This is a live mirror of the Perl 5 development currently hosted at https://github.com/perl/perl5
Re: [PATCH] Encode.pm docs fix
[perl5.git] / pod / perlhack.pod
1 =head1 NAME
2
3 perlhack - How to hack at the Perl internals
4
5 =head1 DESCRIPTION
6
7 This document attempts to explain how Perl development takes place,
8 and ends with some suggestions for people wanting to become bona fide
9 porters.
10
11 The perl5-porters mailing list is where the Perl standard distribution
12 is maintained and developed.  The list can get anywhere from 10 to 150
13 messages a day, depending on the heatedness of the debate.  Most days
14 there are two or three patches, extensions, features, or bugs being
15 discussed at a time.
16
17 A searchable archive of the list is at:
18
19     http://www.xray.mpe.mpg.de/mailing-lists/perl5-porters/
20
21 List subscribers (the porters themselves) come in several flavours.
22 Some are quiet curious lurkers, who rarely pitch in and instead watch
23 the ongoing development to ensure they're forewarned of new changes or
24 features in Perl.  Some are representatives of vendors, who are there
25 to make sure that Perl continues to compile and work on their
26 platforms.  Some patch any reported bug that they know how to fix,
27 some are actively patching their pet area (threads, Win32, the regexp
28 engine), while others seem to do nothing but complain.  In other
29 words, it's your usual mix of technical people.
30
31 Over this group of porters presides Larry Wall.  He has the final word
32 in what does and does not change in the Perl language.  Various
33 releases of Perl are shepherded by a ``pumpking'', a porter
34 responsible for gathering patches, deciding on a patch-by-patch
35 feature-by-feature basis what will and will not go into the release.
36 For instance, Gurusamy Sarathy is the pumpking for the 5.6 release of
37 Perl.
38
39 In addition, various people are pumpkings for different things.  For
40 instance, Andy Dougherty and Jarkko Hietaniemi share the I<Configure>
41 pumpkin, and Tom Christiansen is the documentation pumpking.
42
43 Larry sees Perl development along the lines of the US government:
44 there's the Legislature (the porters), the Executive branch (the
45 pumpkings), and the Supreme Court (Larry).  The legislature can
46 discuss and submit patches to the executive branch all they like, but
47 the executive branch is free to veto them.  Rarely, the Supreme Court
48 will side with the executive branch over the legislature, or the
49 legislature over the executive branch.  Mostly, however, the
50 legislature and the executive branch are supposed to get along and
51 work out their differences without impeachment or court cases.
52
53 You might sometimes see reference to Rule 1 and Rule 2.  Larry's power
54 as Supreme Court is expressed in The Rules:
55
56 =over 4
57
58 =item 1
59
60 Larry is always by definition right about how Perl should behave.
61 This means he has final veto power on the core functionality.
62
63 =item 2
64
65 Larry is allowed to change his mind about any matter at a later date,
66 regardless of whether he previously invoked Rule 1.
67
68 =back
69
70 Got that?  Larry is always right, even when he was wrong.  It's rare
71 to see either Rule exercised, but they are often alluded to.
72
73 New features and extensions to the language are contentious, because
74 the criteria used by the pumpkings, Larry, and other porters to decide
75 which features should be implemented and incorporated are not codified
76 in a few small design goals as with some other languages.  Instead,
77 the heuristics are flexible and often difficult to fathom.  Here is
78 one person's list, roughly in decreasing order of importance, of
79 heuristics that new features have to be weighed against:
80
81 =over 4
82
83 =item Does concept match the general goals of Perl?
84
85 These haven't been written anywhere in stone, but one approximation
86 is:
87
88  1. Keep it fast, simple, and useful.
89  2. Keep features/concepts as orthogonal as possible.
90  3. No arbitrary limits (platforms, data sizes, cultures).
91  4. Keep it open and exciting to use/patch/advocate Perl everywhere.
92  5. Either assimilate new technologies, or build bridges to them.
93
94 =item Where is the implementation?
95
96 All the talk in the world is useless without an implementation.  In
97 almost every case, the person or people who argue for a new feature
98 will be expected to be the ones who implement it.  Porters capable
99 of coding new features have their own agendas, and are not available
100 to implement your (possibly good) idea.
101
102 =item Backwards compatibility
103
104 It's a cardinal sin to break existing Perl programs.  New warnings are
105 contentious--some say that a program that emits warnings is not
106 broken, while others say it is.  Adding keywords has the potential to
107 break programs, changing the meaning of existing token sequences or
108 functions might break programs.
109
110 =item Could it be a module instead?
111
112 Perl 5 has extension mechanisms, modules and XS, specifically to avoid
113 the need to keep changing the Perl interpreter.  You can write modules
114 that export functions, you can give those functions prototypes so they
115 can be called like built-in functions, you can even write XS code to
116 mess with the runtime data structures of the Perl interpreter if you
117 want to implement really complicated things.  If it can be done in a
118 module instead of in the core, it's highly unlikely to be added.
119
120 =item Is the feature generic enough?
121
122 Is this something that only the submitter wants added to the language,
123 or would it be broadly useful?  Sometimes, instead of adding a feature
124 with a tight focus, the porters might decide to wait until someone
125 implements the more generalized feature.  For instance, instead of
126 implementing a ``delayed evaluation'' feature, the porters are waiting
127 for a macro system that would permit delayed evaluation and much more.
128
129 =item Does it potentially introduce new bugs?
130
131 Radical rewrites of large chunks of the Perl interpreter have the
132 potential to introduce new bugs.  The smaller and more localized the
133 change, the better.
134
135 =item Does it preclude other desirable features?
136
137 A patch is likely to be rejected if it closes off future avenues of
138 development.  For instance, a patch that placed a true and final
139 interpretation on prototypes is likely to be rejected because there
140 are still options for the future of prototypes that haven't been
141 addressed.
142
143 =item Is the implementation robust?
144
145 Good patches (tight code, complete, correct) stand more chance of
146 going in.  Sloppy or incorrect patches might be placed on the back
147 burner until the pumpking has time to fix, or might be discarded
148 altogether without further notice.
149
150 =item Is the implementation generic enough to be portable?
151
152 The worst patches make use of a system-specific features.  It's highly
153 unlikely that nonportable additions to the Perl language will be
154 accepted.
155
156 =item Is there enough documentation?
157
158 Patches without documentation are probably ill-thought out or
159 incomplete.  Nothing can be added without documentation, so submitting
160 a patch for the appropriate manpages as well as the source code is
161 always a good idea.  If appropriate, patches should add to the test
162 suite as well.
163
164 =item Is there another way to do it?
165
166 Larry said ``Although the Perl Slogan is I<There's More Than One Way
167 to Do It>, I hesitate to make 10 ways to do something''.  This is a
168 tricky heuristic to navigate, though--one man's essential addition is
169 another man's pointless cruft.
170
171 =item Does it create too much work?
172
173 Work for the pumpking, work for Perl programmers, work for module
174 authors, ...  Perl is supposed to be easy.
175
176 =item Patches speak louder than words
177
178 Working code is always preferred to pie-in-the-sky ideas.  A patch to
179 add a feature stands a much higher chance of making it to the language
180 than does a random feature request, no matter how fervently argued the
181 request might be.  This ties into ``Will it be useful?'', as the fact
182 that someone took the time to make the patch demonstrates a strong
183 desire for the feature.
184
185 =back
186
187 If you're on the list, you might hear the word ``core'' bandied
188 around.  It refers to the standard distribution.  ``Hacking on the
189 core'' means you're changing the C source code to the Perl
190 interpreter.  ``A core module'' is one that ships with Perl.
191
192 =head2 Keeping in sync
193
194 The source code to the Perl interpreter, in its different versions, is
195 kept in a repository managed by a revision control system (which is
196 currently the Perforce program, see http://perforce.com/).  The
197 pumpkings and a few others have access to the repository to check in
198 changes.  Periodically the pumpking for the development version of Perl
199 will release a new version, so the rest of the porters can see what's
200 changed.  The current state of the main trunk of repository, and patches
201 that describe the individual changes that have happened since the last
202 public release are available at this location:
203
204     ftp://ftp.linux.activestate.com/pub/staff/gsar/APC/
205
206 If you are a member of the perl5-porters mailing list, it is a good
207 thing to keep in touch with the most recent changes. If not only to
208 verify if what you would have posted as a bug report isn't already
209 solved in the most recent available perl development branch, also
210 known as perl-current, bleading edge perl, bleedperl or bleadperl.
211
212 Needless to say, the source code in perl-current is usually in a perpetual
213 state of evolution.  You should expect it to be very buggy.  Do B<not> use
214 it for any purpose other than testing and development.
215
216 Keeping in sync with the most recent branch can be done in several ways,
217 but the most convenient and reliable way is using B<rsync>, available at
218 ftp://rsync.samba.org/pub/rsync/ .  (You can also get the most recent
219 branch by FTP.)
220
221 If you choose to keep in sync using rsync, there are two approaches
222 to doing so:
223
224 =over 4
225
226 =item rsync'ing the source tree
227
228 Presuming you are in the directory where your perl source resides
229 and you have rsync installed and available, you can `upgrade' to
230 the bleadperl using:
231
232  # rsync -avz rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current/ .
233
234 This takes care of updating every single item in the source tree to
235 the latest applied patch level, creating files that are new (to your
236 distribution) and setting date/time stamps of existing files to
237 reflect the bleadperl status.
238
239 Note that this will not delete any files that were in '.' before
240 the rsync. Once you are sure that the rsync is running correctly,
241 run it with the --delete and the --dry-run options like this:
242
243  # rsync -avz --delete --dry-run rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current/ .
244
245 This will I<simulate> an rsync run that also deletes files not
246 present in the bleadperl master copy. Observe the results from
247 this run closely. If you are sure that the actual run would delete
248 no files precious to you, you could remove the '--dry-run' option.
249
250 You can than check what patch was the latest that was applied by
251 looking in the file B<.patch>, which will show the number of the
252 latest patch.
253
254 If you have more than one machine to keep in sync, and not all of
255 them have access to the WAN (so you are not able to rsync all the
256 source trees to the real source), there are some ways to get around
257 this problem.
258
259 =over 4
260
261 =item Using rsync over the LAN
262
263 Set up a local rsync server which makes the rsynced source tree
264 available to the LAN and sync the other machines against this
265 directory.
266
267 From http://rsync.samba.org/README.html:
268
269    "Rsync uses rsh or ssh for communication. It does not need to be
270     setuid and requires no special privileges for installation.  It
271     does not require an inetd entry or a daemon.  You must, however,
272     have a working rsh or ssh system.  Using ssh is recommended for
273     its security features."
274
275 =item Using pushing over the NFS
276
277 Having the other systems mounted over the NFS, you can take an
278 active pushing approach by checking the just updated tree against
279 the other not-yet synced trees. An example would be
280
281   #!/usr/bin/perl -w
282
283   use strict;
284   use File::Copy;
285
286   my %MF = map {
287       m/(\S+)/;
288       $1 => [ (stat $1)[2, 7, 9] ];     # mode, size, mtime
289       } `cat MANIFEST`;
290
291   my %remote = map { $_ => "/$_/pro/3gl/CPAN/perl-5.7.1" } qw(host1 host2);
292
293   foreach my $host (keys %remote) {
294       unless (-d $remote{$host}) {
295           print STDERR "Cannot Xsync for host $host\n";
296           next;
297           }
298       foreach my $file (keys %MF) {
299           my $rfile = "$remote{$host}/$file";
300           my ($mode, $size, $mtime) = (stat $rfile)[2, 7, 9];
301           defined $size or ($mode, $size, $mtime) = (0, 0, 0);
302           $size == $MF{$file}[1] && $mtime == $MF{$file}[2] and next;
303           printf "%4s %-34s %8d %9d  %8d %9d\n",
304               $host, $file, $MF{$file}[1], $MF{$file}[2], $size, $mtime;
305           unlink $rfile;
306           copy ($file, $rfile);
307           utime time, $MF{$file}[2], $rfile;
308           chmod $MF{$file}[0], $rfile;
309           }
310       }
311
312 though this is not perfect. It could be improved with checking
313 file checksums before updating. Not all NFS systems support
314 reliable utime support (when used over the NFS).
315
316 =back
317
318 =item rsync'ing the patches
319
320 The source tree is maintained by the pumpking who applies patches to
321 the files in the tree. These patches are either created by the
322 pumpking himself using C<diff -c> after updating the file manually or
323 by applying patches sent in by posters on the perl5-porters list.
324 These patches are also saved and rsync'able, so you can apply them
325 yourself to the source files.
326
327 Presuming you are in a directory where your patches reside, you can
328 get them in sync with
329
330  # rsync -avz rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current-diffs/ .
331
332 This makes sure the latest available patch is downloaded to your
333 patch directory.
334
335 It's then up to you to apply these patches, using something like
336
337  # last=`ls -rt1 *.gz | tail -1`
338  # rsync -avz rsync://ftp.linux.activestate.com/perl-current-diffs/ .
339  # find . -name '*.gz' -newer $last -exec gzcat {} \; >blead.patch
340  # cd ../perl-current
341  # patch -p1 -N <../perl-current-diffs/blead.patch
342
343 or, since this is only a hint towards how it works, use CPAN-patchaperl
344 from Andreas König to have better control over the patching process.
345
346 =back
347
348 =head2 Why rsync the source tree
349
350 =over 4
351
352 =item It's easier to rsync the source tree
353
354 Since you don't have to apply the patches yourself, you are sure all
355 files in the source tree are in the right state.
356
357 =item It's more recent
358
359 According to Gurusamy Sarathy:
360
361    "... The rsync mirror is automatic and syncs with the repository
362     every five minutes.
363
364    "Updating the patch  area  still  requires  manual  intervention
365     (with all the goofiness that implies,  which you've noted)  and
366     is typically on a daily cycle.   Making this process  automatic
367     is on my tuit list, but don't ask me when."
368
369 =item It's more reliable
370
371 Well, since the patches are updated by hand, I don't have to say any
372 more ... (see Sarathy's remark).
373
374 =back
375
376 =head2 Why rsync the patches
377
378 =over 4
379
380 =item It's easier to rsync the patches
381
382 If you have more than one machine that you want to keep in track with
383 bleadperl, it's easier to rsync the patches only once and then apply
384 them to all the source trees on the different machines.
385
386 In case you try to keep in pace on 5 different machines, for which
387 only one of them has access to the WAN, rsync'ing all the source
388 trees should than be done 5 times over the NFS. Having
389 rsync'ed the patches only once, I can apply them to all the source
390 trees automatically. Need you say more ;-)
391
392 =item It's a good reference
393
394 If you do not only like to have the most recent development branch,
395 but also like to B<fix> bugs, or extend features, you want to dive
396 into the sources. If you are a seasoned perl core diver, you don't
397 need no manuals, tips, roadmaps, perlguts.pod or other aids to find
398 your way around. But if you are a starter, the patches may help you
399 in finding where you should start and how to change the bits that
400 bug you.
401
402 The file B<Changes> is updated on occasions the pumpking sees as his
403 own little sync points. On those occasions, he releases a tar-ball of
404 the current source tree (i.e. perl@7582.tar.gz), which will be an
405 excellent point to start with when choosing to use the 'rsync the
406 patches' scheme. Starting with perl@7582, which means a set of source
407 files on which the latest applied patch is number 7582, you apply all
408 succeeding patches available from then on (7583, 7584, ...).
409
410 You can use the patches later as a kind of search archive.
411
412 =over 4
413
414 =item Finding a start point
415
416 If you want to fix/change the behaviour of function/feature Foo, just
417 scan the patches for patches that mention Foo either in the subject,
418 the comments, or the body of the fix. A good chance the patch shows
419 you the files that are affected by that patch which are very likely
420 to be the starting point of your journey into the guts of perl.
421
422 =item Finding how to fix a bug
423
424 If you've found I<where> the function/feature Foo misbehaves, but you
425 don't know how to fix it (but you do know the change you want to
426 make), you can, again, peruse the patches for similar changes and
427 look how others apply the fix.
428
429 =item Finding the source of misbehaviour
430
431 When you keep in sync with bleadperl, the pumpking would love to
432 I<see> that the community efforts really work. So after each of his
433 sync points, you are to 'make test' to check if everything is still
434 in working order. If it is, you do 'make ok', which will send an OK
435 report to perlbug@perl.org. (If you do not have access to a mailer
436 from the system you just finished successfully 'make test', you can
437 do 'make okfile', which creates the file C<perl.ok>, which you can
438 than take to your favourite mailer and mail yourself).
439
440 But of course, as always, things will not always lead to a success
441 path, and one or more test do not pass the 'make test'. Before
442 sending in a bug report (using 'make nok' or 'make nokfile'), check
443 the mailing list if someone else has reported the bug already and if
444 so, confirm it by replying to that message. If not, you might want to
445 trace the source of that misbehaviour B<before> sending in the bug,
446 which will help all the other porters in finding the solution.
447
448 Here the saved patches come in very handy. You can check the list of
449 patches to see which patch changed what file and what change caused
450 the misbehaviour. If you note that in the bug report, it saves the
451 one trying to solve it, looking for that point.
452
453 =back
454
455 If searching the patches is too bothersome, you might consider using
456 perl's bugtron to find more information about discussions and
457 ramblings on posted bugs.
458
459 =back
460
461 If you want to get the best of both worlds, rsync both the source
462 tree for convenience, reliability and ease and rsync the patches
463 for reference.
464
465 =head2 Submitting patches
466
467 Always submit patches to I<perl5-porters@perl.org>.  If you're
468 patching a core module and there's an author listed, send the author a
469 copy (see L<Patching a core module>).  This lets other porters review
470 your patch, which catches a surprising number of errors in patches.
471 Either use the diff program (available in source code form from
472 I<ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/>), or use Johan Vromans' I<makepatch>
473 (available from I<CPAN/authors/id/JV/>).  Unified diffs are preferred,
474 but context diffs are accepted.  Do not send RCS-style diffs or diffs
475 without context lines.  More information is given in the
476 I<Porting/patching.pod> file in the Perl source distribution.  Please
477 patch against the latest B<development> version (e.g., if you're
478 fixing a bug in the 5.005 track, patch against the latest 5.005_5x
479 version).  Only patches that survive the heat of the development
480 branch get applied to maintenance versions.
481
482 Your patch should update the documentation and test suite.  See
483 L<Writing a test>.
484
485 To report a bug in Perl, use the program I<perlbug> which comes with
486 Perl (if you can't get Perl to work, send mail to the address
487 I<perlbug@perl.org> or I<perlbug@perl.com>).  Reporting bugs through
488 I<perlbug> feeds into the automated bug-tracking system, access to
489 which is provided through the web at I<http://bugs.perl.org/>.  It
490 often pays to check the archives of the perl5-porters mailing list to
491 see whether the bug you're reporting has been reported before, and if
492 so whether it was considered a bug.  See above for the location of
493 the searchable archives.
494
495 The CPAN testers (I<http://testers.cpan.org/>) are a group of
496 volunteers who test CPAN modules on a variety of platforms.  Perl Labs
497 (I<http://labs.perl.org/>) automatically tests Perl source releases on
498 platforms and gives feedback to the CPAN testers mailing list.  Both
499 efforts welcome volunteers.
500
501 It's a good idea to read and lurk for a while before chipping in.
502 That way you'll get to see the dynamic of the conversations, learn the
503 personalities of the players, and hopefully be better prepared to make
504 a useful contribution when do you speak up.
505
506 If after all this you still think you want to join the perl5-porters
507 mailing list, send mail to I<perl5-porters-subscribe@perl.org>.  To
508 unsubscribe, send mail to I<perl5-porters-unsubscribe@perl.org>.
509
510 To hack on the Perl guts, you'll need to read the following things:
511
512 =over 3
513
514 =item L<perlguts>
515
516 This is of paramount importance, since it's the documentation of what
517 goes where in the Perl source. Read it over a couple of times and it
518 might start to make sense - don't worry if it doesn't yet, because the
519 best way to study it is to read it in conjunction with poking at Perl
520 source, and we'll do that later on.
521
522 You might also want to look at Gisle Aas's illustrated perlguts -
523 there's no guarantee that this will be absolutely up-to-date with the
524 latest documentation in the Perl core, but the fundamentals will be
525 right. (http://gisle.aas.no/perl/illguts/)
526
527 =item L<perlxstut> and L<perlxs>
528
529 A working knowledge of XSUB programming is incredibly useful for core
530 hacking; XSUBs use techniques drawn from the PP code, the portion of the
531 guts that actually executes a Perl program. It's a lot gentler to learn
532 those techniques from simple examples and explanation than from the core
533 itself.
534
535 =item L<perlapi>
536
537 The documentation for the Perl API explains what some of the internal
538 functions do, as well as the many macros used in the source.
539
540 =item F<Porting/pumpkin.pod>
541
542 This is a collection of words of wisdom for a Perl porter; some of it is
543 only useful to the pumpkin holder, but most of it applies to anyone
544 wanting to go about Perl development.
545
546 =item The perl5-porters FAQ
547
548 This is posted to perl5-porters at the beginning on every month, and
549 should be available from http://perlhacker.org/p5p-faq; alternatively,
550 you can get the FAQ emailed to you by sending mail to
551 C<perl5-porters-faq@perl.org>. It contains hints on reading
552 perl5-porters, information on how perl5-porters works and how Perl
553 development in general works.
554
555 =back
556
557 =head2 Finding Your Way Around
558
559 Perl maintenance can be split into a number of areas, and certain people
560 (pumpkins) will have responsibility for each area. These areas sometimes
561 correspond to files or directories in the source kit. Among the areas are:
562
563 =over 3
564
565 =item Core modules
566
567 Modules shipped as part of the Perl core live in the F<lib/> and F<ext/>
568 subdirectories: F<lib/> is for the pure-Perl modules, and F<ext/>
569 contains the core XS modules.
570
571 =item Tests
572
573 There are tests for nearly all the modules, built-ins and major bits
574 of functionality.  Test files all have a .t suffix.  Module tests live
575 in the F<lib/> and F<ext/> directories next to the module being
576 tested.  Others live in F<t/>.  See L<Writing a test>
577
578 =item Documentation
579
580 Documentation maintenance includes looking after everything in the
581 F<pod/> directory, (as well as contributing new documentation) and
582 the documentation to the modules in core.
583
584 =item Configure
585
586 The configure process is the way we make Perl portable across the
587 myriad of operating systems it supports. Responsibility for the
588 configure, build and installation process, as well as the overall
589 portability of the core code rests with the configure pumpkin - others
590 help out with individual operating systems.
591
592 The files involved are the operating system directories, (F<win32/>,
593 F<os2/>, F<vms/> and so on) the shell scripts which generate F<config.h>
594 and F<Makefile>, as well as the metaconfig files which generate
595 F<Configure>. (metaconfig isn't included in the core distribution.)
596
597 =item Interpreter
598
599 And of course, there's the core of the Perl interpreter itself. Let's
600 have a look at that in a little more detail.
601
602 =back
603
604 Before we leave looking at the layout, though, don't forget that
605 F<MANIFEST> contains not only the file names in the Perl distribution,
606 but short descriptions of what's in them, too. For an overview of the
607 important files, try this:
608
609     perl -lne 'print if /^[^\/]+\.[ch]\s+/' MANIFEST
610
611 =head2 Elements of the interpreter
612
613 The work of the interpreter has two main stages: compiling the code
614 into the internal representation, or bytecode, and then executing it.
615 L<perlguts/Compiled code> explains exactly how the compilation stage
616 happens.
617
618 Here is a short breakdown of perl's operation:
619
620 =over 3
621
622 =item Startup
623
624 The action begins in F<perlmain.c>. (or F<miniperlmain.c> for miniperl)
625 This is very high-level code, enough to fit on a single screen, and it
626 resembles the code found in L<perlembed>; most of the real action takes
627 place in F<perl.c>
628
629 First, F<perlmain.c> allocates some memory and constructs a Perl
630 interpreter:
631
632     1 PERL_SYS_INIT3(&argc,&argv,&env);
633     2
634     3 if (!PL_do_undump) {
635     4     my_perl = perl_alloc();
636     5     if (!my_perl)
637     6         exit(1);
638     7     perl_construct(my_perl);
639     8     PL_perl_destruct_level = 0;
640     9 }
641
642 Line 1 is a macro, and its definition is dependent on your operating
643 system. Line 3 references C<PL_do_undump>, a global variable - all
644 global variables in Perl start with C<PL_>. This tells you whether the
645 current running program was created with the C<-u> flag to perl and then
646 F<undump>, which means it's going to be false in any sane context.
647
648 Line 4 calls a function in F<perl.c> to allocate memory for a Perl
649 interpreter. It's quite a simple function, and the guts of it looks like
650 this:
651
652     my_perl = (PerlInterpreter*)PerlMem_malloc(sizeof(PerlInterpreter));
653
654 Here you see an example of Perl's system abstraction, which we'll see
655 later: C<PerlMem_malloc> is either your system's C<malloc>, or Perl's
656 own C<malloc> as defined in F<malloc.c> if you selected that option at
657 configure time.
658
659 Next, in line 7, we construct the interpreter; this sets up all the
660 special variables that Perl needs, the stacks, and so on.
661
662 Now we pass Perl the command line options, and tell it to go:
663
664     exitstatus = perl_parse(my_perl, xs_init, argc, argv, (char **)NULL);
665     if (!exitstatus) {
666         exitstatus = perl_run(my_perl);
667     }
668
669
670 C<perl_parse> is actually a wrapper around C<S_parse_body>, as defined
671 in F<perl.c>, which processes the command line options, sets up any
672 statically linked XS modules, opens the program and calls C<yyparse> to
673 parse it.
674
675 =item Parsing
676
677 The aim of this stage is to take the Perl source, and turn it into an op
678 tree. We'll see what one of those looks like later. Strictly speaking,
679 there's three things going on here.
680
681 C<yyparse>, the parser, lives in F<perly.c>, although you're better off
682 reading the original YACC input in F<perly.y>. (Yes, Virginia, there
683 B<is> a YACC grammar for Perl!) The job of the parser is to take your
684 code and `understand' it, splitting it into sentences, deciding which
685 operands go with which operators and so on.
686
687 The parser is nobly assisted by the lexer, which chunks up your input
688 into tokens, and decides what type of thing each token is: a variable
689 name, an operator, a bareword, a subroutine, a core function, and so on.
690 The main point of entry to the lexer is C<yylex>, and that and its
691 associated routines can be found in F<toke.c>. Perl isn't much like
692 other computer languages; it's highly context sensitive at times, it can
693 be tricky to work out what sort of token something is, or where a token
694 ends. As such, there's a lot of interplay between the tokeniser and the
695 parser, which can get pretty frightening if you're not used to it.
696
697 As the parser understands a Perl program, it builds up a tree of
698 operations for the interpreter to perform during execution. The routines
699 which construct and link together the various operations are to be found
700 in F<op.c>, and will be examined later.
701
702 =item Optimization
703
704 Now the parsing stage is complete, and the finished tree represents
705 the operations that the Perl interpreter needs to perform to execute our
706 program. Next, Perl does a dry run over the tree looking for
707 optimisations: constant expressions such as C<3 + 4> will be computed
708 now, and the optimizer will also see if any multiple operations can be
709 replaced with a single one. For instance, to fetch the variable C<$foo>,
710 instead of grabbing the glob C<*foo> and looking at the scalar
711 component, the optimizer fiddles the op tree to use a function which
712 directly looks up the scalar in question. The main optimizer is C<peep>
713 in F<op.c>, and many ops have their own optimizing functions.
714
715 =item Running
716
717 Now we're finally ready to go: we have compiled Perl byte code, and all
718 that's left to do is run it. The actual execution is done by the
719 C<runops_standard> function in F<run.c>; more specifically, it's done by
720 these three innocent looking lines:
721
722     while ((PL_op = CALL_FPTR(PL_op->op_ppaddr)(aTHX))) {
723         PERL_ASYNC_CHECK();
724     }
725
726 You may be more comfortable with the Perl version of that:
727
728     PERL_ASYNC_CHECK() while $Perl::op = &{$Perl::op->{function}};
729
730 Well, maybe not. Anyway, each op contains a function pointer, which
731 stipulates the function which will actually carry out the operation.
732 This function will return the next op in the sequence - this allows for
733 things like C<if> which choose the next op dynamically at run time.
734 The C<PERL_ASYNC_CHECK> makes sure that things like signals interrupt
735 execution if required.
736
737 The actual functions called are known as PP code, and they're spread
738 between four files: F<pp_hot.c> contains the `hot' code, which is most
739 often used and highly optimized, F<pp_sys.c> contains all the
740 system-specific functions, F<pp_ctl.c> contains the functions which
741 implement control structures (C<if>, C<while> and the like) and F<pp.c>
742 contains everything else. These are, if you like, the C code for Perl's
743 built-in functions and operators.
744
745 =back
746
747 =head2 Internal Variable Types
748
749 You should by now have had a look at L<perlguts>, which tells you about
750 Perl's internal variable types: SVs, HVs, AVs and the rest. If not, do
751 that now.
752
753 These variables are used not only to represent Perl-space variables, but
754 also any constants in the code, as well as some structures completely
755 internal to Perl. The symbol table, for instance, is an ordinary Perl
756 hash. Your code is represented by an SV as it's read into the parser;
757 any program files you call are opened via ordinary Perl filehandles, and
758 so on.
759
760 The core L<Devel::Peek|Devel::Peek> module lets us examine SVs from a
761 Perl program. Let's see, for instance, how Perl treats the constant
762 C<"hello">.
763
764       % perl -MDevel::Peek -e 'Dump("hello")'
765     1 SV = PV(0xa041450) at 0xa04ecbc
766     2   REFCNT = 1
767     3   FLAGS = (POK,READONLY,pPOK)
768     4   PV = 0xa0484e0 "hello"\0
769     5   CUR = 5
770     6   LEN = 6
771
772 Reading C<Devel::Peek> output takes a bit of practise, so let's go
773 through it line by line.
774
775 Line 1 tells us we're looking at an SV which lives at C<0xa04ecbc> in
776 memory. SVs themselves are very simple structures, but they contain a
777 pointer to a more complex structure. In this case, it's a PV, a
778 structure which holds a string value, at location C<0xa041450>.  Line 2
779 is the reference count; there are no other references to this data, so
780 it's 1.
781
782 Line 3 are the flags for this SV - it's OK to use it as a PV, it's a
783 read-only SV (because it's a constant) and the data is a PV internally.
784 Next we've got the contents of the string, starting at location
785 C<0xa0484e0>.
786
787 Line 5 gives us the current length of the string - note that this does
788 B<not> include the null terminator. Line 6 is not the length of the
789 string, but the length of the currently allocated buffer; as the string
790 grows, Perl automatically extends the available storage via a routine
791 called C<SvGROW>.
792
793 You can get at any of these quantities from C very easily; just add
794 C<Sv> to the name of the field shown in the snippet, and you've got a
795 macro which will return the value: C<SvCUR(sv)> returns the current
796 length of the string, C<SvREFCOUNT(sv)> returns the reference count,
797 C<SvPV(sv, len)> returns the string itself with its length, and so on.
798 More macros to manipulate these properties can be found in L<perlguts>.
799
800 Let's take an example of manipulating a PV, from C<sv_catpvn>, in F<sv.c>
801
802      1  void
803      2  Perl_sv_catpvn(pTHX_ register SV *sv, register const char *ptr, register STRLEN len)
804      3  {
805      4      STRLEN tlen;
806      5      char *junk;
807
808      6      junk = SvPV_force(sv, tlen);
809      7      SvGROW(sv, tlen + len + 1);
810      8      if (ptr == junk)
811      9          ptr = SvPVX(sv);
812     10      Move(ptr,SvPVX(sv)+tlen,len,char);
813     11      SvCUR(sv) += len;
814     12      *SvEND(sv) = '\0';
815     13      (void)SvPOK_only_UTF8(sv);          /* validate pointer */
816     14      SvTAINT(sv);
817     15  }
818
819 This is a function which adds a string, C<ptr>, of length C<len> onto
820 the end of the PV stored in C<sv>. The first thing we do in line 6 is
821 make sure that the SV B<has> a valid PV, by calling the C<SvPV_force>
822 macro to force a PV. As a side effect, C<tlen> gets set to the current
823 value of the PV, and the PV itself is returned to C<junk>.
824
825 In line 7, we make sure that the SV will have enough room to accommodate
826 the old string, the new string and the null terminator. If C<LEN> isn't
827 big enough, C<SvGROW> will reallocate space for us.
828
829 Now, if C<junk> is the same as the string we're trying to add, we can
830 grab the string directly from the SV; C<SvPVX> is the address of the PV
831 in the SV.
832
833 Line 10 does the actual catenation: the C<Move> macro moves a chunk of
834 memory around: we move the string C<ptr> to the end of the PV - that's
835 the start of the PV plus its current length. We're moving C<len> bytes
836 of type C<char>. After doing so, we need to tell Perl we've extended the
837 string, by altering C<CUR> to reflect the new length. C<SvEND> is a
838 macro which gives us the end of the string, so that needs to be a
839 C<"\0">.
840
841 Line 13 manipulates the flags; since we've changed the PV, any IV or NV
842 values will no longer be valid: if we have C<$a=10; $a.="6";> we don't
843 want to use the old IV of 10. C<SvPOK_only_utf8> is a special UTF8-aware
844 version of C<SvPOK_only>, a macro which turns off the IOK and NOK flags
845 and turns on POK. The final C<SvTAINT> is a macro which launders tainted
846 data if taint mode is turned on.
847
848 AVs and HVs are more complicated, but SVs are by far the most common
849 variable type being thrown around. Having seen something of how we
850 manipulate these, let's go on and look at how the op tree is
851 constructed.
852
853 =head2 Op Trees
854
855 First, what is the op tree, anyway? The op tree is the parsed
856 representation of your program, as we saw in our section on parsing, and
857 it's the sequence of operations that Perl goes through to execute your
858 program, as we saw in L</Running>.
859
860 An op is a fundamental operation that Perl can perform: all the built-in
861 functions and operators are ops, and there are a series of ops which
862 deal with concepts the interpreter needs internally - entering and
863 leaving a block, ending a statement, fetching a variable, and so on.
864
865 The op tree is connected in two ways: you can imagine that there are two
866 "routes" through it, two orders in which you can traverse the tree.
867 First, parse order reflects how the parser understood the code, and
868 secondly, execution order tells perl what order to perform the
869 operations in.
870
871 The easiest way to examine the op tree is to stop Perl after it has
872 finished parsing, and get it to dump out the tree. This is exactly what
873 the compiler backends L<B::Terse|B::Terse> and L<B::Debug|B::Debug> do.
874
875 Let's have a look at how Perl sees C<$a = $b + $c>:
876
877      % perl -MO=Terse -e '$a=$b+$c'
878      1  LISTOP (0x8179888) leave
879      2      OP (0x81798b0) enter
880      3      COP (0x8179850) nextstate
881      4      BINOP (0x8179828) sassign
882      5          BINOP (0x8179800) add [1]
883      6              UNOP (0x81796e0) null [15]
884      7                  SVOP (0x80fafe0) gvsv  GV (0x80fa4cc) *b
885      8              UNOP (0x81797e0) null [15]
886      9                  SVOP (0x8179700) gvsv  GV (0x80efeb0) *c
887     10          UNOP (0x816b4f0) null [15]
888     11              SVOP (0x816dcf0) gvsv  GV (0x80fa460) *a
889
890 Let's start in the middle, at line 4. This is a BINOP, a binary
891 operator, which is at location C<0x8179828>. The specific operator in
892 question is C<sassign> - scalar assignment - and you can find the code
893 which implements it in the function C<pp_sassign> in F<pp_hot.c>. As a
894 binary operator, it has two children: the add operator, providing the
895 result of C<$b+$c>, is uppermost on line 5, and the left hand side is on
896 line 10.
897
898 Line 10 is the null op: this does exactly nothing. What is that doing
899 there? If you see the null op, it's a sign that something has been
900 optimized away after parsing. As we mentioned in L</Optimization>,
901 the optimization stage sometimes converts two operations into one, for
902 example when fetching a scalar variable. When this happens, instead of
903 rewriting the op tree and cleaning up the dangling pointers, it's easier
904 just to replace the redundant operation with the null op. Originally,
905 the tree would have looked like this:
906
907     10          SVOP (0x816b4f0) rv2sv [15]
908     11              SVOP (0x816dcf0) gv  GV (0x80fa460) *a
909
910 That is, fetch the C<a> entry from the main symbol table, and then look
911 at the scalar component of it: C<gvsv> (C<pp_gvsv> into F<pp_hot.c>)
912 happens to do both these things.
913
914 The right hand side, starting at line 5 is similar to what we've just
915 seen: we have the C<add> op (C<pp_add> also in F<pp_hot.c>) add together
916 two C<gvsv>s.
917
918 Now, what's this about?
919
920      1  LISTOP (0x8179888) leave
921      2      OP (0x81798b0) enter
922      3      COP (0x8179850) nextstate
923
924 C<enter> and C<leave> are scoping ops, and their job is to perform any
925 housekeeping every time you enter and leave a block: lexical variables
926 are tidied up, unreferenced variables are destroyed, and so on. Every
927 program will have those first three lines: C<leave> is a list, and its
928 children are all the statements in the block. Statements are delimited
929 by C<nextstate>, so a block is a collection of C<nextstate> ops, with
930 the ops to be performed for each statement being the children of
931 C<nextstate>. C<enter> is a single op which functions as a marker.
932
933 That's how Perl parsed the program, from top to bottom:
934
935                         Program
936                            |
937                        Statement
938                            |
939                            =
940                           / \
941                          /   \
942                         $a   +
943                             / \
944                           $b   $c
945
946 However, it's impossible to B<perform> the operations in this order:
947 you have to find the values of C<$b> and C<$c> before you add them
948 together, for instance. So, the other thread that runs through the op
949 tree is the execution order: each op has a field C<op_next> which points
950 to the next op to be run, so following these pointers tells us how perl
951 executes the code. We can traverse the tree in this order using
952 the C<exec> option to C<B::Terse>:
953
954      % perl -MO=Terse,exec -e '$a=$b+$c'
955      1  OP (0x8179928) enter
956      2  COP (0x81798c8) nextstate
957      3  SVOP (0x81796c8) gvsv  GV (0x80fa4d4) *b
958      4  SVOP (0x8179798) gvsv  GV (0x80efeb0) *c
959      5  BINOP (0x8179878) add [1]
960      6  SVOP (0x816dd38) gvsv  GV (0x80fa468) *a
961      7  BINOP (0x81798a0) sassign
962      8  LISTOP (0x8179900) leave
963
964 This probably makes more sense for a human: enter a block, start a
965 statement. Get the values of C<$b> and C<$c>, and add them together.
966 Find C<$a>, and assign one to the other. Then leave.
967
968 The way Perl builds up these op trees in the parsing process can be
969 unravelled by examining F<perly.y>, the YACC grammar. Let's take the
970 piece we need to construct the tree for C<$a = $b + $c>
971
972     1 term    :   term ASSIGNOP term
973     2                { $$ = newASSIGNOP(OPf_STACKED, $1, $2, $3); }
974     3         |   term ADDOP term
975     4                { $$ = newBINOP($2, 0, scalar($1), scalar($3)); }
976
977 If you're not used to reading BNF grammars, this is how it works: You're
978 fed certain things by the tokeniser, which generally end up in upper
979 case. Here, C<ADDOP>, is provided when the tokeniser sees C<+> in your
980 code. C<ASSIGNOP> is provided when C<=> is used for assigning. These are
981 `terminal symbols', because you can't get any simpler than them.
982
983 The grammar, lines one and three of the snippet above, tells you how to
984 build up more complex forms. These complex forms, `non-terminal symbols'
985 are generally placed in lower case. C<term> here is a non-terminal
986 symbol, representing a single expression.
987
988 The grammar gives you the following rule: you can make the thing on the
989 left of the colon if you see all the things on the right in sequence.
990 This is called a "reduction", and the aim of parsing is to completely
991 reduce the input. There are several different ways you can perform a
992 reduction, separated by vertical bars: so, C<term> followed by C<=>
993 followed by C<term> makes a C<term>, and C<term> followed by C<+>
994 followed by C<term> can also make a C<term>.
995
996 So, if you see two terms with an C<=> or C<+>, between them, you can
997 turn them into a single expression. When you do this, you execute the
998 code in the block on the next line: if you see C<=>, you'll do the code
999 in line 2. If you see C<+>, you'll do the code in line 4. It's this code
1000 which contributes to the op tree.
1001
1002             |   term ADDOP term
1003             { $$ = newBINOP($2, 0, scalar($1), scalar($3)); }
1004
1005 What this does is creates a new binary op, and feeds it a number of
1006 variables. The variables refer to the tokens: C<$1> is the first token in
1007 the input, C<$2> the second, and so on - think regular expression
1008 backreferences. C<$$> is the op returned from this reduction. So, we
1009 call C<newBINOP> to create a new binary operator. The first parameter to
1010 C<newBINOP>, a function in F<op.c>, is the op type. It's an addition
1011 operator, so we want the type to be C<ADDOP>. We could specify this
1012 directly, but it's right there as the second token in the input, so we
1013 use C<$2>. The second parameter is the op's flags: 0 means `nothing
1014 special'. Then the things to add: the left and right hand side of our
1015 expression, in scalar context.
1016
1017 =head2 Stacks
1018
1019 When perl executes something like C<addop>, how does it pass on its
1020 results to the next op? The answer is, through the use of stacks. Perl
1021 has a number of stacks to store things it's currently working on, and
1022 we'll look at the three most important ones here.
1023
1024 =over 3
1025
1026 =item Argument stack
1027
1028 Arguments are passed to PP code and returned from PP code using the
1029 argument stack, C<ST>. The typical way to handle arguments is to pop
1030 them off the stack, deal with them how you wish, and then push the result
1031 back onto the stack. This is how, for instance, the cosine operator
1032 works:
1033
1034       NV value;
1035       value = POPn;
1036       value = Perl_cos(value);
1037       XPUSHn(value);
1038
1039 We'll see a more tricky example of this when we consider Perl's macros
1040 below. C<POPn> gives you the NV (floating point value) of the top SV on
1041 the stack: the C<$x> in C<cos($x)>. Then we compute the cosine, and push
1042 the result back as an NV. The C<X> in C<XPUSHn> means that the stack
1043 should be extended if necessary - it can't be necessary here, because we
1044 know there's room for one more item on the stack, since we've just
1045 removed one! The C<XPUSH*> macros at least guarantee safety.
1046
1047 Alternatively, you can fiddle with the stack directly: C<SP> gives you
1048 the first element in your portion of the stack, and C<TOP*> gives you
1049 the top SV/IV/NV/etc. on the stack. So, for instance, to do unary
1050 negation of an integer:
1051
1052      SETi(-TOPi);
1053
1054 Just set the integer value of the top stack entry to its negation.
1055
1056 Argument stack manipulation in the core is exactly the same as it is in
1057 XSUBs - see L<perlxstut>, L<perlxs> and L<perlguts> for a longer
1058 description of the macros used in stack manipulation.
1059
1060 =item Mark stack
1061
1062 I say `your portion of the stack' above because PP code doesn't
1063 necessarily get the whole stack to itself: if your function calls
1064 another function, you'll only want to expose the arguments aimed for the
1065 called function, and not (necessarily) let it get at your own data. The
1066 way we do this is to have a `virtual' bottom-of-stack, exposed to each
1067 function. The mark stack keeps bookmarks to locations in the argument
1068 stack usable by each function. For instance, when dealing with a tied
1069 variable, (internally, something with `P' magic) Perl has to call
1070 methods for accesses to the tied variables. However, we need to separate
1071 the arguments exposed to the method to the argument exposed to the
1072 original function - the store or fetch or whatever it may be. Here's how
1073 the tied C<push> is implemented; see C<av_push> in F<av.c>:
1074
1075      1  PUSHMARK(SP);
1076      2  EXTEND(SP,2);
1077      3  PUSHs(SvTIED_obj((SV*)av, mg));
1078      4  PUSHs(val);
1079      5  PUTBACK;
1080      6  ENTER;
1081      7  call_method("PUSH", G_SCALAR|G_DISCARD);
1082      8  LEAVE;
1083      9  POPSTACK;
1084
1085 The lines which concern the mark stack are the first, fifth and last
1086 lines: they save away, restore and remove the current position of the
1087 argument stack. 
1088
1089 Let's examine the whole implementation, for practice:
1090
1091      1  PUSHMARK(SP);
1092
1093 Push the current state of the stack pointer onto the mark stack. This is
1094 so that when we've finished adding items to the argument stack, Perl
1095 knows how many things we've added recently.
1096
1097      2  EXTEND(SP,2);
1098      3  PUSHs(SvTIED_obj((SV*)av, mg));
1099      4  PUSHs(val);
1100
1101 We're going to add two more items onto the argument stack: when you have
1102 a tied array, the C<PUSH> subroutine receives the object and the value
1103 to be pushed, and that's exactly what we have here - the tied object,
1104 retrieved with C<SvTIED_obj>, and the value, the SV C<val>.
1105
1106      5  PUTBACK;
1107
1108 Next we tell Perl to make the change to the global stack pointer: C<dSP>
1109 only gave us a local copy, not a reference to the global.
1110
1111      6  ENTER;
1112      7  call_method("PUSH", G_SCALAR|G_DISCARD);
1113      8  LEAVE;
1114
1115 C<ENTER> and C<LEAVE> localise a block of code - they make sure that all
1116 variables are tidied up, everything that has been localised gets
1117 its previous value returned, and so on. Think of them as the C<{> and
1118 C<}> of a Perl block.
1119
1120 To actually do the magic method call, we have to call a subroutine in
1121 Perl space: C<call_method> takes care of that, and it's described in
1122 L<perlcall>. We call the C<PUSH> method in scalar context, and we're
1123 going to discard its return value.
1124
1125      9  POPSTACK;
1126
1127 Finally, we remove the value we placed on the mark stack, since we
1128 don't need it any more.
1129
1130 =item Save stack
1131
1132 C doesn't have a concept of local scope, so perl provides one. We've
1133 seen that C<ENTER> and C<LEAVE> are used as scoping braces; the save
1134 stack implements the C equivalent of, for example:
1135
1136     {
1137         local $foo = 42;
1138         ...
1139     }
1140
1141 See L<perlguts/Localising Changes> for how to use the save stack.
1142
1143 =back
1144
1145 =head2 Millions of Macros
1146
1147 One thing you'll notice about the Perl source is that it's full of
1148 macros. Some have called the pervasive use of macros the hardest thing
1149 to understand, others find it adds to clarity. Let's take an example,
1150 the code which implements the addition operator:
1151
1152    1  PP(pp_add)
1153    2  {
1154    3      dSP; dATARGET; tryAMAGICbin(add,opASSIGN);
1155    4      {
1156    5        dPOPTOPnnrl_ul;
1157    6        SETn( left + right );
1158    7        RETURN;
1159    8      }
1160    9  }
1161
1162 Every line here (apart from the braces, of course) contains a macro. The
1163 first line sets up the function declaration as Perl expects for PP code;
1164 line 3 sets up variable declarations for the argument stack and the
1165 target, the return value of the operation. Finally, it tries to see if
1166 the addition operation is overloaded; if so, the appropriate subroutine
1167 is called.
1168
1169 Line 5 is another variable declaration - all variable declarations start
1170 with C<d> - which pops from the top of the argument stack two NVs (hence
1171 C<nn>) and puts them into the variables C<right> and C<left>, hence the
1172 C<rl>. These are the two operands to the addition operator. Next, we
1173 call C<SETn> to set the NV of the return value to the result of adding
1174 the two values. This done, we return - the C<RETURN> macro makes sure
1175 that our return value is properly handled, and we pass the next operator
1176 to run back to the main run loop.
1177
1178 Most of these macros are explained in L<perlapi>, and some of the more
1179 important ones are explained in L<perlxs> as well. Pay special attention
1180 to L<perlguts/Background and PERL_IMPLICIT_CONTEXT> for information on
1181 the C<[pad]THX_?> macros.
1182
1183
1184 =head2 Poking at Perl
1185
1186 To really poke around with Perl, you'll probably want to build Perl for
1187 debugging, like this:
1188
1189     ./Configure -d -D optimize=-g
1190     make
1191
1192 C<-g> is a flag to the C compiler to have it produce debugging
1193 information which will allow us to step through a running program.
1194 F<Configure> will also turn on the C<DEBUGGING> compilation symbol which
1195 enables all the internal debugging code in Perl. There are a whole bunch
1196 of things you can debug with this: L<perlrun> lists them all, and the
1197 best way to find out about them is to play about with them. The most
1198 useful options are probably
1199
1200     l  Context (loop) stack processing
1201     t  Trace execution
1202     o  Method and overloading resolution
1203     c  String/numeric conversions
1204
1205 Some of the functionality of the debugging code can be achieved using XS
1206 modules.
1207
1208     -Dr => use re 'debug'
1209     -Dx => use O 'Debug'
1210
1211 =head2 Using a source-level debugger
1212
1213 If the debugging output of C<-D> doesn't help you, it's time to step
1214 through perl's execution with a source-level debugger.
1215
1216 =over 3
1217
1218 =item *
1219
1220 We'll use C<gdb> for our examples here; the principles will apply to any
1221 debugger, but check the manual of the one you're using.
1222
1223 =back
1224
1225 To fire up the debugger, type
1226
1227     gdb ./perl
1228
1229 You'll want to do that in your Perl source tree so the debugger can read
1230 the source code. You should see the copyright message, followed by the
1231 prompt.
1232
1233     (gdb)
1234
1235 C<help> will get you into the documentation, but here are the most
1236 useful commands:
1237
1238 =over 3
1239
1240 =item run [args]
1241
1242 Run the program with the given arguments.
1243
1244 =item break function_name
1245
1246 =item break source.c:xxx
1247
1248 Tells the debugger that we'll want to pause execution when we reach
1249 either the named function (but see L<perlguts/Internal Functions>!) or the given
1250 line in the named source file.
1251
1252 =item step
1253
1254 Steps through the program a line at a time.
1255
1256 =item next
1257
1258 Steps through the program a line at a time, without descending into
1259 functions.
1260
1261 =item continue
1262
1263 Run until the next breakpoint.
1264
1265 =item finish
1266
1267 Run until the end of the current function, then stop again.
1268
1269 =item 'enter'
1270
1271 Just pressing Enter will do the most recent operation again - it's a
1272 blessing when stepping through miles of source code.
1273
1274 =item print
1275
1276 Execute the given C code and print its results. B<WARNING>: Perl makes
1277 heavy use of macros, and F<gdb> is not aware of macros. You'll have to
1278 substitute them yourself. So, for instance, you can't say
1279
1280     print SvPV_nolen(sv)
1281
1282 but you have to say
1283
1284     print Perl_sv_2pv_nolen(sv)
1285
1286 You may find it helpful to have a "macro dictionary", which you can
1287 produce by saying C<cpp -dM perl.c | sort>. Even then, F<cpp> won't
1288 recursively apply the macros for you. 
1289
1290 =back
1291
1292 =head2 Dumping Perl Data Structures
1293
1294 One way to get around this macro hell is to use the dumping functions in
1295 F<dump.c>; these work a little like an internal
1296 L<Devel::Peek|Devel::Peek>, but they also cover OPs and other structures
1297 that you can't get at from Perl. Let's take an example. We'll use the
1298 C<$a = $b + $c> we used before, but give it a bit of context: 
1299 C<$b = "6XXXX"; $c = 2.3;>. Where's a good place to stop and poke around?
1300
1301 What about C<pp_add>, the function we examined earlier to implement the
1302 C<+> operator:
1303
1304     (gdb) break Perl_pp_add
1305     Breakpoint 1 at 0x46249f: file pp_hot.c, line 309.
1306
1307 Notice we use C<Perl_pp_add> and not C<pp_add> - see L<perlguts/Internal Functions>.
1308 With the breakpoint in place, we can run our program:
1309
1310     (gdb) run -e '$b = "6XXXX"; $c = 2.3; $a = $b + $c'
1311
1312 Lots of junk will go past as gdb reads in the relevant source files and
1313 libraries, and then:
1314
1315     Breakpoint 1, Perl_pp_add () at pp_hot.c:309
1316     309         dSP; dATARGET; tryAMAGICbin(add,opASSIGN);
1317     (gdb) step
1318     311           dPOPTOPnnrl_ul;
1319     (gdb)
1320
1321 We looked at this bit of code before, and we said that C<dPOPTOPnnrl_ul>
1322 arranges for two C<NV>s to be placed into C<left> and C<right> - let's
1323 slightly expand it:
1324
1325     #define dPOPTOPnnrl_ul  NV right = POPn; \
1326                             SV *leftsv = TOPs; \
1327                             NV left = USE_LEFT(leftsv) ? SvNV(leftsv) : 0.0
1328
1329 C<POPn> takes the SV from the top of the stack and obtains its NV either
1330 directly (if C<SvNOK> is set) or by calling the C<sv_2nv> function.
1331 C<TOPs> takes the next SV from the top of the stack - yes, C<POPn> uses
1332 C<TOPs> - but doesn't remove it. We then use C<SvNV> to get the NV from
1333 C<leftsv> in the same way as before - yes, C<POPn> uses C<SvNV>. 
1334
1335 Since we don't have an NV for C<$b>, we'll have to use C<sv_2nv> to
1336 convert it. If we step again, we'll find ourselves there:
1337
1338     Perl_sv_2nv (sv=0xa0675d0) at sv.c:1669
1339     1669        if (!sv)
1340     (gdb)
1341
1342 We can now use C<Perl_sv_dump> to investigate the SV:
1343
1344     SV = PV(0xa057cc0) at 0xa0675d0
1345     REFCNT = 1
1346     FLAGS = (POK,pPOK)
1347     PV = 0xa06a510 "6XXXX"\0
1348     CUR = 5
1349     LEN = 6
1350     $1 = void
1351
1352 We know we're going to get C<6> from this, so let's finish the
1353 subroutine:
1354
1355     (gdb) finish
1356     Run till exit from #0  Perl_sv_2nv (sv=0xa0675d0) at sv.c:1671
1357     0x462669 in Perl_pp_add () at pp_hot.c:311
1358     311           dPOPTOPnnrl_ul;
1359
1360 We can also dump out this op: the current op is always stored in
1361 C<PL_op>, and we can dump it with C<Perl_op_dump>. This'll give us
1362 similar output to L<B::Debug|B::Debug>.
1363
1364     {
1365     13  TYPE = add  ===> 14
1366         TARG = 1
1367         FLAGS = (SCALAR,KIDS)
1368         {
1369             TYPE = null  ===> (12)
1370               (was rv2sv)
1371             FLAGS = (SCALAR,KIDS)
1372             {
1373     11          TYPE = gvsv  ===> 12
1374                 FLAGS = (SCALAR)
1375                 GV = main::b
1376             }
1377         }
1378
1379 # finish this later #
1380
1381 =head2 Patching
1382
1383 All right, we've now had a look at how to navigate the Perl sources and
1384 some things you'll need to know when fiddling with them. Let's now get
1385 on and create a simple patch. Here's something Larry suggested: if a
1386 C<U> is the first active format during a C<pack>, (for example, 
1387 C<pack "U3C8", @stuff>) then the resulting string should be treated as
1388 UTF8 encoded.
1389
1390 How do we prepare to fix this up? First we locate the code in question -
1391 the C<pack> happens at runtime, so it's going to be in one of the F<pp>
1392 files. Sure enough, C<pp_pack> is in F<pp.c>. Since we're going to be
1393 altering this file, let's copy it to F<pp.c~>.
1394
1395 [Well, it was in F<pp.c> when this tutorial was written. It has now been
1396 split off with C<pp_unpack> to its own file, F<pp_pack.c>]
1397
1398 Now let's look over C<pp_pack>: we take a pattern into C<pat>, and then
1399 loop over the pattern, taking each format character in turn into
1400 C<datum_type>. Then for each possible format character, we swallow up
1401 the other arguments in the pattern (a field width, an asterisk, and so
1402 on) and convert the next chunk input into the specified format, adding
1403 it onto the output SV C<cat>.
1404
1405 How do we know if the C<U> is the first format in the C<pat>? Well, if
1406 we have a pointer to the start of C<pat> then, if we see a C<U> we can
1407 test whether we're still at the start of the string. So, here's where
1408 C<pat> is set up:
1409
1410     STRLEN fromlen;
1411     register char *pat = SvPVx(*++MARK, fromlen);
1412     register char *patend = pat + fromlen;
1413     register I32 len;
1414     I32 datumtype;
1415     SV *fromstr;
1416
1417 We'll have another string pointer in there:
1418
1419     STRLEN fromlen;
1420     register char *pat = SvPVx(*++MARK, fromlen);
1421     register char *patend = pat + fromlen;
1422  +  char *patcopy;
1423     register I32 len;
1424     I32 datumtype;
1425     SV *fromstr;
1426
1427 And just before we start the loop, we'll set C<patcopy> to be the start
1428 of C<pat>:
1429
1430     items = SP - MARK;
1431     MARK++;
1432     sv_setpvn(cat, "", 0);
1433  +  patcopy = pat;
1434     while (pat < patend) {
1435
1436 Now if we see a C<U> which was at the start of the string, we turn on
1437 the UTF8 flag for the output SV, C<cat>:
1438
1439  +  if (datumtype == 'U' && pat==patcopy+1)
1440  +      SvUTF8_on(cat);
1441     if (datumtype == '#') {
1442         while (pat < patend && *pat != '\n')
1443             pat++;
1444
1445 Remember that it has to be C<patcopy+1> because the first character of
1446 the string is the C<U> which has been swallowed into C<datumtype!>
1447
1448 Oops, we forgot one thing: what if there are spaces at the start of the
1449 pattern? C<pack("  U*", @stuff)> will have C<U> as the first active
1450 character, even though it's not the first thing in the pattern. In this
1451 case, we have to advance C<patcopy> along with C<pat> when we see spaces:
1452
1453     if (isSPACE(datumtype))
1454         continue;
1455
1456 needs to become
1457
1458     if (isSPACE(datumtype)) {
1459         patcopy++;
1460         continue;
1461     }
1462
1463 OK. That's the C part done. Now we must do two additional things before
1464 this patch is ready to go: we've changed the behaviour of Perl, and so
1465 we must document that change. We must also provide some more regression
1466 tests to make sure our patch works and doesn't create a bug somewhere
1467 else along the line.
1468
1469 The regression tests for each operator live in F<t/op/>, and so we
1470 make a copy of F<t/op/pack.t> to F<t/op/pack.t~>. Now we can add our
1471 tests to the end. First, we'll test that the C<U> does indeed create
1472 Unicode strings.  
1473
1474 t/op/pack.t has a sensible ok() function, but if it didn't we could
1475 write one easily.
1476
1477     my $test = 1;
1478     sub ok {
1479         my($ok, $name) = @_;
1480
1481         # You have to do it this way or VMS will get confused.
1482         print $ok ? "ok $test - $name\n" : "not ok $test - $name\n";
1483
1484         printf "# Failed test at line %d\n", (caller)[2] unless $ok;
1485
1486         $test++;
1487         return $ok;
1488     }
1489
1490 so instead of this:
1491
1492  print 'not ' unless "1.20.300.4000" eq sprintf "%vd", pack("U*",1,20,300,4000);
1493  print "ok $test\n"; $test++;
1494
1495 we can write the (somewhat) more sensible:
1496
1497  ok( "1.20.300.4000" eq sprintf "%vd", pack("U*",1,20,300,4000), 
1498                                        "U* produces unicode" );
1499
1500 Now we'll test that we got that space-at-the-beginning business right:
1501
1502  ok( "1.20.300.4000" eq sprintf "%vd", pack("  U*",1,20,300,4000),
1503                                        "  with spaces at the beginning" );
1504
1505 And finally we'll test that we don't make Unicode strings if C<U> is B<not>
1506 the first active format:
1507
1508  ok( v1.20.300.4000 ne  sprintf "%vd", pack("C0U*",1,20,300,4000),
1509                                        "U* not first isn't unicode" );
1510
1511 Mustn't forget to change the number of tests which appears at the top, or
1512 else the automated tester will get confused:
1513
1514  -print "1..156\n";
1515  +print "1..159\n";
1516
1517 We now compile up Perl, and run it through the test suite. Our new
1518 tests pass, hooray!
1519
1520 Finally, the documentation. The job is never done until the paperwork is
1521 over, so let's describe the change we've just made. The relevant place
1522 is F<pod/perlfunc.pod>; again, we make a copy, and then we'll insert
1523 this text in the description of C<pack>:
1524
1525  =item *
1526
1527  If the pattern begins with a C<U>, the resulting string will be treated
1528  as Unicode-encoded. You can force UTF8 encoding on in a string with an
1529  initial C<U0>, and the bytes that follow will be interpreted as Unicode
1530  characters. If you don't want this to happen, you can begin your pattern
1531  with C<C0> (or anything else) to force Perl not to UTF8 encode your
1532  string, and then follow this with a C<U*> somewhere in your pattern.
1533
1534 All done. Now let's create the patch. F<Porting/patching.pod> tells us
1535 that if we're making major changes, we should copy the entire directory
1536 to somewhere safe before we begin fiddling, and then do
1537
1538     diff -ruN old new > patch
1539
1540 However, we know which files we've changed, and we can simply do this:
1541
1542     diff -u pp.c~             pp.c             >  patch
1543     diff -u t/op/pack.t~      t/op/pack.t      >> patch
1544     diff -u pod/perlfunc.pod~ pod/perlfunc.pod >> patch
1545
1546 We end up with a patch looking a little like this:
1547
1548     --- pp.c~       Fri Jun 02 04:34:10 2000
1549     +++ pp.c        Fri Jun 16 11:37:25 2000
1550     @@ -4375,6 +4375,7 @@
1551          register I32 items;
1552          STRLEN fromlen;
1553          register char *pat = SvPVx(*++MARK, fromlen);
1554     +    char *patcopy;
1555          register char *patend = pat + fromlen;
1556          register I32 len;
1557          I32 datumtype;
1558     @@ -4405,6 +4406,7 @@
1559     ...
1560
1561 And finally, we submit it, with our rationale, to perl5-porters. Job
1562 done!
1563
1564 =head2 Patching a core module
1565
1566 This works just like patching anything else, with an extra
1567 consideration.  Many core modules also live on CPAN.  If this is so,
1568 patch the CPAN version instead of the core and send the patch off to
1569 the module maintainer (with a copy to p5p).  This will help the module
1570 maintainer keep the CPAN version in sync with the core version without
1571 constantly scanning p5p.
1572
1573 =head2 Adding a new function to the core
1574
1575 If, as part of a patch to fix a bug, or just because you have an
1576 especially good idea, you decide to add a new function to the core,
1577 discuss your ideas on p5p well before you start work.  It may be that
1578 someone else has already attempted to do what you are considering and
1579 can give lots of good advice or even provide you with bits of code
1580 that they already started (but never finished).
1581
1582 You have to follow all of the advice given above for patching.  It is
1583 extremely important to test any addition thoroughly and add new tests
1584 to explore all boundary conditions that your new function is expected
1585 to handle.  If your new function is used only by one module (e.g. toke),
1586 then it should probably be named S_your_function (for static); on the
1587 other hand, if you expect it to accessable from other functions in
1588 Perl, you should name it Perl_your_function.  See L<perlguts/Internal Functions>
1589 for more details.
1590
1591 The location of any new code is also an important consideration.  Don't
1592 just create a new top level .c file and put your code there; you would
1593 have to make changes to Configure (so the Makefile is created properly),
1594 as well as possibly lots of include files.  This is strictly pumpking
1595 business.
1596
1597 It is better to add your function to one of the existing top level
1598 source code files, but your choice is complicated by the nature of
1599 the Perl distribution.  Only the files that are marked as compiled
1600 static are located in the perl executable.  Everything else is located
1601 in the shared library (or DLL if you are running under WIN32).  So,
1602 for example, if a function was only used by functions located in
1603 toke.c, then your code can go in toke.c.  If, however, you want to call
1604 the function from universal.c, then you should put your code in another
1605 location, for example util.c.
1606
1607 In addition to writing your c-code, you will need to create an
1608 appropriate entry in embed.pl describing your function, then run
1609 'make regen_headers' to create the entries in the numerous header
1610 files that perl needs to compile correctly.  See L<perlguts/Internal Functions>
1611 for information on the various options that you can set in embed.pl.
1612 You will forget to do this a few (or many) times and you will get
1613 warnings during the compilation phase.  Make sure that you mention
1614 this when you post your patch to P5P; the pumpking needs to know this.
1615
1616 When you write your new code, please be conscious of existing code
1617 conventions used in the perl source files.  See <perlstyle> for
1618 details.  Although most of the guidelines discussed seem to focus on
1619 Perl code, rather than c, they all apply (except when they don't ;).
1620 See also I<Porting/patching.pod> file in the Perl source distribution
1621 for lots of details about both formatting and submitting patches of
1622 your changes.
1623
1624 Lastly, TEST TEST TEST TEST TEST any code before posting to p5p.
1625 Test on as many platforms as you can find.  Test as many perl
1626 Configure options as you can (e.g. MULTIPLICITY).  If you have
1627 profiling or memory tools, see L<EXTERNAL TOOLS FOR DEBUGGING PERL>
1628 below for how to use them to futher test your code.  Remember that
1629 most of the people on P5P are doing this on their own time and
1630 don't have the time to debug your code.
1631
1632 =head2 Writing a test
1633
1634 Every module and built-in function has an associated test file (or
1635 should...).  If you add or change functionality, you have to write a
1636 test.  If you fix a bug, you have to write a test so that bug never
1637 comes back.  If you alter the docs, it would be nice to test what the
1638 new documentation says.
1639
1640 In short, if you submit a patch you probably also have to patch the
1641 tests.
1642
1643 For modules, the test file is right next to the module itself.
1644 F<lib/strict.t> tests F<lib/strict.pm>.  This is a recent innovation,
1645 so there are some snags (and it would be wonderful for you to brush
1646 them out), but it basically works that way.  Everything else lives in
1647 F<t/>.
1648
1649 =over 3
1650
1651 =item F<t/base/>
1652
1653 Testing of the absolute basic functionality of Perl.  Things like
1654 C<if>, basic file reads and writes, simple regexes, etc.  These are
1655 run first in the test suite and if any of them fail, something is
1656 I<really> broken.
1657
1658 =item F<t/cmd/>
1659
1660 These test the basic control structures, C<if/else>, C<while>,
1661 subroutines, etc... 
1662
1663 =item F<t/comp/>
1664
1665 Tests basic issues of how Perl parses and compiles itself.
1666
1667 =item F<t/io/>
1668
1669 Tests for built-in IO functions, including command line arguments.
1670
1671 =item F<t/lib/>
1672
1673 The old home for the module tests, you shouldn't put anything new in
1674 here.  There are still some bits and pieces hanging around in here
1675 that need to be moved.  Perhaps you could move them?  Thanks!
1676
1677 =item F<t/op/>
1678
1679 Tests for perl's built in functions that don't fit into any of the
1680 other directories.
1681
1682 =item F<t/pod/>
1683
1684 Tests for POD directives.  There are still some tests for the Pod
1685 modules hanging around in here that need to be moved out into F<lib/>.
1686
1687 =item F<t/run/>
1688
1689 Testing features of how perl actually runs, including exit codes and
1690 handling of PERL* environment variables.
1691
1692 =back
1693
1694 The core uses the same testing style as the rest of Perl, a simple
1695 "ok/not ok" run through Test::Harness, but there are a few special
1696 considerations.
1697
1698 For most libraries and extensions, you'll want to use the Test::More
1699 library rather than rolling your own test functions.  If a module test
1700 doesn't use Test::More, consider rewriting it so it does.  For the
1701 rest it's best to use a simple C<print "ok $test_num\n"> style to avoid
1702 broken core functionality from causing the whole test to collapse.
1703
1704 When you say "make test" Perl uses the F<t/TEST> program to run the
1705 test suite.  All tests are run from the F<t/> directory, B<not> the
1706 directory which contains the test.  This causes some problems with the
1707 tests in F<lib/>, so here's some opportunity for some patching.
1708
1709 You must be triply conscious of cross-platform concerns.  This usually
1710 boils down to using File::Spec and avoiding things like C<fork()> and
1711 C<system()> unless absolutely necessary.
1712
1713
1714 =head1 EXTERNAL TOOLS FOR DEBUGGING PERL
1715
1716 Sometimes it helps to use external tools while debugging and
1717 testing Perl.  This section tries to guide you through using
1718 some common testing and debugging tools with Perl.  This is
1719 meant as a guide to interfacing these tools with Perl, not
1720 as any kind of guide to the use of the tools themselves.
1721
1722 =head2 Rational Software's Purify
1723
1724 Purify is a commercial tool that is helpful in identifying
1725 memory overruns, wild pointers, memory leaks and other such
1726 badness.  Perl must be compiled in a specific way for
1727 optimal testing with Purify.  Purify is available under
1728 Windows NT, Solaris, HP-UX, SGI, and Siemens Unix.
1729
1730 The only currently known leaks happen when there are
1731 compile-time errors within eval or require.  (Fixing these
1732 is non-trivial, unfortunately, but they must be fixed
1733 eventually.)
1734
1735 =head2 Purify on Unix
1736
1737 On Unix, Purify creates a new Perl binary.  To get the most
1738 benefit out of Purify, you should create the perl to Purify
1739 using:
1740
1741     sh Configure -Accflags=-DPURIFY -Doptimize='-g' \
1742      -Uusemymalloc -Dusemultiplicity
1743
1744 where these arguments mean:
1745
1746 =over 4
1747
1748 =item -Accflags=-DPURIFY
1749
1750 Disables Perl's arena memory allocation functions, as well as
1751 forcing use of memory allocation functions derived from the
1752 system malloc.
1753
1754 =item -Doptimize='-g'
1755
1756 Adds debugging information so that you see the exact source
1757 statements where the problem occurs.  Without this flag, all
1758 you will see is the source filename of where the error occurred.
1759
1760 =item -Uusemymalloc
1761
1762 Disable Perl's malloc so that Purify can more closely monitor
1763 allocations and leaks.  Using Perl's malloc will make Purify
1764 report most leaks in the "potential" leaks category.
1765
1766 =item -Dusemultiplicity
1767
1768 Enabling the multiplicity option allows perl to clean up
1769 thoroughly when the interpreter shuts down, which reduces the
1770 number of bogus leak reports from Purify.
1771
1772 =back
1773
1774 Once you've compiled a perl suitable for Purify'ing, then you
1775 can just:
1776
1777     make pureperl   
1778
1779 which creates a binary named 'pureperl' that has been Purify'ed.
1780 This binary is used in place of the standard 'perl' binary
1781 when you want to debug Perl memory problems.
1782
1783 As an example, to show any memory leaks produced during the
1784 standard Perl testset you would create and run the Purify'ed
1785 perl as:
1786
1787     make pureperl
1788     cd t
1789     ../pureperl -I../lib harness 
1790
1791 which would run Perl on test.pl and report any memory problems.
1792
1793 Purify outputs messages in "Viewer" windows by default.  If
1794 you don't have a windowing environment or if you simply
1795 want the Purify output to unobtrusively go to a log file
1796 instead of to the interactive window, use these following
1797 options to output to the log file "perl.log":
1798
1799     setenv PURIFYOPTIONS "-chain-length=25 -windows=no \
1800      -log-file=perl.log -append-logfile=yes"
1801
1802 If you plan to use the "Viewer" windows, then you only need this option:
1803
1804     setenv PURIFYOPTIONS "-chain-length=25"
1805
1806 =head2 Purify on NT
1807
1808 Purify on Windows NT instruments the Perl binary 'perl.exe'
1809 on the fly.  There are several options in the makefile you
1810 should change to get the most use out of Purify:
1811
1812 =over 4
1813
1814 =item DEFINES
1815
1816 You should add -DPURIFY to the DEFINES line so the DEFINES
1817 line looks something like:
1818
1819     DEFINES = -DWIN32 -D_CONSOLE -DNO_STRICT $(CRYPT_FLAG) -DPURIFY=1 
1820
1821 to disable Perl's arena memory allocation functions, as
1822 well as to force use of memory allocation functions derived
1823 from the system malloc.
1824
1825 =item USE_MULTI = define
1826
1827 Enabling the multiplicity option allows perl to clean up
1828 thoroughly when the interpreter shuts down, which reduces the
1829 number of bogus leak reports from Purify.
1830
1831 =item #PERL_MALLOC = define
1832
1833 Disable Perl's malloc so that Purify can more closely monitor
1834 allocations and leaks.  Using Perl's malloc will make Purify
1835 report most leaks in the "potential" leaks category.
1836
1837 =item CFG = Debug
1838
1839 Adds debugging information so that you see the exact source
1840 statements where the problem occurs.  Without this flag, all
1841 you will see is the source filename of where the error occurred.
1842
1843 =back
1844
1845 As an example, to show any memory leaks produced during the
1846 standard Perl testset you would create and run Purify as:
1847
1848     cd win32
1849     make
1850     cd ../t
1851     purify ../perl -I../lib harness 
1852
1853 which would instrument Perl in memory, run Perl on test.pl,
1854 then finally report any memory problems.
1855
1856 =head2 Compaq's/Digital's Third Degree
1857
1858 Third Degree is a tool for memory leak detection and memory access checks.
1859 It is one of the many tools in the ATOM toolkit.  The toolkit is only
1860 available on Tru64 (formerly known as Digital UNIX formerly known as
1861 DEC OSF/1).
1862
1863 When building Perl, you must first run Configure with -Doptimize=-g
1864 and -Uusemymalloc flags, after that you can use the make targets
1865 "perl.third" and "test.third".  (What is required is that Perl must be
1866 compiled using the C<-g> flag, you may need to re-Configure.)
1867
1868 The short story is that with "atom" you can instrument the Perl
1869 executable to create a new executable called F<perl.third>.  When the
1870 instrumented executable is run, it creates a log of dubious memory
1871 traffic in file called F<perl.3log>.  See the manual pages of atom and
1872 third for more information.  The most extensive Third Degree
1873 documentation is available in the Compaq "Tru64 UNIX Programmer's
1874 Guide", chapter "Debugging Programs with Third Degree".
1875
1876 The "test.third" leaves a lot of files named F<perl.3log.*> in the t/
1877 subdirectory.  There is a problem with these files: Third Degree is so
1878 effective that it finds problems also in the system libraries.
1879 Therefore there are certain types of errors that you should ignore in
1880 your debugging.  Errors with stack traces matching
1881
1882     __actual_atof|__catgets|_doprnt|__exc_|__exec|_findio|__localtime|setlocale|__sia_|__strxfrm
1883
1884 (all in libc.so) are known to be non-serious.  You can also
1885 ignore the combinations
1886
1887     Perl_gv_fetchfile() calling strcpy()
1888     S_doopen_pmc() calling strcmp()
1889
1890 causing "rih" (reading invalid heap) errors.
1891
1892 There are also leaks that for given certain definition of a leak,
1893 aren't.  See L</PERL_DESTRUCT_LEVEL> for more information.
1894
1895 =head2 PERL_DESTRUCT_LEVEL
1896
1897 If you want to run any of the tests yourself manually using the
1898 pureperl or perl.third executables, please note that by default
1899 perl B<does not> explicitly cleanup all the memory it has allocated
1900 (such as global memory arenas) but instead lets the exit() of
1901 the whole program "take care" of such allocations, also known
1902 as "global destruction of objects".
1903
1904 There is a way to tell perl to do complete cleanup: set the
1905 environment variable PERL_DESTRUCT_LEVEL to a non-zero value.
1906 The t/TEST wrapper does set this to 2, and this is what you
1907 need to do too, if you don't want to see the "global leaks":
1908
1909         PERL_DESTRUCT_LEVEL=2 ./perl.third t/foo/bar.t
1910
1911 =head2 Profiling
1912
1913 Depending on your platform there are various of profiling Perl.
1914
1915 There are two commonly used techniques of profiling executables:
1916 I<statistical time-sampling> and I<basic-block counting>.
1917
1918 The first method takes periodically samples of the CPU program
1919 counter, and since the program counter can be correlated with the code
1920 generated for functions, we get a statistical view of in which
1921 functions the program is spending its time.  The caveats are that very
1922 small/fast functions have lower probability of showing up in the
1923 profile, and that periodically interrupting the program (this is
1924 usually done rather frequently, in the scale of milliseconds) imposes
1925 an additional overhead that may skew the results.  The first problem
1926 can be alleviated by running the code for longer (in general this is a
1927 good idea for profiling), the second problem is usually kept in guard
1928 by the profiling tools themselves.
1929
1930 The second method divides up the generated code into I<basic blocks>.
1931 Basic blocks are sections of code that are entered only in the
1932 beginning and exited only at the end.  For example, a conditional jump
1933 starts a basic block.  Basic block profiling usually works by
1934 I<instrumenting> the code by adding I<enter basic block #nnnn>
1935 book-keeping code to the generated code.  During the execution of the
1936 code the basic block counters are then updated appropriately.  The
1937 caveat is that the added extra code can skew the results: again, the
1938 profiling tools usually try to factor their own effects out of the
1939 results.
1940
1941 =head2 Gprof Profiling
1942
1943 gprof is a profiling tool available in many UNIX platforms,
1944 it uses F<statistical time-sampling>.
1945
1946 You can build a profiled version of perl called "perl.gprof" by
1947 invoking the make target "perl.gprof"  (What is required is that Perl
1948 must be compiled using the C<-pg> flag, you may need to re-Configure).
1949 Running the profiled version of Perl will create an output file called
1950 F<gmon.out> is created which contains the profiling data collected
1951 during the execution.
1952
1953 The gprof tool can then display the collected data in various ways.
1954 Usually gprof understands the following options:
1955
1956 =over 4
1957
1958 =item -a
1959
1960 Suppress statically defined functions from the profile.
1961
1962 =item -b
1963
1964 Suppress the verbose descriptions in the profile.
1965
1966 =item -e routine
1967
1968 Exclude the given routine and its descendants from the profile.
1969
1970 =item -f routine
1971
1972 Display only the given routine and its descendants in the profile.
1973
1974 =item -s
1975
1976 Generate a summary file called F<gmon.sum> which then may be given
1977 to subsequent gprof runs to accumulate data over several runs.
1978
1979 =item -z
1980
1981 Display routines that have zero usage.
1982
1983 =back
1984
1985 For more detailed explanation of the available commands and output
1986 formats, see your own local documentation of gprof.
1987
1988 =head2 GCC gcov Profiling
1989
1990 Starting from GCC 3.0 I<basic block profiling> is officially available
1991 for the GNU CC.
1992
1993 You can build a profiled version of perl called F<perl.gcov> by
1994 invoking the make target "perl.gcov" (what is required that Perl must
1995 be compiled using gcc with the flags C<-fprofile-arcs
1996 -ftest-coverage>, you may need to re-Configure).
1997
1998 Running the profiled version of Perl will cause profile output to be
1999 generated.  For each source file an accompanying ".da" file will be
2000 created.
2001
2002 To display the results you use the "gcov" utility (which should
2003 be installed if you have gcc 3.0 or newer installed).  F<gcov> is
2004 run on source code files, like this
2005
2006     gcov sv.c
2007
2008 which will cause F<sv.c.gcov> to be created.  The F<.gcov> files
2009 contain the source code annotated with relative frequencies of
2010 execution indicated by "#" markers.
2011
2012 Useful options of F<gcov> include C<-b> which will summarise the
2013 basic block, branch, and function call coverage, and C<-c> which
2014 instead of relative frequencies will use the actual counts.  For
2015 more information on the use of F<gcov> and basic block profiling
2016 with gcc, see the latest GNU CC manual, as of GCC 3.0 see
2017
2018     http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-3.0/gcc.html
2019
2020 and its section titled "8. gcov: a Test Coverage Program"
2021
2022     http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-3.0/gcc_8.html#SEC132
2023
2024 =head2 Pixie Profiling
2025
2026 Pixie is a profiling tool available on IRIX and Tru64 (aka Digital
2027 UNIX aka DEC OSF/1) platforms.  Pixie does its profiling using
2028 I<basic-block counting>.
2029
2030 You can build a profiled version of perl called F<perl.pixie> by
2031 invoking the make target "perl.pixie" (what is required is that Perl
2032 must be compiled using the C<-g> flag, you may need to re-Configure).
2033
2034 In Tru64 a file called F<perl.Addrs> will also be silently created,
2035 this file contains the addresses of the basic blocks.  Running the
2036 profiled version of Perl will create a new file called "perl.Counts"
2037 which contains the counts for the basic block for that particular
2038 program execution.
2039
2040 To display the results you use the F<prof> utility.  The exact
2041 incantation depends on your operating system, "prof perl.Counts" in
2042 IRIX, and "prof -pixie -all -L. perl" in Tru64.
2043
2044 In IRIX the following prof options are available:
2045
2046 =over 4
2047
2048 =item -h
2049
2050 Reports the most heavily used lines in descending order of use.
2051 Useful for finding the hotspot lines.
2052
2053 =item -l
2054
2055 Groups lines by procedure, with procedures sorted in descending order of use.
2056 Within a procedure, lines are listed in source order.
2057 Useful for finding the hotspots of procedures.
2058
2059 =back
2060
2061 In Tru64 the following options are available:
2062
2063 =over 4
2064
2065 =item -p[rocedures]
2066
2067 Procedures sorted in descending order by the number of cycles executed
2068 in each procedure.  Useful for finding the hotspot procedures.
2069 (This is the default option.)
2070
2071 =item -h[eavy]
2072
2073 Lines sorted in descending order by the number of cycles executed in
2074 each line.  Useful for finding the hotspot lines.
2075
2076 =item -i[nvocations]
2077
2078 The called procedures are sorted in descending order by number of calls
2079 made to the procedures.  Useful for finding the most used procedures.
2080
2081 =item -l[ines]
2082
2083 Grouped by procedure, sorted by cycles executed per procedure.
2084 Useful for finding the hotspots of procedures.
2085
2086 =item -testcoverage
2087
2088 The compiler emitted code for these lines, but the code was unexecuted.
2089
2090 =item -z[ero]
2091
2092 Unexecuted procedures.
2093
2094 =back
2095
2096 For further information, see your system's manual pages for pixie and prof.
2097
2098 =head2 CONCLUSION
2099
2100 We've had a brief look around the Perl source, an overview of the stages
2101 F<perl> goes through when it's running your code, and how to use a
2102 debugger to poke at the Perl guts. We took a very simple problem and
2103 demonstrated how to solve it fully - with documentation, regression
2104 tests, and finally a patch for submission to p5p.  Finally, we talked
2105 about how to use external tools to debug and test Perl.
2106
2107 I'd now suggest you read over those references again, and then, as soon
2108 as possible, get your hands dirty. The best way to learn is by doing,
2109 so: 
2110
2111 =over 3
2112
2113 =item *
2114
2115 Subscribe to perl5-porters, follow the patches and try and understand
2116 them; don't be afraid to ask if there's a portion you're not clear on -
2117 who knows, you may unearth a bug in the patch...
2118
2119 =item *
2120
2121 Keep up to date with the bleeding edge Perl distributions and get
2122 familiar with the changes. Try and get an idea of what areas people are
2123 working on and the changes they're making.
2124
2125 =item *
2126
2127 Do read the README associated with your operating system, e.g. README.aix
2128 on the IBM AIX OS. Don't hesitate to supply patches to that README if
2129 you find anything missing or changed over a new OS release.
2130
2131 =item *
2132
2133 Find an area of Perl that seems interesting to you, and see if you can
2134 work out how it works. Scan through the source, and step over it in the
2135 debugger. Play, poke, investigate, fiddle! You'll probably get to
2136 understand not just your chosen area but a much wider range of F<perl>'s
2137 activity as well, and probably sooner than you'd think.
2138
2139 =back
2140
2141 =over 3
2142
2143 =item I<The Road goes ever on and on, down from the door where it began.>
2144
2145 =back
2146
2147 If you can do these things, you've started on the long road to Perl porting. 
2148 Thanks for wanting to help make Perl better - and happy hacking!
2149
2150 =head1 AUTHOR
2151
2152 This document was written by Nathan Torkington, and is maintained by
2153 the perl5-porters mailing list.
2154