libc: FILE* v2 — буферизация потоков (вариант B+)

- единый ленивый буфер BUFSIZ=512 на чтение и запись с автопереключением направления (_F_DIROUT, _file_sync: запись сбрасывается write()-ом, readahead откатывается lseek-ом) - статическая таблица OPEN_MAX=8 слотов вместо malloc для FILE; _fclosall через atexit — exit() сбрасывает несброшенную запись - fread/fwrite: мелкое через буфер (memcpy), блоки >= BUFSIZ — мимо буфера одним syscall; горячие пути fgetc/fputc и сканер строк fgets (LDI до '\n') — на asm, SDCC на эти цепочки генерит ~90 инструкций с IX-фреймом - новое: ungetc (1 байт через hold, работает и на stdin), fprintf/vfprintf (vsprintf+fwrite), fflush(NULL) = все потоки - фиксы stdio-review: fwrite ставит _F_ERROR при короткой записи (issue 3), fgets(n=1) возвращает пустую строку (issue 4) - замер (MAME, HDD, 100 КБ): небуферизованная оценка ~144 с → fgetc 5 с (×29), fgets ~1 с; дизайн и отвергнутые варианты — docs/file-buffering-design.md Co-Authored-By: Claude Fable 5 <noreply@anthropic.com>
2026-07-06 16:09:13 +03:00
parent 4a081501d8
commit 48d552bf3a
27 changed files with 1093 additions and 302 deletions
@@ -0,0 +1,101 @@
+/*
+ * fgetc — прочитать один байт из потока (буферизованно, вариант B+).
+ *
+ * Горячий путь («в readahead-буфере есть байт») написан на asm —
+ * SDCC на эту цепочку проверок генерит ~90 инструкций с IX-фреймом,
+ * asm укладывается в ~30 без фрейма (замер fbench: ~176 мкс/байт
+ * у C-версии).  Всё остальное — медленный C-путь fgetc_slow:
+ * hold-байт от ungetc, консольный getchar(), сброс накопленной
+ * записи, дозаполнение буфера read(fd, buf, BUFSIZ), fallback без
+ * буфера.  Возвращает байт, EOF на конце файла (_F_EOF) или при
+ * ошибке (_F_ERROR).
+ *
+ * Раскладка FILE (см. stdio.h, байтовые смещения):
+ *   +0 fd, +2 flags, +3 buf, +5 curp, +7 level, +9 hold
+ */
+
+#include <unistd.h>
+#include <errno.h>
+#include "_file.h"
+
+/* Медленный путь; зовётся из asm-обёртки (метка _fgetc_slow видна в
+ * пределах этого модуля). */
+static int fgetc_slow(FILE *fp)
+{
+    if (!fp) { errno = EBADF; return EOF; }
+    if (fp->hold != EOF) {
+        int c = fp->hold;
+        fp->hold = EOF;
+        return c;
+    }
+    if (fp->flags & _F_CONIN) {
+        return getchar();
+    }
+    if (!(fp->flags & _F_READ)) { errno = EBADF; return EOF; }
+
+    if (fp->flags & _F_DIROUT) {
+        if (_file_sync(fp)) return EOF;      /* сброс накопленной записи */
+    }
+    if (fp->level == 0) {
+        uint8_t *b = _file_buf(fp);
+        if (!b) {
+            /* Небуферизованный fallback. */
+            uint8_t ch;
+            int r = read(fp->fd, &ch, 1);
+            if (r == 0) { fp->flags |= _F_EOF;   return EOF; }
+            if (r < 0)  { fp->flags |= _F_ERROR; return EOF; }
+            return (int)ch;
+        }
+        int r = read(fp->fd, b, BUFSIZ);
+        if (r == 0) { fp->flags |= _F_EOF;   return EOF; }
+        if (r < 0)  { fp->flags |= _F_ERROR; return EOF; }
+        fp->level = (uint16_t)r;
+        fp->curp  = b;
+    }
+    fp->level--;
+    return (int)*fp->curp++;
+}
+
+int fgetc(FILE *fp) __naked
+{
+    (void)fp;
+    (void)fgetc_slow;        /* используется из asm */
+    __asm
+        ;; HL = fp.
+        ld    a, h
+        or    a, l
+        jr    Z, _fg_slow           ; NULL — C-путь выставит errno
+        push  hl
+        pop   iy                    ; IY = fp (IY — scratch в __sdcccall(1))
+
+        ld    a, 7 (iy)             ; level != 0 ?
+        or    a, 8 (iy)
+        jr    Z, _fg_slow           ; буфер пуст/не наш режим
+        ld    a, 2 (iy)             ; flags
+        and   a, #0x08              ; _F_DIROUT — буфер копит запись?
+        jr    NZ, _fg_slow
+        ld    a, 9 (iy)             ; hold == EOF (0xFFFF)?
+        and   a, 10 (iy)
+        inc   a
+        jr    NZ, _fg_slow          ; есть отложенный ungetc-байт
+
+        ;; --- горячий путь: level--, вернуть *curp++ ---
+        ld    a, 7 (iy)
+        sub   a, #1
+        ld    7 (iy), a
+        jr    NC, _fg_nb
+        dec   8 (iy)
+    _fg_nb:
+        ld    l, 5 (iy)             ; HL = curp
+        ld    h, 6 (iy)
+        ld    e, (hl)               ; E = байт
+        ld    d, #0                 ; zero-extend в int
+        inc   hl
+        ld    5 (iy), l             ; curp++
+        ld    6 (iy), h
+        ret
+
+    _fg_slow:
+        jp    _fgetc_slow           ; HL = fp уже на месте
+    __endasm;
+}