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Text File  |  2000-03-13  |  41KB  |  1,128 lines

  1. =head1 NAME
  2.  
  3. perlXStut - Tutorial for writing XSUBs
  4.  
  5. =head1 DESCRIPTION
  6.  
  7. This tutorial will educate the reader on the steps involved in creating
  8. a Perl extension.  The reader is assumed to have access to L<perlguts> and
  9. L<perlxs>.
  10.  
  11. This tutorial starts with very simple examples and becomes more complex,
  12. with each new example adding new features.  Certain concepts may not be
  13. completely explained until later in the tutorial in order to slowly ease
  14. the reader into building extensions.
  15.  
  16. This tutorial was written from a Unix point of view.  Where I know them
  17. to be otherwise different for other platforms (e.g. Win32), I will list
  18. them.  If you find something that was missed, please let me know.
  19.  
  20. =head1 SPECIAL NOTES
  21.  
  22. =head2 make
  23.  
  24. This tutorial assumes that the make program that Perl is configured to
  25. use is called C<make>.  Instead of running "make" in the examples that
  26. follow, you may have to substitute whatever make program Perl has been
  27. configured to use.  Running B<perl -V:make> should tell you what it is.
  28.  
  29. =head2 Version caveat
  30.  
  31. When writing a Perl extension for general consumption, one should expect that
  32. the extension will be used with versions of Perl different from the
  33. version available on your machine.  Since you are reading this document,
  34. the version of Perl on your machine is probably 5.005 or later, but the users
  35. of your extension may have more ancient versions.
  36.  
  37. To understand what kinds of incompatibilities one may expect, and in the rare
  38. case that the version of Perl on your machine is older than this document,
  39. see the section on "Troubleshooting these Examples" for more information.
  40.  
  41. If your extension uses some features of Perl which are not available on older
  42. releases of Perl, your users would appreciate an early meaningful warning.
  43. You would probably put this information into the F<README> file, but nowadays
  44. installation of extensions may be performed automatically, guided by F<CPAN.pm>
  45. module or other tools.
  46.  
  47. In MakeMaker-based installations, F<Makefile.PL> provides the earliest
  48. opportunity to perform version checks.  One can put something like this
  49. in F<Makefile.PL> for this purpose:
  50.  
  51.     eval { require 5.007 }
  52.         or die <<EOD;
  53.     ############
  54.     ### This module uses frobnication framework which is not available before
  55.     ### version 5.007 of Perl.  Upgrade your Perl before installing Kara::Mba.
  56.     ############
  57.     EOD
  58.  
  59. =head2 Dynamic Loading versus Static Loading
  60.  
  61. It is commonly thought that if a system does not have the capability to
  62. dynamically load a library, you cannot build XSUBs.  This is incorrect.
  63. You I<can> build them, but you must link the XSUBs subroutines with the
  64. rest of Perl, creating a new executable.  This situation is similar to
  65. Perl 4.
  66.  
  67. This tutorial can still be used on such a system.  The XSUB build mechanism
  68. will check the system and build a dynamically-loadable library if possible,
  69. or else a static library and then, optionally, a new statically-linked
  70. executable with that static library linked in.
  71.  
  72. Should you wish to build a statically-linked executable on a system which
  73. can dynamically load libraries, you may, in all the following examples,
  74. where the command "C<make>" with no arguments is executed, run the command
  75. "C<make perl>" instead.
  76.  
  77. If you have generated such a statically-linked executable by choice, then
  78. instead of saying "C<make test>", you should say "C<make test_static>".
  79. On systems that cannot build dynamically-loadable libraries at all, simply
  80. saying "C<make test>" is sufficient.
  81.  
  82. =head1 TUTORIAL
  83.  
  84. Now let's go on with the show!
  85.  
  86. =head2 EXAMPLE 1
  87.  
  88. Our first extension will be very simple.  When we call the routine in the
  89. extension, it will print out a well-known message and return.
  90.  
  91. Run "C<h2xs -A -n Mytest>".  This creates a directory named Mytest,
  92. possibly under ext/ if that directory exists in the current working
  93. directory.  Several files will be created in the Mytest dir, including
  94. MANIFEST, Makefile.PL, Mytest.pm, Mytest.xs, test.pl, and Changes.
  95.  
  96. The MANIFEST file contains the names of all the files just created in the
  97. Mytest directory.
  98.  
  99. The file Makefile.PL should look something like this:
  100.  
  101.     use ExtUtils::MakeMaker;
  102.     # See lib/ExtUtils/MakeMaker.pm for details of how to influence
  103.     # the contents of the Makefile that is written.
  104.     WriteMakefile(
  105.         NAME         => 'Mytest',
  106.         VERSION_FROM => 'Mytest.pm', # finds $VERSION
  107.         LIBS         => [''],   # e.g., '-lm'
  108.         DEFINE       => '',     # e.g., '-DHAVE_SOMETHING'
  109.         INC          => '',     # e.g., '-I/usr/include/other'
  110.     );
  111.  
  112. The file Mytest.pm should start with something like this:
  113.  
  114.     package Mytest;
  115.  
  116.     use strict;
  117.         use warnings;
  118.  
  119.     require Exporter;
  120.     require DynaLoader;
  121.  
  122.     our @ISA = qw(Exporter DynaLoader);
  123.     # Items to export into callers namespace by default. Note: do not export
  124.     # names by default without a very good reason. Use EXPORT_OK instead.
  125.     # Do not simply export all your public functions/methods/constants.
  126.     our @EXPORT = qw(
  127.  
  128.     );
  129.     our $VERSION = '0.01';
  130.  
  131.     bootstrap Mytest $VERSION;
  132.  
  133.     # Preloaded methods go here.
  134.  
  135.     # Autoload methods go after __END__, and are processed by the autosplit program.
  136.  
  137.     1;
  138.     __END__
  139.     # Below is the stub of documentation for your module. You better edit it!
  140.  
  141. The rest of the .pm file contains sample code for providing documentation for
  142. the extension.
  143.  
  144. Finally, the Mytest.xs file should look something like this:
  145.  
  146.     #include "EXTERN.h"
  147.     #include "perl.h"
  148.     #include "XSUB.h"
  149.  
  150.     MODULE = Mytest        PACKAGE = Mytest
  151.  
  152. Let's edit the .xs file by adding this to the end of the file:
  153.  
  154.     void
  155.     hello()
  156.         CODE:
  157.         printf("Hello, world!\n");
  158.  
  159. It is okay for the lines starting at the "CODE:" line to not be indented.
  160. However, for readability purposes, it is suggested that you indent CODE:
  161. one level and the lines following one more level.
  162.  
  163. Now we'll run "C<perl Makefile.PL>".  This will create a real Makefile,
  164. which make needs.  Its output looks something like:
  165.  
  166.     % perl Makefile.PL
  167.     Checking if your kit is complete...
  168.     Looks good
  169.     Writing Makefile for Mytest
  170.     %
  171.  
  172. Now, running make will produce output that looks something like this (some
  173. long lines have been shortened for clarity and some extraneous lines have
  174. been deleted):
  175.  
  176.     % make
  177.     umask 0 && cp Mytest.pm ./blib/Mytest.pm
  178.     perl xsubpp -typemap typemap Mytest.xs >Mytest.tc && mv Mytest.tc Mytest.c
  179.     Please specify prototyping behavior for Mytest.xs (see perlxs manual)
  180.     cc -c Mytest.c
  181.     Running Mkbootstrap for Mytest ()
  182.     chmod 644 Mytest.bs
  183.     LD_RUN_PATH="" ld -o ./blib/PA-RISC1.1/auto/Mytest/Mytest.sl -b Mytest.o
  184.     chmod 755 ./blib/PA-RISC1.1/auto/Mytest/Mytest.sl
  185.     cp Mytest.bs ./blib/PA-RISC1.1/auto/Mytest/Mytest.bs
  186.     chmod 644 ./blib/PA-RISC1.1/auto/Mytest/Mytest.bs
  187.     Manifying ./blib/man3/Mytest.3
  188.     %
  189.  
  190. You can safely ignore the line about "prototyping behavior".
  191.  
  192. If you are on a Win32 system, and the build process fails with linker
  193. errors for functions in the C library, check if your Perl is configured
  194. to use PerlCRT (running B<perl -V:libc> should show you if this is the
  195. case).  If Perl is configured to use PerlCRT, you have to make sure
  196. PerlCRT.lib is copied to the same location that msvcrt.lib lives in,
  197. so that the compiler can find it on its own.  msvcrt.lib is usually
  198. found in the Visual C compiler's lib directory (e.g. C:/DevStudio/VC/lib).
  199.  
  200. Perl has its own special way of easily writing test scripts, but for this
  201. example only, we'll create our own test script.  Create a file called hello
  202. that looks like this:
  203.  
  204.     #! /opt/perl5/bin/perl
  205.  
  206.     use ExtUtils::testlib;
  207.  
  208.     use Mytest;
  209.  
  210.     Mytest::hello();
  211.  
  212. Now we make the script executable (C<chmod -x hello>), run the script
  213. and we should see the following output:
  214.  
  215.     % ./hello
  216.     Hello, world!
  217.     %
  218.  
  219. =head2 EXAMPLE 2
  220.  
  221. Now let's add to our extension a subroutine that will take a single numeric
  222. argument as input and return 0 if the number is even or 1 if the number
  223. is odd.
  224.  
  225. Add the following to the end of Mytest.xs:
  226.  
  227.     int
  228.     is_even(input)
  229.         int    input
  230.         CODE:
  231.         RETVAL = (input % 2 == 0);
  232.         OUTPUT:
  233.         RETVAL
  234.  
  235. There does not need to be white space at the start of the "C<int input>"
  236. line, but it is useful for improving readability.  Placing a semi-colon at
  237. the end of that line is also optional.  Any amount and kind of white space
  238. may be placed between the "C<int>" and "C<input>".
  239.  
  240. Now re-run make to rebuild our new shared library.
  241.  
  242. Now perform the same steps as before, generating a Makefile from the
  243. Makefile.PL file, and running make.
  244.  
  245. In order to test that our extension works, we now need to look at the
  246. file test.pl.  This file is set up to imitate the same kind of testing
  247. structure that Perl itself has.  Within the test script, you perform a
  248. number of tests to confirm the behavior of the extension, printing "ok"
  249. when the test is correct, "not ok" when it is not.  Change the print
  250. statement in the BEGIN block to print "1..4", and add the following code
  251. to the end of the file:
  252.  
  253.     print &Mytest::is_even(0) == 1 ? "ok 2" : "not ok 2", "\n";
  254.     print &Mytest::is_even(1) == 0 ? "ok 3" : "not ok 3", "\n";
  255.     print &Mytest::is_even(2) == 1 ? "ok 4" : "not ok 4", "\n";
  256.  
  257. We will be calling the test script through the command "C<make test>".  You
  258. should see output that looks something like this:
  259.  
  260.     % make test
  261.     PERL_DL_NONLAZY=1 /opt/perl5.004/bin/perl (lots of -I arguments) test.pl
  262.     1..4
  263.     ok 1
  264.     ok 2
  265.     ok 3
  266.     ok 4
  267.     %
  268.  
  269. =head2 What has gone on?
  270.  
  271. The program h2xs is the starting point for creating extensions.  In later
  272. examples we'll see how we can use h2xs to read header files and generate
  273. templates to connect to C routines.
  274.  
  275. h2xs creates a number of files in the extension directory.  The file
  276. Makefile.PL is a perl script which will generate a true Makefile to build
  277. the extension.  We'll take a closer look at it later.
  278.  
  279. The .pm and .xs files contain the meat of the extension.  The .xs file holds
  280. the C routines that make up the extension.  The .pm file contains routines
  281. that tell Perl how to load your extension.
  282.  
  283. Generating the Makefile and running C<make> created a directory called blib
  284. (which stands for "build library") in the current working directory.  This
  285. directory will contain the shared library that we will build.  Once we have
  286. tested it, we can install it into its final location.
  287.  
  288. Invoking the test script via "C<make test>" did something very important.
  289. It invoked perl with all those C<-I> arguments so that it could find the
  290. various files that are part of the extension.  It is I<very> important that
  291. while you are still testing extensions that you use "C<make test>".  If you
  292. try to run the test script all by itself, you will get a fatal error.
  293. Another reason it is important to use "C<make test>" to run your test
  294. script is that if you are testing an upgrade to an already-existing version,
  295. using "C<make test>" insures that you will test your new extension, not the
  296. already-existing version.
  297.  
  298. When Perl sees a C<use extension;>, it searches for a file with the same name
  299. as the C<use>'d extension that has a .pm suffix.  If that file cannot be found,
  300. Perl dies with a fatal error.  The default search path is contained in the
  301. C<@INC> array.
  302.  
  303. In our case, Mytest.pm tells perl that it will need the Exporter and Dynamic
  304. Loader extensions.  It then sets the C<@ISA> and C<@EXPORT> arrays and the
  305. C<$VERSION> scalar; finally it tells perl to bootstrap the module.  Perl
  306. will call its dynamic loader routine (if there is one) and load the shared
  307. library.
  308.  
  309. The two arrays C<@ISA> and C<@EXPORT> are very important.  The C<@ISA>
  310. array contains a list of other packages in which to search for methods (or
  311. subroutines) that do not exist in the current package.  This is usually
  312. only important for object-oriented extensions (which we will talk about
  313. much later), and so usually doesn't need to be modified.
  314.  
  315. The C<@EXPORT> array tells Perl which of the extension's variables and
  316. subroutines should be placed into the calling package's namespace.  Because
  317. you don't know if the user has already used your variable and subroutine
  318. names, it's vitally important to carefully select what to export.  Do I<not>
  319. export method or variable names I<by default> without a good reason.
  320.  
  321. As a general rule, if the module is trying to be object-oriented then don't
  322. export anything.  If it's just a collection of functions and variables, then
  323. you can export them via another array, called C<@EXPORT_OK>.  This array
  324. does not automatically place its subroutine and variable names into the
  325. namespace unless the user specifically requests that this be done.
  326.  
  327. See L<perlmod> for more information.
  328.  
  329. The C<$VERSION> variable is used to ensure that the .pm file and the shared
  330. library are "in sync" with each other.  Any time you make changes to
  331. the .pm or .xs files, you should increment the value of this variable.
  332.  
  333. =head2 Writing good test scripts
  334.  
  335. The importance of writing good test scripts cannot be overemphasized.  You
  336. should closely follow the "ok/not ok" style that Perl itself uses, so that
  337. it is very easy and unambiguous to determine the outcome of each test case.
  338. When you find and fix a bug, make sure you add a test case for it.
  339.  
  340. By running "C<make test>", you ensure that your test.pl script runs and uses
  341. the correct version of your extension.  If you have many test cases, you
  342. might want to copy Perl's test style.  Create a directory named "t" in the
  343. extension's directory and append the suffix ".t" to the names of your test
  344. files.  When you run "C<make test>", all of these test files will be executed.
  345.  
  346. =head2 EXAMPLE 3
  347.  
  348. Our third extension will take one argument as its input, round off that
  349. value, and set the I<argument> to the rounded value.
  350.  
  351. Add the following to the end of Mytest.xs:
  352.  
  353.     void
  354.     round(arg)
  355.         double  arg
  356.         CODE:
  357.         if (arg > 0.0) {
  358.             arg = floor(arg + 0.5);
  359.         } else if (arg < 0.0) {
  360.             arg = ceil(arg - 0.5);
  361.         } else {
  362.             arg = 0.0;
  363.         }
  364.         OUTPUT:
  365.         arg
  366.  
  367. Edit the Makefile.PL file so that the corresponding line looks like this:
  368.  
  369.     'LIBS'      => ['-lm'],   # e.g., '-lm'
  370.  
  371. Generate the Makefile and run make.  Change the BEGIN block to print
  372. "1..9" and add the following to test.pl:
  373.  
  374.     $i = -1.5; &Mytest::round($i); print $i == -2.0 ? "ok 5" : "not ok 5", "\n";
  375.     $i = -1.1; &Mytest::round($i); print $i == -1.0 ? "ok 6" : "not ok 6", "\n";
  376.     $i = 0.0; &Mytest::round($i); print $i == 0.0 ? "ok 7" : "not ok 7", "\n";
  377.     $i = 0.5; &Mytest::round($i); print $i == 1.0 ? "ok 8" : "not ok 8", "\n";
  378.     $i = 1.2; &Mytest::round($i); print $i == 1.0 ? "ok 9" : "not ok 9", "\n";
  379.  
  380. Running "C<make test>" should now print out that all nine tests are okay.
  381.  
  382. Notice that in these new test cases, the argument passed to round was a
  383. scalar variable.  You might be wondering if you can round a constant or
  384. literal.  To see what happens, temporarily add the following line to test.pl:
  385.  
  386.     &Mytest::round(3);
  387.  
  388. Run "C<make test>" and notice that Perl dies with a fatal error.  Perl won't
  389. let you change the value of constants!
  390.  
  391. =head2 What's new here?
  392.  
  393. =over 4
  394.  
  395. =item *
  396.  
  397. We've made some changes to Makefile.PL.  In this case, we've specified an
  398. extra library to be linked into the extension's shared library, the math
  399. library libm in this case.  We'll talk later about how to write XSUBs that
  400. can call every routine in a library.
  401.  
  402. =item *
  403.  
  404. The value of the function is not being passed back as the function's return
  405. value, but by changing the value of the variable that was passed into the
  406. function.  You might have guessed that when you saw that the return value
  407. of round is of type "void".
  408.  
  409. =back
  410.  
  411. =head2 Input and Output Parameters
  412.  
  413. You specify the parameters that will be passed into the XSUB on the line(s)
  414. after you declare the function's return value and name.  Each input parameter
  415. line starts with optional white space, and may have an optional terminating
  416. semicolon.
  417.  
  418. The list of output parameters occurs at the very end of the function, just
  419. before after the OUTPUT: directive.  The use of RETVAL tells Perl that you
  420. wish to send this value back as the return value of the XSUB function.  In
  421. Example 3, we wanted the "return value" placed in the original variable
  422. which we passed in, so we listed it (and not RETVAL) in the OUTPUT: section.
  423.  
  424. =head2 The XSUBPP Program
  425.  
  426. The B<xsubpp> program takes the XS code in the .xs file and translates it into
  427. C code, placing it in a file whose suffix is .c.  The C code created makes
  428. heavy use of the C functions within Perl.
  429.  
  430. =head2 The TYPEMAP file
  431.  
  432. The B<xsubpp> program uses rules to convert from Perl's data types (scalar,
  433. array, etc.) to C's data types (int, char, etc.).  These rules are stored
  434. in the typemap file ($PERLLIB/ExtUtils/typemap).  This file is split into
  435. three parts.
  436.  
  437. The first section maps various C data types to a name, which corresponds
  438. somewhat with the various Perl types.  The second section contains C code
  439. which B<xsubpp> uses to handle input parameters.  The third section contains
  440. C code which B<xsubpp> uses to handle output parameters.
  441.  
  442. Let's take a look at a portion of the .c file created for our extension.
  443. The file name is Mytest.c:
  444.  
  445.     XS(XS_Mytest_round)
  446.     {
  447.         dXSARGS;
  448.         if (items != 1)
  449.         croak("Usage: Mytest::round(arg)");
  450.         {
  451.         double  arg = (double)SvNV(ST(0));    /* XXXXX */
  452.         if (arg > 0.0) {
  453.             arg = floor(arg + 0.5);
  454.         } else if (arg < 0.0) {
  455.             arg = ceil(arg - 0.5);
  456.         } else {
  457.             arg = 0.0;
  458.         }
  459.         sv_setnv(ST(0), (double)arg);    /* XXXXX */
  460.         }
  461.         XSRETURN(1);
  462.     }
  463.  
  464. Notice the two lines commented with "XXXXX".  If you check the first section
  465. of the typemap file, you'll see that doubles are of type T_DOUBLE.  In the
  466. INPUT section, an argument that is T_DOUBLE is assigned to the variable
  467. arg by calling the routine SvNV on something, then casting it to double,
  468. then assigned to the variable arg.  Similarly, in the OUTPUT section,
  469. once arg has its final value, it is passed to the sv_setnv function to
  470. be passed back to the calling subroutine.  These two functions are explained
  471. in L<perlguts>; we'll talk more later about what that "ST(0)" means in the
  472. section on the argument stack.
  473.  
  474. =head2 Warning about Output Arguments
  475.  
  476. In general, it's not a good idea to write extensions that modify their input
  477. parameters, as in Example 3.  Instead, you should probably return multiple
  478. values in an array and let the caller handle them (we'll do this in a later
  479. example).  However, in order to better accomodate calling pre-existing C
  480. routines, which often do modify their input parameters, this behavior is
  481. tolerated.
  482.  
  483. =head2 EXAMPLE 4
  484.  
  485. In this example, we'll now begin to write XSUBs that will interact with
  486. pre-defined C libraries.  To begin with, we will build a small library of
  487. our own, then let h2xs write our .pm and .xs files for us.
  488.  
  489. Create a new directory called Mytest2 at the same level as the directory
  490. Mytest.  In the Mytest2 directory, create another directory called mylib,
  491. and cd into that directory.
  492.  
  493. Here we'll create some files that will generate a test library.  These will
  494. include a C source file and a header file.  We'll also create a Makefile.PL
  495. in this directory.  Then we'll make sure that running make at the Mytest2
  496. level will automatically run this Makefile.PL file and the resulting Makefile.
  497.  
  498. In the mylib directory, create a file mylib.h that looks like this:
  499.  
  500.     #define TESTVAL    4
  501.  
  502.     extern double    foo(int, long, const char*);
  503.  
  504. Also create a file mylib.c that looks like this:
  505.  
  506.     #include <stdlib.h>
  507.     #include "./mylib.h"
  508.  
  509.     double
  510.     foo(int a, long b, const char *c)
  511.     {
  512.         return (a + b + atof(c) + TESTVAL);
  513.     }
  514.  
  515. And finally create a file Makefile.PL that looks like this:
  516.  
  517.     use ExtUtils::MakeMaker;
  518.     $Verbose = 1;
  519.     WriteMakefile(
  520.         NAME   => 'Mytest2::mylib',
  521.         SKIP   => [qw(all static static_lib dynamic dynamic_lib)],
  522.         clean  => {'FILES' => 'libmylib$(LIBEEXT)'},
  523.     );
  524.  
  525.  
  526.     sub MY::top_targets {
  527.         '
  528.     all :: static
  529.  
  530.     pure_all :: static
  531.  
  532.     static ::       libmylib$(LIB_EXT)
  533.  
  534.     libmylib$(LIB_EXT): $(O_FILES)
  535.         $(AR) cr libmylib$(LIB_EXT) $(O_FILES)
  536.         $(RANLIB) libmylib$(LIB_EXT)
  537.  
  538.     ';
  539.     }
  540.  
  541. Make sure you use a tab and not spaces on the lines beginning with "$(AR)"
  542. and "$(RANLIB)".  Make will not function properly if you use spaces.
  543. It has also been reported that the "cr" argument to $(AR) is unnecessary
  544. on Win32 systems.
  545.  
  546. We will now create the main top-level Mytest2 files.  Change to the directory
  547. above Mytest2 and run the following command:
  548.  
  549.     % h2xs -O -n Mytest2 ./Mytest2/mylib/mylib.h
  550.  
  551. This will print out a warning about overwriting Mytest2, but that's okay.
  552. Our files are stored in Mytest2/mylib, and will be untouched.
  553.  
  554. The normal Makefile.PL that h2xs generates doesn't know about the mylib
  555. directory.  We need to tell it that there is a subdirectory and that we
  556. will be generating a library in it.  Let's add the argument MYEXTLIB to
  557. the WriteMakefile call so that it looks like this:
  558.  
  559.     WriteMakefile(
  560.         'NAME'      => 'Mytest2',
  561.         'VERSION_FROM' => 'Mytest2.pm', # finds $VERSION
  562.         'LIBS'      => [''],   # e.g., '-lm'
  563.         'DEFINE'    => '',     # e.g., '-DHAVE_SOMETHING'
  564.         'INC'       => '',     # e.g., '-I/usr/include/other'
  565.         'MYEXTLIB' => 'mylib/libmylib$(LIB_EXT)',
  566.     );
  567.  
  568. and then at the end add a subroutine (which will override the pre-existing
  569. subroutine).  Remember to use a tab character to indent the line beginning
  570. with "cd"!
  571.  
  572.     sub MY::postamble {
  573.     '
  574.     $(MYEXTLIB): mylib/Makefile
  575.         cd mylib && $(MAKE) $(PASSTHRU)
  576.     ';
  577.     }
  578.  
  579. Let's also fix the MANIFEST file so that it accurately reflects the contents
  580. of our extension.  The single line that says "mylib" should be replaced by
  581. the following three lines:
  582.  
  583.     mylib/Makefile.PL
  584.     mylib/mylib.c
  585.     mylib/mylib.h
  586.  
  587. To keep our namespace nice and unpolluted, edit the .pm file and change
  588. the variable C<@EXPORT> to C<@EXPORT_OK>.  Finally, in the
  589. .xs file, edit the #include line to read:
  590.  
  591.     #include "mylib/mylib.h"
  592.  
  593. And also add the following function definition to the end of the .xs file:
  594.  
  595.     double
  596.     foo(a,b,c)
  597.         int             a
  598.         long            b
  599.         const char *    c
  600.         OUTPUT:
  601.         RETVAL
  602.  
  603. Now we also need to create a typemap file because the default Perl doesn't
  604. currently support the const char * type.  Create a file called typemap in
  605. the Mytest2 directory and place the following in it:
  606.  
  607.     const char *    T_PV
  608.  
  609. Now run perl on the top-level Makefile.PL.  Notice that it also created a
  610. Makefile in the mylib directory.  Run make and watch that it does cd into
  611. the mylib directory and run make in there as well.
  612.  
  613. Now edit the test.pl script and change the BEGIN block to print "1..4",
  614. and add the following lines to the end of the script:
  615.  
  616.     print &Mytest2::foo(1, 2, "Hello, world!") == 7 ? "ok 2\n" : "not ok 2\n";
  617.     print &Mytest2::foo(1, 2, "0.0") == 7 ? "ok 3\n" : "not ok 3\n";
  618.     print abs(&Mytest2::foo(0, 0, "-3.4") - 0.6) <= 0.01 ? "ok 4\n" : "not ok 4\n";
  619.  
  620. (When dealing with floating-point comparisons, it is best to not check for
  621. equality, but rather that the difference between the expected and actual
  622. result is below a certain amount (called epsilon) which is 0.01 in this case)
  623.  
  624. Run "C<make test>" and all should be well.
  625.  
  626. =head2 What has happened here?
  627.  
  628. Unlike previous examples, we've now run h2xs on a real include file.  This
  629. has caused some extra goodies to appear in both the .pm and .xs files.
  630.  
  631. =over 4
  632.  
  633. =item *
  634.  
  635. In the .xs file, there's now a #include directive with the absolute path to
  636. the mylib.h header file.  We changed this to a relative path so that we
  637. could move the extension directory if we wanted to.
  638.  
  639. =item *
  640.  
  641. There's now some new C code that's been added to the .xs file.  The purpose
  642. of the C<constant> routine is to make the values that are #define'd in the
  643. header file accessible by the Perl script (by calling either C<TESTVAL> or
  644. C<&Mytest2::TESTVAL>).  There's also some XS code to allow calls to the
  645. C<constant> routine.
  646.  
  647. =item *
  648.  
  649. The .pm file originally exported the name C<TESTVAL> in the C<@EXPORT> array.
  650. This could lead to name clashes.  A good rule of thumb is that if the #define
  651. is only going to be used by the C routines themselves, and not by the user,
  652. they should be removed from the C<@EXPORT> array.  Alternately, if you don't
  653. mind using the "fully qualified name" of a variable, you could move most
  654. or all of the items from the C<@EXPORT> array into the C<@EXPORT_OK> array.
  655.  
  656. =item *
  657.  
  658. If our include file had contained #include directives, these would not have
  659. been processed by h2xs.  There is no good solution to this right now.
  660.  
  661. =item *
  662.  
  663. We've also told Perl about the library that we built in the mylib
  664. subdirectory.  That required only the addition of the C<MYEXTLIB> variable
  665. to the WriteMakefile call and the replacement of the postamble subroutine
  666. to cd into the subdirectory and run make.  The Makefile.PL for the
  667. library is a bit more complicated, but not excessively so.  Again we
  668. replaced the postamble subroutine to insert our own code.  This code
  669. simply specified that the library to be created here was a static archive
  670. library (as opposed to a dynamically loadable library) and provided the
  671. commands to build it.
  672.  
  673. =back
  674.  
  675. =head2 Anatomy of .xs file
  676.  
  677. The .xs file of L<"EXAMPLE 4"> contained some new elements.  To understand
  678. the meaning of these elements, pay attention to the line which reads
  679.  
  680.     MODULE = Mytest2        PACKAGE = Mytest2        
  681.  
  682. Anything before this line is plain C code which describes which headers
  683. to include, and defines some convenience functions.  No translations are
  684. performed on this part, it goes into the generated output C file as is.
  685.  
  686. Anything after this line is the description of XSUB functions.
  687. These descriptions are translated by B<xsubpp> into C code which
  688. implements these functions using Perl calling conventions, and which
  689. makes these functions visible from Perl interpreter.
  690.  
  691. Pay a special attention to the function C<constant>.  This name appears
  692. twice in the generated .xs file: once in the first part, as a static C
  693. function, the another time in the second part, when an XSUB interface to
  694. this static C function is defined.
  695.  
  696. This is quite typical for .xs files: usually the .xs file provides
  697. an interface to an existing C function.  Then this C function is defined
  698. somewhere (either in an external library, or in the first part of .xs file),
  699. and a Perl interface to this function (i.e. "Perl glue") is described in the
  700. second part of .xs file.  The situation in L<"EXAMPLE 1">, L<"EXAMPLE 2">,
  701. and L<"EXAMPLE 3">, when all the work is done inside the "Perl glue", is
  702. somewhat of an exception rather than the rule.
  703.  
  704. =head2 Getting the fat out of XSUBs
  705.  
  706. In L<"EXAMPLE 4"> the second part of .xs file contained the following
  707. description of an XSUB:
  708.  
  709.     double
  710.     foo(a,b,c)
  711.         int             a
  712.         long            b
  713.         const char *    c
  714.         OUTPUT:
  715.         RETVAL
  716.  
  717. Note that in contrast with L<"EXAMPLE 1">, L<"EXAMPLE 2"> and L<"EXAMPLE 3">,
  718. this description does not contain the actual I<code> for what is done
  719. is done during a call to Perl function foo().  To understand what is going
  720. on here, one can add a CODE section to this XSUB:
  721.  
  722.     double
  723.     foo(a,b,c)
  724.         int             a
  725.         long            b
  726.         const char *    c
  727.         CODE:
  728.         RETVAL = foo(a,b,c);
  729.         OUTPUT:
  730.         RETVAL
  731.  
  732. However, these two XSUBs provide almost identical generated C code: B<xsubpp>
  733. compiler is smart enough to figure out the C<CODE:> section from the first
  734. two lines of the description of XSUB.  What about C<OUTPUT:> section?  In
  735. fact, that is absolutely the same!  The C<OUTPUT:> section can be removed
  736. as well, I<as far as C<CODE:> section or C<PPCODE:> section> is not
  737. specified: B<xsubpp> can see that it needs to generate a function call
  738. section, and will autogenerate the OUTPUT section too.  Thus one can
  739. shortcut the XSUB to become:
  740.  
  741.     double
  742.     foo(a,b,c)
  743.         int             a
  744.         long            b
  745.         const char *    c
  746.  
  747. Can we do the same with an XSUB
  748.  
  749.     int
  750.     is_even(input)
  751.         int    input
  752.         CODE:
  753.         RETVAL = (input % 2 == 0);
  754.         OUTPUT:
  755.         RETVAL
  756.  
  757. of L<"EXAMPLE 2">?  To do this, one needs to define a C function C<int
  758. is_even(int input)>.  As we saw in L<Anatomy of .xs file>, a proper place
  759. for this definition is in the first part of .xs file.  In fact a C function
  760.  
  761.     int
  762.     is_even(int arg)
  763.     {
  764.         return (arg % 2 == 0);
  765.     }
  766.  
  767. is probably overkill for this.  Something as simple as a C<#define> will
  768. do too:
  769.  
  770.     #define is_even(arg)    ((arg) % 2 == 0)
  771.  
  772. After having this in the first part of .xs file, the "Perl glue" part becomes
  773. as simple as
  774.  
  775.     int
  776.     is_even(input)
  777.         int    input
  778.  
  779. This technique of separation of the glue part from the workhorse part has
  780. obvious tradeoffs: if you want to change a Perl interface, you need to
  781. change two places in your code.  However, it removes a lot of clutter,
  782. and makes the workhorse part independent from idiosyncrasies of Perl calling
  783. convention.  (In fact, there is nothing Perl-specific in the above description,
  784. a different version of B<xsubpp> might have translated this to TCL glue or
  785. Python glue as well.)
  786.  
  787. =head2 More about XSUB arguments
  788.  
  789. With the completion of Example 4, we now have an easy way to simulate some
  790. real-life libraries whose interfaces may not be the cleanest in the world.
  791. We shall now continue with a discussion of the arguments passed to the
  792. B<xsubpp> compiler.
  793.  
  794. When you specify arguments to routines in the .xs file, you are really
  795. passing three pieces of information for each argument listed.  The first
  796. piece is the order of that argument relative to the others (first, second,
  797. etc).  The second is the type of argument, and consists of the type
  798. declaration of the argument (e.g., int, char*, etc).  The third piece is
  799. the calling convention for the argument in the call to the library function.  
  800.  
  801. While Perl passes arguments to functions by reference,
  802. C passes arguments by value; to implement a C function which modifies data
  803. of one of the "arguments", the actual argument of this C function would be
  804. a pointer to the data.  Thus two C functions with declarations
  805.  
  806.     int string_length(char *s);
  807.     int upper_case_char(char *cp);
  808.  
  809. may have completely different semantics: the first one may inspect an array
  810. of chars pointed by s, and the second one may immediately dereference C<cp>
  811. and manipulate C<*cp> only (using the return value as, say, a success
  812. indicator).  From Perl one would use these functions in
  813. a completely different manner.
  814.  
  815. One conveys this info to B<xsubpp> by replacing C<*> before the
  816. argument by C<&>.  C<&> means that the argument should be passed to a library
  817. function by its address.  The above two function may be XSUB-ified as
  818.  
  819.     int
  820.     string_length(s)
  821.         char *    s
  822.  
  823.     int
  824.     upper_case_char(cp)
  825.         char    &cp
  826.  
  827. For example, consider:
  828.  
  829.     int
  830.     foo(a,b)
  831.         char    &a
  832.         char *    b
  833.  
  834. The first Perl argument to this function would be treated as a char and assigned
  835. to the variable a, and its address would be passed into the function foo.
  836. The second Perl argument would be treated as a string pointer and assigned to the
  837. variable b.  The I<value> of b would be passed into the function foo.  The
  838. actual call to the function foo that B<xsubpp> generates would look like this:
  839.  
  840.     foo(&a, b);
  841.  
  842. B<xsubpp> will parse the following function argument lists identically:
  843.  
  844.     char    &a
  845.     char&a
  846.     char    & a
  847.  
  848. However, to help ease understanding, it is suggested that you place a "&"
  849. next to the variable name and away from the variable type), and place a
  850. "*" near the variable type, but away from the variable name (as in the
  851. call to foo above).  By doing so, it is easy to understand exactly what
  852. will be passed to the C function -- it will be whatever is in the "last
  853. column".
  854.  
  855. You should take great pains to try to pass the function the type of variable
  856. it wants, when possible.  It will save you a lot of trouble in the long run.
  857.  
  858. =head2 The Argument Stack
  859.  
  860. If we look at any of the C code generated by any of the examples except
  861. example 1, you will notice a number of references to ST(n), where n is
  862. usually 0.  "ST" is actually a macro that points to the n'th argument
  863. on the argument stack.  ST(0) is thus the first argument on the stack and
  864. therefore the first argument passed to the XSUB, ST(1) is the second
  865. argument, and so on.
  866.  
  867. When you list the arguments to the XSUB in the .xs file, that tells B<xsubpp>
  868. which argument corresponds to which of the argument stack (i.e., the first
  869. one listed is the first argument, and so on).  You invite disaster if you
  870. do not list them in the same order as the function expects them.
  871.  
  872. The actual values on the argument stack are pointers to the values passed
  873. in.  When an argument is listed as being an OUTPUT value, its corresponding
  874. value on the stack (i.e., ST(0) if it was the first argument) is changed.
  875. You can verify this by looking at the C code generated for Example 3.
  876. The code for the round() XSUB routine contains lines that look like this:
  877.  
  878.     double  arg = (double)SvNV(ST(0));
  879.     /* Round the contents of the variable arg */
  880.     sv_setnv(ST(0), (double)arg);
  881.  
  882. The arg variable is initially set by taking the value from ST(0), then is
  883. stored back into ST(0) at the end of the routine.
  884.  
  885. XSUBs are also allowed to return lists, not just scalars.  This must be
  886. done by manipulating stack values ST(0), ST(1), etc, in a subtly
  887. different way.  See L<perlxs> for details.
  888.  
  889. XSUBs are also allowed to avoid automatic conversion of Perl function arguments
  890. to C function arguments.  See L<perlxs> for details.  Some people prefer
  891. manual conversion by inspecting C<ST(i)> even in the cases when automatic
  892. conversion will do, arguing that this makes the logic of an XSUB call clearer.
  893. Compare with L<"Getting the fat out of XSUBs"> for a similar tradeoff of
  894. a complete separation of "Perl glue" and "workhorse" parts of an XSUB.
  895.  
  896. While experts may argue about these idioms, a novice to Perl guts may
  897. prefer a way which is as little Perl-guts-specific as possible, meaning
  898. automatic conversion and automatic call generation, as in
  899. L<"Getting the fat out of XSUBs">.  This approach has the additional
  900. benefit of protecting the XSUB writer from future changes to the Perl API.
  901.  
  902. =head2 Extending your Extension
  903.  
  904. Sometimes you might want to provide some extra methods or subroutines
  905. to assist in making the interface between Perl and your extension simpler
  906. or easier to understand.  These routines should live in the .pm file.
  907. Whether they are automatically loaded when the extension itself is loaded
  908. or only loaded when called depends on where in the .pm file the subroutine
  909. definition is placed.  You can also consult L<AutoLoader> for an alternate
  910. way to store and load your extra subroutines.
  911.  
  912. =head2 Documenting your Extension
  913.  
  914. There is absolutely no excuse for not documenting your extension.
  915. Documentation belongs in the .pm file.  This file will be fed to pod2man,
  916. and the embedded documentation will be converted to the man page format,
  917. then placed in the blib directory.  It will be copied to Perl's man
  918. page directory when the extension is installed.
  919.  
  920. You may intersperse documentation and Perl code within the .pm file.
  921. In fact, if you want to use method autoloading, you must do this,
  922. as the comment inside the .pm file explains.
  923.  
  924. See L<perlpod> for more information about the pod format.
  925.  
  926. =head2 Installing your Extension
  927.  
  928. Once your extension is complete and passes all its tests, installing it
  929. is quite simple: you simply run "make install".  You will either need 
  930. to have write permission into the directories where Perl is installed,
  931. or ask your system administrator to run the make for you.
  932.  
  933. Alternately, you can specify the exact directory to place the extension's
  934. files by placing a "PREFIX=/destination/directory" after the make install.
  935. (or in between the make and install if you have a brain-dead version of make).
  936. This can be very useful if you are building an extension that will eventually
  937. be distributed to multiple systems.  You can then just archive the files in
  938. the destination directory and distribute them to your destination systems.
  939.  
  940. =head2 EXAMPLE 5
  941.  
  942. In this example, we'll do some more work with the argument stack.  The
  943. previous examples have all returned only a single value.  We'll now
  944. create an extension that returns an array.
  945.  
  946. This extension is very Unix-oriented (struct statfs and the statfs system
  947. call).  If you are not running on a Unix system, you can substitute for
  948. statfs any other function that returns multiple values, you can hard-code
  949. values to be returned to the caller (although this will be a bit harder
  950. to test the error case), or you can simply not do this example.  If you
  951. change the XSUB, be sure to fix the test cases to match the changes.
  952.  
  953. Return to the Mytest directory and add the following code to the end of
  954. Mytest.xs:
  955.  
  956.     void
  957.     statfs(path)
  958.         char *  path
  959.         INIT:
  960.         int i;
  961.         struct statfs buf;
  962.  
  963.         PPCODE:
  964.         i = statfs(path, &buf);
  965.         if (i == 0) {
  966.             XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_bavail)));
  967.             XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_bfree)));
  968.             XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_blocks)));
  969.             XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_bsize)));
  970.             XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_ffree)));
  971.             XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_files)));
  972.             XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_type)));
  973.             XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_fsid[0])));
  974.             XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(buf.f_fsid[1])));
  975.         } else {
  976.             XPUSHs(sv_2mortal(newSVnv(errno)));
  977.         }
  978.  
  979. You'll also need to add the following code to the top of the .xs file, just
  980. after the include of "XSUB.h":
  981.  
  982.     #include <sys/vfs.h>
  983.  
  984. Also add the following code segment to test.pl while incrementing the "1..9"
  985. string in the BEGIN block to "1..11":
  986.  
  987.     @a = &Mytest::statfs("/blech");
  988.     print ((scalar(@a) == 1 && $a[0] == 2) ? "ok 10\n" : "not ok 10\n");
  989.     @a = &Mytest::statfs("/");
  990.     print scalar(@a) == 9 ? "ok 11\n" : "not ok 11\n";
  991.  
  992. =head2 New Things in this Example
  993.  
  994. This example added quite a few new concepts.  We'll take them one at a time.
  995.  
  996. =over 4
  997.  
  998. =item *
  999.  
  1000. The INIT: directive contains code that will be placed immediately after
  1001. the argument stack is decoded.  C does not allow variable declarations at
  1002. arbitrary locations inside a function,
  1003. so this is usually the best way to declare local variables needed by the XSUB.
  1004. (Alternatively, one could put the whole C<PPCODE:> section into braces, and
  1005. put these declarations on top.)
  1006.  
  1007. =item *
  1008.  
  1009. This routine also returns a different number of arguments depending on the
  1010. success or failure of the call to statfs.  If there is an error, the error
  1011. number is returned as a single-element array.  If the call is successful,
  1012. then a 9-element array is returned.  Since only one argument is passed into
  1013. this function, we need room on the stack to hold the 9 values which may be
  1014. returned.
  1015.  
  1016. We do this by using the PPCODE: directive, rather than the CODE: directive.
  1017. This tells B<xsubpp> that we will be managing the return values that will be
  1018. put on the argument stack by ourselves.
  1019.  
  1020. =item *
  1021.  
  1022. When we want to place values to be returned to the caller onto the stack,
  1023. we use the series of macros that begin with "XPUSH".  There are five
  1024. different versions, for placing integers, unsigned integers, doubles,
  1025. strings, and Perl scalars on the stack.  In our example, we placed a
  1026. Perl scalar onto the stack.  (In fact this is the only macro which
  1027. can be used to return multiple values.)
  1028.  
  1029. The XPUSH* macros will automatically extend the return stack to prevent
  1030. it from being overrun.  You push values onto the stack in the order you
  1031. want them seen by the calling program.
  1032.  
  1033. =item *
  1034.  
  1035. The values pushed onto the return stack of the XSUB are actually mortal SV's.
  1036. They are made mortal so that once the values are copied by the calling
  1037. program, the SV's that held the returned values can be deallocated.
  1038. If they were not mortal, then they would continue to exist after the XSUB
  1039. routine returned, but would not be accessible.  This is a memory leak.
  1040.  
  1041. =item *
  1042.  
  1043. If we were interested in performance, not in code compactness, in the success
  1044. branch we would not use C<XPUSHs> macros, but C<PUSHs> macros, and would
  1045. pre-extend the stack before pushing the return values:
  1046.  
  1047.     EXTEND(SP, 9);
  1048.  
  1049. The tradeoff is that one needs to calculate the number of return values
  1050. in advance (though overextending the stack will not typically hurt
  1051. anything but memory consumption).
  1052.  
  1053. Similarly, in the failure branch we could use C<PUSHs> I<without> extending
  1054. the stack: the Perl function reference comes to an XSUB on the stack, thus
  1055. the stack is I<always> large enough to take one return value.
  1056.  
  1057. =back
  1058.  
  1059. =head2 EXAMPLE 6 (Coming Soon)
  1060.  
  1061. Passing in and returning references to arrays and/or hashes
  1062.  
  1063. =head2 EXAMPLE 7 (Coming Soon)
  1064.  
  1065. XPUSH args AND set RETVAL AND assign return value to array
  1066.  
  1067. =head2 EXAMPLE 8 (Coming Soon)
  1068.  
  1069. Setting $!
  1070.  
  1071. =head2 EXAMPLE 9 (Coming Soon)
  1072.  
  1073. Getting fd's from filehandles
  1074.  
  1075. =head2 Troubleshooting these Examples
  1076.  
  1077. As mentioned at the top of this document, if you are having problems with
  1078. these example extensions, you might see if any of these help you.
  1079.  
  1080. =over 4
  1081.  
  1082. =item *
  1083.  
  1084. In versions of 5.002 prior to the gamma version, the test script in Example
  1085. 1 will not function properly.  You need to change the "use lib" line to
  1086. read:
  1087.  
  1088.     use lib './blib';
  1089.  
  1090. =item *
  1091.  
  1092. In versions of 5.002 prior to version 5.002b1h, the test.pl file was not
  1093. automatically created by h2xs.  This means that you cannot say "make test"
  1094. to run the test script.  You will need to add the following line before the
  1095. "use extension" statement:
  1096.  
  1097.     use lib './blib';
  1098.  
  1099. =item *
  1100.  
  1101. In versions 5.000 and 5.001, instead of using the above line, you will need
  1102. to use the following line:
  1103.  
  1104.     BEGIN { unshift(@INC, "./blib") }
  1105.  
  1106. =item *
  1107.  
  1108. This document assumes that the executable named "perl" is Perl version 5.  
  1109. Some systems may have installed Perl version 5 as "perl5".
  1110.  
  1111. =back
  1112.  
  1113. =head1 See also
  1114.  
  1115. For more information, consult L<perlguts>, L<perlxs>, L<perlmod>,
  1116. and L<perlpod>.
  1117.  
  1118. =head1 Author
  1119.  
  1120. Jeff Okamoto <F<okamoto@corp.hp.com>>
  1121.  
  1122. Reviewed and assisted by Dean Roehrich, Ilya Zakharevich, Andreas Koenig,
  1123. and Tim Bunce.
  1124.  
  1125. =head2 Last Changed
  1126.  
  1127. 1999/11/30
  1128.