This is a live mirror of the Perl 5 development currently hosted at https://github.com/perl/perl5
Configure: signbit scan assuming too much
[perl5.git] / pod / perlreguts.pod
index ef5370f..0eac156 100644 (file)
@@ -5,21 +5,22 @@ perlreguts - Description of the Perl regular expression engine.
 =head1 DESCRIPTION
 
 This document is an attempt to shine some light on the guts of the regex
-engine and how it works. The regex engine represents a signifigant chunk
+engine and how it works. The regex engine represents a significant chunk
 of the perl codebase, but is relatively poorly understood. This document
 is a meagre attempt at addressing this situation. It is derived from the
 author's experience, comments in the source code, other papers on the
 regex engine, feedback on the perl5-porters mail list, and no doubt other
 places as well.
 
-B<WARNING!> It should be clearly understood that this document
-represents the state of the regex engine as the author understands it at
-the time of writing. It is B<NOT> an API definition; it is purely an
-internals guide for those who want to hack the regex engine, or
-understand how the regex engine works. Readers of this document are
-expected to understand perl's regex syntax and its usage in detail. If
-you want to learn about the basics of Perl's regular expressions, see
-L<perlre>.
+B<NOTICE!> It should be clearly understood that the behavior and
+structures discussed in this represents the state of the engine as the
+author understood it at the time of writing. It is B<NOT> an API
+definition, it is purely an internals guide for those who want to hack
+the regex engine, or understand how the regex engine works. Readers of
+this document are expected to understand perl's regex syntax and its
+usage in detail. If you want to learn about the basics of Perl's
+regular expressions, see L<perlre>. And if you want to replace the
+regex engine with your own, see L<perlreapi>.
 
 =head1 OVERVIEW
 
@@ -31,10 +32,10 @@ not to, in which case we will explain why.
 
 When speaking about regexes we need to distinguish between their source
 code form and their internal form. In this document we will use the term
-"pattern" when we speak of their textual, source code form, the term
+"pattern" when we speak of their textual, source code form, and the term
 "program" when we speak of their internal representation. These
 correspond to the terms I<S-regex> and I<B-regex> that Mark Jason
-Dominus employs in his paper on "Rx" ([1] in L</references>).
+Dominus employs in his paper on "Rx" ([1] in L</REFERENCES>).
 
 =head2 What is a regular expression engine?
 
@@ -43,7 +44,7 @@ specified in a mini-language, and then applies those constraints to a
 target string, and determines whether or not the string satisfies the
 constraints. See L<perlre> for a full definition of the language.
 
-So  in less grandiose terms the first part of the job is to turn a pattern into
+In less grandiose terms, the first part of the job is to turn a pattern into
 something the computer can efficiently use to find the matching point in
 the string, and the second part is performing the search itself.
 
@@ -65,7 +66,7 @@ parsing technology).>
 
 The term "railroad normal form" is a bit esoteric, with "syntax
 diagram/charts", or "railroad diagram/charts" being more common terms.
-Nevertheless it provides a useful mental image of a regex program: Each
+Nevertheless it provides a useful mental image of a regex program: each
 node can be thought of as a unit of track, with a single entry and in
 most cases a single exit point (there are pieces of track that fork, but
 statistically not many), and the whole forms a layout with a
@@ -93,9 +94,9 @@ following chart:
                        [end]
 
 The truth of the matter is that perl's regular expressions these days are
-much more complex than this kind of structure, but visualizing it this way
-can help when trying to get your bearings, and it pretty closely with the
-current implementation.
+much more complex than this kind of structure, but visualising it this way
+can help when trying to get your bearings, and it matches the
+current implementation pretty closely.
 
 To be more precise, we will say that a regex program is an encoding
 of a graph. Each node in the graph corresponds to part of
@@ -106,7 +107,7 @@ perl source, we will call the nodes in a regex program "regops".
 
 The program is represented by an array of C<regnode> structures, one or
 more of which represent a single regop of the program. Struct
-C<regnode> is the smallest struct needed and has a field structure which is
+C<regnode> is the smallest struct needed, and has a field structure which is
 shared with all the other larger structures.
 
 The "next" pointers of all regops except C<BRANCH> implement concatenation;
@@ -119,7 +120,7 @@ The operand of some types of regop is a literal string; for others,
 it is a regop leading into a sub-program.  In particular, the operand
 of a C<BRANCH> node is the first regop of the branch.
 
-B<NOTE>: As the railroad metaphor suggests this is B<not> a tree
+B<NOTE>: As the railroad metaphor suggests, this is B<not> a tree
 structure:  the tail of the branch connects to the thing following the
 set of C<BRANCH>es.  It is a like a single line of railway track that
 splits as it goes into a station or railway yard and rejoins as it comes
@@ -137,9 +138,9 @@ The base structure of a regop is defined in F<regexp.h> as follows:
 
 Other larger C<regnode>-like structures are defined in F<regcomp.h>. They
 are almost like subclasses in that they have the same fields as
-regnode, with possibly additional fields following in
+C<regnode>, with possibly additional fields following in
 the structure, and in some cases the specific meaning (and name)
-of some of base fields are overriden. The following is a more
+of some of base fields are overridden. The following is a more
 complete description.
 
 =over 4
@@ -167,23 +168,29 @@ multiple of four bytes:
 
 =item C<regnode_charclass>
 
-Character classes are represented by C<regnode_charclass> structures,
-which have a four-byte argument and then a 32-byte (256-bit) bitmap
-indicating which characters are included in the class.
+Bracketed character classes are represented by C<regnode_charclass>
+structures, which have a four-byte argument and then a 32-byte (256-bit)
+bitmap indicating which characters in the Latin1 range are included in
+the class.
 
     regnode_charclass        U32 arg1;
                              char bitmap[ANYOF_BITMAP_SIZE];
 
-=item C<regnode_charclass_class>
+Various flags whose names begin with C<ANYOF_> are used for special
+situations.  Above Latin1 matches and things not known until run-time
+are stored in L</Perl's pprivate structure>.
+
+=item C<regnode_charclass_posixl>
 
 There is also a larger form of a char class structure used to represent
-POSIX char classes called C<regnode_charclass_class> which has an
-additional 4-byte (32-bit) bitmap indicating which POSIX char class
+POSIX char classes under C</l> matching,
+called C<regnode_charclass_posixl> which has an
+additional 32-bit bitmap indicating which POSIX char classes
 have been included.
 
-    regnode_charclass_class  U32 arg1;
-                             char bitmap[ANYOF_BITMAP_SIZE];
-                             char classflags[ANYOF_CLASSBITMAP_SIZE];
+   regnode_charclass_posixl U32 arg1;
+                            char bitmap[ANYOF_BITMAP_SIZE];
+                            U32 classflags;
 
 =back
 
@@ -197,10 +204,10 @@ of distinct regops is restricted to 256, with about a quarter already
 used.
 
 A set of macros makes accessing the fields
-easier and more consistent. These include C<OP()> which is used to determine
-the type of a C<regnode>-like structure, C<NEXT_OFF()> which is the offset to
-the next node (more on this later), C<ARG()>, C<ARG1()>, C<ARG2()>, C<ARG_SET()>,
-and equivelents for reading and setting the arguments, C<STR_LEN()>,
+easier and more consistent. These include C<OP()>, which is used to determine
+the type of a C<regnode>-like structure; C<NEXT_OFF()>, which is the offset to
+the next node (more on this later); C<ARG()>, C<ARG1()>, C<ARG2()>, C<ARG_SET()>,
+and equivalents for reading and setting the arguments; and C<STR_LEN()>,
 C<STRING()> and C<OPERAND()> for manipulating strings and regop bearing
 types.
 
@@ -221,7 +228,7 @@ always be so.
 =item *
 
 There is the "next regop" from a given regop/regnode. This is the
-regop physically located after the the current one, as determined by
+regop physically located after the current one, as determined by
 the size of the current regop. This is often useful, such as when
 dumping the structure we use this order to traverse. Sometimes the code
 assumes that the "next regnode" is the same as the "next regop", or in
@@ -275,7 +282,7 @@ Where these steps occur in the actual execution of a perl program is
 determined by whether the pattern involves interpolating any string
 variables. If interpolation occurs, then compilation happens at run time. If it
 does not, then compilation is performed at compile time. (The C</o> modifier changes this,
-as does C<qr//> to a certain extent). The engine doesn't really care that
+as does C<qr//> to a certain extent.) The engine doesn't really care that
 much.
 
 =head2 Compilation
@@ -283,18 +290,18 @@ much.
 This code resides primarily in F<regcomp.c>, along with the header files
 F<regcomp.h>, F<regexp.h> and F<regnodes.h>.
 
-Compilation starts with C<pregcomp()>, which is mostly an initialization
-wrapper which farms out two other routines for the heavy lifting. The
-first being C<reg()> which is the start point for parsing, and
-C<study_chunk()> which is responsible for optimisation.
+Compilation starts with C<pregcomp()>, which is mostly an initialisation
+wrapper which farms work out to two other routines for the heavy lifting: the
+first is C<reg()>, which is the start point for parsing; the second,
+C<study_chunk()>, is responsible for optimisation.
 
-Initialization in C<pregcomp()> mostly involves the creation and data
-filling of a special structure C<RExC_state_t>, (defined in F<regcomp.c>).
-Almost all internally used routines in F<regcomp.h> take a pointer to one
+Initialisation in C<pregcomp()> mostly involves the creation and data-filling
+of a special structure, C<RExC_state_t> (defined in F<regcomp.c>).
+Almost all internally-used routines in F<regcomp.h> take a pointer to one
 of these structures as their first argument, with the name C<pRExC_state>.
 This structure is used to store the compilation state and contains many
 fields. Likewise there are many macros which operate on this
-variable. Anything that looks like C<RExC_xxxx> is a macro that operates on
+variable: anything that looks like C<RExC_xxxx> is a macro that operates on
 this pointer/structure.
 
 =head3 Parsing for size
@@ -305,11 +312,11 @@ used to determine whether long jumps will be required in the program.
 
 This stage is controlled by the macro C<SIZE_ONLY> being set.
 
-The parse procedes pretty much exactly as it does during the
+The parse proceeds pretty much exactly as it does during the
 construction phase, except that most routines are short-circuited to
 change the size field C<RExC_size> and not do anything else.
 
-=head3 Parsing for construcution
+=head3 Parsing for construction
 
 Once the size of the program has been determined, the pattern is parsed
 again, but this time for real. Now C<SIZE_ONLY> will be false, and the
@@ -318,7 +325,7 @@ actual construction can occur.
 C<reg()> is the start of the parse process. It is responsible for
 parsing an arbitrary chunk of pattern up to either the end of the
 string, or the first closing parenthesis it encounters in the pattern.
-This means it can be used to parse the toplevel regex, or any section
+This means it can be used to parse the top-level regex, or any section
 inside of a grouping parenthesis. It also handles the "special parens"
 that perl's regexes have. For instance when parsing C</x(?:foo)y/> C<reg()>
 will at one point be called to parse from the "?" symbol up to and
@@ -332,12 +339,12 @@ first C<|> symbol it sees.
 
 C<regbranch()> in turn calls C<regpiece()> which
 handles "things" followed by a quantifier. In order to parse the
-"things", C<regatom()> is called. This is the lowest level routine which
+"things", C<regatom()> is called. This is the lowest level routine, which
 parses out constant strings, character classes, and the
 various special symbols like C<$>. If C<regatom()> encounters a "("
 character it in turn calls C<reg()>.
 
-The routine C<regtail()> is called by both C<reg()>, C<regbranch()>
+The routine C<regtail()> is called by both C<reg()> and C<regbranch()>
 in order to "set the tail pointer" correctly. When executing and
 we get to the end of a branch, we need to go to the node following the
 grouping parens. When parsing, however, we don't know where the end will
@@ -346,27 +353,30 @@ offsets as appropriate. C<regtail> is used to make this easier.
 
 A subtlety of the parsing process means that a regex like C</foo/> is
 originally parsed into an alternation with a single branch. It is only
-afterwards that the optimizer converts single branch alternations into the
+afterwards that the optimiser converts single branch alternations into the
 simpler form.
 
 =head3 Parse Call Graph and a Grammar
 
 The call graph looks like this:
 
-    reg()                        # parse a top level regex, or inside of parens
-        regbranch()              # parse a single branch of an alternation
-            regpiece()           # parse a pattern followed by a quantifier
-                regatom()        # parse a simple pattern
-                    regclass()   #   used to handle a class
-                    reg()        #   used to handle a parenthesized subpattern
-                    ....
-            ...
-            regtail()            # finish off the branch
-        ...
-        regtail()                # finish off the branch sequence. Tie each
-                                 # branches tail to the tail of the sequence
-                                 # (NEW) In Debug mode this is
-                                 # regtail_study().
+ reg()                        # parse a top level regex, or inside of
+                              # parens
+     regbranch()              # parse a single branch of an alternation
+         regpiece()           # parse a pattern followed by a quantifier
+             regatom()        # parse a simple pattern
+                 regclass()   #   used to handle a class
+                 reg()        #   used to handle a parenthesised
+                              #   subpattern
+                 ....
+         ...
+         regtail()            # finish off the branch
+     ...
+     regtail()                # finish off the branch sequence. Tie each
+                              # branch's tail to the tail of the
+                              # sequence
+                              # (NEW) In Debug mode this is
+                              # regtail_study().
 
 A grammar form might be something like this:
 
@@ -382,24 +392,70 @@ A grammar form might be something like this:
     piece : _piece
           | _piece quant
 
+=head3 Parsing complications
+
+The implication of the above description is that a pattern containing nested
+parentheses will result in a call graph which cycles through C<reg()>,
+C<regbranch()>, C<regpiece()>, C<regatom()>, C<reg()>, C<regbranch()> I<etc>
+multiple times, until the deepest level of nesting is reached. All the above
+routines return a pointer to a C<regnode>, which is usually the last regnode
+added to the program. However, one complication is that reg() returns NULL
+for parsing C<(?:)> syntax for embedded modifiers, setting the flag
+C<TRYAGAIN>. The C<TRYAGAIN> propagates upwards until it is captured, in
+some cases by C<regatom()>, but otherwise unconditionally by
+C<regbranch()>. Hence it will never be returned by C<regbranch()> to
+C<reg()>. This flag permits patterns such as C<(?i)+> to be detected as
+errors (I<Quantifier follows nothing in regex; marked by <-- HERE in m/(?i)+
+<-- HERE />).
+
+Another complication is that the representation used for the program differs
+if it needs to store Unicode, but it's not always possible to know for sure
+whether it does until midway through parsing. The Unicode representation for
+the program is larger, and cannot be matched as efficiently. (See L</Unicode
+and Localisation Support> below for more details as to why.)  If the pattern
+contains literal Unicode, it's obvious that the program needs to store
+Unicode. Otherwise, the parser optimistically assumes that the more
+efficient representation can be used, and starts sizing on this basis.
+However, if it then encounters something in the pattern which must be stored
+as Unicode, such as an C<\x{...}> escape sequence representing a character
+literal, then this means that all previously calculated sizes need to be
+redone, using values appropriate for the Unicode representation. Currently,
+all regular expression constructions which can trigger this are parsed by code
+in C<regatom()>.
+
+To avoid wasted work when a restart is needed, the sizing pass is abandoned
+- C<regatom()> immediately returns NULL, setting the flag C<RESTART_UTF8>.
+(This action is encapsulated using the macro C<REQUIRE_UTF8>.) This restart
+request is propagated up the call chain in a similar fashion, until it is
+"caught" in C<Perl_re_op_compile()>, which marks the pattern as containing
+Unicode, and restarts the sizing pass. It is also possible for constructions
+within run-time code blocks to turn out to need Unicode representation.,
+which is signalled by C<S_compile_runtime_code()> returning false to
+C<Perl_re_op_compile()>.
+
+The restart was previously implemented using a C<longjmp> in C<regatom()>
+back to a C<setjmp> in C<Perl_re_op_compile()>, but this proved to be
+problematic as the latter is a large function containing many automatic
+variables, which interact badly with the emergent control flow of C<setjmp>.
+
 =head3 Debug Output
 
-In bleadperl you can C<< use re Debug => 'PARSE'; >> to see some trace
-information about the parse process. We will start with some simple
-patterns and build up to more complex patterns.
+In the 5.9.x development version of perl you can C<< use re Debug => 'PARSE' >>
+to see some trace information about the parse process. We will start with some
+simple patterns and build up to more complex patterns.
 
 So when we parse C</foo/> we see something like the following table. The
-left shows whats being parsed, the number indicates where the next regop
+left shows what is being parsed, and the number indicates where the next regop
 would go. The stuff on the right is the trace output of the graph. The
 names are chosen to be short to make it less dense on the screen. 'tsdy'
 is a special form of C<regtail()> which does some extra analysis.
 
- >foo<             1            reg
-                                  brnc
-                                    piec
-                                      atom
- ><                4              tsdy~ EXACT <foo> (EXACT) (1)
-                                      ~ attach to END (3) offset to 2
+ >foo<             1    reg
+                          brnc
+                            piec
+                              atom
+ ><                4      tsdy~ EXACT <foo> (EXACT) (1)
+                              ~ attach to END (3) offset to 2
 
 The resulting program then looks like:
 
@@ -414,18 +470,18 @@ we have successfully matched. The number on the left indicates the position of
 the regop in the regnode array.
 
 Now let's try a harder pattern. We will add a quantifier, so now we have the pattern
-C</foo+/>. We will see that C<regbranch()> calls C<regpiece()> regpiece twice.
-
- >foo+<            1            reg
-                                  brnc
-                                    piec
-                                      atom
- >o+<              3                piec
-                                      atom
- ><                6                tail~ EXACT <fo> (1)
-                   7              tsdy~ EXACT <fo> (EXACT) (1)
-                                      ~ PLUS (END) (3)
-                                      ~ attach to END (6) offset to 3
+C</foo+/>. We will see that C<regbranch()> calls C<regpiece()> twice.
+
+ >foo+<            1    reg
+                          brnc
+                            piec
+                              atom
+ >o+<              3        piec
+                              atom
+ ><                6        tail~ EXACT <fo> (1)
+                   7      tsdy~ EXACT <fo> (EXACT) (1)
+                              ~ PLUS (END) (3)
+                              ~ attach to END (6) offset to 3
 
 And we end up with the program:
 
@@ -435,83 +491,83 @@ And we end up with the program:
    6: END(0)
 
 Now we have a special case. The C<EXACT> regop has a C<regnext> of 0. This is
-because if it matches it should try to match itself again. The PLUS regop
+because if it matches it should try to match itself again. The C<PLUS> regop
 handles the actual failure of the C<EXACT> regop and acts appropriately (going
-to regnode 6 if the C<EXACT> matched at least once, or failing if it didn't.)
+to regnode 6 if the C<EXACT> matched at least once, or failing if it didn't).
 
 Now for something much more complex: C</x(?:foo*|b[a][rR])(foo|bar)$/>
 
- >x(?:foo*|b...    1            reg
-                                  brnc
+ >x(?:foo*|b...    1    reg
+                          brnc
+                            piec
+                              atom
+ >(?:foo*|b[...    3        piec
+                              atom
+ >?:foo*|b[a...                 reg
+ >foo*|b[a][...                   brnc
                                     piec
                                       atom
- >(?:foo*|b[...    3                piec
+ >o*|b[a][rR...    5                piec
+                                      atom
+ >|b[a][rR])...    8                tail~ EXACT <fo> (3)
+ >b[a][rR])(...    9              brnc
+                  10                piec
+                                      atom
+ >[a][rR])(f...   12                piec
                                       atom
- >?:foo*|b[a...                         reg
- >foo*|b[a][...                           brnc
-                                            piec
-                                              atom
- >o*|b[a][rR...    5                        piec
-                                              atom
- >|b[a][rR])...    8                        tail~ EXACT <fo> (3)
- >b[a][rR])(...    9                      brnc
-                  10                        piec
-                                              atom
- >[a][rR])(f...   12                        piec
-                                              atom
- >a][rR])(fo...                                 clas
- >[rR])(foo|...   14                        tail~ EXACT <b> (10)
-                                            piec
-                                              atom
- >rR])(foo|b...                                 clas
- >)(foo|bar)...   25                        tail~ EXACT <a> (12)
-                                          tail~ BRANCH (3)
-                  26                      tsdy~ BRANCH (END) (9)
-                                              ~ attach to TAIL (25) offset to 16
-                                          tsdy~ EXACT <fo> (EXACT) (4)
-                                              ~ STAR (END) (6)
-                                              ~ attach to TAIL (25) offset to 19
-                                          tsdy~ EXACT <b> (EXACT) (10)
-                                              ~ EXACT <a> (EXACT) (12)
-                                              ~ ANYOF[Rr] (END) (14)
-                                              ~ attach to TAIL (25) offset to 11
- >(foo|bar)$<                       tail~ EXACT <x> (1)
+ >a][rR])(fo...                         clas
+ >[rR])(foo|...   14                tail~ EXACT <b> (10)
                                     piec
                                       atom
- >foo|bar)$<                            reg
-                  28                      brnc
-                                            piec
-                                              atom
- >|bar)$<         31                      tail~ OPEN1 (26)
- >bar)$<                                  brnc
-                  32                        piec
-                                              atom
- >)$<             34                      tail~ BRANCH (28)
-                  36                      tsdy~ BRANCH (END) (31)
-                                              ~ attach to CLOSE1 (34) offset to 3
-                                          tsdy~ EXACT <foo> (EXACT) (29)
-                                              ~ attach to CLOSE1 (34) offset to 5
-                                          tsdy~ EXACT <bar> (EXACT) (32)
-                                              ~ attach to CLOSE1 (34) offset to 2
- >$<                                tail~ BRANCH (3)
-                                        ~ BRANCH (9)
-                                        ~ TAIL (25)
+ >rR])(foo|b...                         clas
+ >)(foo|bar)...   25                tail~ EXACT <a> (12)
+                                  tail~ BRANCH (3)
+                  26              tsdy~ BRANCH (END) (9)
+                                      ~ attach to TAIL (25) offset to 16
+                                  tsdy~ EXACT <fo> (EXACT) (4)
+                                      ~ STAR (END) (6)
+                                      ~ attach to TAIL (25) offset to 19
+                                  tsdy~ EXACT <b> (EXACT) (10)
+                                      ~ EXACT <a> (EXACT) (12)
+                                      ~ ANYOF[Rr] (END) (14)
+                                      ~ attach to TAIL (25) offset to 11
+ >(foo|bar)$<               tail~ EXACT <x> (1)
+                            piec
+                              atom
+ >foo|bar)$<                    reg
+                  28              brnc
                                     piec
                                       atom
- ><               37                tail~ OPEN1 (26)
-                                        ~ BRANCH (28)
-                                        ~ BRANCH (31)
-                                        ~ CLOSE1 (34)
-                  38              tsdy~ EXACT <x> (EXACT) (1)
-                                      ~ BRANCH (END) (3)
-                                      ~ BRANCH (END) (9)
-                                      ~ TAIL (END) (25)
-                                      ~ OPEN1 (END) (26)
-                                      ~ BRANCH (END) (28)
-                                      ~ BRANCH (END) (31)
-                                      ~ CLOSE1 (END) (34)
-                                      ~ EOL (END) (36)
-                                      ~ attach to END (37) offset to 1<div></div>
+ >|bar)$<         31              tail~ OPEN1 (26)
+ >bar)$<                          brnc
+                  32                piec
+                                      atom
+ >)$<             34              tail~ BRANCH (28)
+                  36              tsdy~ BRANCH (END) (31)
+                                     ~ attach to CLOSE1 (34) offset to 3
+                                  tsdy~ EXACT <foo> (EXACT) (29)
+                                     ~ attach to CLOSE1 (34) offset to 5
+                                  tsdy~ EXACT <bar> (EXACT) (32)
+                                     ~ attach to CLOSE1 (34) offset to 2
+ >$<                        tail~ BRANCH (3)
+                                ~ BRANCH (9)
+                                ~ TAIL (25)
+                            piec
+                              atom
+ ><               37        tail~ OPEN1 (26)
+                                ~ BRANCH (28)
+                                ~ BRANCH (31)
+                                ~ CLOSE1 (34)
+                  38      tsdy~ EXACT <x> (EXACT) (1)
+                              ~ BRANCH (END) (3)
+                              ~ BRANCH (END) (9)
+                              ~ TAIL (END) (25)
+                              ~ OPEN1 (END) (26)
+                              ~ BRANCH (END) (28)
+                              ~ BRANCH (END) (31)
+                              ~ CLOSE1 (END) (34)
+                              ~ EOL (END) (36)
+                              ~ attach to END (37) offset to 1
 
 Resulting in the program
 
@@ -544,9 +600,9 @@ the C<$> symbol has been converted into an C<EOL> regop, a special piece of
 code that looks for C<\n> or the end of the string.
 
 The next pointer for C<BRANCH>es is interesting in that it points at where
-execution should go if the branch fails. When executing if the engine
+execution should go if the branch fails. When executing, if the engine
 tries to traverse from a branch to a C<regnext> that isn't a branch then
-the engine will know that the entire set of branches have failed.
+the engine will know that the entire set of branches has failed.
 
 =head3 Peep-hole Optimisation and Analysis
 
@@ -559,13 +615,13 @@ Consider a situation like the following pattern.
 
 The C<(a|b)*> part can match at every char in the string, and then fail
 every time because there is no C<z> in the string. So obviously we can
-avoid using the regex engine unless there is a 'z' in the string.
+avoid using the regex engine unless there is a C<z> in the string.
 Likewise in a pattern like:
 
    /foo(\w+)bar/
 
 In this case we know that the string must contain a C<foo> which must be
-followed by C<bar>. We can use Fast Boyer-More matching as implemented
+followed by C<bar>. We can use Fast Boyer-Moore matching as implemented
 in C<fbm_instr()> to find the location of these strings. If they don't exist
 then we don't need to resort to the much more expensive regex engine.
 Even better, if they do exist then we can use their positions to
@@ -575,24 +631,32 @@ if the entire pattern matches.
 There are various aspects of the pattern that can be used to facilitate
 optimisations along these lines:
 
-    * anchored fixed strings
-    * floating fixed strings
-    * minimum and maximum length requirements
-    * start class
-    * Beginning/End of line positions
+=over 5
+
+=item * anchored fixed strings
 
-Another form of optimisation that can occur is post-parse "peep-hole"
-optimisations, where inefficient constructs are replaced by
-more efficient constructs. An example of this are C<TAIL> regops which are used
-during parsing to mark the end of branches and the end of groups. These
-regops are used as place holders during construction and "always match"
-so they can be "optimised away" by making the things that point to the
-TAIL point to thing that the C<TAIL> points to, thus "skipping" the node.
+=item * floating fixed strings
+
+=item * minimum and maximum length requirements
+
+=item * start class
+
+=item * Beginning/End of line positions
+
+=back
+
+Another form of optimisation that can occur is the post-parse "peep-hole"
+optimisation, where inefficient constructs are replaced by more efficient
+constructs. The C<TAIL> regops which are used during parsing to mark the end
+of branches and the end of groups are examples of this. These regops are used
+as place-holders during construction and "always match" so they can be
+"optimised away" by making the things that point to the C<TAIL> point to the
+thing that C<TAIL> points to, thus "skipping" the node.
 
 Another optimisation that can occur is that of "C<EXACT> merging" which is
 where two consecutive C<EXACT> nodes are merged into a single
-regop. An even more agressive form of this is that a branch
-sequence of the form CEXACT BRANCH ... EXACT> can be converted into a
+regop. An even more aggressive form of this is that a branch
+sequence of the form C<EXACT BRANCH ... EXACT> can be converted into a
 C<TRIE-EXACT> regop.
 
 All of this occurs in the routine C<study_chunk()> which uses a special
@@ -608,77 +672,86 @@ finding the start point in the string where we should match from,
 and the second being running the regop interpreter.
 
 If we can tell that there is no valid start point then we don't bother running
-interpreter at all. Likewise, if we know from the analysis phase that we
+the interpreter at all. Likewise, if we know from the analysis phase that we
 cannot detect a short-cut to the start position, we go straight to the
 interpreter.
 
 The two entry points are C<re_intuit_start()> and C<pregexec()>. These routines
 have a somewhat incestuous relationship with overlap between their functions,
 and C<pregexec()> may even call C<re_intuit_start()> on its own. Nevertheless
-the perl source code may call into either, or both.
+other parts of the perl source code may call into either, or both.
 
-Execution of the interpreter itself used to be recursive. Due to the
-efforts of Dave Mitchell in blead perl, it is now iterative. Now an
+Execution of the interpreter itself used to be recursive, but thanks to the
+efforts of Dave Mitchell in the 5.9.x development track, that has changed: now an
 internal stack is maintained on the heap and the routine is fully
 iterative. This can make it tricky as the code is quite conservative
-about what state it stores which means that two consecutive lines in the
+about what state it stores, with the result that two consecutive lines in the
 code can actually be running in totally different contexts due to the
 simulated recursion.
 
 =head3 Start position and no-match optimisations
 
-C<re_intuit_start()> is responsible for handling start points and no match
+C<re_intuit_start()> is responsible for handling start points and no-match
 optimisations as determined by the results of the analysis done by
-C<study_chunk()> (and described in L<Peep-hole Optimisation and Analysis>).
+C<study_chunk()> (and described in L</Peep-hole Optimisation and Analysis>).
 
-The basic structure of this routine is to try to find the start and/or
-end points of where the pattern could match, and to ensure that the string
-is long enough to match the pattern. It tries to use more efficent
-methods over less efficient methods and may involve considerable cross
-checking of constraints to find the place in the string that matches.
+The basic structure of this routine is to try to find the start- and/or
+end-points of where the pattern could match, and to ensure that the string
+is long enough to match the pattern. It tries to use more efficient
+methods over less efficient methods and may involve considerable
+cross-checking of constraints to find the place in the string that matches.
 For instance it may try to determine that a given fixed string must be
 not only present but a certain number of chars before the end of the
 string, or whatever.
 
 It calls several other routines, such as C<fbm_instr()> which does
-"Fast Boyer More" matching and C<find_byclass()> which is responsible for
+Fast Boyer Moore matching and C<find_byclass()> which is responsible for
 finding the start using the first mandatory regop in the program.
 
-When the optimisation criteria have been satisfied C<reg_try()> is called
+When the optimisation criteria have been satisfied, C<reg_try()> is called
 to perform the match.
 
 =head3 Program execution
 
 C<pregexec()> is the main entry point for running a regex. It contains
-support for initializing the regex interpreters state, running
-C<re_intuit_start()> if needed, and running the intepreter on the string
-from various start positions as needed. When its necessary to use
+support for initialising the regex interpreter's state, running
+C<re_intuit_start()> if needed, and running the interpreter on the string
+from various start positions as needed. When it is necessary to use
 the regex interpreter C<pregexec()> calls C<regtry()>.
 
 C<regtry()> is the entry point into the regex interpreter. It expects
 as arguments a pointer to a C<regmatch_info> structure and a pointer to
 a string.  It returns an integer 1 for success and a 0 for failure.
-It is basically a setup wrapper around C<regmatch()>.
+It is basically a set-up wrapper around C<regmatch()>.
 
 C<regmatch> is the main "recursive loop" of the interpreter. It is
-basically a giant switch statement that executes the regops based on
-their type. A few of the regops are implemented as subroutines but
-the bulk are inline code.
+basically a giant switch statement that implements a state machine, where
+the possible states are the regops themselves, plus a number of additional
+intermediate and failure states. A few of the states are implemented as
+subroutines but the bulk are inline code.
 
 =head1 MISCELLANEOUS
 
-=head2 UNICODE and Localization Support
+=head2 Unicode and Localisation Support
+
+When dealing with strings containing characters that cannot be represented
+using an eight-bit character set, perl uses an internal representation
+that is a permissive version of Unicode's UTF-8 encoding[2]. This uses single
+bytes to represent characters from the ASCII character set, and sequences
+of two or more bytes for all other characters. (See L<perlunitut>
+for more information about the relationship between UTF-8 and perl's
+encoding, utf8. The difference isn't important for this discussion.)
 
 No matter how you look at it, Unicode support is going to be a pain in a
 regex engine. Tricks that might be fine when you have 256 possible
 characters often won't scale to handle the size of the UTF-8 character
 set.  Things you can take for granted with ASCII may not be true with
-unicode. For instance, in ASCII, it is safe to assume that
+Unicode. For instance, in ASCII, it is safe to assume that
 C<sizeof(char1) == sizeof(char2)>, but in UTF-8 it isn't. Unicode case folding is
 vastly more complex than the simple rules of ASCII, and even when not
-using Unicode but only localized single byte encodings, things can get
-tricky (for example, GERMAN-SHARP-ESS should match 'ss' in localized case
-insensitive matching).
+using Unicode but only localised single byte encodings, things can get
+tricky (for example, B<LATIN SMALL LETTER SHARP S> (U+00DF, E<szlig>)
+should match 'SS' in localised case-insensitive matching).
 
 Making things worse is that UTF-8 support was a later addition to the
 regex engine (as it was to perl) and this necessarily  made things a lot
@@ -686,7 +759,7 @@ more complicated. Obviously it is easier to design a regex engine with
 Unicode support in mind from the beginning than it is to retrofit it to
 one that wasn't.
 
-Nearly all regops that involves looking at the input string have
+Nearly all regops that involve looking at the input string have
 two cases, one for UTF-8, and one not. In fact, it's often more complex
 than that, as the pattern may be UTF-8 as well.
 
@@ -694,91 +767,121 @@ Care must be taken when making changes to make sure that you handle
 UTF-8 properly, both at compile time and at execution time, including
 when the string and pattern are mismatched.
 
-The following comment in F<regcomp.h> gives an example of exactly how
-tricky this can be:
+=head2 Base Structures
+
+The C<regexp> structure described in L<perlreapi> is common to all
+regex engines. Two of its fields are intended for the private use
+of the regex engine that compiled the pattern. These are the
+C<intflags> and pprivate members. The C<pprivate> is a void pointer to
+an arbitrary structure whose use and management is the responsibility
+of the compiling engine. perl will never modify either of these
+values. In the case of the stock engine the structure pointed to by
+C<pprivate> is called C<regexp_internal>.
+
+Its C<pprivate> and C<intflags> fields contain data
+specific to each engine.
+
+There are two structures used to store a compiled regular expression.
+One, the C<regexp> structure described in L<perlreapi> is populated by
+the engine currently being. used and some of its fields read by perl to
+implement things such as the stringification of C<qr//>.
+
+
+The other structure is pointed to by the C<regexp> struct's
+C<pprivate> and is in addition to C<intflags> in the same struct
+considered to be the property of the regex engine which compiled the
+regular expression;
+
+The regexp structure contains all the data that perl needs to be aware of
+to properly work with the regular expression. It includes data about
+optimisations that perl can use to determine if the regex engine should
+really be used, and various other control info that is needed to properly
+execute patterns in various contexts such as is the pattern anchored in
+some way, or what flags were used during the compile, or whether the
+program contains special constructs that perl needs to be aware of.
+
+In addition it contains two fields that are intended for the private use
+of the regex engine that compiled the pattern. These are the C<intflags>
+and pprivate members. The C<pprivate> is a void pointer to an arbitrary
+structure whose use and management is the responsibility of the compiling
+engine. perl will never modify either of these values.
+
+As mentioned earlier, in the case of the default engines, the C<pprivate>
+will be a pointer to a regexp_internal structure which holds the compiled
+program and any additional data that is private to the regex engine
+implementation.
+
+=head3 Perl's C<pprivate> structure
+
+The following structure is used as the C<pprivate> struct by perl's
+regex engine. Since it is specific to perl it is only of curiosity
+value to other engine implementations.
+
+ typedef struct regexp_internal {
+         U32 *offsets;           /* offset annotations 20001228 MJD
+                                  * data about mapping the program to
+                                  * the string*/
+         regnode *regstclass;    /* Optional startclass as identified or
+                                  * constructed by the optimiser */
+         struct reg_data *data;  /* Additional miscellaneous data used
+                                  * by the program.  Used to make it
+                                  * easier to clone and free arbitrary
+                                  * data that the regops need. Often the
+                                  * ARG field of a regop is an index
+                                  * into this structure */
+         regnode program[1];     /* Unwarranted chumminess with
+                                  * compiler. */
+ } regexp_internal;
 
-    Two problematic code points in Unicode casefolding of EXACT nodes:
-
-    U+0390 - GREEK SMALL LETTER IOTA WITH DIALYTIKA AND TONOS
-    U+03B0 - GREEK SMALL LETTER UPSILON WITH DIALYTIKA AND TONOS
-
-    which casefold to
-
-    Unicode                      UTF-8
+=over 5
 
-    U+03B9 U+0308 U+0301         0xCE 0xB9 0xCC 0x88 0xCC 0x81
-    U+03C5 U+0308 U+0301         0xCF 0x85 0xCC 0x88 0xCC 0x81
+=item C<offsets>
 
-    This means that in case-insensitive matching (or "loose matching",
-    as Unicode calls it), an EXACTF of length six (the UTF-8 encoded
-    byte length of the above casefolded versions) can match a target
-    string of length two (the byte length of UTF-8 encoded U+0390 or
-    U+03B0). This would rather mess up the minimum length computation.
+Offsets holds a mapping of offset in the C<program>
+to offset in the C<precomp> string. This is only used by ActiveState's
+visual regex debugger.
 
-    What we'll do is to look for the tail four bytes, and then peek
-    at the preceding two bytes to see whether we need to decrease
-    the minimum length by four (six minus two).
+=item C<regstclass>
 
-    Thanks to the design of UTF-8, there cannot be false matches:
-    A sequence of valid UTF-8 bytes cannot be a subsequence of
-    another valid sequence of UTF-8 bytes.
+Special regop that is used by C<re_intuit_start()> to check if a pattern
+can match at a certain position. For instance if the regex engine knows
+that the pattern must start with a 'Z' then it can scan the string until
+it finds one and then launch the regex engine from there. The routine
+that handles this is called C<find_by_class()>. Sometimes this field
+points at a regop embedded in the program, and sometimes it points at
+an independent synthetic regop that has been constructed by the optimiser.
 
-=head3 Base Struct
+=item C<data>
 
-regexp.h contains the base structure definition:
+This field points at a C<reg_data> structure, which is defined as follows
 
-    typedef struct regexp {
-            I32 *startp;
-            I32 *endp;
-            regnode *regstclass;
-            struct reg_substr_data *substrs;
-            char *precomp;          /* pre-compilation regular expression */
-            struct reg_data *data;  /* Additional data. */
-            char *subbeg;           /* saved or original string
-                                       so \digit works forever. */
-    #ifdef PERL_OLD_COPY_ON_WRITE
-            SV *saved_copy;         /* If non-NULL, SV which is COW from original */
-    #endif
-            U32 *offsets;           /* offset annotations 20001228 MJD */
-            I32 sublen;             /* Length of string pointed by subbeg */
-            I32 refcnt;
-            I32 minlen;             /* mininum possible length of $& */
-            I32 prelen;             /* length of precomp */
-            U32 nparens;            /* number of parentheses */
-            U32 lastparen;          /* last paren matched */
-            U32 lastcloseparen;     /* last paren matched */
-            U32 reganch;            /* Internal use only +
-                                       Tainted information used by regexec? */
-            regnode program[1];     /* Unwarranted chumminess with compiler. */
-    } regexp;
+    struct reg_data {
+        U32 count;
+        U8 *what;
+        void* data[1];
+    };
 
-C<program>, and C<data> are the primary fields of concern in terms of
-program structure. program is the actual array of nodes, and data is
-an array of "whatever", with each whatever being typed by letter, and
-freed or cloned as needed based on this type.  regops use the data
-array to store reference data that isn't convenient to store in the regop
-itself. It also means memory management code doesnt need to traverse the
-program to find pointers. So for instance if a regop needs a pointer, the
-normal procedure is use a regnode_arg1 store the data index in the ARG
-field and look it up from the data array.
+This structure is used for handling data structures that the regex engine
+needs to handle specially during a clone or free operation on the compiled
+product. Each element in the data array has a corresponding element in the
+what array. During compilation regops that need special structures stored
+will add an element to each array using the add_data() routine and then store
+the index in the regop.
 
-startp,endp,nparens,lasparen,lastcloseparen are used to manage capture
-buffers.
+=item C<program>
 
-subbeg and optional saved_copy are used during exectuion phase for managing
-replacements.
+Compiled program. Inlined into the structure so the entire struct can be
+treated as a single blob.
 
-offsets and precomp are used for debugging purposes.
+=back
 
-And the rest are used for start point optimisations.
+=head1 SEE ALSO
 
+L<perlreapi>
 
-=head2 Deallocation and Cloning
+L<perlre>
 
-Any patch that adds data items to the regexp will need to include
-changes to sv.c (Perl_re_dup) and regcomp.c (pregfree). This
-involves freeing or cloning items in the regexes data array based
-on the data items type.
+L<perlunitut>
 
 =head1 AUTHOR
 
@@ -788,12 +891,14 @@ With excerpts from Perl, and contributions and suggestions from
 Ronald J. Kimball, Dave Mitchell, Dominic Dunlop, Mark Jason Dominus,
 Stephen McCamant, and David Landgren.
 
-=head1 LICENSE
+=head1 LICENCE
 
 Same terms as Perl.
 
 =head1 REFERENCES
 
-[1] http://perl.plover.com/Rx/paper/
+[1] L<http://perl.plover.com/Rx/paper/>
+
+[2] L<http://www.unicode.org>
 
 =cut