Adjusted.
[glibc/pb-stable.git] / manual / charset.texi
blobd0286afda9a5f492555376b0341f66f6cdd7e540
1 @node Character Set Handling, Locales, String and Array Utilities, Top
2 @c %MENU% Support for extended character sets
3 @chapter Character Set Handling
5 @ifnottex
6 @macro cal{text}
7 \text\
8 @end macro
9 @end ifnottex
11 Character sets used in the early days of computing had only six, seven,
12 or eight bits for each character: there was never a case where more than
13 eight bits (one byte) were used to represent a single character.  The
14 limitations of this approach became more apparent as more people
15 grappled with non-Roman character sets, where not all the characters
16 that make up a language's character set can be represented by @math{2^8}
17 choices.  This chapter shows the functionality which was added to the C
18 library to support multiple character sets.
20 @menu
21 * Extended Char Intro::              Introduction to Extended Characters.
22 * Charset Function Overview::        Overview about Character Handling
23                                       Functions.
24 * Restartable multibyte conversion:: Restartable multibyte conversion
25                                       Functions.
26 * Non-reentrant Conversion::         Non-reentrant Conversion Function.
27 * Generic Charset Conversion::       Generic Charset Conversion.
28 @end menu
31 @node Extended Char Intro
32 @section Introduction to Extended Characters
34 A variety of solutions to overcome the differences between
35 character sets with a 1:1 relation between bytes and characters and
36 character sets with ratios of 2:1 or 4:1 exist. The remainder of this
37 section gives a few examples to help understand the design decisions
38 made while developing the functionality of the @w{C library}.
40 @cindex internal representation
41 A distinction we have to make right away is between internal and
42 external representation.  @dfn{Internal representation} means the
43 representation used by a program while keeping the text in memory.
44 External representations are used when text is stored or transmitted
45 through whatever communication channel.  Examples of external
46 representations include files lying in a directory that are going to be
47 read and parsed.
49 Traditionally there has been no difference between the two representations.
50 It was equally comfortable and useful to use the same single-byte
51 representation internally and externally.  This changes with more and
52 larger character sets.
54 One of the problems to overcome with the internal representation is
55 handling text that is externally encoded using different character
56 sets.  Assume a program which reads two texts and compares them using
57 some metric.  The comparison can be usefully done only if the texts are
58 internally kept in a common format.
60 @cindex wide character
61 For such a common format (@math{=} character set) eight bits are certainly
62 no longer enough.  So the smallest entity will have to grow: @dfn{wide
63 characters} will now be used.  Instead of one byte, two or four will
64 be used instead.  (Three are not good to address in memory and more
65 than four bytes seem not to be necessary).
67 @cindex Unicode
68 @cindex ISO 10646
69 As shown in some other part of this manual,
70 @c !!! Ahem, wide char string functions are not yet covered -- drepper
71 there exists a completely new family of functions which can handle texts
72 of this kind in memory.  The most commonly used character sets for such
73 internal wide character representations are Unicode and @w{ISO 10646}
74 (also known as UCS for Universal Character Set). Unicode was originally
75 planned as a 16-bit character set, whereas @w{ISO 10646} was designed to
76 be a 31-bit large code space. The two standards are practically identical.
77 They have the same character repertoire and code table, but Unicode specifies
78 added semantics.  At the moment, only characters in the first @code{0x10000}
79 code positions (the so-called Basic Multilingual Plane, BMP) have been
80 assigned, but the assignment of more specialized characters outside this
81 16-bit space is already in progress. A number of encodings have been
82 defined for Unicode and @w{ISO 10646} characters:
83 @cindex UCS-2
84 @cindex UCS-4
85 @cindex UTF-8
86 @cindex UTF-16
87 UCS-2 is a 16-bit word that can only represent characters
88 from the BMP, UCS-4 is a 32-bit word than can represent any Unicode
89 and @w{ISO 10646} character, UTF-8 is an ASCII compatible encoding where
90 ASCII characters are represented by ASCII bytes and non-ASCII characters
91 by sequences of 2-6 non-ASCII bytes, and finally UTF-16 is an extension
92 of UCS-2 in which pairs of certain UCS-2 words can be used to encode
93 non-BMP characters up to @code{0x10ffff}.
95 To represent wide characters the @code{char} type is not suitable.  For
96 this reason the @w{ISO C} standard introduces a new type which is
97 designed to keep one character of a wide character string.  To maintain
98 the similarity there is also a type corresponding to @code{int} for
99 those functions which take a single wide character.
101 @comment stddef.h
102 @comment ISO
103 @deftp {Data type} wchar_t
104 This data type is used as the base type for wide character strings.
105 I.e., arrays of objects of this type are the equivalent of @code{char[]}
106 for multibyte character strings.  The type is defined in @file{stddef.h}.
108 The @w{ISO C90} standard, where this type was introduced, does not say
109 anything specific about the representation.  It only requires that this
110 type is capable of storing all elements of the basic character set.
111 Therefore it would be legitimate to define @code{wchar_t} as
112 @code{char}.  This might make sense for embedded systems.
114 But for GNU systems this type is always 32 bits wide.  It is therefore
115 capable of representing all UCS-4 values and  therefore covering all of
116 @w{ISO 10646}.  Some Unix systems define @code{wchar_t} as a 16-bit type and
117 thereby follow Unicode very strictly.  This is perfectly fine with the
118 standard but it also means that to represent all characters from Unicode
119 and @w{ISO 10646} one has to use UTF-16 surrogate characters which is in
120 fact a multi-wide-character encoding.  But this contradicts the purpose
121 of the @code{wchar_t} type.
122 @end deftp
124 @comment wchar.h
125 @comment ISO
126 @deftp {Data type} wint_t
127 @code{wint_t} is a data type used for parameters and variables which
128 contain a single wide character.  As the name already suggests it is the
129 equivalent to @code{int} when using the normal @code{char} strings.  The
130 types @code{wchar_t} and @code{wint_t} have often the same
131 representation if their size if 32 bits wide but if @code{wchar_t} is
132 defined as @code{char} the type @code{wint_t} must be defined as
133 @code{int} due to the parameter promotion.
135 @pindex wchar.h
136 This type is defined in @file{wchar.h} and got introduced in
137 @w{Amendment 1} to @w{ISO C90}.
138 @end deftp
140 As there are for the @code{char} data type there also exist macros
141 specifying the minimum and maximum value representable in an object of
142 type @code{wchar_t}.
144 @comment wchar.h
145 @comment ISO
146 @deftypevr Macro wint_t WCHAR_MIN
147 The macro @code{WCHAR_MIN} evaluates to the minimum value representable
148 by an object of type @code{wint_t}.
150 This macro got introduced in @w{Amendment 1} to @w{ISO C90}.
151 @end deftypevr
153 @comment wchar.h
154 @comment ISO
155 @deftypevr Macro wint_t WCHAR_MAX
156 The macro @code{WCHAR_MAX} evaluates to the maximum value representable
157 by an object of type @code{wint_t}.
159 This macro got introduced in @w{Amendment 1} to @w{ISO C90}.
160 @end deftypevr
162 Another special wide character value is the equivalent to @code{EOF}.
164 @comment wchar.h
165 @comment ISO
166 @deftypevr Macro wint_t WEOF
167 The macro @code{WEOF} evaluates to a constant expression of type
168 @code{wint_t} whose value is different from any member of the extended
169 character set.
171 @code{WEOF} need not be the same value as @code{EOF} and unlike
172 @code{EOF} it also need @emph{not} be negative.  I.e., sloppy code like
174 @smallexample
176   int c;
177   ...
178   while ((c = getc (fp)) < 0)
179     ...
181 @end smallexample
183 @noindent
184 has to be rewritten to explicitly use @code{WEOF} when wide characters
185 are used.
187 @smallexample
189   wint_t c;
190   ...
191   while ((c = wgetc (fp)) != WEOF)
192     ...
194 @end smallexample
196 @pindex wchar.h
197 This macro was introduced in @w{Amendment 1} to @w{ISO C90} and is
198 defined in @file{wchar.h}.
199 @end deftypevr
202 These internal representations present problems when it comes to storing
203 and transmittal, since a single wide character consists of more
204 than one byte they are effected by byte-ordering.  I.e., machines with
205 different endianesses would see different value accessing the same data.
206 This also applies for communication protocols which are all byte-based
207 and therefore the sender has to decide about splitting the wide
208 character in bytes.  A last (but not least important) point is that wide
209 characters often require more storage space than an customized byte
210 oriented character set.
212 @cindex multibyte character
213 @cindex EBCDIC
214    For all the above reasons, an external encoding which is different
215 from the internal encoding is often used if the latter is UCS-2 or UCS-4.
216 The external encoding is byte-based and can be chosen appropriately for
217 the environment and for the texts to be handled.  There exist a variety
218 of different character sets which can be used for this external
219 encoding. Information which will not be exhaustively presented
220 here--instead, a description of the major groups will suffice.  All of
221 the ASCII-based character sets [_bkoz_: do you mean Roman character
222 sets? If not, what do you mean here?]  fulfill one requirement: they are
223 "filesystem safe".  This means that the character @code{'/'} is used in
224 the encoding @emph{only} to represent itself.  Things are a bit
225 different for character sets like EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal
226 Interchange Code, a character set family used by IBM) but if the
227 operation system does not understand EBCDIC directly the parameters to
228 system calls have to be converted first anyhow.
230 @itemize @bullet
231 @item
232 The simplest character sets are single-byte character sets.  There can be
233 only up to 256 characters (for @w{8 bit} character sets) which is not
234 sufficient to cover all languages but might be sufficient to handle a
235 specific text.  Another reason to choose this is because of constraints
236 from interaction with other programs (which might not be 8-bit clean).
238 @cindex ISO 2022
239 @item
240 The @w{ISO 2022} standard defines a mechanism for extended character
241 sets where one character @emph{can} be represented by more than one
242 byte.  This is achieved by associating a state with the text.  Embedded
243 in the text can be characters which can be used to change the state.
244 Each byte in the text might have a different interpretation in each
245 state.  The state might even influence whether a given byte stands for a
246 character on its own or whether it has to be combined with some more
247 bytes.
249 @cindex EUC
250 @cindex SJIS
251 In most uses of @w{ISO 2022} the defined character sets do not allow
252 state changes which cover more than the next character.  This has the
253 big advantage that whenever one can identify the beginning of the byte
254 sequence of a character one can interpret a text correctly.  Examples of
255 character sets using this policy are the various EUC character sets
256 (used by Sun's operations systems, EUC-JP, EUC-KR, EUC-TW, and EUC-CN)
257 or SJIS (Shift-JIS, a Japanese encoding).
259 But there are also character sets using a state which is valid for more
260 than one character and has to be changed by another byte sequence.
261 Examples for this are ISO-2022-JP, ISO-2022-KR, and ISO-2022-CN.
263 @item
264 @cindex ISO 6937
265 Early attempts to fix 8 bit character sets for other languages using the
266 Roman alphabet lead to character sets like @w{ISO 6937}.  Here bytes
267 representing characters like the acute accent do not produce output
268 themselves: one has to combine them with other characters to get the
269 desired result.  E.g., the byte sequence @code{0xc2 0x61} (non-spacing
270 acute accent, following by lower-case `a') to get the ``small a with
271 acute'' character.  To get the acute accent character on its own, one has
272 to write @code{0xc2 0x20} (the non-spacing acute followed by a space).
274 This type of character set is used in some embedded systems such as
275 teletex.
277 @item
278 @cindex UTF-8
279 Instead of converting the Unicode or @w{ISO 10646} text used internally,
280 it is often also sufficient to simply use an encoding different than
281 UCS-2/UCS-4.  The Unicode and @w{ISO 10646} standards even specify such an
282 encoding: UTF-8.  This encoding is able to represent all of @w{ISO
283 10464} 31 bits in a byte string of length one to six.
285 @cindex UTF-7
286 There were a few other attempts to encode @w{ISO 10646} such as UTF-7
287 but UTF-8 is today the only encoding which should be used.  In fact,
288 UTF-8 will hopefully soon be the only external encoding that has to be
289 supported.  It proves to be universally usable and the only disadvantage
290 is that it favors Roman languages by making the byte string
291 representation of other scripts (Cyrillic, Greek, Asian scripts) longer
292 than necessary if using a specific character set for these scripts.
293 Methods like the Unicode compression scheme can alleviate these
294 problems.
295 @end itemize
297 The question remaining is: how to select the character set or encoding
298 to use.  The answer: you cannot decide about it yourself, it is decided
299 by the developers of the system or the majority of the users.  Since the
300 goal is interoperability one has to use whatever the other people one
301 works with use.  If there are no constraints the selection is based on
302 the requirements the expected circle of users will have.  I.e., if a
303 project is expected to only be used in, say, Russia it is fine to use
304 KOI8-R or a similar character set.  But if at the same time people from,
305 say, Greece are participating one should use a character set which allows
306 all people to collaborate.
308 The most widely useful solution seems to be: go with the most general
309 character set, namely @w{ISO 10646}.  Use UTF-8 as the external encoding
310 and problems about users not being able to use their own language
311 adequately are a thing of the past.
313 One final comment about the choice of the wide character representation
314 is necessary at this point.  We have said above that the natural choice
315 is using Unicode or @w{ISO 10646}.  This is not required, but at least
316 encouraged, by the @w{ISO C} standard.  The standard defines at least a
317 macro @code{__STDC_ISO_10646__} that is only defined on systems where
318 the @code{wchar_t} type encodes @w{ISO 10646} characters.  If this
319 symbol is not defined one should as much as possible avoid making
320 assumption about the wide character representation.  If the programmer
321 uses only the functions provided by the C library to handle wide
322 character strings there should not be any compatibility problems with
323 other systems.
325 @node Charset Function Overview
326 @section Overview about Character Handling Functions
328 A Unix @w{C library} contains three different sets of functions in two
329 families to handle character set conversion.  The one function family
330 is specified in the @w{ISO C} standard and therefore is portable even
331 beyond the Unix world.
333 The most commonly known set of functions, coming from the @w{ISO C90}
334 standard, is unfortunately the least useful one.  In fact, these
335 functions should be avoided whenever possible, especially when
336 developing libraries (as opposed to applications).
338 The second family of functions got introduced in the early Unix standards
339 (XPG2) and is still part of the latest and greatest Unix standard:
340 @w{Unix 98}.  It is also the most powerful and useful set of functions.
341 But we will start with the functions defined in @w{Amendment 1} to
342 @w{ISO C90}.
344 @node Restartable multibyte conversion
345 @section Restartable Multibyte Conversion Functions
347 The @w{ISO C} standard defines functions to convert strings from a
348 multibyte representation to wide character strings.  There are a number
349 of peculiarities:
351 @itemize @bullet
352 @item
353 The character set assumed for the multibyte encoding is not specified
354 as an argument to the functions.  Instead the character set specified by
355 the @code{LC_CTYPE} category of the current locale is used; see
356 @ref{Locale Categories}.
358 @item
359 The functions handling more than one character at a time require NUL
360 terminated strings as the argument.  I.e., converting blocks of text
361 does not work unless one can add a NUL byte at an appropriate place.
362 The GNU C library contains some extensions the standard which allow
363 specifying a size but basically they also expect terminated strings.
364 @end itemize
366 Despite these limitations the @w{ISO C} functions can very well be used
367 in many contexts.  In graphical user interfaces, for instance, it is not
368 uncommon to have functions which require text to be displayed in a wide
369 character string if it is not simple ASCII.  The text itself might come
370 from a file with translations and the user should decide about the
371 current locale which determines the translation and therefore also the
372 external encoding used.  In such a situation (and many others) the
373 functions described here are perfect.  If more freedom while performing
374 the conversion is necessary take a look at the @code{iconv} functions
375 (@pxref{Generic Charset Conversion}).
377 @menu
378 * Selecting the Conversion::     Selecting the conversion and its properties.
379 * Keeping the state::            Representing the state of the conversion.
380 * Converting a Character::       Converting Single Characters.
381 * Converting Strings::           Converting Multibyte and Wide Character
382                                   Strings.
383 * Multibyte Conversion Example:: A Complete Multibyte Conversion Example.
384 @end menu
386 @node Selecting the Conversion
387 @subsection Selecting the conversion and its properties
389 We already said above that the currently selected locale for the
390 @code{LC_CTYPE} category decides about the conversion which is performed
391 by the functions we are about to describe.  Each locale uses its own
392 character set (given as an argument to @code{localedef}) and this is the
393 one assumed as the external multibyte encoding.  The wide character
394 character set always is UCS-4, at least on GNU systems.
396 A characteristic of each multibyte character set is the maximum number
397 of bytes which can be necessary to represent one character.  This
398 information is quite important when writing code which uses the
399 conversion functions.  In the examples below we will see some examples.
400 The @w{ISO C} standard defines two macros which provide this information.
403 @comment limits.h
404 @comment ISO
405 @deftypevr Macro int MB_LEN_MAX
406 This macro specifies the maximum number of bytes in the multibyte
407 sequence for a single character in any of the supported locales.  It is
408 a compile-time constant and it is defined in @file{limits.h}.
409 @pindex limits.h
410 @end deftypevr
412 @comment stdlib.h
413 @comment ISO
414 @deftypevr Macro int MB_CUR_MAX
415 @code{MB_CUR_MAX} expands into a positive integer expression that is the
416 maximum number of bytes in a multibyte character in the current locale.
417 The value is never greater than @code{MB_LEN_MAX}.  Unlike
418 @code{MB_LEN_MAX} this macro need not be a compile-time constant and in
419 fact, in the GNU C library it is not.
421 @pindex stdlib.h
422 @code{MB_CUR_MAX} is defined in @file{stdlib.h}.
423 @end deftypevr
425 Two different macros are necessary since strictly @w{ISO C90} compilers
426 do not allow variable length array definitions but still it is desirable
427 to avoid dynamic allocation.  This incomplete piece of code shows the
428 problem:
430 @smallexample
432   char buf[MB_LEN_MAX];
433   ssize_t len = 0;
435   while (! feof (fp))
436     @{
437       fread (&buf[len], 1, MB_CUR_MAX - len, fp);
438       /* @r{... process} buf */
439       len -= used;
440     @}
442 @end smallexample
444 The code in the inner loop is expected to have always enough bytes in
445 the array @var{buf} to convert one multibyte character.  The array
446 @var{buf} has to be sized statically since many compilers do not allow a
447 variable size.  The @code{fread} call makes sure that always
448 @code{MB_CUR_MAX} bytes are available in @var{buf}.  Note that it isn't
449 a problem if @code{MB_CUR_MAX} is not a compile-time constant.
452 @node Keeping the state
453 @subsection Representing the state of the conversion
455 @cindex stateful
456 In the introduction of this chapter it was said that certain character
457 sets use a @dfn{stateful} encoding.  I.e., the encoded values depend in
458 some way on the previous bytes in the text.
460 Since the conversion functions allow converting a text in more than one
461 step we must have a way to pass this information from one call of the
462 functions to another.
464 @comment wchar.h
465 @comment ISO
466 @deftp {Data type} mbstate_t
467 @cindex shift state
468 A variable of type @code{mbstate_t} can contain all the information
469 about the @dfn{shift state} needed from one call to a conversion
470 function to another.
472 @pindex wchar.h
473 This type is defined in @file{wchar.h}.  It got introduced in
474 @w{Amendment 1} to @w{ISO C90}.
475 @end deftp
477 To use objects of this type the programmer has to define such objects
478 (normally as local variables on the stack) and pass a pointer to the
479 object to the conversion functions.  This way the conversion function
480 can update the object if the current multibyte character set is
481 stateful.
483 There is no specific function or initializer to put the state object in
484 any specific state.  The rules are that the object should always
485 represent the initial state before the first use and this is achieved by
486 clearing the whole variable with code such as follows:
488 @smallexample
490   mbstate_t state;
491   memset (&state, '\0', sizeof (state));
492   /* @r{from now on @var{state} can be used.}  */
493   ...
495 @end smallexample
497 When using the conversion functions to generate output it is often
498 necessary to test whether the current state corresponds to the initial
499 state.  This is necessary, for example, to decide whether or not to emit
500 escape sequences to set the state to the initial state at certain
501 sequence points.  Communication protocols often require this.
503 @comment wchar.h
504 @comment ISO
505 @deftypefun int mbsinit (const mbstate_t *@var{ps})
506 This function determines whether the state object pointed to by @var{ps}
507 is in the initial state or not.  If @var{ps} is a null pointer or the
508 object is in the initial state the return value is nonzero.  Otherwise
509 it is zero.
511 @pindex wchar.h
512 This function was introduced in @w{Amendment 1} to @w{ISO C90} and
513 is declared in @file{wchar.h}.
514 @end deftypefun
516 Code using this function often looks similar to this:
518 @c Fix the example to explicitly say how to generate the escape sequence
519 @c to restore the initial state.
520 @smallexample
522   mbstate_t state;
523   memset (&state, '\0', sizeof (state));
524   /* @r{Use @var{state}.}  */
525   ...
526   if (! mbsinit (&state))
527     @{
528       /* @r{Emit code to return to initial state.}  */
529       const wchar_t empty[] = L"";
530       const wchar_t *srcp = empty;
531       wcsrtombs (outbuf, &srcp, outbuflen, &state);
532     @}
533   ...
535 @end smallexample
537 The code to emit the escape sequence to get back to the initial state is
538 interesting.  The @code{wcsrtombs} function can be used to determine the
539 necessary output code (@pxref{Converting Strings}).  Please note that on
540 GNU systems it is not necessary to perform this extra action for the
541 conversion from multibyte text to wide character text since the wide
542 character encoding is not stateful.  But there is nothing mentioned in
543 any standard which prohibits making @code{wchar_t} using a stateful
544 encoding.
546 @node Converting a Character
547 @subsection Converting Single Characters
549 The most fundamental of the conversion functions are those dealing with
550 single characters.  Please note that this does not always mean single
551 bytes.  But since there is very often a subset of the multibyte
552 character set which consists of single byte sequences there are
553 functions to help with converting bytes.  One very important and often
554 applicable scenario is where ASCII is a subpart of the multibyte
555 character set.  I.e., all ASCII characters stand for itself and all
556 other characters have at least a first byte which is beyond the range
557 @math{0} to @math{127}.
559 @comment wchar.h
560 @comment ISO
561 @deftypefun wint_t btowc (int @var{c})
562 The @code{btowc} function (``byte to wide character'') converts a valid
563 single byte character @var{c} in the initial shift state into the wide
564 character equivalent using the conversion rules from the currently
565 selected locale of the @code{LC_CTYPE} category.
567 If @code{(unsigned char) @var{c}} is no valid single byte multibyte
568 character or if @var{c} is @code{EOF} the function returns @code{WEOF}.
570 Please note the restriction of @var{c} being tested for validity only in
571 the initial shift state.  There is no @code{mbstate_t} object used from
572 which the state information is taken and the function also does not use
573 any static state.
575 @pindex wchar.h
576 This function was introduced in @w{Amendment 1} to @w{ISO C90} and
577 is declared in @file{wchar.h}.
578 @end deftypefun
580 Despite the limitation that the single byte value always is interpreted
581 in the initial state this function is actually useful most of the time.
582 Most characters are either entirely single-byte character sets or they
583 are extension to ASCII.  But then it is possible to write code like this
584 (not that this specific example is very useful):
586 @smallexample
587 wchar_t *
588 itow (unsigned long int val)
590   static wchar_t buf[30];
591   wchar_t *wcp = &buf[29];
592   *wcp = L'\0';
593   while (val != 0)
594     @{
595       *--wcp = btowc ('0' + val % 10);
596       val /= 10;
597     @}
598   if (wcp == &buf[29])
599     *--wcp = L'0';
600   return wcp;
602 @end smallexample
604 Why is it necessary to use such a complicated implementation and not
605 simply cast @code{'0' + val % 10} to a wide character?  The answer is
606 that there is no guarantee that one can perform this kind of arithmetic
607 on the character of the character set used for @code{wchar_t}
608 representation.  In other situations the bytes are not constant at
609 compile time and so the compiler cannot do the work.  In situations like
610 this it is necessary @code{btowc}.
612 @noindent
613 There also is a function for the conversion in the other direction.
615 @comment wchar.h
616 @comment ISO
617 @deftypefun int wctob (wint_t @var{c})
618 The @code{wctob} function (``wide character to byte'') takes as the
619 parameter a valid wide character.  If the multibyte representation for
620 this character in the initial state is exactly one byte long the return
621 value of this function is this character.  Otherwise the return value is
622 @code{EOF}.
624 @pindex wchar.h
625 This function was introduced in @w{Amendment 1} to @w{ISO C90} and
626 is declared in @file{wchar.h}.
627 @end deftypefun
629 There are more general functions to convert single character from
630 multibyte representation to wide characters and vice versa.  These
631 functions pose no limit on the length of the multibyte representation
632 and they also do not require it to be in the initial state.
634 @comment wchar.h
635 @comment ISO
636 @deftypefun size_t mbrtowc (wchar_t *restrict @var{pwc}, const char *restrict @var{s}, size_t @var{n}, mbstate_t *restrict @var{ps})
637 @cindex stateful
638 The @code{mbrtowc} function (``multibyte restartable to wide
639 character'') converts the next multibyte character in the string pointed
640 to by @var{s} into a wide character and stores it in the wide character
641 string pointed to by @var{pwc}.  The conversion is performed according
642 to the locale currently selected for the @code{LC_CTYPE} category.  If
643 the conversion for the character set used in the locale requires a state
644 the multibyte string is interpreted in the state represented by the
645 object pointed to by @var{ps}.  If @var{ps} is a null pointer, a static,
646 internal state variable used only by the @code{mbrtowc} function is
647 used.
649 If the next multibyte character corresponds to the NUL wide character
650 the return value of the function is @math{0} and the state object is
651 afterwards in the initial state.  If the next @var{n} or fewer bytes
652 form a correct multibyte character the return value is the number of
653 bytes starting from @var{s} which form the multibyte character.  The
654 conversion state is updated according to the bytes consumed in the
655 conversion.  In both cases the wide character (either the @code{L'\0'}
656 or the one found in the conversion) is stored in the string pointer to
657 by @var{pwc} iff @var{pwc} is not null.
659 If the first @var{n} bytes of the multibyte string possibly form a valid
660 multibyte character but there are more than @var{n} bytes needed to
661 complete it the return value of the function is @code{(size_t) -2} and
662 no value is stored.  Please note that this can happen even if @var{n}
663 has a value greater or equal to @code{MB_CUR_MAX} since the input might
664 contain redundant shift sequences.
666 If the first @code{n} bytes of the multibyte string cannot possibly form
667 a valid multibyte character also no value is stored, the global variable
668 @code{errno} is set to the value @code{EILSEQ} and the function returns
669 @code{(size_t) -1}.  The conversion state is afterwards undefined.
671 @pindex wchar.h
672 This function was introduced in @w{Amendment 1} to @w{ISO C90} and
673 is declared in @file{wchar.h}.
674 @end deftypefun
676 Using this function is straight forward.  A function which copies a
677 multibyte string into a wide character string while at the same time
678 converting all lowercase character into uppercase could look like this
679 (this is not the final version, just an example; it has no error
680 checking, and leaks sometimes memory):
682 @smallexample
683 wchar_t *
684 mbstouwcs (const char *s)
686   size_t len = strlen (s);
687   wchar_t *result = malloc ((len + 1) * sizeof (wchar_t));
688   wchar_t *wcp = result;
689   wchar_t tmp[1];
690   mbstate_t state;
691   size_t nbytes;
693   memset (&state, '\0', sizeof (state));
694   while ((nbytes = mbrtowc (tmp, s, len, &state)) > 0)
695     @{
696       if (nbytes >= (size_t) -2)
697         /* Invalid input string.  */
698         return NULL;
699       *result++ = towupper (tmp[0]);
700       len -= nbytes;
701       s += nbytes;
702     @}
703   return result;
705 @end smallexample
707 The use of @code{mbrtowc} should be clear.  A single wide character is
708 stored in @code{@var{tmp}[0]} and the number of consumed bytes is stored
709 in the variable @var{nbytes}.  In case the the conversion was successful
710 the uppercase variant of the wide character is stored in the
711 @var{result} array and the pointer to the input string and the number of
712 available bytes is adjusted.
714 The only non-obvious thing about the function might be the way memory is
715 allocated for the result.  The above code uses the fact that there can
716 never be more wide characters in the converted results than there are
717 bytes in the multibyte input string.  This method yields to a
718 pessimistic guess about the size of the result and if many wide
719 character strings have to be constructed this way or the strings are
720 long, the extra memory required allocated because the input string
721 contains multibyte characters might be significant.  It would be
722 possible to resize the allocated memory block to the correct size before
723 returning it.  A better solution might be to allocate just the right
724 amount of space for the result right away.  Unfortunately there is no
725 function to compute the length of the wide character string directly
726 from the multibyte string.  But there is a function which does part of
727 the work.
729 @comment wchar.h
730 @comment ISO
731 @deftypefun size_t mbrlen (const char *restrict @var{s}, size_t @var{n}, mbstate_t *@var{ps})
732 The @code{mbrlen} function (``multibyte restartable length'') computes
733 the number of at most @var{n} bytes starting at @var{s} which form the
734 next valid and complete multibyte character.
736 If the next multibyte character corresponds to the NUL wide character
737 the return value is @math{0}.  If the next @var{n} bytes form a valid
738 multibyte character the number of bytes belonging to this multibyte
739 character byte sequence is returned.
741 If the the first @var{n} bytes possibly form a valid multibyte
742 character but it is incomplete the return value is @code{(size_t) -2}.
743 Otherwise the multibyte character sequence is invalid and the return
744 value is @code{(size_t) -1}.
746 The multibyte sequence is interpreted in the state represented by the
747 object pointed to by @var{ps}.  If @var{ps} is a null pointer, a state
748 object local to @code{mbrlen} is used.
750 @pindex wchar.h
751 This function was introduced in @w{Amendment 1} to @w{ISO C90} and
752 is declared in @file{wchar.h}.
753 @end deftypefun
755 The tentative reader now will of course note that @code{mbrlen} can be
756 implemented as
758 @smallexample
759 mbrtowc (NULL, s, n, ps != NULL ? ps : &internal)
760 @end smallexample
762 This is true and in fact is mentioned in the official specification.
763 Now, how can this function be used to determine the length of the wide
764 character string created from a multibyte character string?  It is not
765 directly usable but we can define a function @code{mbslen} using it:
767 @smallexample
768 size_t
769 mbslen (const char *s)
771   mbstate_t state;
772   size_t result = 0;
773   size_t nbytes;
774   memset (&state, '\0', sizeof (state));
775   while ((nbytes = mbrlen (s, MB_LEN_MAX, &state)) > 0)
776     @{
777       if (nbytes >= (size_t) -2)
778         /* @r{Something is wrong.}  */
779         return (size_t) -1;
780       s += nbytes;
781       ++result;
782     @}
783   return result;
785 @end smallexample
787 This function simply calls @code{mbrlen} for each multibyte character
788 in the string and counts the number of function calls.  Please note that
789 we here use @code{MB_LEN_MAX} as the size argument in the @code{mbrlen}
790 call.  This is OK since a) this value is larger then the length of the
791 longest multibyte character sequence and b) because we know that the
792 string @var{s} ends with a NUL byte which cannot be part of any other
793 multibyte character sequence but the one representing the NUL wide
794 character.  Therefore the @code{mbrlen} function will never read invalid
795 memory.
797 Now that this function is available (just to make this clear, this
798 function is @emph{not} part of the GNU C library) we can compute the
799 number of wide character required to store the converted multibyte
800 character string @var{s} using
802 @smallexample
803 wcs_bytes = (mbslen (s) + 1) * sizeof (wchar_t);
804 @end smallexample
806 Please note that the @code{mbslen} function is quite inefficient.  The
807 implementation of @code{mbstouwcs} implemented using @code{mbslen} would
808 have to perform the conversion of the multibyte character input string
809 twice and this conversion might be quite expensive.  So it is necessary
810 to think about the consequences of using the easier but imprecise method
811 before doing the work twice.
813 @comment wchar.h
814 @comment ISO
815 @deftypefun size_t wcrtomb (char *restrict @var{s}, wchar_t @var{wc}, mbstate_t *restrict @var{ps})
816 The @code{wcrtomb} function (``wide character restartable to
817 multibyte'') converts a single wide character into a multibyte string
818 corresponding to that wide character.
820 If @var{s} is a null pointer the function resets the the state stored in
821 the objects pointer to by @var{ps} (or the internal @code{mbstate_t}
822 object) to the initial state.  This can also be achieved by a call like
823 this:
825 @smallexample
826 wcrtombs (temp_buf, L'\0', ps)
827 @end smallexample
829 @noindent
830 since if @var{s} is a null pointer @code{wcrtomb} performs as if it
831 writes into an internal buffer which is guaranteed to be large enough.
833 If @var{wc} is the NUL wide character @code{wcrtomb} emits, if
834 necessary, a shift sequence to get the state @var{ps} into the initial
835 state followed by a single NUL byte is stored in the string @var{s}.
837 Otherwise a byte sequence (possibly including shift sequences) is
838 written into the string @var{s}.  This of only happens if @var{wc} is a
839 valid wide character, i.e., it has a multibyte representation in the
840 character set selected by locale of the @code{LC_CTYPE} category.  If
841 @var{wc} is no valid wide character nothing is stored in the strings
842 @var{s}, @code{errno} is set to @code{EILSEQ}, the conversion state in
843 @var{ps} is undefined and the return value is @code{(size_t) -1}.
845 If no error occurred the function returns the number of bytes stored in
846 the string @var{s}.  This includes all byte representing shift
847 sequences.
849 One word about the interface of the function: there is no parameter
850 specifying the length of the array @var{s}.  Instead the function
851 assumes that there are at least @code{MB_CUR_MAX} bytes available since
852 this is the maximum length of any byte sequence representing a single
853 character.  So the caller has to make sure that there is enough space
854 available, otherwise buffer overruns can occur.
856 @pindex wchar.h
857 This function was introduced in @w{Amendment 1} to @w{ISO C90} and is
858 declared in @file{wchar.h}.
859 @end deftypefun
861 Using this function is as easy as using @code{mbrtowc}.  The following
862 example appends a wide character string to a multibyte character string.
863 Again, the code is not really useful (and correct), it is simply here to
864 demonstrate the use and some problems.
866 @smallexample
867 char *
868 mbscatwcs (char *s, size_t len, const wchar_t *ws)
870   mbstate_t state;
871   /* @r{Find the end of the existing string.}  */
872   char *wp = strchr (s, '\0');
873   len -= wp - s;
874   memset (&state, '\0', sizeof (state));
875   do
876     @{
877       size_t nbytes;
878       if (len < MB_CUR_LEN)
879         @{
880           /* @r{We cannot guarantee that the next}
881              @r{character fits into the buffer, so}
882              @r{return an error.}  */
883           errno = E2BIG;
884           return NULL;
885         @}
886       nbytes = wcrtomb (wp, *ws, &state);
887       if (nbytes == (size_t) -1)
888         /* @r{Error in the conversion.}  */
889         return NULL;
890       len -= nbytes;
891       wp += nbytes;
892     @}
893   while (*ws++ != L'\0');
894   return s;
896 @end smallexample
898 First the function has to find the end of the string currently in the
899 array @var{s}.  The @code{strchr} call does this very efficiently since a
900 requirement for multibyte character representations is that the NUL byte
901 never is used except to represent itself (and in this context, the end
902 of the string).
904 After initializing the state object the loop is entered where the first
905 task is to make sure there is enough room in the array @var{s}.  We
906 abort if there are not at least @code{MB_CUR_LEN} bytes available.  This
907 is not always optimal but we have no other choice.  We might have less
908 than @code{MB_CUR_LEN} bytes available but the next multibyte character
909 might also be only one byte long.  At the time the @code{wcrtomb} call
910 returns it is too late to decide whether the buffer was large enough or
911 not.  If this solution is really unsuitable there is a very slow but
912 more accurate solution.
914 @smallexample
915   ...
916   if (len < MB_CUR_LEN)
917     @{
918       mbstate_t temp_state;
919       memcpy (&temp_state, &state, sizeof (state));
920       if (wcrtomb (NULL, *ws, &temp_state) > len)
921         @{
922           /* @r{We cannot guarantee that the next}
923              @r{character fits into the buffer, so}
924              @r{return an error.}  */
925           errno = E2BIG;
926           return NULL;
927         @}
928     @}
929   ...
930 @end smallexample
932 Here we do perform the conversion which might overflow the buffer so
933 that we are afterwards in the position to make an exact decision about
934 the buffer size.  Please note the @code{NULL} argument for the
935 destination buffer in the new @code{wcrtomb} call; since we are not
936 interested in the converted text at this point this is a nice way to
937 express this.  The most unusual thing about this piece of code certainly
938 is the duplication of the conversion state object.  But think about
939 this: if a change of the state is necessary to emit the next multibyte
940 character we want to have the same shift state change performed in the
941 real conversion.  Therefore we have to preserve the initial shift state
942 information.
944 There are certainly many more and even better solutions to this problem.
945 This example is only meant for educational purposes.
947 @node Converting Strings
948 @subsection Converting Multibyte and Wide Character Strings
950 The functions described in the previous section only convert a single
951 character at a time.  Most operations to be performed in real-world
952 programs include strings and therefore the @w{ISO C} standard also
953 defines conversions on entire strings.  However, the defined set of
954 functions is quite limited, thus the GNU C library contains a few
955 extensions which can help in some important situations.
957 @comment wchar.h
958 @comment ISO
959 @deftypefun size_t mbsrtowcs (wchar_t *restrict @var{dst}, const char **restrict @var{src}, size_t @var{len}, mbstate_t *restrict @var{ps})
960 The @code{mbsrtowcs} function (``multibyte string restartable to wide
961 character string'') converts an NUL terminated multibyte character
962 string at @code{*@var{src}} into an equivalent wide character string,
963 including the NUL wide character at the end.  The conversion is started
964 using the state information from the object pointed to by @var{ps} or
965 from an internal object of @code{mbsrtowcs} if @var{ps} is a null
966 pointer.  Before returning the state object to match the state after the
967 last converted character.  The state is the initial state if the
968 terminating NUL byte is reached and converted.
970 If @var{dst} is not a null pointer the result is stored in the array
971 pointed to by @var{dst}, otherwise the conversion result is not
972 available since it is stored in an internal buffer.
974 If @var{len} wide characters are stored in the array @var{dst} before
975 reaching the end of the input string the conversion stops and @var{len}
976 is returned.  If @var{dst} is a null pointer @var{len} is never checked.
978 Another reason for a premature return from the function call is if the
979 input string contains an invalid multibyte sequence.  In this case the
980 global variable @code{errno} is set to @code{EILSEQ} and the function
981 returns @code{(size_t) -1}.
983 @c XXX The ISO C9x draft seems to have a problem here.  It says that PS
984 @c is not updated if DST is NULL.  This is not said straight forward and
985 @c none of the other functions is described like this.  It would make sense
986 @c to define the function this way but I don't think it is meant like this.
988 In all other cases the function returns the number of wide characters
989 converted during this call.  If @var{dst} is not null @code{mbsrtowcs}
990 stores in the pointer pointed to by @var{src} a null pointer (if the NUL
991 byte in the input string was reached) or the address of the byte
992 following the last converted multibyte character.
994 @pindex wchar.h
995 This function was introduced in @w{Amendment 1} to @w{ISO C90} and is
996 declared in @file{wchar.h}.
997 @end deftypefun
999 The definition of this function has one limitation which has to be
1000 understood.  The requirement that @var{dst} has to be a NUL terminated
1001 string provides problems if one wants to convert buffers with text.  A
1002 buffer is normally no collection of NUL terminated strings but instead a
1003 continuous collection of lines, separated by newline characters.  Now
1004 assume a function to convert one line from a buffer is needed.  Since
1005 the line is not NUL terminated the source pointer cannot directly point
1006 into the unmodified text buffer.  This means, either one inserts the NUL
1007 byte at the appropriate place for the time of the @code{mbsrtowcs}
1008 function call (which is not doable for a read-only buffer or in a
1009 multi-threaded application) or one copies the line in an extra buffer
1010 where it can be terminated by a NUL byte.  Note that it is not in
1011 general possible to limit the number of characters to convert by setting
1012 the parameter @var{len} to any specific value.  Since it is not known
1013 how many bytes each multibyte character sequence is in length one always
1014 could do only a guess.
1016 @cindex stateful
1017 There is still a problem with the method of NUL-terminating a line right
1018 after the newline character which could lead to very strange results.
1019 As said in the description of the @var{mbsrtowcs} function above the
1020 conversion state is guaranteed to be in the initial shift state after
1021 processing the NUL byte at the end of the input string.  But this NUL
1022 byte is not really part of the text.  I.e., the conversion state after
1023 the newline in the original text could be something different than the
1024 initial shift state and therefore the first character of the next line
1025 is encoded using this state.  But the state in question is never
1026 accessible to the user since the conversion stops after the NUL byte
1027 (which resets the state).  Most stateful character sets in use today
1028 require that the shift state after a newline is the initial state--but
1029 this is not a strict guarantee.  Therefore simply NUL terminating a
1030 piece of a running text is not always an adequate solution and therefore
1031 never should be used in generally used code.
1033 The generic conversion interface (@pxref{Generic Charset Conversion})
1034 does not have this limitation (it simply works on buffers, not
1035 strings), and the GNU C library contains a set of functions which take
1036 additional parameters specifying the maximal number of bytes which are
1037 consumed from the input string.  This way the problem of
1038 @code{mbsrtowcs}'s example above could be solved by determining the line
1039 length and passing this length to the function.
1041 @comment wchar.h
1042 @comment ISO
1043 @deftypefun size_t wcsrtombs (char *restrict @var{dst}, const wchar_t **restrict @var{src}, size_t @var{len}, mbstate_t *restrict @var{ps})
1044 The @code{wcsrtombs} function (``wide character string restartable to
1045 multibyte string'') converts the NUL terminated wide character string at
1046 @code{*@var{src}} into an equivalent multibyte character string and
1047 stores the result in the array pointed to by @var{dst}.  The NUL wide
1048 character is also converted.  The conversion starts in the state
1049 described in the object pointed to by @var{ps} or by a state object
1050 locally to @code{wcsrtombs} in case @var{ps} is a null pointer.  If
1051 @var{dst} is a null pointer the conversion is performed as usual but the
1052 result is not available.  If all characters of the input string were
1053 successfully converted and if @var{dst} is not a null pointer the
1054 pointer pointed to by @var{src} gets assigned a null pointer.
1056 If one of the wide characters in the input string has no valid multibyte
1057 character equivalent the conversion stops early, sets the global
1058 variable @code{errno} to @code{EILSEQ}, and returns @code{(size_t) -1}.
1060 Another reason for a premature stop is if @var{dst} is not a null
1061 pointer and the next converted character would require more than
1062 @var{len} bytes in total to the array @var{dst}.  In this case (and if
1063 @var{dest} is not a null pointer) the pointer pointed to by @var{src} is
1064 assigned a value pointing to the wide character right after the last one
1065 successfully converted.
1067 Except in the case of an encoding error the return value of the function
1068 is the number of bytes in all the multibyte character sequences stored
1069 in @var{dst}.  Before returning the state in the object pointed to by
1070 @var{ps} (or the internal object in case @var{ps} is a null pointer) is
1071 updated to reflect the state after the last conversion.  The state is
1072 the initial shift state in case the terminating NUL wide character was
1073 converted.
1075 @pindex wchar.h
1076 This function was introduced in @w{Amendment 1} to @w{ISO C90} and is
1077 declared in @file{wchar.h}.
1078 @end deftypefun
1080 The restriction mentions above for the @code{mbsrtowcs} function applies
1081 also here.  There is no possibility to directly control the number of
1082 input characters.  One has to place the NUL wide character at the
1083 correct place or control the consumed input indirectly via the available
1084 output array size (the @var{len} parameter).
1086 @comment wchar.h
1087 @comment GNU
1088 @deftypefun size_t mbsnrtowcs (wchar_t *restrict @var{dst}, const char **restrict @var{src}, size_t @var{nmc}, size_t @var{len}, mbstate_t *restrict @var{ps})
1089 The @code{mbsnrtowcs} function is very similar to the @code{mbsrtowcs}
1090 function.  All the parameters are the same except for @var{nmc} which is
1091 new.  The return value is the same as for @code{mbsrtowcs}.
1093 This new parameter specifies how many bytes at most can be used from the
1094 multibyte character string.  I.e., the multibyte character string
1095 @code{*@var{src}} need not be NUL terminated.  But if a NUL byte is
1096 found within the @var{nmc} first bytes of the string the conversion
1097 stops here.
1099 This function is a GNU extensions.  It is meant to work around the
1100 problems mentioned above.  Now it is possible to convert buffer with
1101 multibyte character text piece for piece without having to care about
1102 inserting NUL bytes and the effect of NUL bytes on the conversion state.
1103 @end deftypefun
1105 A function to convert a multibyte string into a wide character string
1106 and display it could be written like this (this is not a really useful
1107 example):
1109 @smallexample
1110 void
1111 showmbs (const char *src, FILE *fp)
1113   mbstate_t state;
1114   int cnt = 0;
1115   memset (&state, '\0', sizeof (state));
1116   while (1)
1117     @{
1118       wchar_t linebuf[100];
1119       const char *endp = strchr (src, '\n');
1120       size_t n;
1122       /* @r{Exit if there is no more line.}  */
1123       if (endp == NULL)
1124         break;
1126       n = mbsnrtowcs (linebuf, &src, endp - src, 99, &state);
1127       linebuf[n] = L'\0';
1128       fprintf (fp, "line %d: \"%S\"\n", linebuf);
1129     @}
1131 @end smallexample
1133 There is no problem with the state after a call to @code{mbsnrtowcs}.
1134 Since we don't insert characters in the strings which were not in there
1135 right from the beginning and we use @var{state} only for the conversion
1136 of the given buffer there is no problem with altering the state.
1138 @comment wchar.h
1139 @comment GNU
1140 @deftypefun size_t wcsnrtombs (char *restrict @var{dst}, const wchar_t **restrict @var{src}, size_t @var{nwc}, size_t @var{len}, mbstate_t *restrict @var{ps})
1141 The @code{wcsnrtombs} function implements the conversion from wide
1142 character strings to multibyte character strings.  It is similar to
1143 @code{wcsrtombs} but it takes, just like @code{mbsnrtowcs}, an extra
1144 parameter which specifies the length of the input string.
1146 No more than @var{nwc} wide characters from the input string
1147 @code{*@var{src}} are converted.  If the input string contains a NUL
1148 wide character in the first @var{nwc} character to conversion stops at
1149 this place.
1151 This function is a GNU extension and just like @code{mbsnrtowcs} is
1152 helps in situations where no NUL terminated input strings are available.
1153 @end deftypefun
1156 @node Multibyte Conversion Example
1157 @subsection A Complete Multibyte Conversion Example
1159 The example programs given in the last sections are only brief and do
1160 not contain all the error checking etc.  Presented here is a complete
1161 and documented example.  It features the @code{mbrtowc} function but it
1162 should be easy to derive versions using the other functions.
1164 @smallexample
1166 file_mbsrtowcs (int input, int output)
1168   /* @r{Note the use of @code{MB_LEN_MAX}.}
1169      @r{@code{MB_CUR_MAX} cannot portably be used here.}  */
1170   char buffer[BUFSIZ + MB_LEN_MAX];
1171   mbstate_t state;
1172   int filled = 0;
1173   int eof = 0;
1175   /* @r{Initialize the state.}  */
1176   memset (&state, '\0', sizeof (state));
1178   while (!eof)
1179     @{
1180       ssize_t nread;
1181       ssize_t nwrite;
1182       char *inp = buffer;
1183       wchar_t outbuf[BUFSIZ];
1184       wchar_t *outp = outbuf;
1186       /* @r{Fill up the buffer from the input file.}  */
1187       nread = read (input, buffer + filled, BUFSIZ);
1188       if (nread < 0)
1189         @{
1190           perror ("read");
1191           return 0;
1192         @}
1193       /* @r{If we reach end of file, make a note to read no more.} */
1194       if (nread == 0)
1195         eof = 1;
1197       /* @r{@code{filled} is now the number of bytes in @code{buffer}.} */
1198       filled += nread;
1200       /* @r{Convert those bytes to wide characters--as many as we can.} */
1201       while (1)
1202         @{
1203           size_t thislen = mbrtowc (outp, inp, filled, &state);
1204           /* @r{Stop converting at invalid character;}
1205              @r{this can mean we have read just the first part}
1206              @r{of a valid character.}  */
1207           if (thislen == (size_t) -1)
1208             break;
1209           /* @r{We want to handle embedded NUL bytes}
1210              @r{but the return value is 0.  Correct this.}  */
1211           if (thislen == 0)
1212             thislen = 1;
1213           /* @r{Advance past this character.} */
1214           inp += thislen;
1215           filled -= thislen;
1216           ++outp;
1217         @}
1219       /* @r{Write the wide characters we just made.}  */
1220       nwrite = write (output, outbuf,
1221                       (outp - outbuf) * sizeof (wchar_t));
1222       if (nwrite < 0)
1223         @{
1224           perror ("write");
1225           return 0;
1226         @}
1228       /* @r{See if we have a @emph{real} invalid character.} */
1229       if ((eof && filled > 0) || filled >= MB_CUR_MAX)
1230         @{
1231           error (0, 0, "invalid multibyte character");
1232           return 0;
1233         @}
1235       /* @r{If any characters must be carried forward,}
1236          @r{put them at the beginning of @code{buffer}.} */
1237       if (filled > 0)
1238         memmove (inp, buffer, filled);
1239     @}
1241   return 1;
1243 @end smallexample
1246 @node Non-reentrant Conversion
1247 @section Non-reentrant Conversion Function
1249 The functions described in the last chapter are defined in
1250 @w{Amendment 1} to @w{ISO C90}.  But the original @w{ISO C90} standard also
1251 contained functions for character set conversion.  The reason that they
1252 are not described in the first place is that they are almost entirely
1253 useless.
1255 The problem is that all the functions for conversion defined in @w{ISO
1256 C90} use a local state.  This implies that multiple conversions at the
1257 same time (not only when using threads) cannot be done, and that you
1258 cannot first convert single characters and then strings since you cannot
1259 tell the conversion functions which state to use.
1261 These functions are therefore usable only in a very limited set of
1262 situations.  One must complete converting the entire string before
1263 starting a new one and each string/text must be converted with the same
1264 function (there is no problem with the library itself; it is guaranteed
1265 that no library function changes the state of any of these functions).
1266 @strong{For the above reasons it is highly requested that the functions
1267 from the last section are used in place of non-reentrant conversion
1268 functions.}
1270 @menu
1271 * Non-reentrant Character Conversion::  Non-reentrant Conversion of Single
1272                                          Characters.
1273 * Non-reentrant String Conversion::     Non-reentrant Conversion of Strings.
1274 * Shift State::                         States in Non-reentrant Functions.
1275 @end menu
1277 @node Non-reentrant Character Conversion
1278 @subsection Non-reentrant Conversion of Single Characters
1280 @comment stdlib.h
1281 @comment ISO
1282 @deftypefun int mbtowc (wchar_t *restrict @var{result}, const char *restrict @var{string}, size_t @var{size})
1283 The @code{mbtowc} (``multibyte to wide character'') function when called
1284 with non-null @var{string} converts the first multibyte character
1285 beginning at @var{string} to its corresponding wide character code.  It
1286 stores the result in @code{*@var{result}}.
1288 @code{mbtowc} never examines more than @var{size} bytes.  (The idea is
1289 to supply for @var{size} the number of bytes of data you have in hand.)
1291 @code{mbtowc} with non-null @var{string} distinguishes three
1292 possibilities: the first @var{size} bytes at @var{string} start with
1293 valid multibyte character, they start with an invalid byte sequence or
1294 just part of a character, or @var{string} points to an empty string (a
1295 null character).
1297 For a valid multibyte character, @code{mbtowc} converts it to a wide
1298 character and stores that in @code{*@var{result}}, and returns the
1299 number of bytes in that character (always at least @math{1}, and never
1300 more than @var{size}).
1302 For an invalid byte sequence, @code{mbtowc} returns @math{-1}.  For an
1303 empty string, it returns @math{0}, also storing @code{'\0'} in
1304 @code{*@var{result}}.
1306 If the multibyte character code uses shift characters, then
1307 @code{mbtowc} maintains and updates a shift state as it scans.  If you
1308 call @code{mbtowc} with a null pointer for @var{string}, that
1309 initializes the shift state to its standard initial value.  It also
1310 returns nonzero if the multibyte character code in use actually has a
1311 shift state.  @xref{Shift State}.
1312 @end deftypefun
1314 @comment stdlib.h
1315 @comment ISO
1316 @deftypefun int wctomb (char *@var{string}, wchar_t @var{wchar})
1317 The @code{wctomb} (``wide character to multibyte'') function converts
1318 the wide character code @var{wchar} to its corresponding multibyte
1319 character sequence, and stores the result in bytes starting at
1320 @var{string}.  At most @code{MB_CUR_MAX} characters are stored.
1322 @code{wctomb} with non-null @var{string} distinguishes three
1323 possibilities for @var{wchar}: a valid wide character code (one that can
1324 be translated to a multibyte character), an invalid code, and @code{L'\0'}.
1326 Given a valid code, @code{wctomb} converts it to a multibyte character,
1327 storing the bytes starting at @var{string}.  Then it returns the number
1328 of bytes in that character (always at least @math{1}, and never more
1329 than @code{MB_CUR_MAX}).
1331 If @var{wchar} is an invalid wide character code, @code{wctomb} returns
1332 @math{-1}.  If @var{wchar} is @code{L'\0'}, it returns @code{0}, also
1333 storing @code{'\0'} in @code{*@var{string}}.
1335 If the multibyte character code uses shift characters, then
1336 @code{wctomb} maintains and updates a shift state as it scans.  If you
1337 call @code{wctomb} with a null pointer for @var{string}, that
1338 initializes the shift state to its standard initial value.  It also
1339 returns nonzero if the multibyte character code in use actually has a
1340 shift state.  @xref{Shift State}.
1342 Calling this function with a @var{wchar} argument of zero when
1343 @var{string} is not null has the side-effect of reinitializing the
1344 stored shift state @emph{as well as} storing the multibyte character
1345 @code{'\0'} and returning @math{0}.
1346 @end deftypefun
1348 Similar to @code{mbrlen} there is also a non-reentrant function which
1349 computes the length of a multibyte character.  It can be defined in
1350 terms of @code{mbtowc}.
1352 @comment stdlib.h
1353 @comment ISO
1354 @deftypefun int mblen (const char *@var{string}, size_t @var{size})
1355 The @code{mblen} function with a non-null @var{string} argument returns
1356 the number of bytes that make up the multibyte character beginning at
1357 @var{string}, never examining more than @var{size} bytes.  (The idea is
1358 to supply for @var{size} the number of bytes of data you have in hand.)
1360 The return value of @code{mblen} distinguishes three possibilities: the
1361 first @var{size} bytes at @var{string} start with valid multibyte
1362 character, they start with an invalid byte sequence or just part of a
1363 character, or @var{string} points to an empty string (a null character).
1365 For a valid multibyte character, @code{mblen} returns the number of
1366 bytes in that character (always at least @code{1}, and never more than
1367 @var{size}).  For an invalid byte sequence, @code{mblen} returns
1368 @math{-1}.  For an empty string, it returns @math{0}.
1370 If the multibyte character code uses shift characters, then @code{mblen}
1371 maintains and updates a shift state as it scans.  If you call
1372 @code{mblen} with a null pointer for @var{string}, that initializes the
1373 shift state to its standard initial value.  It also returns a nonzero
1374 value if the multibyte character code in use actually has a shift state.
1375 @xref{Shift State}.
1377 @pindex stdlib.h
1378 The function @code{mblen} is declared in @file{stdlib.h}.
1379 @end deftypefun
1382 @node Non-reentrant String Conversion
1383 @subsection Non-reentrant Conversion of Strings
1385 For convenience reasons the @w{ISO C90} standard defines also functions
1386 to convert entire strings instead of single characters.  These functions
1387 suffer from the same problems as their reentrant counterparts from
1388 @w{Amendment 1} to @w{ISO C90}; see @ref{Converting Strings}.
1390 @comment stdlib.h
1391 @comment ISO
1392 @deftypefun size_t mbstowcs (wchar_t *@var{wstring}, const char *@var{string}, size_t @var{size})
1393 The @code{mbstowcs} (``multibyte string to wide character string'')
1394 function converts the null-terminated string of multibyte characters
1395 @var{string} to an array of wide character codes, storing not more than
1396 @var{size} wide characters into the array beginning at @var{wstring}.
1397 The terminating null character counts towards the size, so if @var{size}
1398 is less than the actual number of wide characters resulting from
1399 @var{string}, no terminating null character is stored.
1401 The conversion of characters from @var{string} begins in the initial
1402 shift state.
1404 If an invalid multibyte character sequence is found, this function
1405 returns a value of @math{-1}.  Otherwise, it returns the number of wide
1406 characters stored in the array @var{wstring}.  This number does not
1407 include the terminating null character, which is present if the number
1408 is less than @var{size}.
1410 Here is an example showing how to convert a string of multibyte
1411 characters, allocating enough space for the result.
1413 @smallexample
1414 wchar_t *
1415 mbstowcs_alloc (const char *string)
1417   size_t size = strlen (string) + 1;
1418   wchar_t *buf = xmalloc (size * sizeof (wchar_t));
1420   size = mbstowcs (buf, string, size);
1421   if (size == (size_t) -1)
1422     return NULL;
1423   buf = xrealloc (buf, (size + 1) * sizeof (wchar_t));
1424   return buf;
1426 @end smallexample
1428 @end deftypefun
1430 @comment stdlib.h
1431 @comment ISO
1432 @deftypefun size_t wcstombs (char *@var{string}, const wchar_t *@var{wstring}, size_t @var{size})
1433 The @code{wcstombs} (``wide character string to multibyte string'')
1434 function converts the null-terminated wide character array @var{wstring}
1435 into a string containing multibyte characters, storing not more than
1436 @var{size} bytes starting at @var{string}, followed by a terminating
1437 null character if there is room.  The conversion of characters begins in
1438 the initial shift state.
1440 The terminating null character counts towards the size, so if @var{size}
1441 is less than or equal to the number of bytes needed in @var{wstring}, no
1442 terminating null character is stored.
1444 If a code that does not correspond to a valid multibyte character is
1445 found, this function returns a value of @math{-1}.  Otherwise, the
1446 return value is the number of bytes stored in the array @var{string}.
1447 This number does not include the terminating null character, which is
1448 present if the number is less than @var{size}.
1449 @end deftypefun
1451 @node Shift State
1452 @subsection States in Non-reentrant Functions
1454 In some multibyte character codes, the @emph{meaning} of any particular
1455 byte sequence is not fixed; it depends on what other sequences have come
1456 earlier in the same string.  Typically there are just a few sequences
1457 that can change the meaning of other sequences; these few are called
1458 @dfn{shift sequences} and we say that they set the @dfn{shift state} for
1459 other sequences that follow.
1461 To illustrate shift state and shift sequences, suppose we decide that
1462 the sequence @code{0200} (just one byte) enters Japanese mode, in which
1463 pairs of bytes in the range from @code{0240} to @code{0377} are single
1464 characters, while @code{0201} enters Latin-1 mode, in which single bytes
1465 in the range from @code{0240} to @code{0377} are characters, and
1466 interpreted according to the ISO Latin-1 character set.  This is a
1467 multibyte code which has two alternative shift states (``Japanese mode''
1468 and ``Latin-1 mode''), and two shift sequences that specify particular
1469 shift states.
1471 When the multibyte character code in use has shift states, then
1472 @code{mblen}, @code{mbtowc} and @code{wctomb} must maintain and update
1473 the current shift state as they scan the string.  To make this work
1474 properly, you must follow these rules:
1476 @itemize @bullet
1477 @item
1478 Before starting to scan a string, call the function with a null pointer
1479 for the multibyte character address---for example, @code{mblen (NULL,
1480 0)}.  This initializes the shift state to its standard initial value.
1482 @item
1483 Scan the string one character at a time, in order.  Do not ``back up''
1484 and rescan characters already scanned, and do not intersperse the
1485 processing of different strings.
1486 @end itemize
1488 Here is an example of using @code{mblen} following these rules:
1490 @smallexample
1491 void
1492 scan_string (char *s)
1494   int length = strlen (s);
1496   /* @r{Initialize shift state.}  */
1497   mblen (NULL, 0);
1499   while (1)
1500     @{
1501       int thischar = mblen (s, length);
1502       /* @r{Deal with end of string and invalid characters.}  */
1503       if (thischar == 0)
1504         break;
1505       if (thischar == -1)
1506         @{
1507           error ("invalid multibyte character");
1508           break;
1509         @}
1510       /* @r{Advance past this character.}  */
1511       s += thischar;
1512       length -= thischar;
1513     @}
1515 @end smallexample
1517 The functions @code{mblen}, @code{mbtowc} and @code{wctomb} are not
1518 reentrant when using a multibyte code that uses a shift state.  However,
1519 no other library functions call these functions, so you don't have to
1520 worry that the shift state will be changed mysteriously.
1523 @node Generic Charset Conversion
1524 @section Generic Charset Conversion
1526 The conversion functions mentioned so far in this chapter all had in
1527 common that they operate on character sets which are not directly
1528 specified by the functions.  The multibyte encoding used is specified by
1529 the currently selected locale for the @code{LC_CTYPE} category.  The
1530 wide character set is fixed by the implementation (in the case of GNU C
1531 library it always is UCS-4 encoded @w{ISO 10646}.
1533 This has of course several problems when it comes to general character
1534 conversion:
1536 @itemize @bullet
1537 @item
1538 For every conversion where neither the source or destination character
1539 set is the character set of the locale for the @code{LC_CTYPE} category,
1540 one has to change the @code{LC_CTYPE} locale using @code{setlocale}.
1542 This introduces major problems for the rest of the programs since
1543 several more functions (e.g., the character classification functions,
1544 @pxref{Classification of Characters}) use the @code{LC_CTYPE} category.
1546 @item
1547 Parallel conversions to and from different character sets are not
1548 possible since the @code{LC_CTYPE} selection is global and shared by all
1549 threads.
1551 @item
1552 If neither the source nor the destination character set is the character
1553 set used for @code{wchar_t} representation there is at least a two-step
1554 process necessary to convert a text using the functions above.  One
1555 would have to select the source character set as the multibyte encoding,
1556 convert the text into a @code{wchar_t} text, select the destination
1557 character set as the multibyte encoding and convert the wide character
1558 text to the multibyte (@math{=} destination) character set.
1560 Even if this is possible (which is not guaranteed) it is a very tiring
1561 work.  Plus it suffers from the other two raised points even more due to
1562 the steady changing of the locale.
1563 @end itemize
1566 The XPG2 standard defines a completely new set of functions which has
1567 none of these limitations.  They are not at all coupled to the selected
1568 locales and they but no constraints on the character sets selected for
1569 source and destination.  Only the set of available conversions is
1570 limiting them.  The standard does not specify that any conversion at all
1571 must be available.  It is a measure of the quality of the implementation.
1573 In the following text first the interface to @code{iconv}, the
1574 conversion function, will be described.  Comparisons with other
1575 implementations will show what pitfalls lie on the way of portable
1576 applications.  At last, the implementation is described as far as
1577 interesting to the advanced user who wants to extend the conversion
1578 capabilities.
1580 @menu
1581 * Generic Conversion Interface::    Generic Character Set Conversion Interface.
1582 * iconv Examples::                  A complete @code{iconv} example.
1583 * Other iconv Implementations::     Some Details about other @code{iconv}
1584                                      Implementations.
1585 * glibc iconv Implementation::      The @code{iconv} Implementation in the GNU C
1586                                      library.
1587 @end menu
1589 @node Generic Conversion Interface
1590 @subsection Generic Character Set Conversion Interface
1592 This set of functions follows the traditional cycle of using a resource:
1593 open--use--close.  The interface consists of three functions, each of
1594 which implement one step.
1596 Before the interfaces are described it is necessary to introduce a
1597 datatype.  Just like other open--use--close interface the functions
1598 introduced here work using a handles and the @file{iconv.h} header
1599 defines a special type for the handles used.
1601 @comment iconv.h
1602 @comment XPG2
1603 @deftp {Data Type} iconv_t
1604 This data type is an abstract type defined in @file{iconv.h}.  The user
1605 must not assume anything about the definition of this type, it must be
1606 completely opaque.
1608 Objects of this type can get assigned handles for the conversions using
1609 the @code{iconv} functions.  The objects themselves need not be freed but
1610 the conversions for which the handles stand for have to.
1611 @end deftp
1613 @noindent
1614 The first step is the function to create a handle.
1616 @comment iconv.h
1617 @comment XPG2
1618 @deftypefun iconv_t iconv_open (const char *@var{tocode}, const char *@var{fromcode})
1619 The @code{iconv_open} function has to be used before starting a
1620 conversion.  The two parameters this function takes determine the
1621 source and destination character set for the conversion and if the
1622 implementation has the possibility to perform such a conversion the
1623 function returns a handle.
1625 If the wanted conversion is not available the function returns
1626 @code{(iconv_t) -1}.  In this case the global variable @code{errno} can
1627 have the following values:
1629 @table @code
1630 @item EMFILE
1631 The process already has @code{OPEN_MAX} file descriptors open.
1632 @item ENFILE
1633 The system limit of open file is reached.
1634 @item ENOMEM
1635 Not enough memory to carry out the operation.
1636 @item EINVAL
1637 The conversion from @var{fromcode} to @var{tocode} is not supported.
1638 @end table
1640 It is not possible to use the same descriptor in different threads to
1641 perform independent conversions.  Within the data structures associated
1642 with the descriptor there is information about the conversion state.
1643 This must not be messed up by using it in different conversions.
1645 An @code{iconv} descriptor is like a file descriptor as for every use a
1646 new descriptor must be created.  The descriptor does not stand for all
1647 of the conversions from @var{fromset} to @var{toset}.
1649 The GNU C library implementation of @code{iconv_open} has one
1650 significant extension to other implementations.  To ease the extension
1651 of the set of available conversions the implementation allows storing
1652 the necessary files with data and code in arbitrarily many directories.
1653 How this extension has to be written will be explained below
1654 (@pxref{glibc iconv Implementation}).  Here it is only important to say
1655 that all directories mentioned in the @code{GCONV_PATH} environment
1656 variable are considered if they contain a file @file{gconv-modules}.
1657 These directories need not necessarily be created by the system
1658 administrator.  In fact, this extension is introduced to help users
1659 writing and using their own, new conversions.  Of course this does not work
1660 for security reasons in SUID binaries; in this case only the system
1661 directory is considered and this normally is
1662 @file{@var{prefix}/lib/gconv}.  The @code{GCONV_PATH} environment
1663 variable is examined exactly once at the first call of the
1664 @code{iconv_open} function.  Later modifications of the variable have no
1665 effect.
1667 @pindex iconv.h
1668 This function got introduced early in the X/Open Portability Guide,
1669 @w{version 2}.  It is supported by all commercial Unices as it is
1670 required for the Unix branding.  However, the quality and completeness
1671 of the implementation varies widely.  The function is declared in
1672 @file{iconv.h}.
1673 @end deftypefun
1675 The @code{iconv} implementation can associate large data structure with
1676 the handle returned by @code{iconv_open}.  Therefore it is crucial to
1677 free all the resources once all conversions are carried out and the
1678 conversion is not needed anymore.
1680 @comment iconv.h
1681 @comment XPG2
1682 @deftypefun int iconv_close (iconv_t @var{cd})
1683 The @code{iconv_close} function frees all resources associated with the
1684 handle @var{cd} which must have been returned by a successful call to
1685 the @code{iconv_open} function.
1687 If the function call was successful the return value is @math{0}.
1688 Otherwise it is @math{-1} and @code{errno} is set appropriately.
1689 Defined error are:
1691 @table @code
1692 @item EBADF
1693 The conversion descriptor is invalid.
1694 @end table
1696 @pindex iconv.h
1697 This function was introduced together with the rest of the @code{iconv}
1698 functions in XPG2 and it is declared in @file{iconv.h}.
1699 @end deftypefun
1701 The standard defines only one actual conversion function.  This has
1702 therefore the most general interface: it allows conversion from one
1703 buffer to another.  Conversion from a file to a buffer, vice versa, or
1704 even file to file can be implemented on top of it.
1706 @comment iconv.h
1707 @comment XPG2
1708 @deftypefun size_t iconv (iconv_t @var{cd}, char **@var{inbuf}, size_t *@var{inbytesleft}, char **@var{outbuf}, size_t *@var{outbytesleft})
1709 @cindex stateful
1710 The @code{iconv} function converts the text in the input buffer
1711 according to the rules associated with the descriptor @var{cd} and
1712 stores the result in the output buffer.  It is possible to call the
1713 function for the same text several times in a row since for stateful
1714 character sets the necessary state information is kept in the data
1715 structures associated with the descriptor.
1717 The input buffer is specified by @code{*@var{inbuf}} and it contains
1718 @code{*@var{inbytesleft}} bytes.  The extra indirection is necessary for
1719 communicating the used input back to the caller (see below).  It is
1720 important to note that the buffer pointer is of type @code{char} and the
1721 length is measured in bytes even if the input text is encoded in wide
1722 characters.
1724 The output buffer is specified in a similar way.  @code{*@var{outbuf}}
1725 points to the beginning of the buffer with at least
1726 @code{*@var{outbytesleft}} bytes room for the result.  The buffer
1727 pointer again is of type @code{char} and the length is measured in
1728 bytes.  If @var{outbuf} or @code{*@var{outbuf}} is a null pointer the
1729 conversion is performed but no output is available.
1731 If @var{inbuf} is a null pointer the @code{iconv} function performs the
1732 necessary action to put the state of the conversion into the initial
1733 state.  This is obviously a no-op for non-stateful encodings, but if the
1734 encoding has a state such a function call might put some byte sequences
1735 in the output buffer which perform the necessary state changes.  The
1736 next call with @var{inbuf} not being a null pointer then simply goes on
1737 from the initial state.  It is important that the programmer never makes
1738 any assumption on whether the conversion has to deal with states or not.
1739 Even if the input and output character sets are not stateful the
1740 implementation might still have to keep states.  This is due to the
1741 implementation chosen for the GNU C library as it is described below.
1742 Therefore an @code{iconv} call to reset the state should always be
1743 performed if some protocol requires this for the output text.
1745 The conversion stops for three reasons.  The first is that all
1746 characters from the input buffer are converted.  This actually can mean
1747 two things: really all bytes from the input buffer are consumed or
1748 there are some bytes at the end of the buffer which possibly can form a
1749 complete character but the input is incomplete.  The second reason for a
1750 stop is when the output buffer is full.  And the third reason is that
1751 the input contains invalid characters.
1753 In all these cases the buffer pointers after the last successful
1754 conversion, for input and output buffer, are stored in @var{inbuf} and
1755 @var{outbuf} and the available room in each buffer is stored in
1756 @var{inbytesleft} and @var{outbytesleft}.
1758 Since the character sets selected in the @code{iconv_open} call can be
1759 almost arbitrary there can be situations where the input buffer contains
1760 valid characters which have no identical representation in the output
1761 character set.  The behavior in this situation is undefined.  The
1762 @emph{current} behavior of the GNU C library in this situation is to
1763 return with an error immediately.  This certainly is not the most
1764 desirable solution.  Therefore future versions will provide better ones
1765 but they are not yet finished.
1767 If all input from the input buffer is successfully converted and stored
1768 in the output buffer the function returns the number of non-reversible
1769 conversions performed.  In all other cases the return value is
1770 @code{(size_t) -1} and @code{errno} is set appropriately.  In this case
1771 the value pointed to by @var{inbytesleft} is nonzero.
1773 @table @code
1774 @item EILSEQ
1775 The conversion stopped because of an invalid byte sequence in the input.
1776 After the call @code{*@var{inbuf}} points at the first byte of the
1777 invalid byte sequence.
1779 @item E2BIG
1780 The conversion stopped because it ran out of space in the output buffer.
1782 @item EINVAL
1783 The conversion stopped because of an incomplete byte sequence at the end
1784 of the input buffer.
1786 @item EBADF
1787 The @var{cd} argument is invalid.
1788 @end table
1790 @pindex iconv.h
1791 This function was introduced in the XPG2 standard and is declared in the
1792 @file{iconv.h} header.
1793 @end deftypefun
1795 The definition of the @code{iconv} function is quite good overall.  It
1796 provides quite flexible functionality.  The only problems lie in the
1797 boundary cases which are incomplete byte sequences at the end of the
1798 input buffer and invalid input.  A third problem, which is not really
1799 a design problem, is the way conversions are selected.  The standard
1800 does not say anything about the legitimate names, a minimal set of
1801 available conversions.  We will see how this negatively impacts other
1802 implementations, as is demonstrated below.
1805 @node iconv Examples
1806 @subsection A complete @code{iconv} example
1808 The example below features a solution for a common problem.  Given that
1809 one knows the internal encoding used by the system for @code{wchar_t}
1810 strings one often is in the position to read text from a file and store
1811 it in wide character buffers.  One can do this using @code{mbsrtowcs}
1812 but then we run into the problems discussed above.
1814 @smallexample
1816 file2wcs (int fd, const char *charset, wchar_t *outbuf, size_t avail)
1818   char inbuf[BUFSIZ];
1819   size_t insize = 0;
1820   char *wrptr = (char *) outbuf;
1821   int result = 0;
1822   iconv_t cd;
1824   cd = iconv_open ("UCS-4", charset);
1825   if (cd == (iconv_t) -1)
1826     @{
1827       /* @r{Something went wrong.}  */
1828       if (errno == EINVAL)
1829         error (0, 0, "conversion from '%s' to 'UCS-4' not available",
1830                charset);
1831       else
1832         perror ("iconv_open");
1834       /* @r{Terminate the output string.}  */
1835       *outbuf = L'\0';
1837       return -1;
1838     @}
1840   while (avail > 0)
1841     @{
1842       size_t nread;
1843       size_t nconv;
1844       char *inptr = inbuf;
1846       /* @r{Read more input.}  */
1847       nread = read (fd, inbuf + insize, sizeof (inbuf) - insize);
1848       if (nread == 0)
1849         @{
1850           /* @r{When we come here the file is completely read.}
1851              @r{This still could mean there are some unused}
1852              @r{characters in the @code{inbuf}.  Put them back.}  */
1853           if (lseek (fd, -insize, SEEK_CUR) == -1)
1854             result = -1;
1856           /* @r{Now write out the byte sequence to get into the}
1857              @r{initial state if this is necessary.}  */
1858           iconv (cd, NULL, NULL, &wrptr, &avail);
1860           break;
1861         @}
1862       insize += nread;
1864       /* @r{Do the conversion.}  */
1865       nconv = iconv (cd, &inptr, &insize, &wrptr, &avail);
1866       if (nconv == (size_t) -1)
1867         @{
1868           /* @r{Not everything went right.  It might only be}
1869              @r{an unfinished byte sequence at the end of the}
1870              @r{buffer.  Or it is a real problem.}  */
1871           if (errno == EINVAL)
1872             /* @r{This is harmless.  Simply move the unused}
1873                @r{bytes to the beginning of the buffer so that}
1874                @r{they can be used in the next round.}  */
1875             memmove (inbuf, inptr, insize);
1876           else
1877             @{
1878               /* @r{It is a real problem.  Maybe we ran out of}
1879                  @r{space in the output buffer or we have invalid}
1880                  @r{input.  In any case back the file pointer to}
1881                  @r{the position of the last processed byte.}  */
1882               lseek (fd, -insize, SEEK_CUR);
1883               result = -1;
1884               break;
1885             @}
1886         @}
1887     @}
1889   /* @r{Terminate the output string.}  */
1890   if (avail >= sizeof (wchar_t))
1891     *((wchar_t *) wrptr) = L'\0';
1893   if (iconv_close (cd) != 0)
1894     perror ("iconv_close");
1896   return (wchar_t *) wrptr - outbuf;
1898 @end smallexample
1900 @cindex stateful
1901 This example shows the most important aspects of using the @code{iconv}
1902 functions.  It shows how successive calls to @code{iconv} can be used to
1903 convert large amounts of text.  The user does not have to care about
1904 stateful encodings as the functions take care of everything.
1906 An interesting point is the case where @code{iconv} return an error and
1907 @code{errno} is set to @code{EINVAL}.  This is not really an error in
1908 the transformation.  It can happen whenever the input character set
1909 contains byte sequences of more than one byte for some character and
1910 texts are not processed in one piece.  In this case there is a chance
1911 that a multibyte sequence is cut.  The caller than can simply read the
1912 remainder of the takes and feed the offending bytes together with new
1913 character from the input to @code{iconv} and continue the work.  The
1914 internal state kept in the descriptor is @emph{not} unspecified after
1915 such an event as it is the case with the conversion functions from the
1916 @w{ISO C} standard.
1918 The example also shows the problem of using wide character strings with
1919 @code{iconv}.  As explained in the description of the @code{iconv}
1920 function above the function always takes a pointer to a @code{char}
1921 array and the available space is measured in bytes.  In the example the
1922 output buffer is a wide character buffer.  Therefore we use a local
1923 variable @var{wrptr} of type @code{char *} which is used in the
1924 @code{iconv} calls.
1926 This looks rather innocent but can lead to problems on platforms which
1927 have tight restriction on alignment.  Therefore the caller of
1928 @code{iconv} has to make sure that the pointers passed are suitable for
1929 access of characters from the appropriate character set.  Since in the
1930 above case the input parameter to the function is a @code{wchar_t}
1931 pointer this is the case (unless the user violates alignment when
1932 computing the parameter).  But in other situations, especially when
1933 writing generic functions where one does not know what type of character
1934 set one uses and therefore treats text as a sequence of bytes, it might
1935 become tricky.
1938 @node Other iconv Implementations
1939 @subsection Some Details about other @code{iconv} Implementations
1941 This is not really the place to discuss the @code{iconv} implementation
1942 of other systems but it is necessary to know a bit about them to write
1943 portable programs.  The above mentioned problems with the specification
1944 of the @code{iconv} functions can lead to portability issues.
1946 The first thing to notice is that due to the large number of character
1947 sets in use it is certainly not practical to encode the conversions
1948 directly in the C library.  Therefore the conversion information must
1949 come from files outside the C library.  This is usually done in one or
1950 both of the following ways:
1952 @itemize @bullet
1953 @item
1954 The C library contains a set of generic conversion functions which can
1955 read the needed conversion tables and other information from data files.
1956 These files get loaded when necessary.
1958 This solution is problematic as it requires a great deal of effort to
1959 apply to all character sets (potentially an infinite set).  The
1960 differences in the structure of the different character sets is so large
1961 that many different variants of the table processing functions must be
1962 developed.  On top of this the generic nature of these functions make
1963 them slower than specifically implemented functions.
1965 @item
1966 The C library only contains a framework which can dynamically load
1967 object files and execute the therein contained conversion functions.
1969 This solution provides much more flexibility.  The C library itself
1970 contains only very little code and therefore reduces the general memory
1971 footprint.  Also, with a documented interface between the C library and
1972 the loadable modules it is possible for third parties to extend the set
1973 of available conversion modules.  A drawback of this solution is that
1974 dynamic loading must be available.
1975 @end itemize
1977 Some implementations in commercial Unices implement a mixture of these
1978 these possibilities, the majority only the second solution.  Using
1979 loadable modules moves the code out of the library itself and keeps the
1980 door open for extensions and improvements.  But this design is also
1981 limiting on some platforms since not many platforms support dynamic
1982 loading in statically linked programs.  On platforms without his
1983 capability it is therefore not possible to use this interface in
1984 statically linked programs.  The GNU C library has on ELF platforms no
1985 problems with dynamic loading in in these situations and therefore this
1986 point is moot.  The danger is that one gets acquainted with this and
1987 forgets about the restrictions on other systems.
1989 A second thing to know about other @code{iconv} implementations is that
1990 the number of available conversions is often very limited.  Some
1991 implementations provide in the standard release (not special
1992 international or developer releases) at most 100 to 200 conversion
1993 possibilities.  This does not mean 200 different character sets are
1994 supported.  E.g., conversions from one character set to a set of, say,
1995 10 others counts as 10 conversion.  Together with the other direction
1996 this makes already 20.  One can imagine the thin coverage these platform
1997 provide.  Some Unix vendors even provide only a handful of conversions
1998 which renders them useless for almost all uses.
2000 This directly leads to a third and probably the most problematic point.
2001 The way the @code{iconv} conversion functions are implemented on all
2002 known Unix system and the availability of the conversion functions from
2003 character set @math{@cal{A}} to @math{@cal{B}} and the conversion from
2004 @math{@cal{B}} to @math{@cal{C}} does @emph{not} imply that the
2005 conversion from @math{@cal{A}} to @math{@cal{C}} is available.
2007 This might not seem unreasonable and problematic at first but it is a
2008 quite big problem as one will notice shortly after hitting it.  To show
2009 the problem we assume to write a program which has to convert from
2010 @math{@cal{A}} to @math{@cal{C}}.  A call like
2012 @smallexample
2013 cd = iconv_open ("@math{@cal{C}}", "@math{@cal{A}}");
2014 @end smallexample
2016 @noindent
2017 does fail according to the assumption above.  But what does the program
2018 do now?  The conversion is really necessary and therefore simply giving
2019 up is no possibility.
2021 This is a nuisance.  The @code{iconv} function should take care of this.
2022 But how should the program proceed from here on?  If it would try to
2023 convert to character set @math{@cal{B}} first the two @code{iconv_open}
2024 calls
2026 @smallexample
2027 cd1 = iconv_open ("@math{@cal{B}}", "@math{@cal{A}}");
2028 @end smallexample
2030 @noindent
2033 @smallexample
2034 cd2 = iconv_open ("@math{@cal{C}}", "@math{@cal{B}}");
2035 @end smallexample
2037 @noindent
2038 will succeed but how to find @math{@cal{B}}?
2040 Unfortunately, the answer is: there is no general solution.  On some
2041 systems guessing might help.  On those systems most character sets can
2042 convert to and from UTF-8 encoded @w{ISO 10646} or Unicode text.
2043 Beside this only some very system-specific methods can help.  Since the
2044 conversion functions come from loadable modules and these modules must
2045 be stored somewhere in the filesystem, one @emph{could} try to find them
2046 and determine from the available file which conversions are available
2047 and whether there is an indirect route from @math{@cal{A}} to
2048 @math{@cal{C}}.
2050 This shows one of the design errors of @code{iconv} mentioned above.  It
2051 should at least be possible to determine the list of available
2052 conversion programmatically so that if @code{iconv_open} says there is
2053 no such conversion, one could make sure this also is true for indirect
2054 routes.
2057 @node glibc iconv Implementation
2058 @subsection The @code{iconv} Implementation in the GNU C library
2060 After reading about the problems of @code{iconv} implementations in the
2061 last section it is certainly good to note that the implementation in
2062 the GNU C library has none of the problems mentioned above.  What
2063 follows is a step-by-step analysis of the points raised above.  The
2064 evaluation is based on the current state of the development (as of
2065 January 1999).  The development of the @code{iconv} functions is not
2066 complete, but basic functionality has solidified.
2068 The GNU C library's @code{iconv} implementation uses shared loadable
2069 modules to implement the conversions.  A very small number of
2070 conversions are built into the library itself but these are only rather
2071 trivial conversions.
2073 All the benefits of loadable modules are available in the GNU C library
2074 implementation.  This is especially appealing since the interface is
2075 well documented (see below) and it therefore is easy to write new
2076 conversion modules.  The drawback of using loadable objects is not a
2077 problem in the GNU C library, at least on ELF systems.  Since the
2078 library is able to load shared objects even in statically linked
2079 binaries this means that static linking needs not to be forbidden in
2080 case one wants to use @code{iconv}.
2082 The second mentioned problem is the number of supported conversions.
2083 Currently, the GNU C library supports more than 150 character sets.  The
2084 way the implementation is designed the number of supported conversions
2085 is greater than 22350 (@math{150} times @math{149}).  If any conversion
2086 from or to a character set is missing it can easily be added.
2088 Particularly impressive as it may be, this high number is due to the
2089 fact that the GNU C library implementation of @code{iconv} does not have
2090 the third problem mentioned above.  I.e., whenever there is a conversion
2091 from a character set @math{@cal{A}} to @math{@cal{B}} and from
2092 @math{@cal{B}} to @math{@cal{C}} it is always possible to convert from
2093 @math{@cal{A}} to @math{@cal{C}} directly.  If the @code{iconv_open}
2094 returns an error and sets @code{errno} to @code{EINVAL} this really
2095 means there is no known way, directly or indirectly, to perform the
2096 wanted conversion.
2098 @cindex triangulation
2099 This is achieved by providing for each character set a conversion from
2100 and to UCS-4 encoded @w{ISO 10646}.  Using @w{ISO 10646} as an
2101 intermediate representation it is possible to @dfn{triangulate}, i.e.,
2102 converting with an intermediate representation.
2104 There is no inherent requirement to provide a conversion to @w{ISO
2105 10646} for a new character set and it is also possible to provide other
2106 conversions where neither source nor destination character set is @w{ISO
2107 10646}.  The currently existing set of conversions is simply meant to
2108 cover all conversions which might be of interest.
2110 @cindex ISO-2022-JP
2111 @cindex EUC-JP
2112 All currently available conversions use the triangulation method above,
2113 making conversion run unnecessarily slow.  If, e.g., somebody often
2114 needs the conversion from ISO-2022-JP to EUC-JP, a quicker solution
2115 would involve direct conversion between the two character sets, skipping
2116 the input to @w{ISO 10646} first.  The two character sets of interest
2117 are much more similar to each other than to @w{ISO 10646}.
2119 In such a situation one can easy write a new conversion and provide it
2120 as a better alternative.  The GNU C library @code{iconv} implementation
2121 would automatically use the module implementing the conversion if it is
2122 specified to be more efficient.
2124 @subsubsection Format of @file{gconv-modules} files
2126 All information about the available conversions comes from a file named
2127 @file{gconv-modules} which can be found in any of the directories along
2128 the @code{GCONV_PATH}.  The @file{gconv-modules} files are line-oriented
2129 text files, where each of the lines has one of the following formats:
2131 @itemize @bullet
2132 @item
2133 If the first non-whitespace character is a @kbd{#} the line contains
2134 only comments and is ignored.
2136 @item
2137 Lines starting with @code{alias} define an alias name for a character
2138 set.  There are two more words expected on the line.  The first one
2139 defines the alias name and the second defines the original name of the
2140 character set.  The effect is that it is possible to use the alias name
2141 in the @var{fromset} or @var{toset} parameters of @code{iconv_open} and
2142 achieve the same result as when using the real character set name.
2144 This is quite important as a character set has often many different
2145 names.  There is normally always an official name but this need not
2146 correspond to the most popular name.  Beside this many character sets
2147 have special names which are somehow constructed.  E.g., all character
2148 sets specified by the ISO have an alias of the form
2149 @code{ISO-IR-@var{nnn}} where @var{nnn} is the registration number.
2150 This allows programs which know about the registration number to
2151 construct character set names and use them in @code{iconv_open} calls.
2152 More on the available names and aliases follows below.
2154 @item
2155 Lines starting with @code{module} introduce an available conversion
2156 module.  These lines must contain three or four more words.
2158 The first word specifies the source character set, the second word the
2159 destination character set of conversion implemented in this module.  The
2160 third word is the name of the loadable module.  The filename is
2161 constructed by appending the usual shared object suffix (normally
2162 @file{.so}) and this file is then supposed to be found in the same
2163 directory the @file{gconv-modules} file is in.  The last word on the
2164 line, which is optional, is a numeric value representing the cost of the
2165 conversion.  If this word is missing a cost of @math{1} is assumed.  The
2166 numeric value itself does not matter that much; what counts are the
2167 relative values of the sums of costs for all possible conversion paths.
2168 Below is a more precise description of the use of the cost value.
2169 @end itemize
2171 Returning to the example above where one has written a module to directly
2172 convert from ISO-2022-JP to EUC-JP and back.  All what has to be done is
2173 to put the new module, be its name ISO2022JP-EUCJP.so, in a directory
2174 and add a file @file{gconv-modules} with the following content in the
2175 same directory:
2177 @smallexample
2178 module  ISO-2022-JP//   EUC-JP//        ISO2022JP-EUCJP    1
2179 module  EUC-JP//        ISO-2022-JP//   ISO2022JP-EUCJP    1
2180 @end smallexample
2182 To see why this is sufficient, it is necessary to understand how the
2183 conversion used by @code{iconv} (and described in the descriptor) is
2184 selected.  The approach to this problem is quite simple.
2186 At the first call of the @code{iconv_open} function the program reads
2187 all available @file{gconv-modules} files and builds up two tables: one
2188 containing all the known aliases and another which contains the
2189 information about the conversions and which shared object implements
2190 them.
2192 @subsubsection Finding the conversion path in @code{iconv}
2194 The set of available conversions form a directed graph with weighted
2195 edges.  The weights on the edges are the costs specified in the
2196 @file{gconv-modules} files.  The @code{iconv_open} function uses an
2197 algorithm suitable for search for the best path in such a graph and so
2198 constructs a list of conversions which must be performed in succession
2199 to get the transformation from the source to the destination character
2200 set.
2202 Explaining why the above @file{gconv-modules} files allows the
2203 @code{iconv} implementation to resolve the specific ISO-2022-JP to
2204 EUC-JP conversion module instead of the conversion coming with the
2205 library itself is straightforward.  Since the latter conversion takes two
2206 steps (from ISO-2022-JP to @w{ISO 10646} and then from @w{ISO 10646} to
2207 EUC-JP) the cost is @math{1+1 = 2}.  But the above @file{gconv-modules}
2208 file specifies that the new conversion modules can perform this
2209 conversion with only the cost of @math{1}.
2211 A mysterious piece about the @file{gconv-modules} file above (and also
2212 the file coming with the GNU C library) are the names of the character
2213 sets specified in the @code{module} lines.  Why do almost all the names
2214 end in @code{//}?  And this is not all: the names can actually be
2215 regular expressions.  At this point of time this mystery should not be
2216 revealed, unless you have the relevant spell-casting materials: ashes
2217 from an original @w{DOS 6.2} boot disk burnt in effigy, a crucifix
2218 blessed by St.@: Emacs, assorted herbal roots from Central America, sand
2219 from Cebu, etc.  Sorry!  @strong{The part of the implementation where
2220 this is used is not yet finished.  For now please simply follow the
2221 existing examples.  It'll become clearer once it is. --drepper}
2223 A last remark about the @file{gconv-modules} is about the names not
2224 ending with @code{//}.  There often is a character set named
2225 @code{INTERNAL} mentioned.  From the discussion above and the chosen
2226 name it should have become clear that this is the name for the
2227 representation used in the intermediate step of the triangulation.  We
2228 have said that this is UCS-4 but actually it is not quite right.  The
2229 UCS-4 specification also includes the specification of the byte ordering
2230 used.  Since a UCS-4 value consists of four bytes a stored value is
2231 effected by byte ordering.  The internal representation is @emph{not}
2232 the same as UCS-4 in case the byte ordering of the processor (or at least
2233 the running process) is not the same as the one required for UCS-4.  This
2234 is done for performance reasons as one does not want to perform
2235 unnecessary byte-swapping operations if one is not interested in actually
2236 seeing the result in UCS-4.  To avoid trouble with endianess the internal
2237 representation consistently is named @code{INTERNAL} even on big-endian
2238 systems where the representations are identical.
2240 @subsubsection @code{iconv} module data structures
2242 So far this section described how modules are located and considered to
2243 be used.  What remains to be described is the interface of the modules
2244 so that one can write new ones.  This section describes the interface as
2245 it is in use in January 1999.  The interface will change in future a bit
2246 but hopefully only in an upward compatible way.
2248 The definitions necessary to write new modules are publicly available
2249 in the non-standard header @file{gconv.h}.  The following text will
2250 therefore describe the definitions from this header file.  But first it
2251 is necessary to get an overview.
2253 From the perspective of the user of @code{iconv} the interface is quite
2254 simple: the @code{iconv_open} function returns a handle which can be
2255 used in calls to @code{iconv} and finally the handle is freed with a call
2256 to @code{iconv_close}.  The problem is: the handle has to be able to
2257 represent the possibly long sequences of conversion steps and also the
2258 state of each conversion since the handle is all which is passed to the
2259 @code{iconv} function.  Therefore the data structures are really the
2260 elements to understanding the implementation.
2262 We need two different kinds of data structures.  The first describes the
2263 conversion and the second describes the state etc.  There are really two
2264 type definitions like this in @file{gconv.h}.
2265 @pindex gconv.h
2267 @comment gconv.h
2268 @comment GNU
2269 @deftp {Data type} {struct __gconv_step}
2270 This data structure describes one conversion a module can perform.  For
2271 each function in a loaded module with conversion functions there is
2272 exactly one object of this type.  This object is shared by all users of
2273 the conversion.  I.e., this object does not contain any information
2274 corresponding to an actual conversion.  It only describes the conversion
2275 itself.
2277 @table @code
2278 @item struct __gconv_loaded_object *__shlib_handle
2279 @itemx const char *__modname
2280 @itemx int __counter
2281 All these elements of the structure are used internally in the C library
2282 to coordinate loading and unloading the shared.  One must not expect any
2283 of the other elements be available or initialized.
2285 @item const char *__from_name
2286 @itemx const char *__to_name
2287 @code{__from_name} and @code{__to_name} contain the names of the source and
2288 destination character sets.  They can be used to identify the actual
2289 conversion to be carried out since one module might implement
2290 conversions for more than one character set and/or direction.
2292 @item gconv_fct __fct
2293 @itemx gconv_init_fct __init_fct
2294 @itemx gconv_end_fct __end_fct
2295 These elements contain pointers to the functions in the loadable module.
2296 The interface will be explained below.
2298 @item int __min_needed_from
2299 @itemx int __max_needed_from
2300 @itemx int __min_needed_to
2301 @itemx int __max_needed_to;
2302 These values have to be filled in the init function of the module.  The
2303 @code{__min_needed_from} value specifies how many bytes a character of
2304 the source character set at least needs.  The @code{__max_needed_from}
2305 specifies the maximum value which also includes possible shift
2306 sequences.
2308 The @code{__min_needed_to} and @code{__max_needed_to} values serve the
2309 same purpose but this time for the destination character set.
2311 It is crucial that these values are accurate since otherwise the
2312 conversion functions will have problems or not work at all.
2314 @item int __stateful
2315 This element must also be initialized by the init function.  It is
2316 nonzero if the source character set is stateful.  Otherwise it is zero.
2318 @item void *__data
2319 This element can be used freely by the conversion functions in the
2320 module.  It can be used to communicate extra information from one call
2321 to another.  It need not be initialized if not needed at all.  If this
2322 element gets assigned a pointer to dynamically allocated memory
2323 (presumably in the init function) it has to be made sure that the end
2324 function deallocates the memory.  Otherwise the application will leak
2325 memory.
2327 It is important to be aware that this data structure is shared by all
2328 users of this specification conversion and therefore the @code{__data}
2329 element must not contain data specific to one specific use of the
2330 conversion function.
2331 @end table
2332 @end deftp
2334 @comment gconv.h
2335 @comment GNU
2336 @deftp {Data type} {struct __gconv_step_data}
2337 This is the data structure which contains the information specific to
2338 each use of the conversion functions.
2340 @table @code
2341 @item char *__outbuf
2342 @itemx char *__outbufend
2343 These elements specify the output buffer for the conversion step.  The
2344 @code{__outbuf} element points to the beginning of the buffer and
2345 @code{__outbufend} points to the byte following the last byte in the
2346 buffer.  The conversion function must not assume anything about the size
2347 of the buffer but it can be safely assumed the there is room for at
2348 least one complete character in the output buffer.
2350 Once the conversion is finished and the conversion is the last step the
2351 @code{__outbuf} element must be modified to point after last last byte
2352 written into the buffer to signal how much output is available.  If this
2353 conversion step is not the last one the element must not be modified.
2354 The @code{__outbufend} element must not be modified.
2356 @item int __is_last
2357 This element is nonzero if this conversion step is the last one.  This
2358 information is necessary for the recursion.  See the description of the
2359 conversion function internals below.  This element must never be
2360 modified.
2362 @item int __invocation_counter
2363 The conversion function can use this element to see how many calls of
2364 the conversion function already happened.  Some character sets require
2365 when generating output a certain prolog and by comparing this value with
2366 zero one can find out whether it is the first call and therefore the
2367 prolog should be emitted or not.  This element must never be modified.
2369 @item int __internal_use
2370 This element is another one rarely used but needed in certain
2371 situations.  It got assigned a nonzero value in case the conversion
2372 functions are used to implement @code{mbsrtowcs} et.al.  I.e., the
2373 function is not used directly through the @code{iconv} interface.
2375 This sometimes makes a difference as it is expected that the
2376 @code{iconv} functions are used to translate entire texts while the
2377 @code{mbsrtowcs} functions are normally only used to convert single
2378 strings and might be used multiple times to convert entire texts.
2380 But in this situation we would have problem complying with some rules of
2381 the character set specification.  Some character sets require a prolog
2382 which must appear exactly once for an entire text.  If a number of
2383 @code{mbsrtowcs} calls are used to convert the text only the first call
2384 must add the prolog.  But since there is no communication between the
2385 different calls of @code{mbsrtowcs} the conversion functions have no
2386 possibility to find this out.  The situation is different for sequences
2387 of @code{iconv} calls since the handle allows access to the needed
2388 information.
2390 This element is mostly used together with @code{__invocation_counter} in
2391 a way like this:
2393 @smallexample
2394 if (!data->__internal_use
2395      && data->__invocation_counter == 0)
2396   /* @r{Emit prolog.}  */
2397   ...
2398 @end smallexample
2400 This element must never be modified.
2402 @item mbstate_t *__statep
2403 The @code{__statep} element points to an object of type @code{mbstate_t}
2404 (@pxref{Keeping the state}).  The conversion of an stateful character
2405 set must use the object pointed to by this element to store information
2406 about the conversion state.  The @code{__statep} element itself must
2407 never be modified.
2409 @item mbstate_t __state
2410 This element @emph{never} must be used directly.  It is only part of
2411 this structure to have the needed space allocated.
2412 @end table
2413 @end deftp
2415 @subsubsection @code{iconv} module interfaces
2417 With the knowledge about the data structures we now can describe the
2418 conversion functions itself.  To understand the interface a bit of
2419 knowledge about the functionality in the C library which loads the
2420 objects with the conversions is necessary.
2422 It is often the case that one conversion is used more than once.  I.e.,
2423 there are several @code{iconv_open} calls for the same set of character
2424 sets during one program run.  The @code{mbsrtowcs} et.al.@: functions in
2425 the GNU C library also use the @code{iconv} functionality which
2426 increases the number of uses of the same functions even more.
2428 For this reason the modules do not get loaded exclusively for one
2429 conversion.  Instead a module once loaded can be used by arbitrarily many
2430 @code{iconv} or @code{mbsrtowcs} calls at the same time.  The splitting
2431 of the information between conversion function specific information and
2432 conversion data makes this possible.  The last section showed the two
2433 data structures used to do this.
2435 This is of course also reflected in the interface and semantics of the
2436 functions the modules must provide.  There are three functions which
2437 must have the following names:
2439 @table @code
2440 @item gconv_init
2441 The @code{gconv_init} function initializes the conversion function
2442 specific data structure.  This very same object is shared by all
2443 conversion which use this conversion and therefore no state information
2444 about the conversion itself must be stored in here.  If a module
2445 implements more than one conversion the @code{gconv_init} function will be
2446 called multiple times.
2448 @item gconv_end
2449 The @code{gconv_end} function is responsible to free all resources
2450 allocated by the @code{gconv_init} function.  If there is nothing to do
2451 this function can be missing.  Special care must be taken if the module
2452 implements more than one conversion and the @code{gconv_init} function
2453 does not allocate the same resources for all conversions.
2455 @item gconv
2456 This is the actual conversion function.  It is called to convert one
2457 block of text.  It gets passed the conversion step information
2458 initialized by @code{gconv_init} and the conversion data, specific to
2459 this use of the conversion functions.
2460 @end table
2462 There are three data types defined for the three module interface
2463 function and these define the interface.
2465 @comment gconv.h
2466 @comment GNU
2467 @deftypevr {Data type} int (*__gconv_init_fct) (struct __gconv_step *)
2468 This specifies the interface of the initialization function of the
2469 module.  It is called exactly once for each conversion the module
2470 implements.
2472 As explained int the description of the @code{struct __gconv_step} data
2473 structure above the initialization function has to initialize parts of
2476 @table @code
2477 @item __min_needed_from
2478 @itemx __max_needed_from
2479 @itemx __min_needed_to
2480 @itemx __max_needed_to
2481 These elements must be initialized to the exact numbers of the minimum
2482 and maximum number of bytes used by one character in the source and
2483 destination character set respectively.  If the characters all have the
2484 same size the minimum and maximum values are the same.
2486 @item __stateful
2487 This element must be initialized to an nonzero value if the source
2488 character set is stateful.  Otherwise it must be zero.
2489 @end table
2491 If the initialization function needs to communication some information
2492 to the conversion function this can happen using the @code{__data}
2493 element of the @code{__gconv_step} structure.  But since this data is
2494 shared by all the conversion is must not be modified by the conversion
2495 function.  How this can be used is shown in the example below.
2497 @smallexample
2498 #define MIN_NEEDED_FROM         1
2499 #define MAX_NEEDED_FROM         4
2500 #define MIN_NEEDED_TO           4
2501 #define MAX_NEEDED_TO           4
2504 gconv_init (struct __gconv_step *step)
2506   /* @r{Determine which direction.}  */
2507   struct iso2022jp_data *new_data;
2508   enum direction dir = illegal_dir;
2509   enum variant var = illegal_var;
2510   int result;
2512   if (__strcasecmp (step->__from_name, "ISO-2022-JP//") == 0)
2513     @{
2514       dir = from_iso2022jp;
2515       var = iso2022jp;
2516     @}
2517   else if (__strcasecmp (step->__to_name, "ISO-2022-JP//") == 0)
2518     @{
2519       dir = to_iso2022jp;
2520       var = iso2022jp;
2521     @}
2522   else if (__strcasecmp (step->__from_name, "ISO-2022-JP-2//") == 0)
2523     @{
2524       dir = from_iso2022jp;
2525       var = iso2022jp2;
2526     @}
2527   else if (__strcasecmp (step->__to_name, "ISO-2022-JP-2//") == 0)
2528     @{
2529       dir = to_iso2022jp;
2530       var = iso2022jp2;
2531     @}
2533   result = __GCONV_NOCONV;
2534   if (dir != illegal_dir)
2535     @{
2536       new_data = (struct iso2022jp_data *)
2537         malloc (sizeof (struct iso2022jp_data));
2539       result = __GCONV_NOMEM;
2540       if (new_data != NULL)
2541         @{
2542           new_data->dir = dir;
2543           new_data->var = var;
2544           step->__data = new_data;
2546           if (dir == from_iso2022jp)
2547             @{
2548               step->__min_needed_from = MIN_NEEDED_FROM;
2549               step->__max_needed_from = MAX_NEEDED_FROM;
2550               step->__min_needed_to = MIN_NEEDED_TO;
2551               step->__max_needed_to = MAX_NEEDED_TO;
2552             @}
2553           else
2554             @{
2555               step->__min_needed_from = MIN_NEEDED_TO;
2556               step->__max_needed_from = MAX_NEEDED_TO;
2557               step->__min_needed_to = MIN_NEEDED_FROM;
2558               step->__max_needed_to = MAX_NEEDED_FROM + 2;
2559             @}
2561           /* @r{Yes, this is a stateful encoding.}  */
2562           step->__stateful = 1;
2564           result = __GCONV_OK;
2565         @}
2566     @}
2568   return result;
2570 @end smallexample
2572 The function first checks which conversion is wanted.  The module from
2573 which this function is taken implements four different conversion and
2574 which one is selected can be determined by comparing the names.  The
2575 comparison should always be done without paying attention to the case.
2577 Then a data structure is allocated which contains the necessary
2578 information about which conversion is selected.  The data structure
2579 @code{struct iso2022jp_data} is locally defined since outside the module
2580 this data is not used at all.  Please note that if all four conversions
2581 this modules supports are requested there are four data blocks.
2583 One interesting thing is the initialization of the @code{__min_} and
2584 @code{__max_} elements of the step data object.  A single ISO-2022-JP
2585 character can consist of one to four bytes.  Therefore the
2586 @code{MIN_NEEDED_FROM} and @code{MAX_NEEDED_FROM} macros are defined
2587 this way.  The output is always the @code{INTERNAL} character set (aka
2588 UCS-4) and therefore each character consists of exactly four bytes.  For
2589 the conversion from @code{INTERNAL} to ISO-2022-JP we have to take into
2590 account that escape sequences might be necessary to switch the character
2591 sets.  Therefore the @code{__max_needed_to} element for this direction
2592 gets assigned @code{MAX_NEEDED_FROM + 2}.  This takes into account the
2593 two bytes needed for the escape sequences to single the switching.  The
2594 asymmetry in the maximum values for the two directions can be explained
2595 easily: when reading ISO-2022-JP text escape sequences can be handled
2596 alone.  I.e., it is not necessary to process a real character since the
2597 effect of the escape sequence can be recorded in the state information.
2598 The situation is different for the other direction.  Since it is in
2599 general not known which character comes next one cannot emit escape
2600 sequences to change the state in advance.  This means the escape
2601 sequences which have to be emitted together with the next character.
2602 Therefore one needs more room then only for the character itself.
2604 The possible return values of the initialization function are:
2606 @table @code
2607 @item __GCONV_OK
2608 The initialization succeeded
2609 @item __GCONV_NOCONV
2610 The requested conversion is not supported in the module.  This can
2611 happen if the @file{gconv-modules} file has errors.
2612 @item __GCONV_NOMEM
2613 Memory required to store additional information could not be allocated.
2614 @end table
2615 @end deftypevr
2617 The functions called before the module is unloaded is significantly
2618 easier.  It often has nothing at all to do in which case it can be left
2619 out completely.
2621 @comment gconv.h
2622 @comment GNU
2623 @deftypevr {Data type} void (*__gconv_end_fct) (struct gconv_step *)
2624 The task of this function is it to free all resources allocated in the
2625 initialization function.  Therefore only the @code{__data} element of
2626 the object pointed to by the argument is of interest.  Continuing the
2627 example from the initialization function, the finalization function
2628 looks like this:
2630 @smallexample
2631 void
2632 gconv_end (struct __gconv_step *data)
2634   free (data->__data);
2636 @end smallexample
2637 @end deftypevr
2639 The most important function is the conversion function itself.  It can
2640 get quite complicated for complex character sets.  But since this is not
2641 of interest here we will only describe a possible skeleton for the
2642 conversion function.
2644 @comment gconv.h
2645 @comment GNU
2646 @deftypevr {Data type} int (*__gconv_fct) (struct __gconv_step *, struct __gconv_step_data *, const char **, const char *, size_t *, int)
2647 The conversion function can be called for two basic reason: to convert
2648 text or to reset the state.  From the description of the @code{iconv}
2649 function it can be seen why the flushing mode is necessary.  What mode
2650 is selected is determined by the sixth argument, an integer.  If it is
2651 nonzero it means that flushing is selected.
2653 Common to both mode is where the output buffer can be found.  The
2654 information about this buffer is stored in the conversion step data.  A
2655 pointer to this is passed as the second argument to this function.  The
2656 description of the @code{struct __gconv_step_data} structure has more
2657 information on this.
2659 @cindex stateful
2660 What has to be done for flushing depends on the source character set.
2661 If it is not stateful nothing has to be done.  Otherwise the function
2662 has to emit a byte sequence to bring the state object in the initial
2663 state.  Once this all happened the other conversion modules in the chain
2664 of conversions have to get the same chance.  Whether another step
2665 follows can be determined from the @code{__is_last} element of the step
2666 data structure to which the first parameter points.
2668 The more interesting mode is when actually text has to be converted.
2669 The first step in this case is to convert as much text as possible from
2670 the input buffer and store the result in the output buffer.  The start
2671 of the input buffer is determined by the third argument which is a
2672 pointer to a pointer variable referencing the beginning of the buffer.
2673 The fourth argument is a pointer to the byte right after the last byte
2674 in the buffer.
2676 The conversion has to be performed according to the current state if the
2677 character set is stateful.  The state is stored in an object pointed to
2678 by the @code{__statep} element of the step data (second argument).  Once
2679 either the input buffer is empty or the output buffer is full the
2680 conversion stops.  At this point the pointer variable referenced by the
2681 third parameter must point to the byte following the last processed
2682 byte.  I.e., if all of the input is consumed this pointer and the fourth
2683 parameter have the same value.
2685 What now happens depends on whether this step is the last one or not.
2686 If it is the last step the only thing which has to be done is to update
2687 the @code{__outbuf} element of the step data structure to point after the
2688 last written byte.  This gives the caller the information on how much
2689 text is available in the output buffer.  Beside this the variable
2690 pointed to by the fifth parameter, which is of type @code{size_t}, must
2691 be incremented by the number of characters (@emph{not bytes}) which were
2692 converted in a non-reversible way.  Then the function can return.
2694 In case the step is not the last one the later conversion functions have
2695 to get a chance to do their work.  Therefore the appropriate conversion
2696 function has to be called.  The information about the functions is
2697 stored in the conversion data structures, passed as the first parameter.
2698 This information and the step data are stored in arrays so the next
2699 element in both cases can be found by simple pointer arithmetic:
2701 @smallexample
2703 gconv (struct __gconv_step *step, struct __gconv_step_data *data,
2704        const char **inbuf, const char *inbufend, size_t *written,
2705        int do_flush)
2707   struct __gconv_step *next_step = step + 1;
2708   struct __gconv_step_data *next_data = data + 1;
2709   ...
2710 @end smallexample
2712 The @code{next_step} pointer references the next step information and
2713 @code{next_data} the next data record.  The call of the next function
2714 therefore will look similar to this:
2716 @smallexample
2717   next_step->__fct (next_step, next_data, &outerr, outbuf,
2718                     written, 0)
2719 @end smallexample
2721 But this is not yet all.  Once the function call returns the conversion
2722 function might have some more to do.  If the return value of the
2723 function is @code{__GCONV_EMPTY_INPUT} this means there is more room in
2724 the output buffer.  Unless the input buffer is empty the conversion
2725 functions start all over again and processes the rest of the input
2726 buffer.  If the return value is not @code{__GCONV_EMPTY_INPUT} something
2727 went wrong and we have to recover from this.
2729 A requirement for the conversion function is that the input buffer
2730 pointer (the third argument) always points to the last character which
2731 was put in the converted form in the output buffer.  This is trivially
2732 true after the conversion performed in the current step.  But if the
2733 conversion functions deeper down the stream stop prematurely not all
2734 characters from the output buffer are consumed and therefore the input
2735 buffer pointers must be backed of to the right position.
2737 This is easy to do if the input and output character sets have a fixed
2738 width for all characters.  In this situation we can compute how many
2739 characters are left in the output buffer and therefore can correct the
2740 input buffer pointer appropriate with a similar computation.  Things are
2741 getting tricky if either character set has character represented with
2742 variable length byte sequences and it gets even more complicated if the
2743 conversion has to take care of the state.  In these cases the conversion
2744 has to be performed once again, from the known state before the initial
2745 conversion.  I.e., if necessary the state of the conversion has to be
2746 reset and the conversion loop has to be executed again.  The difference
2747 now is that it is known how much input must be created and the
2748 conversion can stop before converting the first unused character.  Once
2749 this is done the input buffer pointers must be updated again and the
2750 function can return.
2752 One final thing should be mentioned.  If it is necessary for the
2753 conversion to know whether it is the first invocation (in case a prolog
2754 has to be emitted) the conversion function should just before returning
2755 to the caller increment the @code{__invocation_counter} element of the
2756 step data structure.  See the description of the @code{struct
2757 __gconv_step_data} structure above for more information on how this can
2758 be used.
2760 The return value must be one of the following values:
2762 @table @code
2763 @item __GCONV_EMPTY_INPUT
2764 All input was consumed and there is room left in the output buffer.
2765 @item __GCONV_FULL_OUTPUT
2766 No more room in the output buffer.  In case this is not the last step
2767 this value is propagated down from the call of the next conversion
2768 function in the chain.
2769 @item __GCONV_INCOMPLETE_INPUT
2770 The input buffer is not entirely empty since it contains an incomplete
2771 character sequence.
2772 @end table
2774 The following example provides a framework for a conversion function.
2775 In case a new conversion has to be written the holes in this
2776 implementation have to be filled and that is it.
2778 @smallexample
2780 gconv (struct __gconv_step *step, struct __gconv_step_data *data,
2781        const char **inbuf, const char *inbufend, size_t *written,
2782        int do_flush)
2784   struct __gconv_step *next_step = step + 1;
2785   struct __gconv_step_data *next_data = data + 1;
2786   gconv_fct fct = next_step->__fct;
2787   int status;
2789   /* @r{If the function is called with no input this means we have}
2790      @r{to reset to the initial state.  The possibly partly}
2791      @r{converted input is dropped.}  */
2792   if (do_flush)
2793     @{
2794       status = __GCONV_OK;
2796       /* @r{Possible emit a byte sequence which put the state object}
2797          @r{into the initial state.}  */
2799       /* @r{Call the steps down the chain if there are any but only}
2800          @r{if we successfully emitted the escape sequence.}  */
2801       if (status == __GCONV_OK && ! data->__is_last)
2802         status = fct (next_step, next_data, NULL, NULL,
2803                       written, 1);
2804     @}
2805   else
2806     @{
2807       /* @r{We preserve the initial values of the pointer variables.}  */
2808       const char *inptr = *inbuf;
2809       char *outbuf = data->__outbuf;
2810       char *outend = data->__outbufend;
2811       char *outptr;
2813       do
2814         @{
2815           /* @r{Remember the start value for this round.}  */
2816           inptr = *inbuf;
2817           /* @r{The outbuf buffer is empty.}  */
2818           outptr = outbuf;
2820           /* @r{For stateful encodings the state must be safe here.}  */
2822           /* @r{Run the conversion loop.  @code{status} is set}
2823              @r{appropriately afterwards.}  */
2825           /* @r{If this is the last step leave the loop, there is}
2826              @r{nothing we can do.}  */
2827           if (data->__is_last)
2828             @{
2829               /* @r{Store information about how many bytes are}
2830                  @r{available.}  */
2831               data->__outbuf = outbuf;
2833              /* @r{If any non-reversible conversions were performed,}
2834                 @r{add the number to @code{*written}.}  */
2836              break;
2837            @}
2839           /* @r{Write out all output which was produced.}  */
2840           if (outbuf > outptr)
2841             @{
2842               const char *outerr = data->__outbuf;
2843               int result;
2845               result = fct (next_step, next_data, &outerr,
2846                             outbuf, written, 0);
2848               if (result != __GCONV_EMPTY_INPUT)
2849                 @{
2850                   if (outerr != outbuf)
2851                     @{
2852                       /* @r{Reset the input buffer pointer.  We}
2853                          @r{document here the complex case.}  */
2854                       size_t nstatus;
2856                       /* @r{Reload the pointers.}  */
2857                       *inbuf = inptr;
2858                       outbuf = outptr;
2860                       /* @r{Possibly reset the state.}  */
2862                       /* @r{Redo the conversion, but this time}
2863                          @r{the end of the output buffer is at}
2864                          @r{@code{outerr}.}  */
2865                     @}
2867                   /* @r{Change the status.}  */
2868                   status = result;
2869                 @}
2870               else
2871                 /* @r{All the output is consumed, we can make}
2872                    @r{ another run if everything was ok.}  */
2873                 if (status == __GCONV_FULL_OUTPUT)
2874                   status = __GCONV_OK;
2875            @}
2876         @}
2877       while (status == __GCONV_OK);
2879       /* @r{We finished one use of this step.}  */
2880       ++data->__invocation_counter;
2881     @}
2883   return status;
2885 @end smallexample
2886 @end deftypevr
2888 This information should be sufficient to write new modules.  Anybody
2889 doing so should also take a look at the available source code in the GNU
2890 C library sources.  It contains many examples of working and optimized
2891 modules.