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Text File  |  2003-11-07  |  19KB  |  528 lines

  1.  
  2. =head1 NAME
  3.  
  4. perlreftut - Mark's very short tutorial about references
  5.  
  6. =head1 DESCRIPTION
  7.  
  8. One of the most important new features in Perl 5 was the capability to
  9. manage complicated data structures like multidimensional arrays and
  10. nested hashes.  To enable these, Perl 5 introduced a feature called
  11. `references', and using references is the key to managing complicated,
  12. structured data in Perl.  Unfortunately, there's a lot of funny syntax
  13. to learn, and the main manual page can be hard to follow.  The manual
  14. is quite complete, and sometimes people find that a problem, because
  15. it can be hard to tell what is important and what isn't.
  16.  
  17. Fortunately, you only need to know 10% of what's in the main page to get
  18. 90% of the benefit.  This page will show you that 10%.
  19.  
  20. =head1 Who Needs Complicated Data Structures?
  21.  
  22. One problem that came up all the time in Perl 4 was how to represent a
  23. hash whose values were lists.  Perl 4 had hashes, of course, but the
  24. values had to be scalars; they couldn't be lists.  
  25.  
  26. Why would you want a hash of lists?  Let's take a simple example: You
  27. have a file of city and country names, like this:
  28.  
  29.     Chicago, USA
  30.     Frankfurt, Germany
  31.     Berlin, Germany
  32.     Washington, USA
  33.     Helsinki, Finland
  34.     New York, USA
  35.  
  36. and you want to produce an output like this, with each country mentioned
  37. once, and then an alphabetical list of the cities in that country:
  38.  
  39.     Finland: Helsinki.
  40.     Germany: Berlin, Frankfurt.
  41.     USA:  Chicago, New York, Washington.
  42.  
  43. The natural way to do this is to have a hash whose keys are country
  44. names.  Associated with each country name key is a list of the cities in
  45. that country.  Each time you read a line of input, split it into a country
  46. and a city, look up the list of cities already known to be in that
  47. country, and append the new city to the list.  When you're done reading
  48. the input, iterate over the hash as usual, sorting each list of cities
  49. before you print it out.
  50.  
  51. If hash values can't be lists, you lose.  In Perl 4, hash values can't
  52. be lists; they can only be strings.  You lose.  You'd probably have to
  53. combine all the cities into a single string somehow, and then when
  54. time came to write the output, you'd have to break the string into a
  55. list, sort the list, and turn it back into a string.  This is messy
  56. and error-prone.  And it's frustrating, because Perl already has
  57. perfectly good lists that would solve the problem if only you could
  58. use them.
  59.  
  60. =head1 The Solution
  61.  
  62. By the time Perl 5 rolled around, we were already stuck with this
  63. design: Hash values must be scalars.  The solution to this is
  64. references.
  65.  
  66. A reference is a scalar value that I<refers to> an entire array or an
  67. entire hash (or to just about anything else).  Names are one kind of
  68. reference that you're already familiar with.  Think of the President
  69. of the United States: a messy, inconvenient bag of blood and bones.
  70. But to talk about him, or to represent him in a computer program, all
  71. you need is the easy, convenient scalar string "George Bush".
  72.  
  73. References in Perl are like names for arrays and hashes.  They're
  74. Perl's private, internal names, so you can be sure they're
  75. unambiguous.  Unlike "George Bush", a reference only refers to one
  76. thing, and you always know what it refers to.  If you have a reference
  77. to an array, you can recover the entire array from it.  If you have a
  78. reference to a hash, you can recover the entire hash.  But the
  79. reference is still an easy, compact scalar value.
  80.  
  81. You can't have a hash whose values are arrays; hash values can only be
  82. scalars.  We're stuck with that.  But a single reference can refer to
  83. an entire array, and references are scalars, so you can have a hash of
  84. references to arrays, and it'll act a lot like a hash of arrays, and
  85. it'll be just as useful as a hash of arrays.
  86.  
  87. We'll come back to this city-country problem later, after we've seen
  88. some syntax for managing references.
  89.  
  90.  
  91. =head1 Syntax
  92.  
  93. There are just two ways to make a reference, and just two ways to use
  94. it once you have it.
  95.  
  96. =head2 Making References
  97.  
  98. =head3 B<Make Rule 1>
  99.  
  100. If you put a C<\> in front of a variable, you get a
  101. reference to that variable.
  102.  
  103.     $aref = \@array;         # $aref now holds a reference to @array
  104.     $href = \%hash;          # $href now holds a reference to %hash
  105.  
  106. Once the reference is stored in a variable like $aref or $href, you
  107. can copy it or store it just the same as any other scalar value:
  108.  
  109.     $xy = $aref;             # $xy now holds a reference to @array
  110.     $p[3] = $href;           # $p[3] now holds a reference to %hash
  111.     $z = $p[3];              # $z now holds a reference to %hash
  112.  
  113.  
  114. These examples show how to make references to variables with names.
  115. Sometimes you want to make an array or a hash that doesn't have a
  116. name.  This is analogous to the way you like to be able to use the
  117. string C<"\n"> or the number 80 without having to store it in a named
  118. variable first.
  119.  
  120. B<Make Rule 2>
  121.  
  122. C<[ ITEMS ]> makes a new, anonymous array, and returns a reference to
  123. that array.  C<{ ITEMS }> makes a new, anonymous hash, and returns a
  124. reference to that hash.
  125.  
  126.     $aref = [ 1, "foo", undef, 13 ];  
  127.     # $aref now holds a reference to an array
  128.  
  129.     $href = { APR => 4, AUG => 8 };   
  130.     # $href now holds a reference to a hash
  131.  
  132.  
  133. The references you get from rule 2 are the same kind of
  134. references that you get from rule 1:
  135.  
  136.     # This:
  137.     $aref = [ 1, 2, 3 ];
  138.  
  139.     # Does the same as this:
  140.     @array = (1, 2, 3);
  141.     $aref = \@array;
  142.  
  143.  
  144. The first line is an abbreviation for the following two lines, except
  145. that it doesn't create the superfluous array variable C<@array>.
  146.  
  147. If you write just C<[]>, you get a new, empty anonymous array.
  148. If you write just C<{}>, you get a new, empty anonymous hash.
  149.  
  150.  
  151. =head2 Using References
  152.  
  153. What can you do with a reference once you have it?  It's a scalar
  154. value, and we've seen that you can store it as a scalar and get it back
  155. again just like any scalar.  There are just two more ways to use it:
  156.  
  157. =head3 B<Use Rule 1>
  158.  
  159. You can always use an array reference, in curly braces, in place of
  160. the name of an array.  For example, C<@{$aref}> instead of C<@array>.
  161.  
  162. Here are some examples of that:
  163.  
  164. Arrays:
  165.  
  166.  
  167.     @a        @{$aref}        An array
  168.     reverse @a    reverse @{$aref}    Reverse the array
  169.     $a[3]        ${$aref}[3]        An element of the array
  170.     $a[3] = 17;    ${$aref}[3] = 17    Assigning an element
  171.  
  172.  
  173. On each line are two expressions that do the same thing.  The
  174. left-hand versions operate on the array C<@a>.  The right-hand
  175. versions operate on the array that is referred to by C<$aref>.  Once
  176. they find the array they're operating on, both versions do the same
  177. things to the arrays.
  178.  
  179. Using a hash reference is I<exactly> the same:
  180.  
  181.     %h        %{$href}          A hash
  182.     keys %h        keys %{$href}          Get the keys from the hash
  183.     $h{'red'}    ${$href}{'red'}          An element of the hash
  184.     $h{'red'} = 17    ${$href}{'red'} = 17  Assigning an element
  185.  
  186. Whatever you want to do with a reference, B<Use Rule 1> tells you how
  187. to do it.  You just write the Perl code that you would have written
  188. for doing the same thing to a regular array or hash, and then replace
  189. the array or hash name with C<{$reference}>.  "How do I loop over an
  190. array when all I have is a reference?"  Well, to loop over an array, you
  191. would write
  192.  
  193.         for my $element (@array) {
  194.            ...
  195.         }
  196.  
  197. so replace the array name, C<@array>, with the reference:
  198.  
  199.         for my $element (@{$aref}) {
  200.            ...
  201.         }
  202.  
  203. "How do I print out the contents of a hash when all I have is a
  204. reference?"  First write the code for printing out a hash:
  205.  
  206.         for my $key (keys %hash) {
  207.           print "$key => $hash{$key}\n";
  208.         }
  209.  
  210. And then replace the hash name with the reference:
  211.  
  212.         for my $key (keys %{$href}) {
  213.           print "$key => ${$href}{$key}\n";
  214.         }
  215.  
  216. =head3 B<Use Rule 2>
  217.  
  218. B<Use Rule 1> is all you really need, because it tells you how to to
  219. absolutely everything you ever need to do with references.  But the
  220. most common thing to do with an array or a hash is to extract a single
  221. element, and the B<Use Rule 1> notation is cumbersome.  So there is an
  222. abbreviation.
  223.  
  224. C<${$aref}[3]> is too hard to read, so you can write C<< $aref->[3] >>
  225. instead.
  226.  
  227. C<${$href}{red}> is too hard to read, so you can write
  228. C<< $href->{red} >> instead.
  229.  
  230. If C<$aref> holds a reference to an array, then C<< $aref->[3] >> is
  231. the fourth element of the array.  Don't confuse this with C<$aref[3]>,
  232. which is the fourth element of a totally different array, one
  233. deceptively named C<@aref>.  C<$aref> and C<@aref> are unrelated the
  234. same way that C<$item> and C<@item> are.
  235.  
  236. Similarly, C<< $href->{'red'} >> is part of the hash referred to by
  237. the scalar variable C<$href>, perhaps even one with no name.
  238. C<$href{'red'}> is part of the deceptively named C<%href> hash.  It's
  239. easy to forget to leave out the C<< -> >>, and if you do, you'll get
  240. bizarre results when your program gets array and hash elements out of
  241. totally unexpected hashes and arrays that weren't the ones you wanted
  242. to use.
  243.  
  244.  
  245. =head2 An Example
  246.  
  247. Let's see a quick example of how all this is useful.
  248.  
  249. First, remember that C<[1, 2, 3]> makes an anonymous array containing
  250. C<(1, 2, 3)>, and gives you a reference to that array.
  251.  
  252. Now think about
  253.  
  254.     @a = ( [1, 2, 3],
  255.                [4, 5, 6],
  256.            [7, 8, 9]
  257.              );
  258.  
  259. @a is an array with three elements, and each one is a reference to
  260. another array.
  261.  
  262. C<$a[1]> is one of these references.  It refers to an array, the array
  263. containing C<(4, 5, 6)>, and because it is a reference to an array,
  264. B<Use Rule 2> says that we can write C<< $a[1]->[2] >> to get the
  265. third element from that array.  C<< $a[1]->[2] >> is the 6.
  266. Similarly, C<< $a[0]->[1] >> is the 2.  What we have here is like a
  267. two-dimensional array; you can write C<< $a[ROW]->[COLUMN] >> to get
  268. or set the element in any row and any column of the array.
  269.  
  270. The notation still looks a little cumbersome, so there's one more
  271. abbreviation:  
  272.  
  273. =head2 Arrow Rule
  274.  
  275. In between two B<subscripts>, the arrow is optional.
  276.  
  277. Instead of C<< $a[1]->[2] >>, we can write C<$a[1][2]>; it means the
  278. same thing.  Instead of C<< $a[0]->[1] = 23 >>, we can write
  279. C<$a[0][1] = 23>; it means the same thing.
  280.  
  281. Now it really looks like two-dimensional arrays!
  282.  
  283. You can see why the arrows are important.  Without them, we would have
  284. had to write C<${$a[1]}[2]> instead of C<$a[1][2]>.  For
  285. three-dimensional arrays, they let us write C<$x[2][3][5]> instead of
  286. the unreadable C<${${$x[2]}[3]}[5]>.
  287.  
  288. =head1 Solution
  289.  
  290. Here's the answer to the problem I posed earlier, of reformatting a
  291. file of city and country names.
  292.  
  293.     1   my %table;
  294.  
  295.     2   while (<>) {
  296.     3    chomp;
  297.     4     my ($city, $country) = split /, /;
  298.     5     $table{$country} = [] unless exists $table{$country};
  299.     6     push @{$table{$country}}, $city;
  300.     7   }
  301.  
  302.     8   foreach $country (sort keys %table) {
  303.     9     print "$country: ";
  304.    10     my @cities = @{$table{$country}};
  305.    11     print join ', ', sort @cities;
  306.    12     print ".\n";
  307.    13    }
  308.  
  309.  
  310. The program has two pieces: Lines 2--7 read the input and build a data
  311. structure, and lines 8-13 analyze the data and print out the report.
  312. We're going to have a hash, C<%table>, whose keys are country names,
  313. and whose values are references to arrays of city names.  The data
  314. structure will look like this:
  315.  
  316.  
  317.            %table
  318.         +-------+---+   
  319.         |       |   |   +-----------+--------+
  320.         |Germany| *---->| Frankfurt | Berlin |
  321.         |       |   |   +-----------+--------+
  322.         +-------+---+
  323.         |       |   |   +----------+
  324.         |Finland| *---->| Helsinki |
  325.         |       |   |   +----------+
  326.         +-------+---+
  327.         |       |   |   +---------+------------+----------+
  328.         |  USA  | *---->| Chicago | Washington | New York |
  329.         |       |   |   +---------+------------+----------+
  330.         +-------+---+
  331.  
  332. We'll look at output first.  Supposing we already have this structure,
  333. how do we print it out?
  334.  
  335.     8   foreach $country (sort keys %table) {
  336.     9     print "$country: ";
  337.    10     my @cities = @{$table{$country}};
  338.    11     print join ', ', sort @cities;
  339.    12     print ".\n";
  340.    13    }
  341.  
  342. C<%table> is an
  343. ordinary hash, and we get a list of keys from it, sort the keys, and
  344. loop over the keys as usual.  The only use of references is in line 10.
  345. C<$table{$country}> looks up the key C<$country> in the hash
  346. and gets the value, which is a reference to an array of cities in that country.
  347. B<Use Rule 1> says that
  348. we can recover the array by saying
  349. C<@{$table{$country}}>.  Line 10 is just like
  350.  
  351.     @cities = @array;
  352.  
  353. except that the name C<array> has been replaced by the reference
  354. C<{$table{$country}}>.  The C<@> tells Perl to get the entire array.
  355. Having gotten the list of cities, we sort it, join it, and print it
  356. out as usual.
  357.  
  358. Lines 2-7 are responsible for building the structure in the first
  359. place.  Here they are again:
  360.  
  361.     2   while (<>) {
  362.     3    chomp;
  363.     4     my ($city, $country) = split /, /;
  364.     5     $table{$country} = [] unless exists $table{$country};
  365.     6     push @{$table{$country}}, $city;
  366.     7   }
  367.  
  368. Lines 2-4 acquire a city and country name.  Line 5 looks to see if the
  369. country is already present as a key in the hash.  If it's not, the
  370. program uses the C<[]> notation (B<Make Rule 2>) to manufacture a new,
  371. empty anonymous array of cities, and installs a reference to it into
  372. the hash under the appropriate key.
  373.  
  374. Line 6 installs the city name into the appropriate array.
  375. C<$table{$country}> now holds a reference to the array of cities seen
  376. in that country so far.  Line 6 is exactly like
  377.  
  378.     push @array, $city;
  379.  
  380. except that the name C<array> has been replaced by the reference
  381. C<{$table{$country}}>.  The C<push> adds a city name to the end of the
  382. referred-to array.
  383.  
  384. There's one fine point I skipped.  Line 5 is unnecessary, and we can
  385. get rid of it.  
  386.  
  387.     2   while (<>) {
  388.     3    chomp;
  389.     4     my ($city, $country) = split /, /;
  390.     5   ####  $table{$country} = [] unless exists $table{$country};
  391.     6     push @{$table{$country}}, $city;
  392.     7   }
  393.  
  394. If there's already an entry in C<%table> for the current C<$country>,
  395. then nothing is different.  Line 6 will locate the value in
  396. C<$table{$country}>, which is a reference to an array, and push
  397. C<$city> into the array.  But
  398. what does it do when
  399. C<$country> holds a key, say C<Greece>, that is not yet in C<%table>?
  400.  
  401. This is Perl, so it does the exact right thing.  It sees that you want
  402. to push C<Athens> onto an array that doesn't exist, so it helpfully
  403. makes a new, empty, anonymous array for you, installs it into
  404. C<%table>, and then pushes C<Athens> onto it.  This is called
  405. `autovivification'--bringing things to life automatically.  Perl saw
  406. that they key wasn't in the hash, so it created a new hash entry
  407. automatically. Perl saw that you wanted to use the hash value as an
  408. array, so it created a new empty array and installed a reference to it
  409. in the hash automatically.  And as usual, Perl made the array one
  410. element longer to hold the new city name.
  411.  
  412. =head1 The Rest
  413.  
  414. I promised to give you 90% of the benefit with 10% of the details, and
  415. that means I left out 90% of the details.  Now that you have an
  416. overview of the important parts, it should be easier to read the
  417. L<perlref> manual page, which discusses 100% of the details.
  418.  
  419. Some of the highlights of L<perlref>:
  420.  
  421. =over 4
  422.  
  423. =item *
  424.  
  425. You can make references to anything, including scalars, functions, and
  426. other references.
  427.  
  428. =item *
  429.  
  430. In B<Use Rule 1>, you can omit the curly brackets whenever the thing
  431. inside them is an atomic scalar variable like C<$aref>.  For example,
  432. C<@$aref> is the same as C<@{$aref}>, and C<$$aref[1]> is the same as
  433. C<${$aref}[1]>.  If you're just starting out, you may want to adopt
  434. the habit of always including the curly brackets.
  435.  
  436. =item *
  437.  
  438. This doesn't copy the underlying array:
  439.  
  440.         $aref2 = $aref1;        
  441.  
  442. You get two references to the same array.  If you modify 
  443. C<< $aref1->[23] >> and then look at
  444. C<< $aref2->[23] >> you'll see the change.   
  445.  
  446. To copy the array, use
  447.  
  448.         $aref2 = [@{$aref1}];
  449.  
  450. This uses C<[...]> notation to create a new anonymous array, and
  451. C<$aref2> is assigned a reference to the new array.  The new array is
  452. initialized with the contents of the array referred to by C<$aref1>.
  453.  
  454. Similarly, to copy an anonymous hash, you can use
  455.  
  456.         $href2 = {%{$href1}};
  457.  
  458. =item * 
  459.  
  460. To see if a variable contains a reference, use the C<ref> function.  It
  461. returns true if its argument is a reference.  Actually it's a little
  462. better than that: It returns C<HASH> for hash references and C<ARRAY>
  463. for array references.
  464.  
  465. =item * 
  466.  
  467. If you try to use a reference like a string, you get strings like
  468.  
  469.     ARRAY(0x80f5dec)   or    HASH(0x826afc0)
  470.  
  471. If you ever see a string that looks like this, you'll know you
  472. printed out a reference by mistake.
  473.  
  474. A side effect of this representation is that you can use C<eq> to see
  475. if two references refer to the same thing.  (But you should usually use
  476. C<==> instead because it's much faster.)
  477.  
  478. =item *
  479.  
  480. You can use a string as if it were a reference.  If you use the string
  481. C<"foo"> as an array reference, it's taken to be a reference to the
  482. array C<@foo>.  This is called a I<soft reference> or I<symbolic
  483. reference>.  The declaration C<use strict 'refs'> disables this
  484. feature, which can cause all sorts of trouble if you use it by accident.
  485.  
  486. =back
  487.  
  488. You might prefer to go on to L<perllol> instead of L<perlref>; it
  489. discusses lists of lists and multidimensional arrays in detail.  After
  490. that, you should move on to L<perldsc>; it's a Data Structure Cookbook
  491. that shows recipes for using and printing out arrays of hashes, hashes
  492. of arrays, and other kinds of data.
  493.  
  494. =head1 Summary
  495.  
  496. Everyone needs compound data structures, and in Perl the way you get
  497. them is with references.  There are four important rules for managing
  498. references: Two for making references and two for using them.  Once
  499. you know these rules you can do most of the important things you need
  500. to do with references.
  501.  
  502. =head1 Credits
  503.  
  504. Author: Mark Jason Dominus, Plover Systems (C<mjd-perl-ref+@plover.com>)
  505.  
  506. This article originally appeared in I<The Perl Journal>
  507. ( http://www.tpj.com/ ) volume 3, #2.  Reprinted with permission.  
  508.  
  509. The original title was I<Understand References Today>.
  510.  
  511. =head2 Distribution Conditions
  512.  
  513. Copyright 1998 The Perl Journal.
  514.  
  515. This documentation is free; you can redistribute it and/or modify it
  516. under the same terms as Perl itself.
  517.  
  518. Irrespective of its distribution, all code examples in these files are
  519. hereby placed into the public domain.  You are permitted and
  520. encouraged to use this code in your own programs for fun or for profit
  521. as you see fit.  A simple comment in the code giving credit would be
  522. courteous but is not required.
  523.  
  524.  
  525.  
  526.  
  527. =cut
  528.