]> rtime.felk.cvut.cz Git - l4.git/blob - l4/pkg/libstdc++-v3/contrib/libstdc++-v3-4.1.0/docs/html/27_io/howto.html
update
[l4.git] / l4 / pkg / libstdc++-v3 / contrib / libstdc++-v3-4.1.0 / docs / html / 27_io / howto.html
1 <?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?>
2 <!DOCTYPE html
3           PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN"
4           "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
5
6 <html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en" lang="en">
7 <head>
8    <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=iso-8859-1" />
9    <meta name="AUTHOR" content="pme@gcc.gnu.org (Phil Edwards)" />
10    <meta name="KEYWORDS" content="HOWTO, libstdc++, GCC, g++, libg++, STL" />
11    <meta name="DESCRIPTION" content="HOWTO for the libstdc++ chapter 27." />
12    <meta name="GENERATOR" content="vi and eight fingers" />
13    <title>libstdc++-v3 HOWTO:  Chapter 27: Input/Output</title>
14 <link rel="StyleSheet" href="../lib3styles.css" type="text/css" />
15 <link rel="Start" href="../documentation.html" type="text/html"
16   title="GNU C++ Standard Library" />
17 <link rel="Prev" href="../26_numerics/howto.html" type="text/html"
18   title="Numerics" />
19 <link rel="Next" href="../ext/howto.html" type="text/html"
20   title="Extensions" />
21 <link rel="Copyright" href="../17_intro/license.html" type="text/html" />
22 <link rel="Help" href="../faq/index.html" type="text/html" title="F.A.Q." />
23 </head>
24 <body>
25
26 <h1 class="centered"><a name="top">Chapter 27:  Input/Output</a></h1>
27
28 <p>Chapter 27 deals with iostreams and all their subcomponents
29    and extensions.  All <em>kinds</em> of fun stuff.
30 </p>
31
32
33 <!-- ####################################################### -->
34 <hr />
35 <h1>Contents</h1>
36 <ul>
37    <li><a href="#1">Copying a file</a></li>
38    <li><a href="#2">The buffering is screwing up my program!</a></li>
39    <li><a href="#3">Binary I/O</a></li>
40    <li><a href="#5">What is this &lt;sstream&gt;/stringstreams thing?</a></li>
41    <li><a href="#6">Deriving a stream buffer</a></li>
42    <li><a href="#7">More on binary I/O</a></li>
43    <li><a href="#8">Pathetic performance?  Ditch C.</a></li>
44    <li><a href="#9">Threads and I/O</a></li>
45    <li><a href="#10">Which header?</a></li>
46    <li><a href="#11">Using FILE*s and file descriptors with IOStreams</a></li>
47 </ul>
48
49 <hr />
50
51 <!-- ####################################################### -->
52
53 <h2><a name="1">Copying a file</a></h2>
54    <p>So you want to copy a file quickly and easily, and most important,
55       completely portably.  And since this is C++, you have an open
56       ifstream (call it IN) and an open ofstream (call it OUT):
57    </p>
58    <pre>
59    #include &lt;fstream&gt;
60
61    std::ifstream  IN ("input_file");
62    std::ofstream  OUT ("output_file"); </pre>
63    <p>Here's the easiest way to get it completely wrong:
64    </p>
65    <pre>
66    OUT &lt;&lt; IN;</pre>
67    <p>For those of you who don't already know why this doesn't work
68       (probably from having done it before), I invite you to quickly
69       create a simple text file called &quot;input_file&quot; containing
70       the sentence
71    </p>
72       <pre>
73       The quick brown fox jumped over the lazy dog.</pre>
74    <p>surrounded by blank lines.  Code it up and try it.  The contents
75       of &quot;output_file&quot; may surprise you.
76    </p>
77    <p>Seriously, go do it.  Get surprised, then come back.  It's worth it.
78    </p>
79    <hr width="60%" />
80    <p>The thing to remember is that the <code>basic_[io]stream</code> classes
81       handle formatting, nothing else.  In particular, they break up on
82       whitespace.  The actual reading, writing, and storing of data is
83       handled by the <code>basic_streambuf</code> family.  Fortunately, the
84       <code>operator&lt;&lt;</code> is overloaded to take an ostream and
85       a pointer-to-streambuf, in order to help with just this kind of
86       &quot;dump the data verbatim&quot; situation.
87    </p>
88    <p>Why a <em>pointer</em> to streambuf and not just a streambuf?  Well,
89       the [io]streams hold pointers (or references, depending on the
90       implementation) to their buffers, not the actual
91       buffers.  This allows polymorphic behavior on the part of the buffers
92       as well as the streams themselves.  The pointer is easily retrieved
93       using the <code>rdbuf()</code> member function.  Therefore, the easiest
94       way to copy the file is:
95    </p>
96    <pre>
97    OUT &lt;&lt; IN.rdbuf();</pre>
98    <p>So what <em>was</em> happening with OUT&lt;&lt;IN?  Undefined
99       behavior, since that particular &lt;&lt; isn't defined by the Standard.
100       I have seen instances where it is implemented, but the character
101       extraction process removes all the whitespace, leaving you with no
102       blank lines and only &quot;Thequickbrownfox...&quot;.  With
103       libraries that do not define that operator, IN (or one of IN's
104       member pointers) sometimes gets converted to a void*, and the output
105       file then contains a perfect text representation of a hexidecimal
106       address (quite a big surprise).  Others don't compile at all.
107    </p>
108    <p>Also note that none of this is specific to o<b>*f*</b>streams. 
109       The operators shown above are all defined in the parent 
110       basic_ostream class and are therefore available with all possible
111       descendents.
112    </p>
113    <p>Return <a href="#top">to top of page</a> or
114       <a href="../faq/index.html">to the FAQ</a>.
115    </p>
116
117 <hr />
118 <h2><a name="2">The buffering is screwing up my program!</a></h2>
119 <!--
120   This is not written very well.  I need to redo this section.
121 -->
122    <p>First, are you sure that you understand buffering?  Particularly
123       the fact that C++ may not, in fact, have anything to do with it?
124    </p>
125    <p>The rules for buffering can be a little odd, but they aren't any
126       different from those of C.  (Maybe that's why they can be a bit
127       odd.)  Many people think that writing a newline to an output
128       stream automatically flushes the output buffer.  This is true only
129       when the output stream is, in fact, a terminal and not a file
130       or some other device -- and <em>that</em> may not even be true
131       since C++ says nothing about files nor terminals.  All of that is
132       system-dependent.  (The &quot;newline-buffer-flushing only occurring
133       on terminals&quot; thing is mostly true on Unix systems, though.)
134    </p>
135    <p>Some people also believe that sending <code>endl</code> down an
136       output stream only writes a newline.  This is incorrect; after a
137       newline is written, the buffer is also flushed.  Perhaps this
138       is the effect you want when writing to a screen -- get the text
139       out as soon as possible, etc -- but the buffering is largely
140       wasted when doing this to a file:
141    </p>
142    <pre>
143    output &lt;&lt; &quot;a line of text&quot; &lt;&lt; endl;
144    output &lt;&lt; some_data_variable &lt;&lt; endl;
145    output &lt;&lt; &quot;another line of text&quot; &lt;&lt; endl; </pre>
146    <p>The proper thing to do in this case to just write the data out
147       and let the libraries and the system worry about the buffering.
148       If you need a newline, just write a newline:
149    </p>
150    <pre>
151    output &lt;&lt; &quot;a line of text\n&quot;
152           &lt;&lt; some_data_variable &lt;&lt; '\n'
153           &lt;&lt; &quot;another line of text\n&quot;; </pre>
154    <p>I have also joined the output statements into a single statement.
155       You could make the code prettier by moving the single newline to
156       the start of the quoted text on the last line, for example.
157    </p>
158    <p>If you do need to flush the buffer above, you can send an
159       <code>endl</code> if you also need a newline, or just flush the buffer
160       yourself:
161    </p>
162    <pre>
163    output &lt;&lt; ...... &lt;&lt; flush;    // can use std::flush manipulator
164    output.flush();               // or call a member fn </pre>
165    <p>On the other hand, there are times when writing to a file should
166       be like writing to standard error; no buffering should be done 
167       because the data needs to appear quickly (a prime example is a
168       log file for security-related information).  The way to do this is
169       just to turn off the buffering <em>before any I/O operations at
170       all</em> have been done (note that opening counts as an I/O operation):
171    </p>
172    <pre>
173    std::ofstream    os;
174    std::ifstream    is;
175    int   i;
176
177    os.rdbuf()-&gt;pubsetbuf(0,0);
178    is.rdbuf()-&gt;pubsetbuf(0,0);
179
180    os.open(&quot;/foo/bar/baz&quot;);
181    is.open(&quot;/qux/quux/quuux&quot;);
182    ...
183    os &lt;&lt; &quot;this data is written immediately\n&quot;;
184    is &gt;&gt; i;   // and this will probably cause a disk read </pre>
185    <p>Since all aspects of buffering are handled by a streambuf-derived
186       member, it is necessary to get at that member with <code>rdbuf()</code>.
187       Then the public version of <code>setbuf</code> can be called.  The 
188       arguments are the same as those for the Standard C I/O Library
189       function (a buffer area followed by its size).
190    </p>
191    <p>A great deal of this is implementation-dependent.  For example,
192       <code>streambuf</code> does not specify any actions for its own 
193       <code>setbuf()</code>-ish functions; the classes derived from
194       <code>streambuf</code> each define behavior that &quot;makes 
195       sense&quot; for that class:  an argument of (0,0) turns off buffering
196       for <code>filebuf</code> but does nothing at all for its siblings
197       <code>stringbuf</code> and <code>strstreambuf</code>, and specifying
198       anything other than (0,0) has varying effects.
199       User-defined classes derived from <code>streambuf</code> can
200       do whatever they want.  (For <code>filebuf</code> and arguments for
201       <code>(p,s)</code> other than zeros, libstdc++ does what you'd expect:
202       the first <code>s</code> bytes of <code>p</code> are used as a buffer,
203       which you must allocate and deallocate.)
204    </p>
205    <p>A last reminder:  there are usually more buffers involved than
206       just those at the language/library level.  Kernel buffers, disk
207       buffers, and the like will also have an effect.  Inspecting and
208       changing those are system-dependent.
209    </p>
210    <p>Return <a href="#top">to top of page</a> or
211       <a href="../faq/index.html">to the FAQ</a>.
212    </p>
213
214 <hr />
215 <h2><a name="3">Binary I/O</a></h2>
216    <p>The first and most important thing to remember about binary I/O is
217       that opening a file with <code>ios::binary</code> is not, repeat
218       <em>not</em>, the only thing you have to do.  It is not a silver
219       bullet, and will not allow you to use the <code>&lt;&lt;/&gt;&gt;</code>
220       operators of the normal fstreams to do binary I/O.
221    </p>
222    <p>Sorry.  Them's the breaks.
223    </p>
224    <p>This isn't going to try and be a complete tutorial on reading and
225       writing binary files (because &quot;binary&quot;
226       <a href="#7">covers a lot of ground)</a>, but we will try and clear
227       up a couple of misconceptions and common errors.
228    </p>
229    <p>First, <code>ios::binary</code> has exactly one defined effect, no more
230       and no less.  Normal text mode has to be concerned with the newline
231       characters, and the runtime system will translate between (for
232       example) '\n' and the appropriate end-of-line sequence (LF on Unix,
233       CRLF on DOS, CR on Macintosh, etc).  (There are other things that
234       normal mode does, but that's the most obvious.)  Opening a file in
235       binary mode disables this conversion, so reading a CRLF sequence
236       under Windows won't accidentally get mapped to a '\n' character, etc.
237       Binary mode is not supposed to suddenly give you a bitstream, and
238       if it is doing so in your program then you've discovered a bug in
239       your vendor's compiler (or some other part of the C++ implementation,
240       possibly the runtime system).
241    </p>
242    <p>Second, using <code>&lt;&lt;</code> to write and <code>&gt;&gt;</code> to
243       read isn't going to work with the standard file stream classes, even
244       if you use <code>skipws</code> during reading.  Why not?  Because 
245       ifstream and ofstream exist for the purpose of <em>formatting</em>,
246       not reading and writing.  Their job is to interpret the data into
247       text characters, and that's exactly what you don't want to happen
248       during binary I/O.
249    </p>
250    <p>Third, using the <code>get()</code> and <code>put()/write()</code> member
251       functions still aren't guaranteed to help you.  These are
252       &quot;unformatted&quot; I/O functions, but still character-based.
253       (This may or may not be what you want, see below.)
254    </p>
255    <p>Notice how all the problems here are due to the inappropriate use
256       of <em>formatting</em> functions and classes to perform something
257       which <em>requires</em> that formatting not be done?  There are a
258       seemingly infinite number of solutions, and a few are listed here:
259    </p>
260    <ul>
261       <li>&quot;Derive your own fstream-type classes and write your own
262           &lt;&lt;/&gt;&gt; operators to do binary I/O on whatever data
263           types you're using.&quot;  This is a Bad Thing, because while
264           the compiler would probably be just fine with it, other humans
265           are going to be confused.  The overloaded bitshift operators
266           have a well-defined meaning (formatting), and this breaks it.
267       </li>
268       <li>&quot;Build the file structure in memory, then <code>mmap()</code>
269           the file and copy the structure.&quot;  Well, this is easy to
270           make work, and easy to break, and is pretty equivalent to
271           using <code>::read()</code> and <code>::write()</code> directly, and
272           makes no use of the iostream library at all...
273       </li>
274       <li>&quot;Use streambufs, that's what they're there for.&quot;
275           While not trivial for the beginner, this is the best of all
276           solutions.  The streambuf/filebuf layer is the layer that is
277           responsible for actual I/O.  If you want to use the C++
278           library for binary I/O, this is where you start.
279       </li>
280    </ul>
281    <p>How to go about using streambufs is a bit beyond the scope of this
282       document (at least for now), but while streambufs go a long way,
283       they still leave a couple of things up to you, the programmer.
284       As an example, byte ordering is completely between you and the
285       operating system, and you have to handle it yourself.
286    </p>
287    <p>Deriving a streambuf or filebuf
288       class from the standard ones, one that is specific to your data
289       types (or an abstraction thereof) is probably a good idea, and
290       lots of examples exist in journals and on Usenet.  Using the
291       standard filebufs directly (either by declaring your own or by
292       using the pointer returned from an fstream's <code>rdbuf()</code>)
293       is certainly feasible as well.
294    </p>
295    <p>One area that causes problems is trying to do bit-by-bit operations
296       with filebufs.  C++ is no different from C in this respect:  I/O
297       must be done at the byte level.  If you're trying to read or write
298       a few bits at a time, you're going about it the wrong way.  You
299       must read/write an integral number of bytes and then process the
300       bytes.  (For example, the streambuf functions take and return
301       variables of type <code>int_type</code>.)
302    </p>
303    <p>Another area of problems is opening text files in binary mode.
304       Generally, binary mode is intended for binary files, and opening
305       text files in binary mode means that you now have to deal with all of 
306       those end-of-line and end-of-file problems that we mentioned before.
307       An instructive thread from comp.lang.c++.moderated delved off into
308       this topic starting more or less at
309       <a href="http://groups.google.com/groups?oi=djq&selm=an_436187505">this</a>
310       article and continuing to the end of the thread.  (You'll have to
311       sort through some flames every couple of paragraphs, but the points
312       made are good ones.)
313    </p>
314  
315 <hr />
316 <h2><a name="5">What is this &lt;sstream&gt;/stringstreams thing?</a></h2>
317    <p>Stringstreams (defined in the header <code>&lt;sstream&gt;</code>)
318       are in this author's opinion one of the coolest things since
319       sliced time.  An example of their use is in the Received Wisdom
320       section for Chapter 21 (Strings),
321       <a href="../21_strings/howto.html#1.1internal"> describing how to
322       format strings</a>.
323    </p>
324    <p>The quick definition is:  they are siblings of ifstream and ofstream,
325       and they do for <code>std::string</code> what their siblings do for
326       files.  All that work you put into writing <code>&lt;&lt;</code> and
327       <code>&gt;&gt;</code> functions for your classes now pays off
328       <em>again!</em>  Need to format a string before passing the string
329       to a function?  Send your stuff via <code>&lt;&lt;</code> to an
330       ostringstream.  You've read a string as input and need to parse it?
331       Initialize an istringstream with that string, and then pull pieces
332       out of it with <code>&gt;&gt;</code>.  Have a stringstream and need to
333       get a copy of the string inside?  Just call the <code>str()</code>
334       member function.
335    </p>
336    <p>This only works if you've written your
337       <code>&lt;&lt;</code>/<code>&gt;&gt;</code> functions correctly, though,
338       and correctly means that they take istreams and ostreams as
339       parameters, not i<b>f</b>streams and o<b>f</b>streams.  If they
340       take the latter, then your I/O operators will work fine with
341       file streams, but with nothing else -- including stringstreams.
342    </p>
343    <p>If you are a user of the strstream classes, you need to update
344       your code.  You don't have to explicitly append <code>ends</code> to
345       terminate the C-style character array, you don't have to mess with
346       &quot;freezing&quot; functions, and you don't have to manage the
347       memory yourself.  The strstreams have been officially deprecated,
348       which means that 1) future revisions of the C++ Standard won't
349       support them, and 2) if you use them, people will laugh at you.
350    </p>
351
352 <hr />
353 <h2><a name="6">Deriving a stream buffer</a></h2>
354    <p>Creating your own stream buffers for I/O can be remarkably easy.
355       If you are interested in doing so, we highly recommend two very
356       excellent books:
357       <a href="http://www.langer.camelot.de/iostreams.html">Standard C++
358       IOStreams and Locales</a> by Langer and Kreft, ISBN 0-201-18395-1, and
359       <a href="http://www.josuttis.com/libbook/">The C++ Standard Library</a>
360       by Nicolai Josuttis, ISBN 0-201-37926-0.  Both are published by
361       Addison-Wesley, who isn't paying us a cent for saying that, honest.
362    </p>
363    <p>Here is a simple example, io/outbuf1, from the Josuttis text.  It
364       transforms everything sent through it to uppercase.  This version
365       assumes many things about the nature of the character type being
366       used (for more information, read the books or the newsgroups):
367    </p>
368    <pre>
369     #include &lt;iostream&gt;
370     #include &lt;streambuf&gt;
371     #include &lt;locale&gt;
372     #include &lt;cstdio&gt;
373
374     class outbuf : public std::streambuf
375     {
376       protected:
377         /* central output function
378          * - print characters in uppercase mode
379          */
380         virtual int_type overflow (int_type c) {
381             if (c != EOF) {
382                 // convert lowercase to uppercase
383                 c = std::toupper(static_cast&lt;char&gt;(c),getloc());
384
385                 // and write the character to the standard output
386                 if (putchar(c) == EOF) {
387                     return EOF;
388                 }
389             }
390             return c;
391         }
392     };
393
394     int main()
395     {
396         // create special output buffer
397         outbuf ob;
398         // initialize output stream with that output buffer
399         std::ostream out(&amp;ob);
400
401         out &lt;&lt; "31 hexadecimal: "
402             &lt;&lt; std::hex &lt;&lt; 31 &lt;&lt; std::endl;
403         return 0;
404     }
405    </pre>
406    <p>Try it yourself!  More examples can be found in 3.1.x code, in
407       <code>include/ext/*_filebuf.h</code>, and on
408       <a href="http://www.informatik.uni-konstanz.de/~kuehl/c++/iostream/">Dietmar
409       K&uuml;hl's IOStreams page</a>.
410    </p>
411
412 <hr />
413 <h2><a name="7">More on binary I/O</a></h2>
414    <p>Towards the beginning of February 2001, the subject of
415       &quot;binary&quot; I/O was brought up in a couple of places at the
416       same time.  One notable place was Usenet, where James Kanze and
417       Dietmar K&uuml;hl separately posted articles on why attempting
418       generic binary I/O was not a good idea.  (Here are copies of
419       <a href="binary_iostreams_kanze.txt">Kanze's article</a> and
420       <a href="binary_iostreams_kuehl.txt">K&uuml;hl's article</a>.)
421    </p>
422    <p>Briefly, the problems of byte ordering and type sizes mean that
423       the unformatted functions like <code>ostream::put()</code> and
424       <code>istream::get()</code> cannot safely be used to communicate
425       between arbitrary programs, or across a network, or from one
426       invocation of a program to another invocation of the same program
427       on a different platform, etc.
428    </p>
429    <p>The entire Usenet thread is instructive, and took place under the
430       subject heading &quot;binary iostreams&quot; on both comp.std.c++
431       and comp.lang.c++.moderated in parallel.  Also in that thread,
432       Dietmar K&uuml;hl mentioned that he had written a pair of stream
433       classes that would read and write XDR, which is a good step towards
434       a portable binary format.
435    </p>
436
437 <hr />
438 <h2><a name="8">Pathetic performance?  Ditch C.</a></h2>
439    <p>It sounds like a flame on C, but it isn't.  Really.  Calm down.
440       I'm just saying it to get your attention.
441    </p>
442    <p>Because the C++ library includes the C library, both C-style and
443       C++-style I/O have to work at the same time.  For example:
444    </p>
445    <pre>
446      #include &lt;iostream&gt;
447      #include &lt;cstdio&gt;
448
449      std::cout &lt;&lt; &quot;Hel&quot;;
450      std::printf (&quot;lo, worl&quot;);
451      std::cout &lt;&lt; &quot;d!\n&quot;;
452    </pre>
453    <p>This must do what you think it does.
454    </p>
455    <p>Alert members of the audience will immediately notice that buffering
456       is going to make a hash of the output unless special steps are taken.
457    </p>
458    <p>The special steps taken by libstdc++, at least for version 3.0,
459       involve doing very little buffering for the standard streams, leaving
460       most of the buffering to the underlying C library.  (This kind of
461       thing is <a href="../explanations.html#cstdio">tricky to get right</a>.)
462       The upside is that correctness is ensured.  The downside is that
463       writing through <code>cout</code> can quite easily lead to awful
464       performance when the C++ I/O library is layered on top of the C I/O
465       library (as it is for 3.0 by default).  Some patches have been applied
466       which improve the situation for 3.1.
467    </p>
468    <p>However, the C and C++ standard streams only need to be kept in sync
469       when both libraries' facilities are in use.  If your program only uses
470       C++ I/O, then there's no need to sync with the C streams.  The right
471       thing to do in this case is to call
472    </p>
473    <pre>
474      #include <em>any of the I/O headers such as ios, iostream, etc</em>
475
476      std::ios::sync_with_stdio(false);
477    </pre>
478    <p>You must do this before performing any I/O via the C++ stream objects.
479       Once you call this, the C++ streams will operate independently of the
480       (unused) C streams.  For GCC 3.x, this means that <code>cout</code> and
481       company will become fully buffered on their own.
482    </p>
483    <p>Note, by the way, that the synchronization requirement only applies to
484       the standard streams (<code>cin</code>, <code>cout</code>,
485       <code>cerr</code>,
486       <code>clog</code>, and their wide-character counterparts).  File stream
487       objects that you declare yourself have no such requirement and are fully
488       buffered.
489    </p>
490
491 <hr />
492 <h2><a name="9">Threads and I/O</a></h2>
493    <p>I'll assume that you have already read the
494       <a href="../17_intro/howto.html#3">general notes on library threads</a>,
495       and the
496       <a href="../23_containers/howto.html#3">notes on threaded container
497       access</a> (you might not think of an I/O stream as a container, but
498       the points made there also hold here).  If you have not read them,
499       please do so first.
500    </p>
501    <p>This gets a bit tricky.  Please read carefully, and bear with me.
502    </p>
503    <h3>Structure</h3>
504    <p>As described <a href="../explanations.html#cstdio">here</a>, a wrapper
505       type called <code>__basic_file</code> provides our abstraction layer
506       for the <code>std::filebuf</code> classes.  Nearly all decisions dealing
507       with actual input and output must be made in <code>__basic_file</code>.
508    </p>
509    <p>A generic locking mechanism is somewhat in place at the filebuf layer,
510       but is not used in the current code.  Providing locking at any higher
511       level is akin to providing locking within containers, and is not done
512       for the same reasons (see the links above).
513    </p>
514    <h3>The defaults for 3.0.x</h3>
515    <p>The __basic_file type is simply a collection of small wrappers around
516       the C stdio layer (again, see the link under Structure).  We do no
517       locking ourselves, but simply pass through to calls to <code>fopen</code>,
518       <code>fwrite</code>, and so forth.
519    </p>
520    <p>So, for 3.0, the question of &quot;is multithreading safe for I/O&quot; 
521       must be answered with, &quot;is your platform's C library threadsafe
522       for I/O?&quot;  Some are by default, some are not; many offer multiple
523       implementations of the C library with varying tradeoffs of threadsafety
524       and efficiency.  You, the programmer, are always required to take care
525       with multiple threads.
526    </p>
527    <p>(As an example, the POSIX standard requires that C stdio FILE*
528        operations are atomic.  POSIX-conforming C libraries (e.g, on Solaris
529        and GNU/Linux) have an internal mutex to serialize operations on
530        FILE*s.  However, you still need to not do stupid things like calling
531        <code>fclose(fs)</code> in one thread followed by an access of
532        <code>fs</code> in another.)
533    </p>
534    <p>So, if your platform's C library is threadsafe, then your
535       <code>fstream</code> I/O operations will be threadsafe at the lowest
536       level.  For higher-level operations, such as manipulating the data
537       contained in the stream formatting classes (e.g., setting up callbacks
538       inside an <code>std::ofstream</code>), you need to guard such accesses
539       like any other critical shared resource.
540    </p>
541    <h3>The future</h3>
542    <p>As already mentioned <a href="../explanations.html#cstdio">here</a>, a
543       second choice is available for I/O implementations:  libio.  This is
544       disabled by default, and in fact will not currently work due to other
545       issues.  It will be revisited, however.
546    </p>
547    <p>The libio code is a subset of the guts of the GNU libc (glibc) I/O
548       implementation.  When libio is in use, the <code>__basic_file</code>
549       type is basically derived from FILE.  (The real situation is more
550       complex than that... it's derived from an internal type used to
551       implement FILE.  See libio/libioP.h to see scary things done with
552       vtbls.)  The result is that there is no &quot;layer&quot; of C stdio
553       to go through; the filebuf makes calls directly into the same
554       functions used to implement <code>fread</code>, <code>fwrite</code>,
555       and so forth, using internal data structures.  (And when I say
556       &quot;makes calls directly,&quot; I mean the function is literally
557       replaced by a jump into an internal function.  Fast but frightening.
558       *grin*)
559    </p>
560    <p>Also, the libio internal locks are used.  This requires pulling in
561       large chunks of glibc, such as a pthreads implementation, and is one
562       of the issues preventing widespread use of libio as the libstdc++
563       cstdio implementation.
564    </p>
565    <p>But we plan to make this work, at least as an option if not a future
566       default.  Platforms running a copy of glibc with a recent-enough
567       version will see calls from libstdc++ directly into the glibc already
568       installed.  For other platforms, a copy of the libio subsection will
569       be built and included in libstdc++.
570    </p>
571    <h3>Alternatives</h3>
572    <p>Don't forget that other cstdio implemenations are possible.  You could
573       easily write one to perform your own forms of locking, to solve your
574       &quot;interesting&quot; problems.
575    </p>
576
577 <hr />
578 <h2><a name="10">Which header?</a></h2>
579    <p>To minimize the time you have to wait on the compiler, it's good to
580       only include the headers you really need.  Many people simply include
581       &lt;iostream&gt; when they don't need to -- and that can <em>penalize
582       your runtime as well.</em>  Here are some tips on which header to use
583       for which situations, starting with the simplest.
584    </p>
585    <p><strong>&lt;iosfwd&gt;</strong> should be included whenever you simply
586       need the <em>name</em> of an I/O-related class, such as
587       &quot;ofstream&quot; or &quot;basic_streambuf&quot;.  Like the name
588       implies, these are forward declarations.  (A word to all you fellow
589       old school programmers:  trying to forward declare classes like
590       &quot;class istream;&quot; won't work.  Look in the iosfwd header if
591       you'd like to know why.)  For example,
592    </p>
593    <pre>
594     #include &lt;iosfwd&gt;
595
596     class MyClass
597     {
598         ....
599         std::ifstream&amp;   input_file;
600     };
601
602     extern std::ostream&amp; operator&lt;&lt; (std::ostream&amp;, MyClass&amp;);
603    </pre>
604    <p><strong>&lt;ios&gt;</strong> declares the base classes for the entire
605       I/O stream hierarchy, std::ios_base and std::basic_ios&lt;charT&gt;, the
606       counting types std::streamoff and std::streamsize, the file
607       positioning type std::fpos, and the various manipulators like
608       std::hex, std::fixed, std::noshowbase, and so forth.
609    </p>
610    <p>The ios_base class is what holds the format flags, the state flags,
611       and the functions which change them (setf(), width(), precision(),
612       etc).  You can also store extra data and register callback functions
613       through ios_base, but that has been historically underused.  Anything
614       which doesn't depend on the type of characters stored is consolidated
615       here.
616    </p>
617    <p>The template class basic_ios is the highest template class in the
618       hierarchy; it is the first one depending on the character type, and
619       holds all general state associated with that type:  the pointer to the
620       polymorphic stream buffer, the facet information, etc.
621    </p>
622    <p><strong>&lt;streambuf&gt;</strong> declares the template class
623       basic_streambuf, and two standard instantiations, streambuf and
624       wstreambuf.  If you need to work with the vastly useful and capable
625       stream buffer classes, e.g., to create a new form of storage
626       transport, this header is the one to include.
627    </p>
628    <p><strong>&lt;istream&gt;</strong>/<strong>&lt;ostream&gt;</strong> are
629       the headers to include when you are using the &gt;&gt;/&lt;&lt;
630       interface, or any of the other abstract stream formatting functions.
631       For example,
632    </p>
633    <pre>
634     #include &lt;istream&gt;
635
636     std::ostream&amp; operator&lt;&lt; (std::ostream&amp; os, MyClass&amp; c)
637     {
638        return os &lt;&lt; c.data1() &lt;&lt; c.data2();
639     }
640    </pre>
641    <p>The std::istream and std::ostream classes are the abstract parents of
642       the various concrete implementations.  If you are only using the
643       interfaces, then you only need to use the appropriate interface header.
644    </p>
645    <p><strong>&lt;iomanip&gt;</strong> provides &quot;extractors and inserters
646       that alter information maintained by class ios_base and its dervied
647       classes,&quot; such as std::setprecision and std::setw.  If you need
648       to write expressions like <code>os &lt;&lt; setw(3);</code> or
649       <code>is &gt;&gt; setbase(8);</code>, you must include &lt;iomanip&gt;.
650    </p>
651    <p><strong>&lt;sstream&gt;</strong>/<strong>&lt;fstream&gt;</strong>
652       declare the six stringstream and fstream classes.  As they are the
653       standard concrete descendants of istream and ostream, you will already
654       know about them.
655    </p>
656    <p>Finally, <strong>&lt;iostream&gt;</strong> provides the eight standard
657       global objects (cin, cout, etc).  To do this correctly, this header
658       also provides the contents of the &lt;istream&gt; and &lt;ostream&gt;
659       headers, but nothing else.  The contents of this header look like
660    </p>
661    <pre>
662     #include &lt;ostream&gt;
663     #include &lt;istream&gt;
664
665     namespace std
666     {
667         extern istream cin;
668         extern ostream cout;
669         ....
670
671         // this is explained below
672         <strong>static ios_base::Init __foo;</strong>    // not its real name
673     }
674    </pre>
675    <p>Now, the runtime penalty mentioned previously:  the global objects
676       must be initialized before any of your own code uses them; this is
677       guaranteed by the standard.  Like any other global object, they must
678       be initialized once and only once.  This is typically done with a
679       construct like the one above, and the nested class ios_base::Init is 
680       specified in the standard for just this reason.
681    </p>
682    <p>How does it work?  Because the header is included before any of your
683       code, the <strong>__foo</strong> object is constructed before any of
684       your objects.  (Global objects are built in the order in which they
685       are declared, and destroyed in reverse order.)  The first time the
686       constructor runs, the eight stream objects are set up.
687    </p>
688    <p>The <code>static</code> keyword means that each object file compiled
689       from a source file containing &lt;iostream&gt; will have its own
690       private copy of <strong>__foo</strong>.  There is no specified order
691       of construction across object files (it's one of those pesky NP
692       problems that make life so interesting), so one copy in each object
693       file means that the stream objects are guaranteed to be set up before
694       any of your code which uses them could run, thereby meeting the
695       requirements of the standard.
696    </p>
697    <p>The penalty, of course, is that after the first copy of
698       <strong>__foo</strong> is constructed, all the others are just wasted
699       processor time.  The time spent is merely for an increment-and-test
700       inside a function call, but over several dozen or hundreds of object
701       files, that time can add up.  (It's not in a tight loop, either.)
702    </p>
703    <p>The lesson?  Only include &lt;iostream&gt; when you need to use one of
704       the standard objects in that source file; you'll pay less startup
705       time.  Only include the header files you need to in general; your
706       compile times will go down when there's less parsing work to do.
707    </p>
708
709
710 <hr />
711 <h2><a name="11">Using FILE*s and file descriptors with IOStreams</a></h2>
712    <!-- referenced by ext/howto.html#2, update link if numbering changes -->
713    <p>The v2 library included non-standard extensions to construct
714       <code>std::filebuf</code>s from C stdio types such as
715       <code>FILE*</code>s and POSIX file descriptors.
716       Today the recommended way to use stdio types with libstdc++-v3
717       IOStreams is via the <code>stdio_filebuf</code> class (see below),
718       but earlier releases provided slightly different mechanisms.
719    </p>
720    <ul>
721      <li>3.0.x <code>filebuf</code>s have another ctor with this signature:
722          <br />
723         <code>basic_filebuf(__c_file_type*, ios_base::openmode, int_type);</code>
724          <br />This comes in very handy in a number of places, such as
725          attaching Unix sockets, pipes, and anything else which uses file
726          descriptors, into the IOStream buffering classes.  The three
727          arguments are as follows:
728          <ul>
729           <li><code>__c_file_type*      F   </code>
730               // the __c_file_type typedef usually boils down to stdio's FILE
731           </li>
732           <li><code>ios_base::openmode  M   </code>
733               // same as all the other uses of openmode
734           </li>
735           <li><code>int_type            B   </code>
736               // buffer size, defaults to BUFSIZ if not specified
737           </li>
738          </ul>
739          For those wanting to use file descriptors instead of FILE*'s, I
740          invite you to contemplate the mysteries of C's <code>fdopen()</code>.
741      </li>
742      <li>In library snapshot 3.0.95 and later, <code>filebuf</code>s bring
743          back an old extension:  the <code>fd()</code> member function.  The
744          integer returned from this function can be used for whatever file
745          descriptors can be used for on your platform.  Naturally, the
746          library cannot track what you do on your own with a file descriptor,
747          so if you perform any I/O directly, don't expect the library to be
748          aware of it.
749      </li>
750      <li>Beginning with 3.1, the extra <code>filebuf</code> constructor and
751          the <code>fd()</code> function were removed from the standard
752          filebuf.  Instead, <code>&lt;ext/stdio_filebuf.h&gt;</code> contains
753          a derived class called
754          <a href="http://gcc.gnu.org/onlinedocs/libstdc++/latest-doxygen/class____gnu__cxx_1_1stdio__filebuf.html"><code>__gnu_cxx::stdio_filebuf</code></a>.
755          This class can be constructed from a C <code>FILE*</code> or a file
756          descriptor, and provides the <code>fd()</code> function.
757      </li>
758    </ul>
759    <p>If you want to access a <code>filebuf</code>s file descriptor to
760       implement file locking (e.g. using the <code>fcntl()</code> system
761       call) then you might be interested in Henry Suter's
762       <a href="http://suter.home.cern.ch/suter/RWLock.html">RWLock</a>
763       class.
764    </p>
765
766 <!-- ####################################################### -->
767
768 <hr />
769 <p class="fineprint"><em>
770 See <a href="../17_intro/license.html">license.html</a> for copying conditions.
771 Comments and suggestions are welcome, and may be sent to
772 <a href="mailto:libstdc++@gcc.gnu.org">the libstdc++ mailing list</a>.
773 </em></p>
774
775
776 </body>
777 </html>
778
779