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