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printf() and stdio in the Julia runtime

Libuv wrappers for stdio

julia.h 定义了 libuv 的包装器，用于 stdio.h 流：

uv_stream_t *JL_STDIN;
uv_stream_t *JL_STDOUT;
uv_stream_t *JL_STDERR;

... 和相应的输出函数：

int jl_printf(uv_stream_t *s, const char *format, ...);
int jl_vprintf(uv_stream_t *s, const char *format, va_list args);

这些 printf 函数在 src/ 和 cli/ 目录中的 .c 文件中使用，任何需要标准输入输出的地方都确保以统一的方式处理输出缓冲。

In special cases, like signal handlers, where the full libuv infrastructure is too heavy, jl_safe_printf() can be used to write(2) directly to STDERR_FILENO:

void jl_safe_printf(const char *str, ...);

Interface between JL_STD* and Julia code

Base.stdin、Base.stdout 和 Base.stderr 被绑定到运行时中定义的 JL_STD* libuv 流。

Julia的__init__()函数（在base/sysimg.jl中）调用reinit_stdio()（在base/stream.jl中）来为Base.stdin、Base.stdout和Base.stderr创建Julia对象。

reinit_stdio() 使用 ccall 来检索指向 JL_STD* 的指针，并调用 jl_uv_handle_type() 来检查每个流的类型。然后，它创建一个 Julia Base.IOStream、Base.TTY 或 Base.PipeEndpoint 对象来表示每个流，例如：

$ julia -e 'println(typeof((stdin, stdout, stderr)))'
Tuple{Base.TTY,Base.TTY,Base.TTY}

$ julia -e 'println(typeof((stdin, stdout, stderr)))' < /dev/null 2>/dev/null
Tuple{IOStream,Base.TTY,IOStream}

$ echo hello | julia -e 'println(typeof((stdin, stdout, stderr)))' | cat
Tuple{Base.PipeEndpoint,Base.PipeEndpoint,Base.TTY}

Base.read 和 Base.write 方法用于这些流，使用 ccall 来调用 src/jl_uv.c 中的 libuv 包装器，例如：

stream.jl: function write(s::IO, p::Ptr, nb::Integer)
               -> ccall(:jl_uv_write, ...)
  jl_uv.c:          -> int jl_uv_write(uv_stream_t *stream, ...)
                        -> uv_write(uvw, stream, buf, ...)

printf() during initialization

jl_printf() 等依赖的 libuv 流在运行时初始化的中间阶段之前不可用（请参见 init.c，init_stdio()）。 在此之前需要打印的错误消息或警告通过以下机制路由到标准 C 库的 fwrite() 函数：

在 sys.c 中，JL_STD* 流指针被静态初始化为整数常量：STD*_FILENO (0, 1 和 2)。在 jl_uv.c 中，jl_uv_puts() 函数检查其 uv_stream_t* stream 参数，并在流设置为 STDOUT_FILENO 或 STDERR_FILENO 时调用 fwrite()。

这允许在运行时统一使用 jl_printf()，无论在初始化完成之前是否可以到达任何特定的代码。

Legacy ios.c library

src/support/ios.c 库继承自 femtolisp。它提供跨平台的缓冲文件 IO 和内存临时缓冲区。

ios.c 仍然被以下内容使用：

  • src/flisp/*.c
  • src/dump.c – 用于序列化文件 IO 和内存缓冲区。
  • src/staticdata.c – 用于序列化文件输入输出和内存缓冲区。
  • base/iostream.jl – 用于文件输入输出（参见 base/fs.jl 的 libuv 等效项）。

在这些模块中，ios.c 的使用主要是自包含的，并与 libuv I/O 系统分开。然而，有 one place，在这里，femtolisp 通过一个遗留的 ios_t 流调用 jl_printf()。

在 ios.h 中有一个黑客技巧，使得 ios_t.bm 字段与 uv_stream_t.type 对齐，并确保用于 ios_t.bm 的值不会与有效的 UV_HANDLE_TYPE 值重叠。这允许 uv_stream_t 指针指向 ios_t 流。

这是必要的，因为 jl_printf() 的调用者 jl_static_show() 是通过 femtolisp 的 fl_print() 函数传递一个 ios_t 流。Julia 的 jl_uv_puts() 函数对此有特殊处理：

if (stream->type > UV_HANDLE_TYPE_MAX) {
    return ios_write((ios_t*)stream, str, n);
}