This is a live mirror of the Perl 5 development currently hosted at https://github.com/perl/perl5
perldelta entry for the PV/IV flags changes.
[perl5.git] / pod / perliol.pod
1 =head1 NAME
2
3 perliol - C API for Perl's implementation of IO in Layers.
4
5 =head1 SYNOPSIS
6
7     /* Defining a layer ... */
8     #include <perliol.h>
9
10 =head1 DESCRIPTION
11
12 This document describes the behavior and implementation of the PerlIO
13 abstraction described in L<perlapio> when C<USE_PERLIO> is defined.
14
15 =head2 History and Background
16
17 The PerlIO abstraction was introduced in perl5.003_02 but languished as
18 just an abstraction until perl5.7.0. However during that time a number
19 of perl extensions switched to using it, so the API is mostly fixed to
20 maintain (source) compatibility.
21
22 The aim of the implementation is to provide the PerlIO API in a flexible
23 and platform neutral manner. It is also a trial of an "Object Oriented
24 C, with vtables" approach which may be applied to Raku.
25
26 =head2 Basic Structure
27
28 PerlIO is a stack of layers.
29
30 The low levels of the stack work with the low-level operating system
31 calls (file descriptors in C) getting bytes in and out, the higher
32 layers of the stack buffer, filter, and otherwise manipulate the I/O,
33 and return characters (or bytes) to Perl.  Terms I<above> and I<below>
34 are used to refer to the relative positioning of the stack layers.
35
36 A layer contains a "vtable", the table of I/O operations (at C level
37 a table of function pointers), and status flags.  The functions in the
38 vtable implement operations like "open", "read", and "write".
39
40 When I/O, for example "read", is requested, the request goes from Perl
41 first down the stack using "read" functions of each layer, then at the
42 bottom the input is requested from the operating system services, then
43 the result is returned up the stack, finally being interpreted as Perl
44 data.
45
46 The requests do not necessarily go always all the way down to the
47 operating system: that's where PerlIO buffering comes into play.
48
49 When you do an open() and specify extra PerlIO layers to be deployed,
50 the layers you specify are "pushed" on top of the already existing
51 default stack.  One way to see it is that "operating system is
52 on the left" and "Perl is on the right".
53
54 What exact layers are in this default stack depends on a lot of
55 things: your operating system, Perl version, Perl compile time
56 configuration, and Perl runtime configuration.  See L<PerlIO>,
57 L<perlrun/PERLIO>, and L<open> for more information.
58
59 binmode() operates similarly to open(): by default the specified
60 layers are pushed on top of the existing stack.
61
62 However, note that even as the specified layers are "pushed on top"
63 for open() and binmode(), this doesn't mean that the effects are
64 limited to the "top": PerlIO layers can be very 'active' and inspect
65 and affect layers also deeper in the stack.  As an example there
66 is a layer called "raw" which repeatedly "pops" layers until
67 it reaches the first layer that has declared itself capable of
68 handling binary data.  The "pushed" layers are processed in left-to-right
69 order.
70
71 sysopen() operates (unsurprisingly) at a lower level in the stack than
72 open().  For example in Unix or Unix-like systems sysopen() operates
73 directly at the level of file descriptors: in the terms of PerlIO
74 layers, it uses only the "unix" layer, which is a rather thin wrapper
75 on top of the Unix file descriptors.
76
77 =head2 Layers vs Disciplines
78
79 Initial discussion of the ability to modify IO streams behaviour used
80 the term "discipline" for the entities which were added. This came (I
81 believe) from the use of the term in "sfio", which in turn borrowed it
82 from "line disciplines" on Unix terminals. However, this document (and
83 the C code) uses the term "layer".
84
85 This is, I hope, a natural term given the implementation, and should
86 avoid connotations that are inherent in earlier uses of "discipline"
87 for things which are rather different.
88
89 =head2 Data Structures
90
91 The basic data structure is a PerlIOl:
92
93         typedef struct _PerlIO PerlIOl;
94         typedef struct _PerlIO_funcs PerlIO_funcs;
95         typedef PerlIOl *PerlIO;
96
97         struct _PerlIO
98         {
99          PerlIOl *      next;       /* Lower layer */
100          PerlIO_funcs * tab;        /* Functions for this layer */
101          U32            flags;      /* Various flags for state */
102         };
103
104 A C<PerlIOl *> is a pointer to the struct, and the I<application>
105 level C<PerlIO *> is a pointer to a C<PerlIOl *> - i.e. a pointer
106 to a pointer to the struct. This allows the application level C<PerlIO *>
107 to remain constant while the actual C<PerlIOl *> underneath
108 changes. (Compare perl's C<SV *> which remains constant while its
109 C<sv_any> field changes as the scalar's type changes.) An IO stream is
110 then in general represented as a pointer to this linked-list of
111 "layers".
112
113 It should be noted that because of the double indirection in a C<PerlIO *>,
114 a C<< &(perlio->next) >> "is" a C<PerlIO *>, and so to some degree
115 at least one layer can use the "standard" API on the next layer down.
116
117 A "layer" is composed of two parts:
118
119 =over 4
120
121 =item 1.
122
123 The functions and attributes of the "layer class".
124
125 =item 2.
126
127 The per-instance data for a particular handle.
128
129 =back
130
131 =head2 Functions and Attributes
132
133 The functions and attributes are accessed via the "tab" (for table)
134 member of C<PerlIOl>. The functions (methods of the layer "class") are
135 fixed, and are defined by the C<PerlIO_funcs> type. They are broadly the
136 same as the public C<PerlIO_xxxxx> functions:
137
138  struct _PerlIO_funcs
139  {
140   Size_t     fsize;
141   char *     name;
142   Size_t     size;
143   IV         kind;
144   IV         (*Pushed)(pTHX_ PerlIO *f,
145                              const char *mode,
146                              SV *arg,
147                              PerlIO_funcs *tab);
148   IV         (*Popped)(pTHX_ PerlIO *f);
149   PerlIO *   (*Open)(pTHX_ PerlIO_funcs *tab,
150                            PerlIO_list_t *layers, IV n,
151                            const char *mode,
152                            int fd, int imode, int perm,
153                            PerlIO *old,
154                            int narg, SV **args);
155   IV         (*Binmode)(pTHX_ PerlIO *f);
156   SV *       (*Getarg)(pTHX_ PerlIO *f, CLONE_PARAMS *param, int flags)
157   IV         (*Fileno)(pTHX_ PerlIO *f);
158   PerlIO *   (*Dup)(pTHX_ PerlIO *f,
159                           PerlIO *o,
160                           CLONE_PARAMS *param,
161                           int flags)
162   /* Unix-like functions - cf sfio line disciplines */
163   SSize_t    (*Read)(pTHX_ PerlIO *f, void *vbuf, Size_t count);
164   SSize_t    (*Unread)(pTHX_ PerlIO *f, const void *vbuf, Size_t count);
165   SSize_t    (*Write)(pTHX_ PerlIO *f, const void *vbuf, Size_t count);
166   IV         (*Seek)(pTHX_ PerlIO *f, Off_t offset, int whence);
167   Off_t      (*Tell)(pTHX_ PerlIO *f);
168   IV         (*Close)(pTHX_ PerlIO *f);
169   /* Stdio-like buffered IO functions */
170   IV         (*Flush)(pTHX_ PerlIO *f);
171   IV         (*Fill)(pTHX_ PerlIO *f);
172   IV         (*Eof)(pTHX_ PerlIO *f);
173   IV         (*Error)(pTHX_ PerlIO *f);
174   void       (*Clearerr)(pTHX_ PerlIO *f);
175   void       (*Setlinebuf)(pTHX_ PerlIO *f);
176   /* Perl's snooping functions */
177   STDCHAR *  (*Get_base)(pTHX_ PerlIO *f);
178   Size_t     (*Get_bufsiz)(pTHX_ PerlIO *f);
179   STDCHAR *  (*Get_ptr)(pTHX_ PerlIO *f);
180   SSize_t    (*Get_cnt)(pTHX_ PerlIO *f);
181   void       (*Set_ptrcnt)(pTHX_ PerlIO *f,STDCHAR *ptr,SSize_t cnt);
182  };
183
184 The first few members of the struct give a function table size for
185 compatibility check "name" for the layer, the  size to C<malloc> for the per-instance data,
186 and some flags which are attributes of the class as whole (such as whether it is a buffering
187 layer), then follow the functions which fall into four basic groups:
188
189 =over 4
190
191 =item 1.
192
193 Opening and setup functions
194
195 =item 2.
196
197 Basic IO operations
198
199 =item 3.
200
201 Stdio class buffering options.
202
203 =item 4.
204
205 Functions to support Perl's traditional "fast" access to the buffer.
206
207 =back
208
209 A layer does not have to implement all the functions, but the whole
210 table has to be present. Unimplemented slots can be NULL (which will
211 result in an error when called) or can be filled in with stubs to
212 "inherit" behaviour from a "base class". This "inheritance" is fixed
213 for all instances of the layer, but as the layer chooses which stubs
214 to populate the table, limited "multiple inheritance" is possible.
215
216 =head2 Per-instance Data
217
218 The per-instance data are held in memory beyond the basic PerlIOl
219 struct, by making a PerlIOl the first member of the layer's struct
220 thus:
221
222         typedef struct
223         {
224          struct _PerlIO base;       /* Base "class" info */
225          STDCHAR *      buf;        /* Start of buffer */
226          STDCHAR *      end;        /* End of valid part of buffer */
227          STDCHAR *      ptr;        /* Current position in buffer */
228          Off_t          posn;       /* Offset of buf into the file */
229          Size_t         bufsiz;     /* Real size of buffer */
230          IV             oneword;    /* Emergency buffer */
231         } PerlIOBuf;
232
233 In this way (as for perl's scalars) a pointer to a PerlIOBuf can be
234 treated as a pointer to a PerlIOl.
235
236 =head2 Layers in action.
237
238                 table           perlio          unix
239             |           |
240             +-----------+    +----------+    +--------+
241    PerlIO ->|           |--->|  next    |--->|  NULL  |
242             +-----------+    +----------+    +--------+
243             |           |    |  buffer  |    |   fd   |
244             +-----------+    |          |    +--------+
245             |           |    +----------+
246
247
248 The above attempts to show how the layer scheme works in a simple case.
249 The application's C<PerlIO *> points to an entry in the table(s)
250 representing open (allocated) handles. For example the first three slots
251 in the table correspond to C<stdin>,C<stdout> and C<stderr>. The table
252 in turn points to the current "top" layer for the handle - in this case
253 an instance of the generic buffering layer "perlio". That layer in turn
254 points to the next layer down - in this case the low-level "unix" layer.
255
256 The above is roughly equivalent to a "stdio" buffered stream, but with
257 much more flexibility:
258
259 =over 4
260
261 =item *
262
263 If Unix level C<read>/C<write>/C<lseek> is not appropriate for (say)
264 sockets then the "unix" layer can be replaced (at open time or even
265 dynamically) with a "socket" layer.
266
267 =item *
268
269 Different handles can have different buffering schemes. The "top"
270 layer could be the "mmap" layer if reading disk files was quicker
271 using C<mmap> than C<read>. An "unbuffered" stream can be implemented
272 simply by not having a buffer layer.
273
274 =item *
275
276 Extra layers can be inserted to process the data as it flows through.
277 This was the driving need for including the scheme in perl 5.7.0+ - we
278 needed a mechanism to allow data to be translated between perl's
279 internal encoding (conceptually at least Unicode as UTF-8), and the
280 "native" format used by the system. This is provided by the
281 ":encoding(xxxx)" layer which typically sits above the buffering layer.
282
283 =item *
284
285 A layer can be added that does "\n" to CRLF translation. This layer
286 can be used on any platform, not just those that normally do such
287 things.
288
289 =back
290
291 =head2 Per-instance flag bits
292
293 The generic flag bits are a hybrid of C<O_XXXXX> style flags deduced
294 from the mode string passed to C<PerlIO_open()>, and state bits for
295 typical buffer layers.
296
297 =over 4
298
299 =item PERLIO_F_EOF
300
301 End of file.
302
303 =item PERLIO_F_CANWRITE
304
305 Writes are permitted, i.e. opened as "w" or "r+" or "a", etc.
306
307 =item  PERLIO_F_CANREAD
308
309 Reads are permitted i.e. opened "r" or "w+" (or even "a+" - ick).
310
311 =item PERLIO_F_ERROR
312
313 An error has occurred (for C<PerlIO_error()>).
314
315 =item PERLIO_F_TRUNCATE
316
317 Truncate file suggested by open mode.
318
319 =item PERLIO_F_APPEND
320
321 All writes should be appends.
322
323 =item PERLIO_F_CRLF
324
325 Layer is performing Win32-like "\n" mapped to CR,LF for output and CR,LF
326 mapped to "\n" for input. Normally the provided "crlf" layer is the only
327 layer that need bother about this. C<PerlIO_binmode()> will mess with this
328 flag rather than add/remove layers if the C<PERLIO_K_CANCRLF> bit is set
329 for the layers class.
330
331 =item PERLIO_F_UTF8
332
333 Data written to this layer should be UTF-8 encoded; data provided
334 by this layer should be considered UTF-8 encoded. Can be set on any layer
335 by ":utf8" dummy layer. Also set on ":encoding" layer.
336
337 =item PERLIO_F_UNBUF
338
339 Layer is unbuffered - i.e. write to next layer down should occur for
340 each write to this layer.
341
342 =item PERLIO_F_WRBUF
343
344 The buffer for this layer currently holds data written to it but not sent
345 to next layer.
346
347 =item PERLIO_F_RDBUF
348
349 The buffer for this layer currently holds unconsumed data read from
350 layer below.
351
352 =item PERLIO_F_LINEBUF
353
354 Layer is line buffered. Write data should be passed to next layer down
355 whenever a "\n" is seen. Any data beyond the "\n" should then be
356 processed.
357
358 =item PERLIO_F_TEMP
359
360 File has been C<unlink()>ed, or should be deleted on C<close()>.
361
362 =item PERLIO_F_OPEN
363
364 Handle is open.
365
366 =item PERLIO_F_FASTGETS
367
368 This instance of this layer supports the "fast C<gets>" interface.
369 Normally set based on C<PERLIO_K_FASTGETS> for the class and by the
370 existence of the function(s) in the table. However a class that
371 normally provides that interface may need to avoid it on a
372 particular instance. The "pending" layer needs to do this when
373 it is pushed above a layer which does not support the interface.
374 (Perl's C<sv_gets()> does not expect the streams fast C<gets> behaviour
375 to change during one "get".)
376
377 =for apidoc Amnh||PERLIO_F_APPEND
378 =for apidoc_item || PERLIO_F_CANREAD
379 =for apidoc_item ||PERLIO_F_CANWRITE
380 =for apidoc_item ||PERLIO_F_CRLF
381 =for apidoc_item ||PERLIO_F_EOF
382 =for apidoc_item ||PERLIO_F_ERROR
383 =for apidoc_item ||PERLIO_F_FASTGETS
384 =for apidoc_item ||PERLIO_F_LINEBUF
385 =for apidoc_item ||PERLIO_F_OPEN
386 =for apidoc_item ||PERLIO_F_RDBUF
387 =for apidoc_item ||PERLIO_F_TEMP
388 =for apidoc_item ||PERLIO_F_TRUNCATE
389 =for apidoc_item ||PERLIO_F_UNBUF
390 =for apidoc_item ||PERLIO_F_UTF8
391 =for apidoc_item ||PERLIO_F_WRBUF
392
393 =back
394
395 =head2 Methods in Detail
396
397 =over 4
398
399 =item fsize
400
401         Size_t fsize;
402
403 Size of the function table. This is compared against the value PerlIO
404 code "knows" as a compatibility check. Future versions I<may> be able
405 to tolerate layers compiled against an old version of the headers.
406
407 =item name
408
409         char * name;
410
411 The name of the layer whose open() method Perl should invoke on
412 open().  For example if the layer is called APR, you will call:
413
414   open $fh, ">:APR", ...
415
416 and Perl knows that it has to invoke the PerlIOAPR_open() method
417 implemented by the APR layer.
418
419 =item size
420
421         Size_t size;
422
423 The size of the per-instance data structure, e.g.:
424
425   sizeof(PerlIOAPR)
426
427 If this field is zero then C<PerlIO_pushed> does not malloc anything
428 and assumes layer's Pushed function will do any required layer stack
429 manipulation - used to avoid malloc/free overhead for dummy layers.
430 If the field is non-zero it must be at least the size of C<PerlIOl>,
431 C<PerlIO_pushed> will allocate memory for the layer's data structures
432 and link new layer onto the stream's stack. (If the layer's Pushed
433 method returns an error indication the layer is popped again.)
434
435 =item kind
436
437         IV kind;
438
439 =over 4
440
441 =item * PERLIO_K_BUFFERED
442
443 The layer is buffered.
444
445 =item * PERLIO_K_RAW
446
447 The layer is acceptable to have in a binmode(FH) stack - i.e. it does not
448 (or will configure itself not to) transform bytes passing through it.
449
450 =item * PERLIO_K_CANCRLF
451
452 Layer can translate between "\n" and CRLF line ends.
453
454 =item * PERLIO_K_FASTGETS
455
456 Layer allows buffer snooping.
457
458 =item * PERLIO_K_MULTIARG
459
460 Used when the layer's open() accepts more arguments than usual. The
461 extra arguments should come not before the C<MODE> argument. When this
462 flag is used it's up to the layer to validate the args.
463
464 =for apidoc  Amnh|| PERLIO_K_BUFFERED
465 =for apidoc_item || PERLIO_K_CANCRLF
466 =for apidoc_item || PERLIO_K_FASTGETS
467 =for apidoc_item || PERLIO_K_MULTIARG
468 =for apidoc_item || PERLIO_K_RAW
469
470 =back
471
472 =item Pushed
473
474  IV     (*Pushed)(pTHX_ PerlIO *f,const char *mode, SV *arg);
475
476 The only absolutely mandatory method. Called when the layer is pushed
477 onto the stack.  The C<mode> argument may be NULL if this occurs
478 post-open. The C<arg> will be non-C<NULL> if an argument string was
479 passed. In most cases this should call C<PerlIOBase_pushed()> to
480 convert C<mode> into the appropriate C<PERLIO_F_XXXXX> flags in
481 addition to any actions the layer itself takes.  If a layer is not
482 expecting an argument it need neither save the one passed to it, nor
483 provide C<Getarg()> (it could perhaps C<Perl_warn> that the argument
484 was un-expected).
485
486 Returns 0 on success. On failure returns -1 and should set errno.
487
488 =item Popped
489
490         IV      (*Popped)(pTHX_ PerlIO *f);
491
492 Called when the layer is popped from the stack. A layer will normally
493 be popped after C<Close()> is called. But a layer can be popped
494 without being closed if the program is dynamically managing layers on
495 the stream. In such cases C<Popped()> should free any resources
496 (buffers, translation tables, ...) not held directly in the layer's
497 struct.  It should also C<Unread()> any unconsumed data that has been
498 read and buffered from the layer below back to that layer, so that it
499 can be re-provided to what ever is now above.
500
501 Returns 0 on success and failure.  If C<Popped()> returns I<true> then
502 I<perlio.c> assumes that either the layer has popped itself, or the
503 layer is super special and needs to be retained for other reasons.
504 In most cases it should return I<false>.
505
506 =item Open
507
508         PerlIO *        (*Open)(...);
509
510 The C<Open()> method has lots of arguments because it combines the
511 functions of perl's C<open>, C<PerlIO_open>, perl's C<sysopen>,
512 C<PerlIO_fdopen> and C<PerlIO_reopen>.  The full prototype is as
513 follows:
514
515  PerlIO *       (*Open)(pTHX_ PerlIO_funcs *tab,
516                         PerlIO_list_t *layers, IV n,
517                         const char *mode,
518                         int fd, int imode, int perm,
519                         PerlIO *old,
520                         int narg, SV **args);
521
522 Open should (perhaps indirectly) call C<PerlIO_allocate()> to allocate
523 a slot in the table and associate it with the layers information for
524 the opened file, by calling C<PerlIO_push>.  The I<layers> is an
525 array of all the layers destined for the C<PerlIO *>, and any
526 arguments passed to them, I<n> is the index into that array of the
527 layer being called. The macro C<PerlIOArg> will return a (possibly
528 C<NULL>) SV * for the argument passed to the layer.
529
530 Where a layer opens or takes ownership of a file descriptor, that layer is
531 responsible for getting the file descriptor's close-on-exec flag into the
532 correct state.  The flag should be clear for a file descriptor numbered
533 less than or equal to C<PL_maxsysfd>, and set for any file descriptor
534 numbered higher.  For thread safety, when a layer opens a new file
535 descriptor it should if possible open it with the close-on-exec flag
536 initially set.
537
538 =for apidoc Amnh||PL_maxsysfd
539
540 The I<mode> string is an "C<fopen()>-like" string which would match
541 the regular expression C</^[I#]?[rwa]\+?[bt]?$/>.
542
543 The C<'I'> prefix is used during creation of C<stdin>..C<stderr> via
544 special C<PerlIO_fdopen> calls; the C<'#'> prefix means that this is
545 C<sysopen> and that I<imode> and I<perm> should be passed to
546 C<PerlLIO_open3>; C<'r'> means B<r>ead, C<'w'> means B<w>rite and
547 C<'a'> means B<a>ppend. The C<'+'> suffix means that both reading and
548 writing/appending are permitted.  The C<'b'> suffix means file should
549 be binary, and C<'t'> means it is text. (Almost all layers should do
550 the IO in binary mode, and ignore the b/t bits. The C<:crlf> layer
551 should be pushed to handle the distinction.)
552
553 If I<old> is not C<NULL> then this is a C<PerlIO_reopen>. Perl itself
554 does not use this (yet?) and semantics are a little vague.
555
556 If I<fd> not negative then it is the numeric file descriptor I<fd>,
557 which will be open in a manner compatible with the supplied mode
558 string, the call is thus equivalent to C<PerlIO_fdopen>. In this case
559 I<nargs> will be zero.
560 The file descriptor may have the close-on-exec flag either set or clear;
561 it is the responsibility of the layer that takes ownership of it to get
562 the flag into the correct state.
563
564 If I<nargs> is greater than zero then it gives the number of arguments
565 passed to C<open>, otherwise it will be 1 if for example
566 C<PerlIO_open> was called.  In simple cases SvPV_nolen(*args) is the
567 pathname to open.
568
569 If a layer provides C<Open()> it should normally call the C<Open()>
570 method of next layer down (if any) and then push itself on top if that
571 succeeds.  C<PerlIOBase_open> is provided to do exactly that, so in
572 most cases you don't have to write your own C<Open()> method.  If this
573 method is not defined, other layers may have difficulty pushing
574 themselves on top of it during open.
575
576 If C<PerlIO_push> was performed and open has failed, it must
577 C<PerlIO_pop> itself, since if it's not, the layer won't be removed
578 and may cause bad problems.
579
580 Returns C<NULL> on failure.
581
582 =item Binmode
583
584         IV        (*Binmode)(pTHX_ PerlIO *f);
585
586 Optional. Used when C<:raw> layer is pushed (explicitly or as a result
587 of binmode(FH)). If not present layer will be popped. If present
588 should configure layer as binary (or pop itself) and return 0.
589 If it returns -1 for error C<binmode> will fail with layer
590 still on the stack.
591
592 =item Getarg
593
594         SV *      (*Getarg)(pTHX_ PerlIO *f,
595                             CLONE_PARAMS *param, int flags);
596
597 Optional. If present should return an SV * representing the string
598 argument passed to the layer when it was
599 pushed. e.g. ":encoding(ascii)" would return an SvPV with value
600 "ascii". (I<param> and I<flags> arguments can be ignored in most
601 cases)
602
603 C<Dup> uses C<Getarg> to retrieve the argument originally passed to
604 C<Pushed>, so you must implement this function if your layer has an
605 extra argument to C<Pushed> and will ever be C<Dup>ed.
606
607 =item Fileno
608
609         IV        (*Fileno)(pTHX_ PerlIO *f);
610
611 Returns the Unix/Posix numeric file descriptor for the handle. Normally
612 C<PerlIOBase_fileno()> (which just asks next layer down) will suffice
613 for this.
614
615 Returns -1 on error, which is considered to include the case where the
616 layer cannot provide such a file descriptor.
617
618 =item Dup
619
620         PerlIO * (*Dup)(pTHX_ PerlIO *f, PerlIO *o,
621                         CLONE_PARAMS *param, int flags);
622
623 XXX: Needs more docs.
624
625 Used as part of the "clone" process when a thread is spawned (in which
626 case param will be non-NULL) and when a stream is being duplicated via
627 '&' in the C<open>.
628
629 Similar to C<Open>, returns PerlIO* on success, C<NULL> on failure.
630
631 =item Read
632
633         SSize_t (*Read)(pTHX_ PerlIO *f, void *vbuf, Size_t count);
634
635 Basic read operation.
636
637 Typically will call C<Fill> and manipulate pointers (possibly via the
638 API).  C<PerlIOBuf_read()> may be suitable for derived classes which
639 provide "fast gets" methods.
640
641 Returns actual bytes read, or -1 on an error.
642
643 =item   Unread
644
645         SSize_t (*Unread)(pTHX_ PerlIO *f,
646                           const void *vbuf, Size_t count);
647
648 A superset of stdio's C<ungetc()>. Should arrange for future reads to
649 see the bytes in C<vbuf>. If there is no obviously better implementation
650 then C<PerlIOBase_unread()> provides the function by pushing a "fake"
651 "pending" layer above the calling layer.
652
653 Returns the number of unread chars.
654
655 =item Write
656
657         SSize_t (*Write)(PerlIO *f, const void *vbuf, Size_t count);
658
659 Basic write operation.
660
661 Returns bytes written or -1 on an error.
662
663 =item Seek
664
665         IV      (*Seek)(pTHX_ PerlIO *f, Off_t offset, int whence);
666
667 Position the file pointer. Should normally call its own C<Flush>
668 method and then the C<Seek> method of next layer down.
669
670 Returns 0 on success, -1 on failure.
671
672 =item Tell
673
674         Off_t   (*Tell)(pTHX_ PerlIO *f);
675
676 Return the file pointer. May be based on layers cached concept of
677 position to avoid overhead.
678
679 Returns -1 on failure to get the file pointer.
680
681 =item Close
682
683         IV      (*Close)(pTHX_ PerlIO *f);
684
685 Close the stream. Should normally call C<PerlIOBase_close()> to flush
686 itself and close layers below, and then deallocate any data structures
687 (buffers, translation tables, ...) not  held directly in the data
688 structure.
689
690 Returns 0 on success, -1 on failure.
691
692 =item Flush
693
694         IV      (*Flush)(pTHX_ PerlIO *f);
695
696 Should make stream's state consistent with layers below. That is, any
697 buffered write data should be written, and file position of lower layers
698 adjusted for data read from below but not actually consumed.
699 (Should perhaps C<Unread()> such data to the lower layer.)
700
701 Returns 0 on success, -1 on failure.
702
703 =item Fill
704
705         IV      (*Fill)(pTHX_ PerlIO *f);
706
707 The buffer for this layer should be filled (for read) from layer
708 below.  When you "subclass" PerlIOBuf layer, you want to use its
709 I<_read> method and to supply your own fill method, which fills the
710 PerlIOBuf's buffer.
711
712 Returns 0 on success, -1 on failure.
713
714 =item Eof
715
716         IV      (*Eof)(pTHX_ PerlIO *f);
717
718 Return end-of-file indicator. C<PerlIOBase_eof()> is normally sufficient.
719
720 Returns 0 on end-of-file, 1 if not end-of-file, -1 on error.
721
722 =item Error
723
724         IV      (*Error)(pTHX_ PerlIO *f);
725
726 Return error indicator. C<PerlIOBase_error()> is normally sufficient.
727
728 Returns 1 if there is an error (usually when C<PERLIO_F_ERROR> is set),
729 0 otherwise.
730
731 =item  Clearerr
732
733         void    (*Clearerr)(pTHX_ PerlIO *f);
734
735 Clear end-of-file and error indicators. Should call C<PerlIOBase_clearerr()>
736 to set the C<PERLIO_F_XXXXX> flags, which may suffice.
737
738 =item Setlinebuf
739
740         void    (*Setlinebuf)(pTHX_ PerlIO *f);
741
742 Mark the stream as line buffered. C<PerlIOBase_setlinebuf()> sets the
743 PERLIO_F_LINEBUF flag and is normally sufficient.
744
745 =item Get_base
746
747         STDCHAR *       (*Get_base)(pTHX_ PerlIO *f);
748
749 Allocate (if not already done so) the read buffer for this layer and
750 return pointer to it. Return NULL on failure.
751
752 =item Get_bufsiz
753
754         Size_t  (*Get_bufsiz)(pTHX_ PerlIO *f);
755
756 Return the number of bytes that last C<Fill()> put in the buffer.
757
758 =item Get_ptr
759
760         STDCHAR *       (*Get_ptr)(pTHX_ PerlIO *f);
761
762 Return the current read pointer relative to this layer's buffer.
763
764 =item Get_cnt
765
766         SSize_t (*Get_cnt)(pTHX_ PerlIO *f);
767
768 Return the number of bytes left to be read in the current buffer.
769
770 =item Set_ptrcnt
771
772         void    (*Set_ptrcnt)(pTHX_ PerlIO *f,
773                               STDCHAR *ptr, SSize_t cnt);
774
775 Adjust the read pointer and count of bytes to match C<ptr> and/or C<cnt>.
776 The application (or layer above) must ensure they are consistent.
777 (Checking is allowed by the paranoid.)
778
779 =back
780
781 =head2 Utilities
782
783 To ask for the next layer down use PerlIONext(PerlIO *f).
784
785 To check that a PerlIO* is valid use PerlIOValid(PerlIO *f).  (All
786 this does is really just to check that the pointer is non-NULL and
787 that the pointer behind that is non-NULL.)
788
789 PerlIOBase(PerlIO *f) returns the "Base" pointer, or in other words,
790 the C<PerlIOl*> pointer.
791
792 PerlIOSelf(PerlIO* f, type) return the PerlIOBase cast to a type.
793
794 Perl_PerlIO_or_Base(PerlIO* f, callback, base, failure, args) either
795 calls the I<callback> from the functions of the layer I<f> (just by
796 the name of the IO function, like "Read") with the I<args>, or if
797 there is no such callback, calls the I<base> version of the callback
798 with the same args, or if the f is invalid, set errno to EBADF and
799 return I<failure>.
800
801 Perl_PerlIO_or_fail(PerlIO* f, callback, failure, args) either calls
802 the I<callback> of the functions of the layer I<f> with the I<args>,
803 or if there is no such callback, set errno to EINVAL.  Or if the f is
804 invalid, set errno to EBADF and return I<failure>.
805
806 Perl_PerlIO_or_Base_void(PerlIO* f, callback, base, args) either calls
807 the I<callback> of the functions of the layer I<f> with the I<args>,
808 or if there is no such callback, calls the I<base> version of the
809 callback with the same args, or if the f is invalid, set errno to
810 EBADF.
811
812 Perl_PerlIO_or_fail_void(PerlIO* f, callback, args) either calls the
813 I<callback> of the functions of the layer I<f> with the I<args>, or if
814 there is no such callback, set errno to EINVAL.  Or if the f is
815 invalid, set errno to EBADF.
816
817 =head2 Implementing PerlIO Layers
818
819 If you find the implementation document unclear or not sufficient,
820 look at the existing PerlIO layer implementations, which include:
821
822 =over
823
824 =item * C implementations
825
826 The F<perlio.c> and F<perliol.h> in the Perl core implement the
827 "unix", "perlio", "stdio", "crlf", "utf8", "byte", "raw", "pending"
828 layers, and also the "mmap" and "win32" layers if applicable.
829 (The "win32" is currently unfinished and unused, to see what is used
830 instead in Win32, see L<PerlIO/"Querying the layers of filehandles"> .)
831
832 PerlIO::encoding, PerlIO::scalar, PerlIO::via in the Perl core.
833
834 PerlIO::gzip and APR::PerlIO (mod_perl 2.0) on CPAN.
835
836 =item * Perl implementations
837
838 PerlIO::via::QuotedPrint in the Perl core and PerlIO::via::* on CPAN.
839
840 =back
841
842 If you are creating a PerlIO layer, you may want to be lazy, in other
843 words, implement only the methods that interest you.  The other methods
844 you can either replace with the "blank" methods
845
846     PerlIOBase_noop_ok
847     PerlIOBase_noop_fail
848
849 (which do nothing, and return zero and -1, respectively) or for
850 certain methods you may assume a default behaviour by using a NULL
851 method.  The Open method looks for help in the 'parent' layer.
852 The following table summarizes the behaviour:
853
854     method      behaviour with NULL
855
856     Clearerr    PerlIOBase_clearerr
857     Close       PerlIOBase_close
858     Dup         PerlIOBase_dup
859     Eof         PerlIOBase_eof
860     Error       PerlIOBase_error
861     Fileno      PerlIOBase_fileno
862     Fill        FAILURE
863     Flush       SUCCESS
864     Getarg      SUCCESS
865     Get_base    FAILURE
866     Get_bufsiz  FAILURE
867     Get_cnt     FAILURE
868     Get_ptr     FAILURE
869     Open        INHERITED
870     Popped      SUCCESS
871     Pushed      SUCCESS
872     Read        PerlIOBase_read
873     Seek        FAILURE
874     Set_cnt     FAILURE
875     Set_ptrcnt  FAILURE
876     Setlinebuf  PerlIOBase_setlinebuf
877     Tell        FAILURE
878     Unread      PerlIOBase_unread
879     Write       FAILURE
880
881  FAILURE        Set errno (to EINVAL in Unixish, to LIB$_INVARG in VMS)
882                 and return -1 (for numeric return values) or NULL (for
883                 pointers)
884  INHERITED      Inherited from the layer below
885  SUCCESS        Return 0 (for numeric return values) or a pointer 
886
887 =head2 Core Layers
888
889 The file C<perlio.c> provides the following layers:
890
891 =over 4
892
893 =item "unix"
894
895 A basic non-buffered layer which calls Unix/POSIX C<read()>, C<write()>,
896 C<lseek()>, C<close()>. No buffering. Even on platforms that distinguish
897 between O_TEXT and O_BINARY this layer is always O_BINARY.
898
899 =item "perlio"
900
901 A very complete generic buffering layer which provides the whole of
902 PerlIO API. It is also intended to be used as a "base class" for other
903 layers. (For example its C<Read()> method is implemented in terms of
904 the C<Get_cnt()>/C<Get_ptr()>/C<Set_ptrcnt()> methods).
905
906 "perlio" over "unix" provides a complete replacement for stdio as seen
907 via PerlIO API. This is the default for USE_PERLIO when system's stdio
908 does not permit perl's "fast gets" access, and which do not
909 distinguish between C<O_TEXT> and C<O_BINARY>.
910
911 =item "stdio"
912
913 A layer which provides the PerlIO API via the layer scheme, but
914 implements it by calling system's stdio. This is (currently) the default
915 if system's stdio provides sufficient access to allow perl's "fast gets"
916 access and which do not distinguish between C<O_TEXT> and C<O_BINARY>.
917
918 =item "crlf"
919
920 A layer derived using "perlio" as a base class. It provides Win32-like
921 "\n" to CR,LF translation. Can either be applied above "perlio" or serve
922 as the buffer layer itself. "crlf" over "unix" is the default if system
923 distinguishes between C<O_TEXT> and C<O_BINARY> opens. (At some point
924 "unix" will be replaced by a "native" Win32 IO layer on that platform,
925 as Win32's read/write layer has various drawbacks.) The "crlf" layer is
926 a reasonable model for a layer which transforms data in some way.
927
928 =item "mmap"
929
930 If Configure detects C<mmap()> functions this layer is provided (with
931 "perlio" as a "base") which does "read" operations by mmap()ing the
932 file. Performance improvement is marginal on modern systems, so it is
933 mainly there as a proof of concept. It is likely to be unbundled from
934 the core at some point. The "mmap" layer is a reasonable model for a
935 minimalist "derived" layer.
936
937 =item "pending"
938
939 An "internal" derivative of "perlio" which can be used to provide
940 Unread() function for layers which have no buffer or cannot be
941 bothered.  (Basically this layer's C<Fill()> pops itself off the stack
942 and so resumes reading from layer below.)
943
944 =item "raw"
945
946 A dummy layer which never exists on the layer stack. Instead when
947 "pushed" it actually pops the stack removing itself, it then calls
948 Binmode function table entry on all the layers in the stack - normally
949 this (via PerlIOBase_binmode) removes any layers which do not have
950 C<PERLIO_K_RAW> bit set. Layers can modify that behaviour by defining
951 their own Binmode entry.
952
953 =item "utf8"
954
955 Another dummy layer. When pushed it pops itself and sets the
956 C<PERLIO_F_UTF8> flag on the layer which was (and now is once more)
957 the top of the stack.
958
959 =back
960
961 In addition F<perlio.c> also provides a number of C<PerlIOBase_xxxx()>
962 functions which are intended to be used in the table slots of classes
963 which do not need to do anything special for a particular method.
964
965 =head2 Extension Layers
966
967 Layers can be made available by extension modules. When an unknown layer
968 is encountered the PerlIO code will perform the equivalent of :
969
970    use PerlIO 'layer';
971
972 Where I<layer> is the unknown layer. F<PerlIO.pm> will then attempt to:
973
974    require PerlIO::layer;
975
976 If after that process the layer is still not defined then the C<open>
977 will fail.
978
979 The following extension layers are bundled with perl:
980
981 =over 4
982
983 =item ":encoding"
984
985    use Encoding;
986
987 makes this layer available, although F<PerlIO.pm> "knows" where to
988 find it.  It is an example of a layer which takes an argument as it is
989 called thus:
990
991    open( $fh, "<:encoding(iso-8859-7)", $pathname );
992
993 =item ":scalar"
994
995 Provides support for reading data from and writing data to a scalar.
996
997    open( $fh, "+<:scalar", \$scalar );
998
999 When a handle is so opened, then reads get bytes from the string value
1000 of I<$scalar>, and writes change the value. In both cases the position
1001 in I<$scalar> starts as zero but can be altered via C<seek>, and
1002 determined via C<tell>.
1003
1004 Please note that this layer is implied when calling open() thus:
1005
1006    open( $fh, "+<", \$scalar );
1007
1008 =item ":via"
1009
1010 Provided to allow layers to be implemented as Perl code.  For instance:
1011
1012    use PerlIO::via::StripHTML;
1013    open( my $fh, "<:via(StripHTML)", "index.html" );
1014
1015 See L<PerlIO::via> for details.
1016
1017 =back
1018
1019 =head1 TODO
1020
1021 Things that need to be done to improve this document.
1022
1023 =over
1024
1025 =item *
1026
1027 Explain how to make a valid fh without going through open()(i.e. apply
1028 a layer). For example if the file is not opened through perl, but we
1029 want to get back a fh, like it was opened by Perl.
1030
1031 How PerlIO_apply_layera fits in, where its docs, was it made public?
1032
1033 Currently the example could be something like this:
1034
1035   PerlIO *foo_to_PerlIO(pTHX_ char *mode, ...)
1036   {
1037       char *mode; /* "w", "r", etc */
1038       const char *layers = ":APR"; /* the layer name */
1039       PerlIO *f = PerlIO_allocate(aTHX);
1040       if (!f) {
1041           return NULL;
1042       }
1043
1044       PerlIO_apply_layers(aTHX_ f, mode, layers);
1045
1046       if (f) {
1047           PerlIOAPR *st = PerlIOSelf(f, PerlIOAPR);
1048           /* fill in the st struct, as in _open() */
1049           st->file = file;
1050           PerlIOBase(f)->flags |= PERLIO_F_OPEN;
1051
1052           return f;
1053       }
1054       return NULL;
1055   }
1056
1057 =item *
1058
1059 fix/add the documentation in places marked as XXX.
1060
1061 =item *
1062
1063 The handling of errors by the layer is not specified. e.g. when $!
1064 should be set explicitly, when the error handling should be just
1065 delegated to the top layer.
1066
1067 Probably give some hints on using SETERRNO() or pointers to where they
1068 can be found.
1069
1070 =item *
1071
1072 I think it would help to give some concrete examples to make it easier
1073 to understand the API. Of course I agree that the API has to be
1074 concise, but since there is no second document that is more of a
1075 guide, I think that it'd make it easier to start with the doc which is
1076 an API, but has examples in it in places where things are unclear, to
1077 a person who is not a PerlIO guru (yet).
1078
1079 =back
1080
1081 =cut