sys-file-reader: Ignore duplicate value labels written by ReadStat.
[pspp] / doc / dev / system-file-format.texi
index 0f0940b58f88a2bfe9d13c0678dc52343be14982..484fbb43f1eca08fc089bd0f5ec171215f279403 100644 (file)
@@ -30,7 +30,7 @@ files and translates as necessary.  PSPP also detects the
 floating-point format in use, as well as the endianness of IEEE 754
 floating-point numbers, and translates as needed.  However, only IEEE
 754 numbers with the same endianness as integer data in the same file
-has actually been observed in system files, and it is likely that
+have actually been observed in system files, and it is likely that
 other formats are obsolete or were never used.
 
 System files use a few floating point values for special purposes:
@@ -68,10 +68,80 @@ used for the dictionary and the data in the file, although it is
 possible to artificially synthesize files that use different encodings
 (@pxref{Character Encoding Record}).
 
-System files are divided into records, each of which begins with a
-4-byte record type, usually regarded as an @code{int32}.
+@menu
+* System File Record Structure::
+* File Header Record::
+* Variable Record::
+* Value Labels Records::
+* Document Record::
+* Machine Integer Info Record::
+* Machine Floating-Point Info Record::
+* Multiple Response Sets Records::
+* Extra Product Info Record::
+* Variable Display Parameter Record::
+* Long Variable Names Record::
+* Very Long String Record::
+* Character Encoding Record::
+* Long String Value Labels Record::
+* Long String Missing Values Record::
+* Data File and Variable Attributes Records::
+* Extended Number of Cases Record::
+* Other Informational Records::
+* Dictionary Termination Record::
+* Data Record::
+@end menu
+
+@node System File Record Structure
+@section System File Record Structure
+
+System files are divided into records with the following format:
+
+@example
+int32               type;
+char                data[];
+@end example
+
+This header does not identify the length of the @code{data} or any
+information about what it contains, so the system file reader must
+understand the format of @code{data} based on @code{type}.  However,
+records with type 7, called @dfn{extension records}, have a stricter
+format:
+
+@example
+int32               type;
+int32               subtype;
+int32               size;
+int32               count;
+char                data[size * count];
+@end example
+
+@table @code
+@item int32 rec_type;
+Record type.  Always set to 7.
+
+@item int32 subtype;
+Record subtype.  This value identifies a particular kind of extension
+record.
 
-The records must appear in the following order:
+@item int32 size;
+The size of each piece of data that follows the header, in bytes.
+Known extension records use 1, 4, or 8, for @code{char}, @code{int32},
+and @code{flt64} format data, respectively.
+
+@item int32 count;
+The number of pieces of data that follow the header.
+
+@item char data[size * count];
+Data, whose format and interpretation depend on the subtype.
+@end table
+
+An extension record contains exactly @code{size * count} bytes of
+data, which allows a reader that does not understand an extension
+record to skip it.  Extension records provide only nonessential
+information, so this allows for files written by newer software to
+preserve backward compatibility with older or less capable readers.
+
+Records in a system file must appear in the following order:
 
 @itemize @bullet
 @item
@@ -91,6 +161,11 @@ Document record, if present.
 Extension (type 7) records, in ascending numerical order of their
 subtypes.
 
+System files written by SPSS include at most one of each kind of
+extension record.  This is generally true of system files written by
+other software as well, with known exceptions noted below in the
+individual sections about each type of record.
+
 @item
 Dictionary termination record.
 
@@ -98,36 +173,19 @@ Dictionary termination record.
 Data record.
 @end itemize
 
-Each type of record is described separately below.
+We advise authors of programs that read system files to tolerate
+format variations.  Various kinds of misformatting and corruption have
+been observed in system files written by SPSS and other software
+alike.  In particular, because extension records provide nonessential
+information, it is generally better to ignore an extension record
+entirely than to refuse to read a system file.
 
-@menu
-* File Header Record::
-* Variable Record::
-* Value Labels Records::
-* Document Record::
-* Machine Integer Info Record::
-* Machine Floating-Point Info Record::
-* Multiple Response Sets Records::
-* Extra Product Info Record::
-* Variable Display Parameter Record::
-* Long Variable Names Record::
-* Very Long String Record::
-* Character Encoding Record::
-* Long String Value Labels Record::
-* Long String Missing Values Record::
-* Data File and Variable Attributes Records::
-* Extended Number of Cases Record::
-* Miscellaneous Informational Records::
-* Dictionary Termination Record::
-* Data Record::
-* Encrypted System Files::
-@end menu
+The following sections describe the known kinds of records.
 
 @node File Header Record
 @section File Header Record
 
-The file header is always the first record in the file.  It has the
-following format:
+A system file begins with the file header, with the following format:
 
 @example
 char                rec_type[4];
@@ -164,6 +222,12 @@ pspp 0.1.4 - sparc-sun-solaris2.5.2}.  The string is truncated if it
 would be longer than 60 characters; otherwise it is padded on the right
 with spaces.
 
+The product name field allow readers to behave differently based on
+quirks in the way that particular software writes system files.
+@xref{Value Labels Records}, for the detail of the quirk that the PSPP
+system file reader tolerates in files written by ReadStat, which has
+@code{https://github.com/WizardMac/ReadStat} in @code{prod_name}.
+
 @anchor{layout_code}
 @item int32 layout_code;
 Normally set to 2, although a few system files have been spotted in
@@ -174,11 +238,11 @@ file's integer endianness (@pxref{System File Format}).
 Number of data elements per case.  This is the number of variables,
 except that long string variables add extra data elements (one for every
 8 characters after the first 8).  However, string variables do not
-contribute to this value beyond the first 255 bytes.   Further, system
-files written by some systems set this value to -1.  In general, it is
+contribute to this value beyond the first 255 bytes.   Further, some
+software always writes -1 or 0 in this field.  In general, it is
 unsafe for systems reading system files to rely upon this value.
 
-@item int32 compressed;
+@item int32 compression;
 Set to 0 if the data in the file is not compressed, 1 if the data is
 compressed with simple bytecode compression, 2 if the data is ZLIB
 compressed.  This field has value 2 if and only if @code{rec_type} is
@@ -262,6 +326,10 @@ wider than 255 bytes.  Such very long string variables are represented
 by a number of narrower string variables.  @xref{Very Long String
 Record}, for details.
 
+A system file should contain at least one variable and thus at least
+one variable record, but system files have been observed in the wild
+without any variables (thus, no data either).
+
 @example
 int32               rec_type;
 int32               type;
@@ -352,6 +420,7 @@ in the range.  When a range plus a value are present, the third
 element denotes the additional discrete missing value.
 @end table
 
+@anchor{System File Output Formats}
 The @code{print} and @code{write} members of sysfile_variable are output
 formats coded into @code{int32} types.  The least-significant byte
 of the @code{int32} represents the number of decimal places, and the
@@ -461,6 +530,14 @@ numeric and short string variables only.  Long string variables may
 have value labels, but their value labels are recorded using a
 different record type (@pxref{Long String Value Labels Record}).
 
+ReadStat (@pxref{File Header Record}) writes value labels that label a
+single value more than once.  In more detail, it emits value labels
+whose values are longer than string variables' widths, that are
+identical in the actual width of the variable, e.g.@: labels for
+values @code{ABC123} and @code{ABC456} for a string variable with
+width 3.  For files written by this software, PSPP ignores such
+labels.
+
 The value label record has the following format:
 
 @example
@@ -542,7 +619,8 @@ char                lines[][80];
 Record type.  Always set to 6.
 
 @item int32 n_lines;
-Number of lines of documents present.
+Number of lines of documents present.  This should be greater than
+zero, but ReadStats writes system files with zero @code{n_lines}.
 
 @item char lines[][80];
 Document lines.  The number of elements is defined by @code{n_lines}.
@@ -687,13 +765,16 @@ Size of each piece of data in the data part, in bytes.  Always set to 8.
 Number of pieces of data in the data part.  Always set to 3.
 
 @item flt64 sysmis;
-The system missing value.
-
-@item flt64 highest;
-The value used for HIGHEST in missing values.
-
-@item flt64 lowest;
-The value used for LOWEST in missing values.
+@itemx flt64 highest;
+@itemx flt64 lowest;
+The system missing value, the value used for HIGHEST in missing
+values, and the value used for LOWEST in missing values, respectively.
+@xref{System File Format}, for more information.
+
+The SPSSWriter library in PHP, which identifies itself as @code{FOM
+SPSS 1.0.0} in the file header record @code{prod_name} field, writes
+unexpected values to these fields, but it uses the same values
+consistently throughout the rest of the file.
 @end table
 
 @node Multiple Response Sets Records
@@ -786,8 +867,8 @@ The short names of the variables in the set, converted to lowercase,
 each separated from the previous by a single space.
 
 Even though a multiple response set must have at least two variables,
-some system files contain multiple response sets with no variables at
-all.  The source and meaning of these multiple response sets is
+some system files contain multiple response sets with no variables or
+one variable.  The source and meaning of these multiple response sets is
 unknown.  (Perhaps they arise from creating a multiple response set
 then deleting all the variables that it contains?)
 
@@ -1299,7 +1380,7 @@ The total number of bytes in @code{attributes}.
 @item char attributes[];
 The attributes, in a text-based format.
 
-In record type 17, this field contains a single attribute set.  An
+In record subtype 17, this field contains a single attribute set.  An
 attribute set is a sequence of one or more attributes concatenated
 together.  Each attribute consists of a name, which has the same
 syntax as a variable name, followed by, inside parentheses, a sequence
@@ -1311,13 +1392,17 @@ way to embed a line feed in a value.  There is no distinction between
 an attribute with a single value and an attribute array with one
 element.
 
-In record type 18, this field contains a sequence of one or more
+In record subtype 18, this field contains a sequence of one or more
 variable attribute sets.  If more than one variable attribute set is
 present, each one after the first is delimited from the previous by
 @code{/}.  Each variable attribute set consists of a long
 variable name,
 followed by @code{:}, followed by an attribute set with the same
-syntax as on record type 17.
+syntax as on record subtype 17.
+
+System files written by @code{Stata 14.1/-savespss- 1.77 by
+S.Radyakin} may include multiple records with subtype 18, one per
+variable that has variable attributes.
 
 The total length is @code{count} bytes.
 @end table
@@ -1407,46 +1492,30 @@ same reason as @code{ncases} in the file header record, but this has
 not been observed in the wild.
 @end table
 
-@node Miscellaneous Informational Records
-@section Miscellaneous Informational Records
+@node Other Informational Records
+@section Other Informational Records
 
-Some specific types of miscellaneous informational records are
+This chapter documents many specific types of extension records are
 documented here, but others are known to exist.  PSPP ignores unknown
-miscellaneous informational records when reading system files.
+extension records when reading system files.
 
-@example
-/* @r{Header.} */
-int32               rec_type;
-int32               subtype;
-int32               size;
-int32               count;
+The following extension record subtypes have also been observed, with
+the following believed meanings:
 
-/* @r{Exactly @code{size * count} bytes of data.} */
-char                data[];
-@end example
-
-@table @code
-@item int32 rec_type;
-Record type.  Always set to 7.
-
-@item int32 subtype;
-Record subtype.  May take any value.  According to Aapi
-H@"am@"al@"ainen, value 5 indicates a set of grouped variables and 6
-indicates date info (probably related to USE).  Subtype 24 appears to
-contain XML that describes how data in the file should be displayed
-on-screen.
+@table @asis
+@item 5
+A set of grouped variables (according to Aapi H@"am@"al@"ainen).
 
-@item int32 size;
-Size of each piece of data in the data part.  Should have the value 1,
-4, or 8, for @code{char}, @code{int32}, and @code{flt64} format data,
-respectively.
+@item 6
+Date info, probably related to USE (according to Aapi H@"am@"al@"ainen).
 
-@item int32 count;
-Number of pieces of data in the data part.
+@item 12
+A UUID in the format described in RFC 4122.  Only two examples
+observed, both written by SPSS 13, and in each case the UUID contained
+both upper and lower case.
 
-@item char data[];
-Arbitrary data.  There must be @code{size} times @code{count} bytes of
-data.
+@item 24
+XML that describes how data in the file should be displayed on-screen.
 @end table
 
 @node Dictionary Termination Record
@@ -1647,165 +1716,3 @@ system file.
 @end table
 
 @setfilename ignored
-
-@node Encrypted System Files
-@section Encrypted System Files
-
-SPSS 21 and later support an encrypted system file format.
-
-@quotation Warning
-The SPSS encrypted file format is poorly designed.  It is much cheaper
-and faster to decrypt a file encrypted this way than if a well
-designed alternative were used.  If you must use this format, use a
-10-byte randomly generated password.
-@end quotation
-
-@subheading Encrypted File Format
-
-Encrypted system files begin with the following 36-byte fixed header:
-
-@example
-0000  1c 00 00 00 00 00 00 00  45 4e 43 52 59 50 54 45  |........ENCRYPTE|
-0010  44 53 41 56 15 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |DSAV............|
-0020  00 00 00 00                                       |....|
-@end example
-
-Following the fixed header is a complete system file in the usual
-format, except that each 16-byte block is encrypted with AES-256 in
-ECB mode.  The AES-256 key is derived from a password in the following
-way:
-
-@enumerate 
-@item
-Start from the literal password typed by the user.  Truncate it to at
-most 10 bytes, then append (between 1 and 22) null bytes until there
-are exactly 32 bytes.  Call this @var{password}.
-
-@item
-Let @var{constant} be the following 73-byte constant:
-
-@example
-0000  00 00 00 01 35 27 13 cc  53 a7 78 89 87 53 22 11
-0010  d6 5b 31 58 dc fe 2e 7e  94 da 2f 00 cc 15 71 80
-0020  0a 6c 63 53 00 38 c3 38  ac 22 f3 63 62 0e ce 85
-0030  3f b8 07 4c 4e 2b 77 c7  21 f5 1a 80 1d 67 fb e1
-0040  e1 83 07 d8 0d 00 00 01  00
-@end example
-
-@item
-Compute CMAC-AES-256(@var{password}, @var{constant}).  Call the
-16-byte result @var{cmac}.
-
-@item
-The 32-byte AES-256 key is @var{cmac} || @var{cmac}, that is,
-@var{cmac} repeated twice.
-@end enumerate
-
-@subsubheading Example
-
-Consider the password @samp{pspp}.  @var{password} is:
-
-@example
-0000  70 73 70 70 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |pspp............|
-0010  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
-@end example
-
-@noindent
-@var{cmac} is:
-
-@example
-0000  3e da 09 8e 66 04 d4 fd  f9 63 0c 2c a8 6f b0 45
-@end example
-
-@noindent
-The AES-256 key is:
-
-@example
-0000  3e da 09 8e 66 04 d4 fd  f9 63 0c 2c a8 6f b0 45
-0010  3e da 09 8e 66 04 d4 fd  f9 63 0c 2c a8 6f b0 45
-@end example
-
-@subheading Password Encoding
-
-SPSS also supports what it calls ``encrypted passwords.''  These are
-not encrypted.  They are encoded with a simple, fixed scheme.  An
-encoded password is always a multiple of 2 characters long, and never
-longer than 20 characters.  The characters in an encoded password are
-always in the graphic ASCII range 33 through 126.  Each successive
-pair of characters in the password encodes a single byte in the
-plaintext password.
-
-Use the following algorithm to decode a pair of characters:
-
-@enumerate
-@item
-Let @var{a} be the ASCII code of the first character, and @var{b} be
-the ASCII code of the second character.
-
-@item
-Let @var{ah} be the most significant 4 bits of @var{a}.  Find the line
-in the table below that has @var{ah} on the left side.  The right side
-of the line is a set of possible values for the most significant 4
-bits of the decoded byte.
-
-@display
-@t{2 } @result{} @t{2367}
-@t{3 } @result{} @t{0145}
-@t{47} @result{} @t{89cd}
-@t{56} @result{} @t{abef}
-@end display
-
-@item
-Let @var{bh} be the most significant 4 bits of @var{b}.  Find the line
-in the second table below that has @var{bh} on the left side.  The
-right side of the line is a set of possible values for the most
-significant 4 bits of the decoded byte.  Together with the results of
-the previous step, only a single possibility is left.
-
-@display
-@t{2 } @result{} @t{139b}
-@t{3 } @result{} @t{028a}
-@t{47} @result{} @t{46ce}
-@t{56} @result{} @t{57df}
-@end display
-
-@item
-Let @var{al} be the least significant 4 bits of @var{a}.  Find the
-line in the table below that has @var{al} on the left side.  The right
-side of the line is a set of possible values for the least significant
-4 bits of the decoded byte.
-
-@display
-@t{03cf} @result{} @t{0145}
-@t{12de} @result{} @t{2367}
-@t{478b} @result{} @t{89cd}
-@t{569a} @result{} @t{abef}
-@end display
-
-@item
-Let @var{bl} be the least significant 4 bits of @var{b}.  Find the
-line in the table below that has @var{bl} on the left side.  The right
-side of the line is a set of possible values for the least significant
-4 bits of the decoded byte.  Together with the results of the previous
-step, only a single possibility is left.
-
-@display
-@t{03cf} @result{} @t{028a}
-@t{12de} @result{} @t{139b}
-@t{478b} @result{} @t{46ce}
-@t{569a} @result{} @t{57df}
-@end display
-@end enumerate
-
-@subsubheading Example
-
-Consider the encoded character pair @samp{-|}.  @var{a} is
-0x2d and @var{b} is 0x7c, so @var{ah} is 2, @var{bh} is 7, @var{al} is
-0xd, and @var{bl} is 0xc.  @var{ah} means that the most significant
-four bits of the decoded character is 2, 3, 6, or 7, and @var{bh}
-means that they are 4, 6, 0xc, or 0xe.  The single possibility in
-common is 6, so the most significant four bits are 6.  Similarly,
-@var{al} means that the least significant four bits are 2, 3, 6, or 7,
-and @var{bl} means they are 0, 2, 8, or 0xa, so the least significant
-four bits are 2.  The decoded character is therefore 0x62, the letter
-@samp{b}.