any filehandle being printed to under UTF-8 must be expecting
2940 UTF-8 in order to get good results and avoid Wide-character warnings.
2941 One way to do this for typical filehandles is to invoke perl with the
2942 C<-C>> parameter.  (See L<perlrun/-C [numberE<sol>list]>.
2943
2944 You can use this to concatenate two scalars:
2945
2946  SV *var1 = get_sv("var1", GV_ADD);
2947  SV *var2 = get_sv("var2", GV_ADD);
2948  SV *var3 = newSVpvf("var1=%" SVf " and var2=%" SVf,
2949                      SVfARG(var1), SVfARG(var2));
2950
2951 =head2 Formatted Printing of Strings
2952
2953 If you just want the bytes printed in a 7bit NUL-terminated string, you can
2954 just use C<%s> (assuming they are all really only 7bit).  But if there is a
2955 possibility the value will be encoded as UTF-8 or contains bytes above
2956 C<0x7F> (and therefore 8bit), you should instead use the C<UTF8f> format.
2957 And as its parameter, use the C<UTF8fARG()> macro:
2958
2959  chr * msg;
2960
2961  /* U+2018: \xE2\x80\x98 LEFT SINGLE QUOTATION MARK
2962     U+2019: \xE2\x80\x99 RIGHT SINGLE QUOTATION MARK */
2963  if (can_utf8)
2964    msg = "\xE2\x80\x98Uses fancy quotes\xE2\x80\x99";
2965  else
2966    msg = "'Uses simple quotes'";
2967
2968  Perl_croak(aTHX_ "The message is: %" UTF8f "\n",
2969                   UTF8fARG(can_utf8, strlen(msg), msg));
2970
2971 The first parameter to C<UTF8fARG> is a boolean: 1 if the string is in
2972 UTF-8; 0 if string is in native byte encoding (Latin1).
2973 The second parameter is the number of bytes in the string to print.
2974 And the third and final parameter is a pointer to the first byte in the
2975 string.
2976
2977 Note that any filehandle being printed to under UTF-8 must be expecting
2978 UTF-8 in order to get good results and avoid Wide-character warnings.
2979 One way to do this for typical filehandles is to invoke perl with the
2980 C<-C>> parameter.  (See L<perlrun/-C [numberE<sol>list]>.
2981
2982 =for apidoc_section $formats
2983 =for apidoc Amnh||UTF8f
2984 =for apidoc Amh||UTF8fARG|bool is_utf8|Size_t byte_len|char *str
2985
2986 =cut
2987
2988 =head2 Formatted Printing of C<Size_t> and C<SSize_t>
2989
2990 The most general way to do this is to cast them to a UV or IV, and
2991 print as in the
2992 L<previous section|/Formatted Printing of IVs, UVs, and NVs>.
2993
2994 But if you're using C<PerlIO_printf()>, it's less typing and visual
2995 clutter to use the C<%z> length modifier (for I<siZe>):
2996
2997         PerlIO_printf("STRLEN is %zu\n", len);
2998
2999 This modifier is not portable, so its use should be restricted to
3000 C<PerlIO_printf()>.
3001
3002 =head2 Formatted Printing of C<Ptrdiff_t>, C<intmax_t>, C<short> and other special sizes
3003
3004 There are modifiers for these special situations if you are using
3005 C<PerlIO_printf()>.  See L<perlfunc/size>.
3006
3007 =head2 Pointer-To-Integer and Integer-To-Pointer
3008
3009 Because pointer size does not necessarily equal integer size,
3010 use the follow macros to do it right.
3011
3012         PTR2UV(pointer)
3013         PTR2IV(pointer)
3014         PTR2NV(pointer)
3015         INT2PTR(pointertotype, integer)
3016
3017 =for apidoc_section $casting
3018 =for apidoc Amh|type|INT2PTR|type|int value
3019 =for apidoc Amh|UV|PTR2UV|void * ptr
3020 =for apidoc Amh|IV|PTR2IV|void * ptr
3021 =for apidoc Amh|NV|PTR2NV|void * ptr
3022
3023 For example:
3024
3025         IV  iv = ...;
3026         SV *sv = INT2PTR(SV*, iv);
3027
3028 and
3029
3030         AV *av = ...;
3031         UV  uv = PTR2UV(av);
3032
3033 There are also
3034
3035  PTR2nat(pointer)   /* pointer to integer of PTRSIZE */
3036  PTR2ul(pointer)    /* pointer to unsigned long */
3037
3038 =for apidoc Amh|IV|PTR2nat|void *
3039 =for apidoc Amh|unsigned long|PTR2ul|void *
3040
3041 And C<PTRV> which gives the native type for an integer the same size as
3042 pointers, such as C<unsigned> or C<unsigned long>.
3043
3044 =for apidoc Ayh|type|PTRV
3045
3046 =head2 Exception Handling
3047
3048 There are a couple of macros to do very basic exception handling in XS
3049 modules.  You have to define C<NO_XSLOCKS> before including F<XSUB.h> to
3050 be able to use these macros:
3051
3052         #define NO_XSLOCKS
3053         #include "XSUB.h"
3054
3055 You can use these macros if you call code that may croak, but you need
3056 to do some cleanup before giving control back to Perl.  For example:
3057
3058         dXCPT;    /* set up necessary variables */
3059
3060         XCPT_TRY_START {
3061           code_that_may_croak();
3062         } XCPT_TRY_END
3063
3064         XCPT_CATCH
3065         {
3066           /* do cleanup here */
3067           XCPT_RETHROW;
3068         }
3069
3070 Note that you always have to rethrow an exception that has been
3071 caught.  Using these macros, it is not possible to just catch the
3072 exception and ignore it.  If you have to ignore the exception, you
3073 have to use the C<call_*> function.
3074
3075 The advantage of using the above macros is that you don't have
3076 to setup an extra function for C<call_*>, and that using these
3077 macros is faster than using C<call_*>.
3078
3079 =head2 Source Documentation
3080
3081 There's an effort going on to document the internal functions and
3082 automatically produce reference manuals from them -- L<perlapi> is one
3083 such manual which details all the functions which are available to XS
3084 writers.  L<perlintern> is the autogenerated manual for the functions
3085 which are not part of the API and are supposedly for internal use only.
3086
3087 Source documentation is created by putting POD comments into the C
3088 source, like this:
3089
3090  /*
3091  =for apidoc sv_setiv
3092
3093  Copies an integer into the given SV.  Does not handle 'set' magic.  See
3094  L<perlapi/sv_setiv_mg>.
3095
3096  =cut
3097  */
3098
3099 Please try and supply some documentation if you add functions to the
3100 Perl core.
3101
3102 =head2 Backwards compatibility
3103
3104 The Perl API changes over time.  New functions are
3105 added or the interfaces of existing functions are
3106 changed.  The C<Devel::PPPort> module tries to
3107 provide compatibility code for some of these changes, so XS writers don't
3108 have to code it themselves when supporting multiple versions of Perl.
3109
3110 C<Devel::PPPort> generates a C header file F<ppport.h> that can also
3111 be run as a Perl script.  To generate F<ppport.h>, run:
3112
3113     perl -MDevel::PPPort -eDevel::PPPort::WriteFile
3114
3115 Besides checking existing XS code, the script can also be used to retrieve
3116 compatibility information for various API calls using the C<--api-info>
3117 command line switch.  For example:
3118
3119   % perl ppport.h --api-info=sv_magicext
3120
3121 For details, see C<perldoc ppport.h>.
3122
3123 =head1 Unicode Support
3124
3125 Perl 5.6.0 introduced Unicode support.  It's important for porters and XS
3126 writers to understand this support and make sure that the code they
3127 write does not corrupt Unicode data.
3128
3129 =head2 What B<is> Unicode, anyway?
3130
3131 In the olden, less enlightened times, we all used to use ASCII.  Most of
3132 us did, anyway.  The big problem with ASCII is that it's American.  Well,
3133 no, that's not actually the problem; the problem is that it's not
3134 particularly useful for people who don't use the Roman alphabet.  What
3135 used to happen was that particular languages would stick their own
3136 alphabet in the upper range of the sequence, between 128 and 255.  Of
3137 course, we then ended up with plenty of variants that weren't quite
3138 ASCII, and the whole point of it being a standard was lost.
3139
3140 Worse still, if you've got a language like Chinese or
3141 Japanese that has hundreds or thousands of characters, then you really
3142 can't fit them into a mere 256, so they had to forget about ASCII
3143 altogether, and build their own systems using pairs of numbers to refer
3144 to one character.
3145
3146 To fix this, some people formed Unicode, Inc. and
3147 produced a new character set containing all the characters you can
3148 possibly think of and more.  There are several ways of representing these
3149 characters, and the one Perl uses is called UTF-8.  UTF-8 uses
3150 a variable number of bytes to represent a character.  You can learn more
3151 about Unicode and Perl's Unicode model in L<perlunicode>.
3152
3153 (On EBCDIC platforms, Perl uses instead UTF-EBCDIC, which is a form of
3154 UTF-8 adapted for EBCDIC platforms.  Below, we just talk about UTF-8.
3155 UTF-EBCDIC is like UTF-8, but the details are different.  The macros
3156 hide the differences from you, just remember that the particular numbers
3157 and bit patterns presented below will differ in UTF-EBCDIC.)
3158
3159 =head2 How can I recognise a UTF-8 string?
3160
3161 You can't.  This is because UTF-8 data is stored in bytes just like
3162 non-UTF-8 data.  The Unicode character 200, (C<0xC8> for you hex types)
3163 capital E with a grave accent, is represented by the two bytes
3164 C<v196.172>.  Unfortunately, the non-Unicode string C<chr(196).chr(172)>
3165 has that byte sequence as well.  So you can't tell just by looking -- this
3166 is what makes Unicode input an interesting problem.
3167
3168 In general, you either have to know what you're dealing with, or you
3169 have to guess.  The API function C<is_utf8_string> can help; it'll tell
3170 you if a string contains only valid UTF-8 characters, and the chances
3171 of a non-UTF-8 string looking like valid UTF-8 become very small very
3172 quickly with increasing string length.  On a character-by-character
3173 basis, C<isUTF8_CHAR>
3174 will tell you whether the current character in a string is valid UTF-8. 
3175
3176 =head2 How does UTF-8 represent Unicode characters?
3177
3178 As mentioned above, UTF-8 uses a variable number of bytes to store a
3179 character.  Characters with values 0...127 are stored in one
3180 byte, just like good ol' ASCII.  Character 128 is stored as
3181 C<v194.128>; this continues up to character 191, which is
3182 C<v194.191>.  Now we've run out of bits (191 is binary
3183 C<10111111>) so we move on; character 192 is C<v195.128>.  And
3184 so it goes on, moving to three bytes at character 2048.
3185 L<perlunicode/Unicode Encodings> has pictures of how this works.
3186
3187 Assuming you know you're dealing with a UTF-8 string, you can find out
3188 how long the first character in it is with the C<UTF8SKIP> macro:
3189
3190     char *utf = "\305\233\340\240\201";
3191     I32 len;
3192
3193     len = UTF8SKIP(utf); /* len is 2 here */
3194     utf += len;
3195     len = UTF8SKIP(utf); /* len is 3 here */
3196
3197 Another way to skip over characters in a UTF-8 string is to use
3198 C<utf8_hop>, which takes a string and a number of characters to skip
3199 over.  You're on your own about bounds checking, though, so don't use it
3200 lightly.
3201
3202 All bytes in a multi-byte UTF-8 character will have the high bit set,
3203 so you can test if you need to do something special with this
3204 character like this (the C<UTF8_IS_INVARIANT()> is a macro that tests
3205 whether the byte is encoded as a single byte even in UTF-8):
3206
3207     U8 *utf;     /* Initialize this to point to the beginning of the
3208                     sequence to convert */
3209     U8 *utf_end; /* Initialize this to 1 beyond the end of the sequence
3210                     pointed to by 'utf' */
3211     UV uv;       /* Returned code point; note: a UV, not a U8, not a
3212                     char */
3213     STRLEN len; /* Returned length of character in bytes */
3214
3215     if (!UTF8_IS_INVARIANT(*utf))
3216         /* Must treat this as UTF-8 */
3217         uv = utf8_to_uvchr_buf(utf, utf_end, &len);
3218     else
3219         /* OK to treat this character as a byte */
3220         uv = *utf;
3221
3222 You can also see in that example that we use C<utf8_to_uvchr_buf> to get the
3223 value of the character; the inverse function C<uvchr_to_utf8> is available
3224 for putting a UV into UTF-8:
3225
3226     if (!UVCHR_IS_INVARIANT(uv))
3227         /* Must treat this as UTF8 */
3228         utf8 = uvchr_to_utf8(utf8, uv);
3229     else
3230         /* OK to treat this character as a byte */
3231         *utf8++ = uv;
3232
3233 You B<must> convert characters to UVs using the above functions if
3234 you're ever in a situation where you have to match UTF-8 and non-UTF-8
3235 characters.  You may not skip over UTF-8 characters in this case.  If you
3236 do this, you'll lose the ability to match hi-bit non-UTF-8 characters;
3237 for instance, if your UTF-8 string contains C<v196.172>, and you skip
3238 that character, you can never match a C<chr(200)> in a non-UTF-8 string.
3239 So don't do that!
3240
3241 (Note that we don't have to test for invariant characters in the
3242 examples above.  The functions work on any well-formed UTF-8 input.
3243 It's just that its faster to avoid the function overhead when it's not
3244 needed.)
3245
3246 =head2 How does Perl store UTF-8 strings?
3247
3248 Currently, Perl deals with UTF-8 strings and non-UTF-8 strings
3249 slightly differently.  A flag in the SV, C<SVf_UTF8>, indicates that the
3250 string is internally encoded as UTF-8.  Without it, the byte value is the
3251 codepoint number and vice versa.  This flag is only meaningful if the SV
3252 is C<SvPOK> or immediately after stringification via C<SvPV> or a
3253 similar macro.  You can check and manipulate this flag with the
3254 following macros:
3255
3256     SvUTF8(sv)
3257     SvUTF8_on(sv)
3258     SvUTF8_off(sv)
3259
3260 This flag has an important effect on Perl's treatment of the string: if
3261 UTF-8 data is not properly distinguished, regular expressions,
3262 C<length>, C<substr> and other string handling operations will have
3263 undesirable (wrong) results.
3264
3265 The problem comes when you have, for instance, a string that isn't
3266 flagged as UTF-8, and contains a byte sequence that could be UTF-8 --
3267 especially when combining non-UTF-8 and UTF-8 strings.
3268
3269 Never forget that the C<SVf_UTF8> flag is separate from the PV value; you
3270 need to be sure you don't accidentally knock it off while you're
3271 manipulating SVs.  More specifically, you cannot expect to do this:
3272
3273     SV *sv;
3274     SV *nsv;
3275     STRLEN len;
3276     char *p;
3277
3278     p = SvPV(sv, len);
3279     frobnicate(p);
3280     nsv = newSVpvn(p, len);
3281
3282 The C<char*> string does not tell you the whole story, and you can't
3283 copy or reconstruct an SV just by copying the string value.  Check if the
3284 old SV has the UTF8 flag set (I<after> the C<SvPV> call), and act
3285 accordingly:
3286
3287     p = SvPV(sv, len);
3288     is_utf8 = SvUTF8(sv);
3289     frobnicate(p, is_utf8);
3290     nsv = newSVpvn(p, len);
3291     if (is_utf8)
3292         SvUTF8_on(nsv);
3293
3294 In the above, your C<frobnicate> function has been changed to be made
3295 aware of whether or not it's dealing with UTF-8 data, so that it can
3296 handle the string appropriately.
3297
3298 Since just passing an SV to an XS function and copying the data of
3299 the SV is not enough to copy the UTF8 flags, even less right is just
3300 passing a S<C<char *>> to an XS function.
3301
3302 For full generality, use the L<C<DO_UTF8>|perlapi/DO_UTF8> macro to see if the
3303 string in an SV is to be I<treated> as UTF-8.  This takes into account
3304 if the call to the XS function is being made from within the scope of
3305 L<S<C<use bytes>>|bytes>.  If so, the underlying bytes that comprise the
3306 UTF-8 string are to be exposed, rather than the character they
3307 represent.  But this pragma should only really be used for debugging and
3308 perhaps low-level testing at the byte level.  Hence most XS code need
3309 not concern itself with this, but various areas of the perl core do need
3310 to support it.
3311
3312 And this isn't the whole story.  Starting in Perl v5.12, strings that
3313 aren't encoded in UTF-8 may also be treated as Unicode under various
3314 conditions (see L<perlunicode/ASCII Rules versus Unicode Rules>).
3315 This is only really a problem for characters whose ordinals are between
3316 128 and 255, and their behavior varies under ASCII versus Unicode rules
3317 in ways that your code cares about (see L<perlunicode/The "Unicode Bug">).
3318 There is no published API for dealing with this, as it is subject to
3319 change, but you can look at the code for C<pp_lc> in F<pp.c> for an
3320 example as to how it's currently done.
3321
3322 =head2 How do I pass a Perl string to a C library?
3323
3324 A Perl string, conceptually, is an opaque sequence of code points.
3325 Many C libraries expect their inputs to be "classical" C strings, which are
3326 arrays of octets 1-255, terminated with a NUL byte. Your job when writing
3327 an interface between Perl and a C library is to define the mapping between
3328 Perl and that library.
3329
3330 Generally speaking, C<SvPVbyte> and related macros suit this task well.
3331 These assume that your Perl string is a "byte string", i.e., is either
3332 raw, undecoded input into Perl or is pre-encoded to, e.g., UTF-8.
3333
3334 Alternatively, if your C library expects UTF-8 text, you can use
3335 C<SvPVutf8> and related macros. This has the same effect as encoding
3336 to UTF-8 then calling the corresponding C<SvPVbyte>-related macro.
3337
3338 Some C libraries may expect other encodings (e.g., UTF-16LE). To give
3339 Perl strings to such libraries
3340 you must either do that encoding in Perl then use C<SvPVbyte>, or
3341 use an intermediary C library to convert from however Perl stores the
3342 string to the desired encoding.
3343
3344 Take care also that NULs in your Perl string don't confuse the C
3345 library. If possible, give the string's length to the C library; if that's
3346 not possible, consider rejecting strings that contain NUL bytes.
3347
3348 =head3 What about C<SvPV>, C<SvPV_nolen>, etc.?
3349
3350 Consider a 3-character Perl string C<$foo = "\x64\x78\x8c">.
3351 Perl can store these 3 characters either of two ways:
3352
3353 =over
3354
3355 =item * bytes: 0x64 0x78 0x8c
3356
3357 =item * UTF-8: 0x64 0x78 0xc2 0x8c
3358
3359 =back
3360
3361 Now let's say you convert C<$foo> to a C string thus:
3362
3363     STRLEN strlen;
3364     char *str = SvPV(foo_sv, strlen);
3365
3366 At this point C<str> could point to a 3-byte C string or a 4-byte one.
3367
3368 Generally speaking, we want C<str> to be the same regardless of how
3369 Perl stores C<$foo>, so the ambiguity here is undesirable. C<SvPVbyte>
3370 and C<SvPVutf8> solve that by giving predictable output: use
3371 C<SvPVbyte> if your C library expects byte strings, or C<SvPVutf8>
3372 if it expects UTF-8.
3373
3374 If your C library happens to support both encodings, then C<SvPV>--always
3375 in tandem with lookups to C<SvUTF8>!--may be safe and (slightly) more
3376 efficient.
3377
3378 B<TESTING> B<TIP:> Use L<utf8>'s C<upgrade> and C<downgrade> functions
3379 in your tests to ensure consistent handling regardless of Perl's
3380 internal encoding.
3381
3382 =head2 How do I convert a string to UTF-8?
3383
3384 If you're mixing UTF-8 and non-UTF-8 strings, it is necessary to upgrade
3385 the non-UTF-8 strings to UTF-8.  If you've got an SV, the easiest way to do
3386 this is:
3387
3388     sv_utf8_upgrade(sv);
3389
3390 However, you must not do this, for example:
3391
3392     if (!SvUTF8(left))
3393         sv_utf8_upgrade(left);
3394
3395 If you do this in a binary operator, you will actually change one of the
3396 strings that came into the operator, and, while it shouldn't be noticeable
3397 by the end user, it can cause problems in deficient code.
3398
3399 Instead, C<bytes_to_utf8> will give you a UTF-8-encoded B<copy> of its
3400 string argument.  This is useful for having the data available for
3401 comparisons and so on, without harming the original SV.  There's also
3402 C<utf8_to_bytes> to go the other way, but naturally, this will fail if
3403 the string contains any characters above 255 that can't be represented
3404 in a single byte.
3405
3406 =head2 How do I compare strings?
3407
3408 L<perlapi/sv_cmp> and L<perlapi/sv_cmp_flags> do a lexigraphic
3409 comparison of two SV's, and handle UTF-8ness properly.  Note, however,
3410 that Unicode specifies a much fancier mechanism for collation, available
3411 via the L<Unicode::Collate> module.
3412
3413 To just compare two strings for equality/non-equality, you can just use
3414 L<C<memEQ()>|perlapi/memEQ> and L<C<memNE()>|perlapi/memEQ> as usual,
3415 except the strings must be both UTF-8 or not UTF-8 encoded.
3416
3417 To compare two strings case-insensitively, use
3418 L<C<foldEQ_utf8()>|perlapi/foldEQ_utf8> (the strings don't have to have
3419 the same UTF-8ness).
3420
3421 =head2 Is there anything else I need to know?
3422
3423 Not really.  Just remember these things:
3424
3425 =over 3
3426
3427 =item *
3428
3429 There's no way to tell if a S<C<char *>> or S<C<U8 *>> string is UTF-8
3430 or not.  But you can tell if an SV is to be treated as UTF-8 by calling
3431 C<DO_UTF8> on it, after stringifying it with C<SvPV> or a similar
3432 macro.  And, you can tell if SV is actually UTF-8 (even if it is not to
3433 be treated as such) by looking at its C<SvUTF8> flag (again after
3434 stringifying it).  Don't forget to set the flag if something should be
3435 UTF-8.
3436 Treat the flag as part of the PV, even though it's not -- if you pass on
3437 the PV to somewhere, pass on the flag too.
3438
3439 =item *
3440
3441 If a string is UTF-8, B<always> use C<utf8_to_uvchr_buf> to get at the value,
3442 unless C<UTF8_IS_INVARIANT(*s)> in which case you can use C<*s>.
3443
3444 =item *
3445
3446 When writing a character UV to a UTF-8 string, B<always> use
3447 C<uvchr_to_utf8>, unless C<UVCHR_IS_INVARIANT(uv))> in which case
3448 you can use C<*s = uv>.
3449
3450 =item *
3451
3452 Mixing UTF-8 and non-UTF-8 strings is
3453 tricky.  Use C<bytes_to_utf8> to get
3454 a new string which is UTF-8 encoded, and then combine them.
3455
3456 =back
3457
3458 =head1 Custom Operators
3459
3460 Custom operator support is an experimental feature that allows you to
3461 define your own ops.  This is primarily to allow the building of
3462 interpreters for other languages in the Perl core, but it also allows
3463 optimizations through the creation of "macro-ops" (ops which perform the
3464 functions of multiple ops which are usually executed together, such as
3465 C<gvsv, gvsv, add>.)
3466
3467 This feature is implemented as a new op type, C<OP_CUSTOM>.  The Perl
3468 core does not "know" anything special about this op type, and so it will
3469 not be involved in any optimizations.  This also means that you can
3470 define your custom ops to be any op structure -- unary, binary, list and
3471 so on -- you like.
3472
3473 It's important to know what custom operators won't do for you.  They
3474 won't let you add new syntax to Perl, directly.  They won't even let you
3475 add new keywords, directly.  In fact, they won't change the way Perl
3476 compiles a program at all.  You have to do those changes yourself, after
3477 Perl has compiled the program.  You do this either by manipulating the op
3478 tree using a C<CHECK> block and the C<B::Generate> module, or by adding
3479 a custom peephole optimizer with the C<optimize> module.
3480
3481 When you do this, you replace ordinary Perl ops with custom ops by
3482 creating ops with the type C<OP_CUSTOM> and the C<op_ppaddr> of your own
3483 PP function.  This should be defined in XS code, and should look like
3484 the PP ops in C<pp_*.c>.  You are responsible for ensuring that your op
3485 takes the appropriate number of values from the stack, and you are
3486 responsible for adding stack marks if necessary.
3487
3488 You should also "register" your op with the Perl interpreter so that it
3489 can produce sensible error and warning messages.  Since it is possible to
3490 have multiple custom ops within the one "logical" op type C<OP_CUSTOM>,
3491 Perl uses the value of C<< o->op_ppaddr >> to determine which custom op
3492 it is dealing with.  You should create an C<XOP> structure for each
3493 ppaddr you use, set the properties of the custom op with
3494 C<XopENTRY_set>, and register the structure against the ppaddr using
3495 C<Perl_custom_op_register>.  A trivial example might look like:
3496
3497 =for apidoc Ayh||XOP
3498
3499     static XOP my_xop;
3500     static OP *my_pp(pTHX);
3501
3502     BOOT:
3503         XopENTRY_set(&my_xop, xop_name, "myxop");
3504         XopENTRY_set(&my_xop, xop_desc, "Useless custom op");
3505         Perl_custom_op_register(aTHX_ my_pp, &my_xop);
3506
3507 The available fields in the structure are:
3508
3509 =over 4
3510
3511 =item xop_name
3512
3513 A short name for your op.  This will be included in some error messages,
3514 and will also be returned as C<< $op->name >> by the L<B|B> module, so
3515 it will appear in the output of module like L<B::Concise|B::Concise>.
3516
3517 =item xop_desc
3518
3519 A short description of the function of the op.
3520
3521 =item xop_class
3522
3523 Which of the various C<*OP> structures this op uses.  This should be one of
3524 the C<OA_*> constants from F<op.h>, namely
3525
3526 =over 4
3527
3528 =item OA_BASEOP
3529
3530 =item OA_UNOP
3531
3532 =item OA_BINOP
3533
3534 =item OA_LOGOP
3535
3536 =item OA_LISTOP
3537
3538 =item OA_PMOP
3539
3540 =item OA_SVOP
3541
3542 =item OA_PADOP
3543
3544 =item OA_PVOP_OR_SVOP
3545
3546 This should be interpreted as 'C<PVOP>' only.  The C<_OR_SVOP> is because
3547 the only core C<PVOP>, C<OP_TRANS>, can sometimes be a C<SVOP> instead.
3548
3549 =item OA_LOOP
3550
3551 =item OA_COP
3552
3553 =back
3554
3555 The other C<OA_*> constants should not be used.
3556
3557 =item xop_peep
3558
3559 This member is of type C<Perl_cpeep_t>, which expands to C<void
3560 (*Perl_cpeep_t)(aTHX_ OP *o, OP *oldop)>.  If it is set, this function
3561 will be called from C<Perl_rpeep> when ops of this type are encountered
3562 by the peephole optimizer.  I<o> is the OP that needs optimizing;
3563 I<oldop> is the previous OP optimized, whose C<op_next> points to I<o>.
3564
3565 =for apidoc Ayh||Perl_cpeep_t
3566
3567 =back
3568
3569 C<B::Generate> directly supports the creation of custom ops by name.
3570
3571 =head1 Stacks
3572
3573 Descriptions above occasionally refer to "the stack", but there are in fact
3574 many stack-like data structures within the perl interpreter. When otherwise
3575 unqualified, "the stack" usually refers to the value stack.
3576
3577 The various stacks have different purposes, and operate in slightly different
3578 ways. Their differences are noted below.
3579
3580 =head2 Value Stack
3581
3582 This stack stores the values that regular perl code is operating on, usually
3583 intermediate values of expressions within a statement. The stack itself is
3584 formed of an array of SV pointers.
3585
3586 The base of this stack is pointed to by the interpreter variable
3587 C<PL_stack_base>, of type C<SV **>.
3588
3589 The head of the stack is C<PL_stack_sp>, and points to the most
3590 recently-pushed item.
3591
3592 Items are pushed to the stack by using the C<PUSHs()> macro or its variants
3593 described above; C<XPUSHs()>, C<mPUSHs()>, C<mXPUSHs()> and the typed
3594 versions. Note carefully that the non-C<X> versions of these macros do not
3595 check the size of the stack and assume it to be big enough. These must be
3596 paired with a suitable check of the stack's size, such as the C<EXTEND> macro
3597 to ensure it is large enough. For example
3598
3599     EXTEND(SP, 4);
3600     mPUSHi(10);
3601     mPUSHi(20);
3602     mPUSHi(30);
3603     mPUSHi(40);
3604
3605 This is slightly more performant than making four separate checks in four
3606 separate C<mXPUSHi()> calls.
3607
3608 As a further performance optimisation, the various C<PUSH> macros all operate
3609 using a local variable C<SP>, rather than the interpreter-global variable
3610 C<PL_stack_sp>. This variable is declared by the C<dSP> macro - though it is
3611 normally implied by XSUBs and similar so it is rare you have to consider it
3612 directly. Once declared, the C<PUSH> macros will operate only on this local
3613 variable, so before invoking any other perl core functions you must use the
3614 C<PUTBACK> macro to return the value from the local C<SP> variable back to
3615 the interpreter variable. Similarly, after calling a perl core function which
3616 may have had reason to move the stack or push/pop values to it, you must use
3617 the C<SPAGAIN> macro which refreshes the local C<SP> value back from the
3618 interpreter one.
3619
3620 Items are popped from the stack by using the C<POPs> macro or its typed
3621 versions, There is also a macro C<TOPs> that inspects the topmost item without
3622 removing it.
3623
3624 Note specifically that SV pointers on the value stack do not contribute to the
3625 overall reference count of the xVs being referred to. If newly-created xVs are
3626 being pushed to the stack you must arrange for them to be destroyed at a
3627 suitable time; usually by using one of the C<mPUSH*> macros or C<sv_2mortal()>
3628 to mortalise the xV.
3629
3630 =head2 Mark Stack
3631
3632 The value stack stores individual perl scalar values as temporaries between
3633 expressions. Some perl expressions operate on entire lists; for that purpose
3634 we need to know where on the stack each list begins. This is the purpose of the
3635 mark stack.
3636
3637 The mark stack stores integers as I32 values, which are the height of the
3638 value stack at the time before the list began; thus the mark itself actually
3639 points to the value stack entry one before the list. The list itself starts at
3640 C<mark + 1>.
3641
3642 The base of this stack is pointed to by the interpreter variable
3643 C<PL_markstack>, of type C<I32 *>.
3644
3645 The head of the stack is C<PL_markstack_ptr>, and points to the most
3646 recently-pushed item.
3647
3648 Items are pushed to the stack by using the C<PUSHMARK()> macro. Even though
3649 the stack itself stores (value) stack indices as integers, the C<PUSHMARK>
3650 macro should be given a stack pointer directly; it will calculate the index
3651 offset by comparing to the C<PL_stack_sp> variable. Thus almost always the
3652 code to perform this is
3653
3654     PUSHMARK(SP);
3655
3656 Items are popped from the stack by the C<POPMARK> macro. There is also a macro
3657 C<TOPMARK> that inspects the topmost item without removing it. These macros
3658 return I32 index values directly. There is also the C<dMARK> macro which
3659 declares a new SV double-pointer variable, called C<mark>, which points at the
3660 marked stack slot; this is the usual macro that C code will use when operating
3661 on lists given on the stack.
3662
3663 As noted above, the C<mark> variable itself will point at the most recently
3664 pushed value on the value stack before the list begins, and so the list itself
3665 starts at C<mark + 1>. The values of the list may be iterated by code such as
3666
3667     for(SV **svp = mark + 1; svp <= PL_stack_sp; svp++) {
3668       SV *item = *svp;
3669       ...
3670     }
3671
3672 Note specifically in the case that the list is already empty, C<mark> will
3673 equal C<PL_stack_sp>.
3674
3675 Because the C<mark> variable is converted to a pointer on the value stack,
3676 extra care must be taken if C<EXTEND> or any of the C<XPUSH> macros are
3677 invoked within the function, because the stack may need to be moved to
3678 extend it and so the existing pointer will now be invalid. If this may be a
3679 problem, a possible solution is to track the mark offset as an integer and
3680 track the mark itself later on after the stack had been moved.
3681
3682     I32 markoff = POPMARK;
3683
3684     ...
3685
3686     SP **mark = PL_stack_base + markoff;
3687
3688 =head2 Temporaries Stack
3689
3690 As noted above, xV references on the main value stack do not contribute to the
3691 reference count of an xV, and so another mechanism is used to track when
3692 temporary values which live on the stack must be released. This is the job of
3693 the temporaries stack.
3694
3695 The temporaries stack stores pointers to xVs whose reference counts will be
3696 decremented soon.
3697
3698 The base of this stack is pointed to by the interpreter variable
3699 C<PL_tmps_stack>, of type C<SV **>.
3700
3701 The head of the stack is indexed by C<PL_tmps_ix>, an integer which stores the
3702 index in the array of the most recently-pushed item.
3703
3704 There is no public API to directly push items to the temporaries stack. Instead,
3705 the API function C<sv_2mortal()> is used to mortalize an xV, adding its
3706 address to the temporaries stack.
3707
3708 Likewise, there is no public API to read values from the temporaries stack.
3709 Instead, the macros C<SAVETMPS> and C<FREETMPS> are used. The C<SAVETMPS>
3710 macro establishes the base levels of the temporaries stack, by capturing the
3711 current value of C<PL_tmps_ix> into C<PL_tmps_floor> and saving the previous
3712 value to the save stack. Thereafter, whenever C<FREETMPS> is invoked all of
3713 the temporaries that have been pushed since that level are reclaimed.
3714
3715 While it is common to see these two macros in pairs within an C<ENTER>/
3716 C<LEAVE> pair, it is not necessary to match them. It is permitted to invoke
3717 C<FREETMPS> multiple times since the most recent C<SAVETMPS>; for example in a
3718 loop iterating over elements of a list. While you can invoke C<SAVETMPS>
3719 multiple times within a scope pair, it is unlikely to be useful. Subsequent
3720 invocations will move the temporaries floor further up, thus effectively
3721 trapping the existing temporaries to only be released at the end of the scope.
3722
3723 =head2 Save Stack
3724
3725 The save stack is used by perl to implement the C<local> keyword and other
3726 similar behaviours; any cleanup operations that need to be performed when
3727 leaving the current scope. Items pushed to this stack generally capture the
3728 current value of some internal variable or state, which will be restored when
3729 the scope is unwound due to leaving, C<return>, C<die>, C<goto> or other
3730 reasons.
3731
3732 Whereas other perl internal stacks store individual items all of the same type
3733 (usually SV pointers or integers), the items pushed to the save stack are
3734 formed of many different types, having multiple fields to them. For example,
3735 the C<SAVEt_INT> type needs to store both the address of the C<int> variable
3736 to restore, and the value to restore it to. This information could have been
3737 stored using fields of a C<struct>, but would have to be large enough to store
3738 three pointers in the largest case, which would waste a lot of space in most
3739 of the smaller cases.
3740
3741 Instead, the stack stores information in a variable-length encoding of C<ANY>
3742 structures. The final value pushed is stored in the C<UV> field which encodes
3743 the kind of item held by the preceding items; the count and types of which
3744 will depend on what kind of item is being stored. The kind field is pushed
3745 last because that will be the first field to be popped when unwinding items
3746 from the stack.
3747
3748 The base of this stack is pointed to by the interpreter variable
3749 C<PL_savestack>, of type C<ANY *>.
3750
3751 The head of the stack is indexed by C<PL_savestack_ix>, an integer which
3752 stores the index in the array at which the next item should be pushed. (Note
3753 that this is different to most other stacks, which reference the most
3754 recently-pushed item).
3755
3756 Items are pushed to the save stack by using the various C<SAVE...()> macros.
3757 Many of these macros take a variable and store both its address and current
3758 value on the save stack, ensuring that value gets restored on scope exit.
3759
3760     SAVEI8(i8)
3761     SAVEI16(i16)
3762     SAVEI32(i32)
3763     SAVEINT(i)
3764     ...
3765
3766 There are also a variety of other special-purpose macros which save particular
3767 types or values of interest. C<SAVETMPS> has already been mentioned above.
3768 Others include C<SAVEFREEPV> which arranges for a PV (i.e. a string buffer) to
3769 be freed, or C<SAVEDESTRUCTOR> which arranges for a given function pointer to
3770 be invoked on scope exit. A full list of such macros can be found in
3771 F<scope.h>.
3772
3773 There is no public API for popping individual values or items from the save
3774 stack. Instead, via the scope stack, the C<ENTER> and C<LEAVE> pair form a way
3775 to start and stop nested scopes. Leaving a nested scope via C<LEAVE> will
3776 restore all of the saved values that had been pushed since the most recent
3777 C<ENTER>.
3778
3779 =head2 Scope Stack
3780
3781 As with the mark stack to the value stack, the scope stack forms a pair with
3782 the save stack. The scope stack stores the height of the save stack at which
3783 nested scopes begin, and allows the save stack to be unwound back to that
3784 point when the scope is left.
3785
3786 When perl is built with debugging enabled, there is a second part to this
3787 stack storing human-readable string names describing the type of stack
3788 context. Each push operation saves the name as well as the height of the save
3789 stack, and each pop operation checks the topmost name with what is expected,
3790 causing an assertion failure if the name does not match.
3791
3792 The base of this stack is pointed to by the interpreter variable
3793 C<PL_scopestack>, of type C<I32 *>. If enabled, the scope stack names are
3794 stored in a separate array pointed to by C<PL_scopestack_name>, of type
3795 C<const char **>.
3796
3797 The head of the stack is indexed by C<PL_scopestack_ix>, an integer which
3798 stores the index of the array or arrays at which the next item should be
3799 pushed. (Note that this is different to most other stacks, which reference the
3800 most recently-pushed item).
3801
3802 Values are pushed to the scope stack using the C<ENTER> macro, which begins a
3803 new nested scope. Any items pushed to the save stack are then restored at the
3804 next nested invocation of the C<LEAVE> macro.
3805
3806 =head1 Dynamic Scope and the Context Stack
3807
3808 B<Note:> this section describes a non-public internal API that is subject
3809 to change without notice.
3810
3811 =head2 Introduction to the context stack
3812
3813 In Perl, dynamic scoping refers to the runtime nesting of things like
3814 subroutine calls, evals etc, as well as the entering and exiting of block
3815 scopes. For example, the restoring of a C<local>ised variable is
3816 determined by the dynamic scope.
3817
3818 Perl tracks the dynamic scope by a data structure called the context
3819 stack, which is an array of C<PERL_CONTEXT> structures, and which is
3820 itself a big union for all the types of context. Whenever a new scope is
3821 entered (such as a block, a C<for> loop, or a subroutine call), a new
3822 context entry is pushed onto the stack. Similarly when leaving a block or
3823 returning from a subroutine call etc. a context is popped. Since the
3824 context stack represents the current dynamic scope, it can be searched.
3825 For example, C<next LABEL> searches back through the stack looking for a
3826 loop context that matches the label; C<return> pops contexts until it
3827 finds a sub or eval context or similar; C<caller> examines sub contexts on
3828 the stack.
3829
3830 Each context entry is labelled with a context type, C<cx_type>. Typical
3831 context types are C<CXt_SUB>, C<CXt_EVAL> etc., as well as C<CXt_BLOCK>
3832 and C<CXt_NULL> which represent a basic scope (as pushed by C<pp_enter>)
3833 and a sort block. The type determines which part of the context union are
3834 valid.
3835
3836 The main division in the context struct is between a substitution scope
3837 (C<CXt_SUBST>) and block scopes, which are everything else. The former is
3838 just used while executing C<s///e>, and won't be discussed further
3839 here.
3840
3841 All the block scope types share a common base, which corresponds to
3842 C<CXt_BLOCK>. This stores the old values of various scope-related
3843 variables like C<PL_curpm>, as well as information about the current
3844 scope, such as C<gimme>. On scope exit, the old variables are restored.
3845
3846 Particular block scope types store extra per-type information. For
3847 example, C<CXt_SUB> stores the currently executing CV, while the various
3848 for loop types might hold the original loop variable SV. On scope exit,
3849 the per-type data is processed; for example the CV has its reference count
3850 decremented, and the original loop variable is restored.
3851
3852 The macro C<cxstack> returns the base of the current context stack, while
3853 C<cxstack_ix> is the index of the current frame within that stack.
3854
3855 In fact, the context stack is actually part of a stack-of-stacks system;
3856 whenever something unusual is done such as calling a C<DESTROY> or tie
3857 handler, a new stack is pushed, then popped at the end.
3858
3859 Note that the API described here changed considerably in perl 5.24; prior
3860 to that, big macros like C<PUSHBLOCK> and C<POPSUB> were used; in 5.24
3861 they were replaced by the inline static functions described below. In
3862 addition, the ordering and detail of how these macros/function work
3863 changed in many ways, often subtly. In particular they didn't handle
3864 saving the savestack and temps stack positions, and required additional
3865 C<ENTER>, C<SAVETMPS> and C<LEAVE> compared to the new functions. The
3866 old-style macros will not be described further.
3867
3868
3869 =head2 Pushing contexts
3870
3871 For pushing a new context, the two basic functions are
3872 C<cx = cx_pushblock()>, which pushes a new basic context block and returns
3873 its address, and a family of similar functions with names like
3874 C<cx_pushsub(cx)> which populate the additional type-dependent fields in
3875 the C<cx> struct. Note that C<CXt_NULL> and C<CXt_BLOCK> don't have their
3876 own push functions, as they don't store any data beyond that pushed by
3877 C<cx_pushblock>.
3878
3879 The fields of the context struct and the arguments to the C<cx_*>
3880 functions are subject to change between perl releases, representing
3881 whatever is convenient or efficient for that release.
3882
3883 A typical context stack pushing can be found in C<pp_entersub>; the
3884 following shows a simplified and stripped-down example of a non-XS call,
3885 along with comments showing roughly what each function does.
3886
3887  dMARK;
3888  U8 gimme      = GIMME_V;
3889  bool hasargs  = cBOOL(PL_op->op_flags & OPf_STACKED);
3890  OP *retop     = PL_op->op_next;
3891  I32 old_ss_ix = PL_savestack_ix;
3892  CV *cv        = ....;
3893
3894  /* ... make mortal copies of stack args which are PADTMPs here ... */
3895
3896  /* ... do any additional savestack pushes here ... */
3897
3898  /* Now push a new context entry of type 'CXt_SUB'; initially just
3899   * doing the actions common to all block types: */
3900
3901  cx = cx_pushblock(CXt_SUB, gimme, MARK, old_ss_ix);
3902
3903      /* this does (approximately):
3904          CXINC;              /* cxstack_ix++ (grow if necessary) */
3905          cx = CX_CUR();      /* and get the address of new frame */
3906          cx->cx_type        = CXt_SUB;
3907          cx->blk_gimme      = gimme;
3908          cx->blk_oldsp      = MARK - PL_stack_base;
3909          cx->blk_oldsaveix  = old_ss_ix;
3910          cx->blk_oldcop     = PL_curcop;
3911          cx->blk_oldmarksp  = PL_markstack_ptr - PL_markstack;
3912          cx->blk_oldscopesp = PL_scopestack_ix;
3913          cx->blk_oldpm      = PL_curpm;
3914          cx->blk_old_tmpsfloor = PL_tmps_floor;
3915
3916          PL_tmps_floor        = PL_tmps_ix;
3917      */
3918
3919
3920  /* then update the new context frame with subroutine-specific info,
3921   * such as the CV about to be executed: */
3922
3923  cx_pushsub(cx, cv, retop, hasargs);
3924
3925      /* this does (approximately):
3926          cx->blk_sub.cv          = cv;
3927          cx->blk_sub.olddepth    = CvDEPTH(cv);
3928          cx->blk_sub.prevcomppad = PL_comppad;
3929          cx->cx_type            |= (hasargs) ? CXp_HASARGS : 0;
3930          cx->blk_sub.retop       = retop;
3931          SvREFCNT_inc_simple_void_NN(cv);
3932      */
3933
3934 Note that C<cx_pushblock()> sets two new floors: for the args stack (to
3935 C<MARK>) and the temps stack (to C<PL_tmps_ix>). While executing at this
3936 scope level, every C<nextstate> (amongst others) will reset the args and
3937 tmps stack levels to these floors. Note that since C<cx_pushblock> uses
3938 the current value of C<PL_tmps_ix> rather than it being passed as an arg,
3939 this dictates at what point C<cx_pushblock> should be called. In
3940 particular, any new mortals which should be freed only on scope exit
3941 (rather than at the next C<nextstate>) should be created first.
3942
3943 Most callers of C<cx_pushblock> simply set the new args stack floor to the
3944 top of the previous stack frame, but for C<CXt_LOOP_LIST> it stores the
3945 items being iterated over on the stack, and so sets C<blk_oldsp> to the
3946 top of these items instead. Note that, contrary to its name, C<blk_oldsp>
3947 doesn't always represent the value to restore C<PL_stack_sp> to on scope
3948 exit.
3949
3950 Note the early capture of C<PL_savestack_ix> to C<old_ss_ix>, which is
3951 later passed as an arg to C<cx_pushblock>. In the case of C<pp_entersub>,
3952 this is because, although most values needing saving are stored in fields
3953 of the context struct, an extra value needs saving only when the debugger
3954 is running, and it doesn't make sense to bloat the struct for this rare
3955 case. So instead it is saved on the savestack. Since this value gets
3956 calculated and saved before the context is pushed, it is necessary to pass
3957 the old value of C<PL_savestack_ix> to C<cx_pushblock>, to ensure that the
3958 saved value gets freed during scope exit.  For most users of
3959 C<cx_pushblock>, where nothing needs pushing on the save stack,
3960 C<PL_savestack_ix> is just passed directly as an arg to C<cx_pushblock>.
3961
3962 Note that where possible, values should be saved in the context struct
3963 rather than on the save stack; it's much faster that way.
3964
3965 Normally C<cx_pushblock> should be immediately followed by the appropriate
3966 C<cx_pushfoo>, with nothing between them; this is because if code
3967 in-between could die (e.g. a warning upgraded to fatal), then the context
3968 stack unwinding code in C<dounwind> would see (in the example above) a
3969 C<CXt_SUB> context frame, but without all the subroutine-specific fields
3970 set, and crashes would soon ensue.
3971
3972 Where the two must be separate, initially set the type to C<CXt_NULL> or
3973 C<CXt_BLOCK>, and later change it to C<CXt_foo> when doing the
3974 C<cx_pushfoo>. This is exactly what C<pp_enteriter> does, once it's
3975 determined which type of loop it's pushing.
3976
3977 =head2 Popping contexts
3978
3979 Contexts are popped using C<cx_popsub()> etc. and C<cx_popblock()>. Note
3980 however, that unlike C<cx_pushblock>, neither of these functions actually
3981 decrement the current context stack index; this is done separately using
3982 C<CX_POP()>.
3983
3984 There are two main ways that contexts are popped. During normal execution
3985 as scopes are exited, functions like C<pp_leave>, C<pp_leaveloop> and
3986 C<pp_leavesub> process and pop just one context using C<cx_popfoo> and
3987 C<cx_popblock>. On the other hand, things like C<pp_return> and C<next>
3988 may have to pop back several scopes until a sub or loop context is found,
3989 and exceptions (such as C<die>) need to pop back contexts until an eval
3990 context is found. Both of these are accomplished by C<dounwind()>, which
3991 is capable of processing and popping all contexts above the target one.
3992
3993 Here is a typical example of context popping, as found in C<pp_leavesub>
3994 (simplified slightly):
3995
3996  U8 gimme;
3997  PERL_CONTEXT *cx;
3998  SV **oldsp;
3999  OP *retop;
4000
4001  cx = CX_CUR();
4002
4003  gimme = cx->blk_gimme;
4004  oldsp = PL_stack_base + cx->blk_oldsp; /* last arg of previous frame */
4005
4006  if (gimme == G_VOID)
4007      PL_stack_sp = oldsp;
4008  else
4009      leave_adjust_stacks(oldsp, oldsp, gimme, 0);
4010
4011  CX_LEAVE_SCOPE(cx);
4012  cx_popsub(cx);
4013  cx_popblock(cx);
4014  retop = cx->blk_sub.retop;
4015  CX_POP(cx);
4016
4017  return retop;
4018
4019 The steps above are in a very specific order, designed to be the reverse
4020 order of when the context was pushed. The first thing to do is to copy
4021 and/or protect any return arguments and free any temps in the current
4022 scope. Scope exits like an rvalue sub normally return a mortal copy of
4023 their return args (as opposed to lvalue subs). It is important to make
4024 this copy before the save stack is popped or variables are restored, or
4025 bad things like the following can happen:
4026
4027     sub f { my $x =...; $x }  # $x freed before we get to copy it
4028     sub f { /(...)/;    $1 }  # PL_curpm restored before $1 copied
4029
4030 Although we wish to free any temps at the same time, we have to be careful
4031 not to free any temps which are keeping return args alive; nor to free the
4032 temps we have just created while mortal copying return args. Fortunately,
4033 C<leave_adjust_stacks()> is capable of making mortal copies of return args,
4034 shifting args down the stack, and only processing those entries on the
4035 temps stack that are safe to do so.
4036
4037 In void context no args are returned, so it's more efficient to skip
4038 calling C<leave_adjust_stacks()>. Also in void context, a C<nextstate> op
4039 is likely to be imminently called which will do a C<FREETMPS>, so there's
4040 no need to do that either.
4041
4042 The next step is to pop savestack entries: C<CX_LEAVE_SCOPE(cx)> is just
4043 defined as C<< LEAVE_SCOPE(cx->blk_oldsaveix) >>. Note that during the
4044 popping, it's possible for perl to call destructors, call C<STORE> to undo
4045 localisations of tied vars, and so on. Any of these can die or call
4046 C<exit()>. In this case, C<dounwind()> will be called, and the current
4047 context stack frame will be re-processed. Thus it is vital that all steps
4048 in popping a context are done in such a way to support reentrancy.  The
4049 other alternative, of decrementing C<cxstack_ix> I<before> processing the
4050 frame, would lead to leaks and the like if something died halfway through,
4051 or overwriting of the current frame.
4052
4053 C<CX_LEAVE_SCOPE> itself is safely re-entrant: if only half the savestack
4054 items have been popped before dying and getting trapped by eval, then the
4055 C<CX_LEAVE_SCOPE>s in C<dounwind> or C<pp_leaveeval> will continue where
4056 the first one left off.
4057
4058 The next step is the type-specific context processing; in this case
4059 C<cx_popsub>. In part, this looks like:
4060
4061     cv = cx->blk_sub.cv;
4062     CvDEPTH(cv) = cx->blk_sub.olddepth;
4063     cx->blk_sub.cv = NULL;
4064     SvREFCNT_dec(cv);
4065
4066 where its processing the just-executed CV. Note that before it decrements
4067 the CV's reference count, it nulls the C<blk_sub.cv>. This means that if
4068 it re-enters, the CV won't be freed twice. It also means that you can't
4069 rely on such type-specific fields having useful values after the return
4070 from C<cx_popfoo>.
4071
4072 Next, C<cx_popblock> restores all the various interpreter vars to their
4073 previous values or previous high water marks; it expands to:
4074
4075     PL_markstack_ptr = PL_markstack + cx->blk_oldmarksp;
4076     PL_scopestack_ix = cx->blk_oldscopesp;
4077     PL_curpm         = cx->blk_oldpm;
4078     PL_curcop        = cx->blk_oldcop;
4079     PL_tmps_floor    = cx->blk_old_tmpsfloor;
4080
4081 Note that it I<doesn't> restore C<PL_stack_sp>; as mentioned earlier,
4082 which value to restore it to depends on the context type (specifically
4083 C<for (list) {}>), and what args (if any) it returns; and that will
4084 already have been sorted out earlier by C<leave_adjust_stacks()>.
4085
4086 Finally, the context stack pointer is actually decremented by C<CX_POP(cx)>.
4087 After this point, it's possible that that the current context frame could
4088 be overwritten by other contexts being pushed. Although things like ties
4089 and C<DESTROY> are supposed to work within a new context stack, it's best
4090 not to assume this. Indeed on debugging builds, C<CX_POP(cx)> deliberately
4091 sets C<cx> to null to detect code that is still relying on the field
4092 values in that context frame. Note in the C<pp_leavesub()> example above,
4093 we grab C<blk_sub.retop> I<before> calling C<CX_POP>.
4094
4095 =head2 Redoing contexts
4096
4097 Finally, there is C<cx_topblock(cx)>, which acts like a super-C<nextstate>
4098 as regards to resetting various vars to their base values. It is used in
4099 places like C<pp_next>, C<pp_redo> and C<pp_goto> where rather than
4100 exiting a scope, we want to re-initialise the scope. As well as resetting
4101 C<PL_stack_sp> like C<nextstate>, it also resets C<PL_markstack_ptr>,
4102 C<PL_scopestack_ix> and C<PL_curpm>. Note that it doesn't do a
4103 C<FREETMPS>.
4104
4105
4106 =head1 Slab-based operator allocation
4107
4108 B<Note:> this section describes a non-public internal API that is subject
4109 to change without notice.
4110
4111 Perl's internal error-handling mechanisms implement C<die> (and its internal
4112 equivalents) using longjmp. If this occurs during lexing, parsing or
4113 compilation, we must ensure that any ops allocated as part of the compilation
4114 process are freed. (Older Perl versions did not adequately handle this
4115 situation: when failing a parse, they would leak ops that were stored in
4116 C C<auto> variables and not linked anywhere else.)
4117
4118 To handle this situation, Perl uses I<op slabs> that are attached to the
4119 currently-compiling CV. A slab is a chunk of allocated memory. New ops are
4120 allocated as regions of the slab. If the slab fills up, a new one is created
4121 (and linked from the previous one). When an error occurs and the CV is freed,
4122 any ops remaining are freed.
4123
4124 Each op is preceded by two pointers: one points to the next op in the slab, and
4125 the other points to the slab that owns it. The next-op pointer is needed so
4126 that Perl can iterate over a slab and free all its ops. (Op structures are of
4127 different sizes, so the slab's ops can't merely be treated as a dense array.)
4128 The slab pointer is needed for accessing a reference count on the slab: when
4129 the last op on a slab is freed, the slab itself is freed.
4130
4131 The slab allocator puts the ops at the end of the slab first. This will tend to
4132 allocate the leaves of the op tree first, and the layout will therefore
4133 hopefully be cache-friendly. In addition, this means that there's no need to
4134 store the size of the slab (see below on why slabs vary in size), because Perl
4135 can follow pointers to find the last op.
4136
4137 It might seem possible to eliminate slab reference counts altogether, by having
4138 all ops implicitly attached to C<PL_compcv> when allocated and freed when the
4139 CV is freed. That would also allow C<op_free> to skip C<FreeOp> altogether, and
4140 thus free ops faster. But that doesn't work in those cases where ops need to
4141 survive beyond their CVs, such as re-evals.
4142
4143 The CV also has to have a reference count on the slab. Sometimes the first op
4144 created is immediately freed. If the reference count of the slab reaches 0,
4145 then it will be freed with the CV still pointing to it.
4146
4147 CVs use the C<CVf_SLABBED> flag to indicate that the CV has a reference count
4148 on the slab. When this flag is set, the slab is accessible via C<CvSTART> when
4149 C<CvROOT> is not set, or by subtracting two pointers C<(2*sizeof(I32 *))> from
4150 C<CvROOT> when it is set. The alternative to this approach of sneaking the slab
4151 into C<CvSTART> during compilation would be to enlarge the C<xpvcv> struct by
4152 another pointer. But that would make all CVs larger, even though slab-based op
4153 freeing is typically of benefit only for programs that make significant use of
4154 string eval.
4155
4156 When the C<CVf_SLABBED> flag is set, the CV takes responsibility for freeing
4157 the slab. If C<CvROOT> is not set when the CV is freed or undeffed, it is
4158 assumed that a compilation error has occurred, so the op slab is traversed and
4159 all the ops are freed.
4160
4161 Under normal circumstances, the CV forgets about its slab (decrementing the
4162 reference count) when the root is attached. So the slab reference counting that
4163 happens when ops are freed takes care of freeing the slab. In some cases, the
4164 CV is told to forget about the slab (C<cv_forget_slab>) precisely so that the
4165 ops can survive after the CV is done away with.
4166
4167 Forgetting the slab when the root is attached is not strictly necessary, but
4168 avoids potential problems with C<CvROOT> being written over. There is code all
4169 over the place, both in core and on CPAN, that does things with C<CvROOT>, so
4170 forgetting the slab makes things more robust and avoids potential problems.
4171
4172 Since the CV takes ownership of its slab when flagged, that flag is never
4173 copied when a CV is cloned, as one CV could free a slab that another CV still
4174 points to, since forced freeing of ops ignores the reference count (but asserts
4175 that it looks right).
4176
4177 To avoid slab fragmentation, freed ops are marked as freed and attached to the
4178 slab's freed chain (an idea stolen from DBM::Deep). Those freed ops are reused
4179 when possible. Not reusing freed ops would be simpler, but it would result in
4180 significantly higher memory usage for programs with large C<if (DEBUG) {...}>
4181 blocks.
4182
4183 C<SAVEFREEOP> is slightly problematic under this scheme. Sometimes it can cause
4184 an op to be freed after its CV. If the CV has forcibly freed the ops on its
4185 slab and the slab itself, then we will be fiddling with a freed slab. Making
4186 C<SAVEFREEOP> a no-op doesn't help, as sometimes an op can be savefreed when
4187 there is no compilation error, so the op would never be freed. It holds
4188 a reference count on the slab, so the whole slab would leak. So C<SAVEFREEOP>
4189 now sets a special flag on the op (C<< ->op_savefree >>). The forced freeing of
4190 ops after a compilation error won't free any ops thus marked.
4191
4192 Since many pieces of code create tiny subroutines consisting of only a few ops,
4193 and since a huge slab would be quite a bit of baggage for those to carry
4194 around, the first slab is always very small. To avoid allocating too many
4195 slabs for a single CV, each subsequent slab is twice the size of the previous.
4196
4197 Smartmatch expects to be able to allocate an op at run time, run it, and then
4198 throw it away. For that to work the op is simply malloced when PL_compcv hasn't
4199 been set up. So all slab-allocated ops are marked as such (C<< ->op_slabbed >>),
4200 to distinguish them from malloced ops.
4201
4202
4203 =head1 AUTHORS
4204
4205 Until May 1997, this document was maintained by Jeff Okamoto
4206 E<lt>okamoto@corp.hp.comE<gt>.  It is now maintained as part of Perl
4207 itself by the Perl 5 Porters E<lt>perl5-porters@perl.orgE<gt>.
4208
4209 With lots of help and suggestions from Dean Roehrich, Malcolm Beattie,
4210 Andreas Koenig, Paul Hudson, Ilya Zakharevich, Paul Marquess, Neil
4211 Bowers, Matthew Green, Tim Bunce, Spider Boardman, Ulrich Pfeifer,
4212 Stephen McCamant, and Gurusamy Sarathy.
4213
4214 =head1 SEE ALSO
4215
4216 L<perlapi>, L<perlintern>, L<perlxs>, L<perlembed>