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Text File  |  2006-04-25  |  19KB  |  527 lines

  1. =head1 NAME
  2.  
  3. perlreftut - Mark's very short tutorial about references
  4.  
  5. =head1 DESCRIPTION
  6.  
  7. One of the most important new features in Perl 5 was the capability to
  8. manage complicated data structures like multidimensional arrays and
  9. nested hashes.  To enable these, Perl 5 introduced a feature called
  10. `references', and using references is the key to managing complicated,
  11. structured data in Perl.  Unfortunately, there's a lot of funny syntax
  12. to learn, and the main manual page can be hard to follow.  The manual
  13. is quite complete, and sometimes people find that a problem, because
  14. it can be hard to tell what is important and what isn't.
  15.  
  16. Fortunately, you only need to know 10% of what's in the main page to get
  17. 90% of the benefit.  This page will show you that 10%.
  18.  
  19. =head1 Who Needs Complicated Data Structures?
  20.  
  21. One problem that came up all the time in Perl 4 was how to represent a
  22. hash whose values were lists.  Perl 4 had hashes, of course, but the
  23. values had to be scalars; they couldn't be lists.  
  24.  
  25. Why would you want a hash of lists?  Let's take a simple example: You
  26. have a file of city and country names, like this:
  27.  
  28.     Chicago, USA
  29.     Frankfurt, Germany
  30.     Berlin, Germany
  31.     Washington, USA
  32.     Helsinki, Finland
  33.     New York, USA
  34.  
  35. and you want to produce an output like this, with each country mentioned
  36. once, and then an alphabetical list of the cities in that country:
  37.  
  38.     Finland: Helsinki.
  39.     Germany: Berlin, Frankfurt.
  40.     USA:  Chicago, New York, Washington.
  41.  
  42. The natural way to do this is to have a hash whose keys are country
  43. names.  Associated with each country name key is a list of the cities in
  44. that country.  Each time you read a line of input, split it into a country
  45. and a city, look up the list of cities already known to be in that
  46. country, and append the new city to the list.  When you're done reading
  47. the input, iterate over the hash as usual, sorting each list of cities
  48. before you print it out.
  49.  
  50. If hash values can't be lists, you lose.  In Perl 4, hash values can't
  51. be lists; they can only be strings.  You lose.  You'd probably have to
  52. combine all the cities into a single string somehow, and then when
  53. time came to write the output, you'd have to break the string into a
  54. list, sort the list, and turn it back into a string.  This is messy
  55. and error-prone.  And it's frustrating, because Perl already has
  56. perfectly good lists that would solve the problem if only you could
  57. use them.
  58.  
  59. =head1 The Solution
  60.  
  61. By the time Perl 5 rolled around, we were already stuck with this
  62. design: Hash values must be scalars.  The solution to this is
  63. references.
  64.  
  65. A reference is a scalar value that I<refers to> an entire array or an
  66. entire hash (or to just about anything else).  Names are one kind of
  67. reference that you're already familiar with.  Think of the President
  68. of the United States: a messy, inconvenient bag of blood and bones.
  69. But to talk about him, or to represent him in a computer program, all
  70. you need is the easy, convenient scalar string "George Bush".
  71.  
  72. References in Perl are like names for arrays and hashes.  They're
  73. Perl's private, internal names, so you can be sure they're
  74. unambiguous.  Unlike "George Bush", a reference only refers to one
  75. thing, and you always know what it refers to.  If you have a reference
  76. to an array, you can recover the entire array from it.  If you have a
  77. reference to a hash, you can recover the entire hash.  But the
  78. reference is still an easy, compact scalar value.
  79.  
  80. You can't have a hash whose values are arrays; hash values can only be
  81. scalars.  We're stuck with that.  But a single reference can refer to
  82. an entire array, and references are scalars, so you can have a hash of
  83. references to arrays, and it'll act a lot like a hash of arrays, and
  84. it'll be just as useful as a hash of arrays.
  85.  
  86. We'll come back to this city-country problem later, after we've seen
  87. some syntax for managing references.
  88.  
  89.  
  90. =head1 Syntax
  91.  
  92. There are just two ways to make a reference, and just two ways to use
  93. it once you have it.
  94.  
  95. =head2 Making References
  96.  
  97. =head3 B<Make Rule 1>
  98.  
  99. If you put a C<\> in front of a variable, you get a
  100. reference to that variable.
  101.  
  102.     $aref = \@array;         # $aref now holds a reference to @array
  103.     $href = \%hash;          # $href now holds a reference to %hash
  104.  
  105. Once the reference is stored in a variable like $aref or $href, you
  106. can copy it or store it just the same as any other scalar value:
  107.  
  108.     $xy = $aref;             # $xy now holds a reference to @array
  109.     $p[3] = $href;           # $p[3] now holds a reference to %hash
  110.     $z = $p[3];              # $z now holds a reference to %hash
  111.  
  112.  
  113. These examples show how to make references to variables with names.
  114. Sometimes you want to make an array or a hash that doesn't have a
  115. name.  This is analogous to the way you like to be able to use the
  116. string C<"\n"> or the number 80 without having to store it in a named
  117. variable first.
  118.  
  119. B<Make Rule 2>
  120.  
  121. C<[ ITEMS ]> makes a new, anonymous array, and returns a reference to
  122. that array.  C<{ ITEMS }> makes a new, anonymous hash, and returns a
  123. reference to that hash.
  124.  
  125.     $aref = [ 1, "foo", undef, 13 ];  
  126.     # $aref now holds a reference to an array
  127.  
  128.     $href = { APR => 4, AUG => 8 };   
  129.     # $href now holds a reference to a hash
  130.  
  131.  
  132. The references you get from rule 2 are the same kind of
  133. references that you get from rule 1:
  134.  
  135.     # This:
  136.     $aref = [ 1, 2, 3 ];
  137.  
  138.     # Does the same as this:
  139.     @array = (1, 2, 3);
  140.     $aref = \@array;
  141.  
  142.  
  143. The first line is an abbreviation for the following two lines, except
  144. that it doesn't create the superfluous array variable C<@array>.
  145.  
  146. If you write just C<[]>, you get a new, empty anonymous array.
  147. If you write just C<{}>, you get a new, empty anonymous hash.
  148.  
  149.  
  150. =head2 Using References
  151.  
  152. What can you do with a reference once you have it?  It's a scalar
  153. value, and we've seen that you can store it as a scalar and get it back
  154. again just like any scalar.  There are just two more ways to use it:
  155.  
  156. =head3 B<Use Rule 1>
  157.  
  158. You can always use an array reference, in curly braces, in place of
  159. the name of an array.  For example, C<@{$aref}> instead of C<@array>.
  160.  
  161. Here are some examples of that:
  162.  
  163. Arrays:
  164.  
  165.  
  166.     @a        @{$aref}        An array
  167.     reverse @a    reverse @{$aref}    Reverse the array
  168.     $a[3]        ${$aref}[3]        An element of the array
  169.     $a[3] = 17;    ${$aref}[3] = 17    Assigning an element
  170.  
  171.  
  172. On each line are two expressions that do the same thing.  The
  173. left-hand versions operate on the array C<@a>.  The right-hand
  174. versions operate on the array that is referred to by C<$aref>.  Once
  175. they find the array they're operating on, both versions do the same
  176. things to the arrays.
  177.  
  178. Using a hash reference is I<exactly> the same:
  179.  
  180.     %h        %{$href}          A hash
  181.     keys %h        keys %{$href}          Get the keys from the hash
  182.     $h{'red'}    ${$href}{'red'}          An element of the hash
  183.     $h{'red'} = 17    ${$href}{'red'} = 17  Assigning an element
  184.  
  185. Whatever you want to do with a reference, B<Use Rule 1> tells you how
  186. to do it.  You just write the Perl code that you would have written
  187. for doing the same thing to a regular array or hash, and then replace
  188. the array or hash name with C<{$reference}>.  "How do I loop over an
  189. array when all I have is a reference?"  Well, to loop over an array, you
  190. would write
  191.  
  192.         for my $element (@array) {
  193.            ...
  194.         }
  195.  
  196. so replace the array name, C<@array>, with the reference:
  197.  
  198.         for my $element (@{$aref}) {
  199.            ...
  200.         }
  201.  
  202. "How do I print out the contents of a hash when all I have is a
  203. reference?"  First write the code for printing out a hash:
  204.  
  205.         for my $key (keys %hash) {
  206.           print "$key => $hash{$key}\n";
  207.         }
  208.  
  209. And then replace the hash name with the reference:
  210.  
  211.         for my $key (keys %{$href}) {
  212.           print "$key => ${$href}{$key}\n";
  213.         }
  214.  
  215. =head3 B<Use Rule 2>
  216.  
  217. B<Use Rule 1> is all you really need, because it tells you how to do
  218. absolutely everything you ever need to do with references.  But the
  219. most common thing to do with an array or a hash is to extract a single
  220. element, and the B<Use Rule 1> notation is cumbersome.  So there is an
  221. abbreviation.
  222.  
  223. C<${$aref}[3]> is too hard to read, so you can write C<< $aref->[3] >>
  224. instead.
  225.  
  226. C<${$href}{red}> is too hard to read, so you can write
  227. C<< $href->{red} >> instead.
  228.  
  229. If C<$aref> holds a reference to an array, then C<< $aref->[3] >> is
  230. the fourth element of the array.  Don't confuse this with C<$aref[3]>,
  231. which is the fourth element of a totally different array, one
  232. deceptively named C<@aref>.  C<$aref> and C<@aref> are unrelated the
  233. same way that C<$item> and C<@item> are.
  234.  
  235. Similarly, C<< $href->{'red'} >> is part of the hash referred to by
  236. the scalar variable C<$href>, perhaps even one with no name.
  237. C<$href{'red'}> is part of the deceptively named C<%href> hash.  It's
  238. easy to forget to leave out the C<< -> >>, and if you do, you'll get
  239. bizarre results when your program gets array and hash elements out of
  240. totally unexpected hashes and arrays that weren't the ones you wanted
  241. to use.
  242.  
  243.  
  244. =head2 An Example
  245.  
  246. Let's see a quick example of how all this is useful.
  247.  
  248. First, remember that C<[1, 2, 3]> makes an anonymous array containing
  249. C<(1, 2, 3)>, and gives you a reference to that array.
  250.  
  251. Now think about
  252.  
  253.     @a = ( [1, 2, 3],
  254.                [4, 5, 6],
  255.            [7, 8, 9]
  256.              );
  257.  
  258. @a is an array with three elements, and each one is a reference to
  259. another array.
  260.  
  261. C<$a[1]> is one of these references.  It refers to an array, the array
  262. containing C<(4, 5, 6)>, and because it is a reference to an array,
  263. B<Use Rule 2> says that we can write C<< $a[1]->[2] >> to get the
  264. third element from that array.  C<< $a[1]->[2] >> is the 6.
  265. Similarly, C<< $a[0]->[1] >> is the 2.  What we have here is like a
  266. two-dimensional array; you can write C<< $a[ROW]->[COLUMN] >> to get
  267. or set the element in any row and any column of the array.
  268.  
  269. The notation still looks a little cumbersome, so there's one more
  270. abbreviation:  
  271.  
  272. =head2 Arrow Rule
  273.  
  274. In between two B<subscripts>, the arrow is optional.
  275.  
  276. Instead of C<< $a[1]->[2] >>, we can write C<$a[1][2]>; it means the
  277. same thing.  Instead of C<< $a[0]->[1] = 23 >>, we can write
  278. C<$a[0][1] = 23>; it means the same thing.
  279.  
  280. Now it really looks like two-dimensional arrays!
  281.  
  282. You can see why the arrows are important.  Without them, we would have
  283. had to write C<${$a[1]}[2]> instead of C<$a[1][2]>.  For
  284. three-dimensional arrays, they let us write C<$x[2][3][5]> instead of
  285. the unreadable C<${${$x[2]}[3]}[5]>.
  286.  
  287. =head1 Solution
  288.  
  289. Here's the answer to the problem I posed earlier, of reformatting a
  290. file of city and country names.
  291.  
  292.     1   my %table;
  293.  
  294.     2   while (<>) {
  295.     3    chomp;
  296.     4     my ($city, $country) = split /, /;
  297.     5     $table{$country} = [] unless exists $table{$country};
  298.     6     push @{$table{$country}}, $city;
  299.     7   }
  300.  
  301.     8   foreach $country (sort keys %table) {
  302.     9     print "$country: ";
  303.    10     my @cities = @{$table{$country}};
  304.    11     print join ', ', sort @cities;
  305.    12     print ".\n";
  306.    13    }
  307.  
  308.  
  309. The program has two pieces: Lines 2--7 read the input and build a data
  310. structure, and lines 8-13 analyze the data and print out the report.
  311. We're going to have a hash, C<%table>, whose keys are country names,
  312. and whose values are references to arrays of city names.  The data
  313. structure will look like this:
  314.  
  315.  
  316.            %table
  317.         +-------+---+   
  318.         |       |   |   +-----------+--------+
  319.         |Germany| *---->| Frankfurt | Berlin |
  320.         |       |   |   +-----------+--------+
  321.         +-------+---+
  322.         |       |   |   +----------+
  323.         |Finland| *---->| Helsinki |
  324.         |       |   |   +----------+
  325.         +-------+---+
  326.         |       |   |   +---------+------------+----------+
  327.         |  USA  | *---->| Chicago | Washington | New York |
  328.         |       |   |   +---------+------------+----------+
  329.         +-------+---+
  330.  
  331. We'll look at output first.  Supposing we already have this structure,
  332. how do we print it out?
  333.  
  334.     8   foreach $country (sort keys %table) {
  335.     9     print "$country: ";
  336.    10     my @cities = @{$table{$country}};
  337.    11     print join ', ', sort @cities;
  338.    12     print ".\n";
  339.    13    }
  340.  
  341. C<%table> is an
  342. ordinary hash, and we get a list of keys from it, sort the keys, and
  343. loop over the keys as usual.  The only use of references is in line 10.
  344. C<$table{$country}> looks up the key C<$country> in the hash
  345. and gets the value, which is a reference to an array of cities in that country.
  346. B<Use Rule 1> says that
  347. we can recover the array by saying
  348. C<@{$table{$country}}>.  Line 10 is just like
  349.  
  350.     @cities = @array;
  351.  
  352. except that the name C<array> has been replaced by the reference
  353. C<{$table{$country}}>.  The C<@> tells Perl to get the entire array.
  354. Having gotten the list of cities, we sort it, join it, and print it
  355. out as usual.
  356.  
  357. Lines 2-7 are responsible for building the structure in the first
  358. place.  Here they are again:
  359.  
  360.     2   while (<>) {
  361.     3    chomp;
  362.     4     my ($city, $country) = split /, /;
  363.     5     $table{$country} = [] unless exists $table{$country};
  364.     6     push @{$table{$country}}, $city;
  365.     7   }
  366.  
  367. Lines 2-4 acquire a city and country name.  Line 5 looks to see if the
  368. country is already present as a key in the hash.  If it's not, the
  369. program uses the C<[]> notation (B<Make Rule 2>) to manufacture a new,
  370. empty anonymous array of cities, and installs a reference to it into
  371. the hash under the appropriate key.
  372.  
  373. Line 6 installs the city name into the appropriate array.
  374. C<$table{$country}> now holds a reference to the array of cities seen
  375. in that country so far.  Line 6 is exactly like
  376.  
  377.     push @array, $city;
  378.  
  379. except that the name C<array> has been replaced by the reference
  380. C<{$table{$country}}>.  The C<push> adds a city name to the end of the
  381. referred-to array.
  382.  
  383. There's one fine point I skipped.  Line 5 is unnecessary, and we can
  384. get rid of it.  
  385.  
  386.     2   while (<>) {
  387.     3    chomp;
  388.     4     my ($city, $country) = split /, /;
  389.     5   ####  $table{$country} = [] unless exists $table{$country};
  390.     6     push @{$table{$country}}, $city;
  391.     7   }
  392.  
  393. If there's already an entry in C<%table> for the current C<$country>,
  394. then nothing is different.  Line 6 will locate the value in
  395. C<$table{$country}>, which is a reference to an array, and push
  396. C<$city> into the array.  But
  397. what does it do when
  398. C<$country> holds a key, say C<Greece>, that is not yet in C<%table>?
  399.  
  400. This is Perl, so it does the exact right thing.  It sees that you want
  401. to push C<Athens> onto an array that doesn't exist, so it helpfully
  402. makes a new, empty, anonymous array for you, installs it into
  403. C<%table>, and then pushes C<Athens> onto it.  This is called
  404. `autovivification'--bringing things to life automatically.  Perl saw
  405. that they key wasn't in the hash, so it created a new hash entry
  406. automatically. Perl saw that you wanted to use the hash value as an
  407. array, so it created a new empty array and installed a reference to it
  408. in the hash automatically.  And as usual, Perl made the array one
  409. element longer to hold the new city name.
  410.  
  411. =head1 The Rest
  412.  
  413. I promised to give you 90% of the benefit with 10% of the details, and
  414. that means I left out 90% of the details.  Now that you have an
  415. overview of the important parts, it should be easier to read the
  416. L<perlref> manual page, which discusses 100% of the details.
  417.  
  418. Some of the highlights of L<perlref>:
  419.  
  420. =over 4
  421.  
  422. =item *
  423.  
  424. You can make references to anything, including scalars, functions, and
  425. other references.
  426.  
  427. =item *
  428.  
  429. In B<Use Rule 1>, you can omit the curly brackets whenever the thing
  430. inside them is an atomic scalar variable like C<$aref>.  For example,
  431. C<@$aref> is the same as C<@{$aref}>, and C<$$aref[1]> is the same as
  432. C<${$aref}[1]>.  If you're just starting out, you may want to adopt
  433. the habit of always including the curly brackets.
  434.  
  435. =item *
  436.  
  437. This doesn't copy the underlying array:
  438.  
  439.         $aref2 = $aref1;        
  440.  
  441. You get two references to the same array.  If you modify 
  442. C<< $aref1->[23] >> and then look at
  443. C<< $aref2->[23] >> you'll see the change.   
  444.  
  445. To copy the array, use
  446.  
  447.         $aref2 = [@{$aref1}];
  448.  
  449. This uses C<[...]> notation to create a new anonymous array, and
  450. C<$aref2> is assigned a reference to the new array.  The new array is
  451. initialized with the contents of the array referred to by C<$aref1>.
  452.  
  453. Similarly, to copy an anonymous hash, you can use
  454.  
  455.         $href2 = {%{$href1}};
  456.  
  457. =item * 
  458.  
  459. To see if a variable contains a reference, use the C<ref> function.  It
  460. returns true if its argument is a reference.  Actually it's a little
  461. better than that: It returns C<HASH> for hash references and C<ARRAY>
  462. for array references.
  463.  
  464. =item * 
  465.  
  466. If you try to use a reference like a string, you get strings like
  467.  
  468.     ARRAY(0x80f5dec)   or    HASH(0x826afc0)
  469.  
  470. If you ever see a string that looks like this, you'll know you
  471. printed out a reference by mistake.
  472.  
  473. A side effect of this representation is that you can use C<eq> to see
  474. if two references refer to the same thing.  (But you should usually use
  475. C<==> instead because it's much faster.)
  476.  
  477. =item *
  478.  
  479. You can use a string as if it were a reference.  If you use the string
  480. C<"foo"> as an array reference, it's taken to be a reference to the
  481. array C<@foo>.  This is called a I<soft reference> or I<symbolic
  482. reference>.  The declaration C<use strict 'refs'> disables this
  483. feature, which can cause all sorts of trouble if you use it by accident.
  484.  
  485. =back
  486.  
  487. You might prefer to go on to L<perllol> instead of L<perlref>; it
  488. discusses lists of lists and multidimensional arrays in detail.  After
  489. that, you should move on to L<perldsc>; it's a Data Structure Cookbook
  490. that shows recipes for using and printing out arrays of hashes, hashes
  491. of arrays, and other kinds of data.
  492.  
  493. =head1 Summary
  494.  
  495. Everyone needs compound data structures, and in Perl the way you get
  496. them is with references.  There are four important rules for managing
  497. references: Two for making references and two for using them.  Once
  498. you know these rules you can do most of the important things you need
  499. to do with references.
  500.  
  501. =head1 Credits
  502.  
  503. Author: Mark Jason Dominus, Plover Systems (C<mjd-perl-ref+@plover.com>)
  504.  
  505. This article originally appeared in I<The Perl Journal>
  506. ( http://www.tpj.com/ ) volume 3, #2.  Reprinted with permission.  
  507.  
  508. The original title was I<Understand References Today>.
  509.  
  510. =head2 Distribution Conditions
  511.  
  512. Copyright 1998 The Perl Journal.
  513.  
  514. This documentation is free; you can redistribute it and/or modify it
  515. under the same terms as Perl itself.
  516.  
  517. Irrespective of its distribution, all code examples in these files are
  518. hereby placed into the public domain.  You are permitted and
  519. encouraged to use this code in your own programs for fun or for profit
  520. as you see fit.  A simple comment in the code giving credit would be
  521. courteous but is not required.
  522.  
  523.  
  524.  
  525.  
  526. =cut
  527.