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[lilypond.git] / Documentation / contributor / programming-work.itexi
1 @c -*- coding: utf-8; mode: texinfo; -*-
2 @node Programming work
3 @chapter Programming work
4
5 @menu
6 * Overview of LilyPond architecture::
7 * LilyPond programming languages::
8 * Programming without compiling::
9 * Finding functions::
10 * Code style::
11 * Warnings Errors Progress and Debug Output::
12 * Debugging LilyPond::
13 * Tracing object relationships::
14 * Adding or modifying features::
15 * Iterator tutorial::
16 * Engraver tutorial::
17 * Callback tutorial::
18 * Understanding pure properties::
19 * LilyPond scoping::
20 * Scheme->C interface::
21 * LilyPond miscellany::
22 @end menu
23
24 @node Overview of LilyPond architecture
25 @section Overview of LilyPond architecture
26
27 LilyPond processes the input file into graphical and musical output in a
28 number of stages.  This process, along with the types of routines that
29 accomplish the various stages of the process, is described in this section.  A
30 more complete description of the LilyPond architecture and internal program
31 execution is found in Erik Sandberg's
32 @uref{http://lilypond.org/website/pdf/thesis-erik-sandberg.pdf, master's
33 thesis}.
34
35 The first stage of LilyPond processing is @emph{parsing}.  In the parsing
36 process, music expressions in LilyPond input format are converted to music
37 expressions in Scheme format.  In Scheme format, a music expression is a list
38 in tree form, with nodes that indicate the relationships between various music
39 events.  The LilyPond parser is written in Bison.
40
41 The second stage of LilyPond processing is @emph{iterating}.  Iterating
42 assigns each music event to a context, which is the environment in which the
43 music will be finally engraved.  The context is responsible for all further
44 processing of the music.  It is during the iteration stage that contexts are
45 created as necessary to ensure that every note has a Voice type context (e.g.
46 Voice, TabVoice, DrumVoice, CueVoice, MensuralVoice, VaticanaVoice,
47 GregorianTranscriptionVoice), that the Voice type contexts exist in
48 appropriate Staff type contexts, and that parallel Staff type contexts exist
49 in StaffGroup type contexts.  In addition, during the iteration stage each
50 music event is assigned a moment, or a time in the music when the event
51 begins.
52
53 Each type of music event has an associated iterator.  Iterators are defined in
54 @file{*-iterator.cc}.  During iteration, an
55 event's iterator is called to deliver that music event to the appropriate
56 context(s).
57
58 The final stage of LilyPond processing is @emph{translation}.  During
59 translation, music events are prepared for graphical or midi output.  The
60 translation step is accomplished by the polymorphic base class Translator
61 through its two derived classes: Engraver (for graphical output) and
62 Performer (for midi output).
63
64 Translators are defined in C++ files named @file{*-engraver.cc}
65 and @file{*-performer.cc}.
66 Much of the work of translating is handled by Scheme functions,
67 which is one of the keys to LilyPond's exceptional flexibility.
68
69 @sourceimage{architecture-diagram,,,png}
70
71
72 @node LilyPond programming languages
73 @section LilyPond programming languages
74
75 Programming in LilyPond is done in a variety of programming languages.  Each
76 language is used for a specific purpose or purposes.  This section describes
77 the languages used and provides links to reference manuals and tutorials for
78 the relevant language.
79
80 @subsection C++
81
82 The core functionality of LilyPond is implemented in C++.
83
84 C++ is so ubiquitous that it is difficult to identify either a reference
85 manual or a tutorial.  Programmers unfamiliar with C++ will need to spend some
86 time to learn the language before attempting to modify the C++ code.
87
88 The C++ code calls Scheme/GUILE through the GUILE interface, which is
89 documented in the
90 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html, GUILE
91   Reference Manual}.
92
93 @subsection Flex
94
95 The LilyPond lexer is implemented in Flex, an implementation of the Unix lex
96 lexical analyser generator.  Resources for Flex can be found
97 @uref{http://flex.sourceforge.net/, here}.
98
99 @subsection GNU Bison
100
101 The LilyPond parser is implemented in Bison, a GNU parser generator.  The
102 Bison homepage is found at @uref{http://www.gnu.org/software/bison/,
103 gnu.org}.  The manual (which includes both a reference and tutorial) is
104 @uref{http://www.gnu.org/software/bison/manual/index.html, available} in a
105 variety of formats.
106
107 @subsection GNU Make
108
109 GNU Make is used to control the compiling process and to build the
110 documentation and the website.  GNU Make documentation is available at
111 @uref{http://www.gnu.org/software/make/manual/, the GNU website}.
112
113 @subsection GUILE or Scheme
114
115 GUILE is the dialect of Scheme that is used as LilyPond's extension language.
116 Many extensions to LilyPond are written entirely in GUILE.  The
117 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html,
118 GUILE Reference Manual} is available online.
119
120 @uref{http://mitpress.mit.edu/sicp/full-text/book/book.html, Structure and
121 Interpretation of Computer Programs}, a popular textbook used to teach
122 programming in Scheme is available in its entirety online.
123
124 An introduction to Guile/Scheme as used in LilyPond can be found in the
125 @rextend{Scheme tutorial}.
126
127 @subsection MetaFont
128
129 MetaFont is used to create the music fonts used by LilyPond.  A MetaFont
130 tutorial is available at @uref{http://metafont.tutorial.free.fr/, the
131 METAFONT tutorial page}.
132
133 @subsection PostScript
134
135 PostScript is used to generate graphical output.  A brief PostScript tutorial
136 is @uref{http://local.wasp.uwa.edu.au/~pbourke/dataformats/postscript/,
137 available online}.  The
138 @uref{http://www.adobe.com/products/postscript/pdfs/PLRM.pdf, PostScript Language
139 Reference} is available online in PDF format.
140
141 @subsection Python
142
143 Python is used for XML2ly and is used for building the documentation and the
144 website.
145
146 Python documentation is available at @uref{http://www.python.org/doc/,
147 python.org}.
148
149 @node Programming without compiling
150 @section Programming without compiling
151
152 Much of the development work in LilyPond takes place by changing @file{*.ly} or
153 @file{*.scm} files.  These changes can be made without compiling LilyPond.  Such
154 changes are described in this section.
155
156
157 @subsection Modifying distribution files
158
159 Much of LilyPond is written in Scheme or LilyPond input files.  These
160 files are interpreted when the program is run, rather than being compiled
161 when the program is built, and are present in all LilyPond distributions.
162 You will find @file{.ly} files in the @file{ly/} directory and the Scheme files in the
163 @file{scm/} directory.  Both Scheme files and @file{.ly} files can be modified and
164 saved with any text editor.  It's probably wise to make a backup copy of
165 your files before you modify them, although you can reinstall if the
166 files become corrupted.
167
168 Once you've modified the files, you can test the changes just by running
169 LilyPond on some input file.  It's a good idea to create a file that
170 demonstrates the feature you're trying to add.  This file will eventually
171 become a regression test and will be part of the LilyPond distribution.
172
173 @subsection Desired file formatting
174
175 Files that are part of the LilyPond distribution have Unix-style line
176 endings (LF), rather than DOS (CR+LF) or MacOS 9 and earlier (CR).  Make
177 sure you use the necessary tools to ensure that Unix-style line endings are
178 preserved in the patches you create.
179
180 Tab characters should not be included in files for distribution.  All
181 indentation should be done with spaces.  Most editors have settings to
182 allow the setting of tab stops and ensuring that no tab characters are
183 included in the file.
184
185 Scheme files and LilyPond files should be written according to standard
186 style guidelines.  Scheme file guidelines can be found at
187 @uref{http://community.schemewiki.org/?scheme-style}.  Following these
188 guidelines will make your code easier to read.  Both you and others that
189 work on your code will be glad you followed these guidelines.
190
191 For LilyPond files, you should follow the guidelines for LilyPond snippets
192 in the documentation.  You can find these guidelines at
193 @ref{Texinfo introduction and usage policy}.
194
195 @node Finding functions
196 @section Finding functions
197
198 When making changes or fixing bugs in LilyPond, one of the initial
199 challenges is finding out where in the code tree the functions to
200 be modified live.  With nearly 3000 files in the source tree,
201 trial-and-error searching is generally ineffective.  This section
202 describes a process for finding interesting code.
203
204 @subsection Using the ROADMAP
205
206 The file ROADMAP is located in the main directory of the lilypond source.
207 ROADMAP lists all of the directories in the LilyPond source tree, along
208 with a brief description of the kind of files found in each directory.
209 This can be a very helpful tool for deciding which directories to search
210 when looking for a function.
211
212
213 @subsection Using grep to search
214
215 Having identified a likely subdirectory to search, the grep utility can
216 be used to search for a function name.  The format of the grep command is
217
218 @example
219 grep -i functionName subdirectory/*
220 @end example
221
222 This command will search all the contents of the directory subdirectory/
223 and display every line in any of the files that contains
224 functionName.  The @option{-i} option makes @command{grep} ignore
225 case -- this can be very useful if you are not yet familiar with
226 our capitalization conventions.
227
228 The most likely directories to grep for function names are @file{scm/} for
229 scheme files, ly/ for lilypond input (@file{*.ly}) files, and @file{lily/} for C++
230 files.
231
232
233 @subsection Using git grep to search
234
235 If you have used git to obtain the source, you have access to a
236 powerful tool to search for functions.  The command:
237
238 @example
239 git grep functionName
240 @end example
241
242 will search through all of the files that are present in the git
243 repository looking for functionName.  It also presents the results
244 of the search using @code{less}, so the results are displayed one page
245 at a time.
246
247 @subsection Searching on the git repository at Savannah
248
249 You can also use the equivalent of git grep on the Savannah server.
250
251 @itemize
252
253 @item
254 Go to http://git.sv.gnu.org/gitweb/?p=lilypond.git
255
256 @item
257 In the pulldown box that says commit, select grep.
258
259 @item
260 Type functionName in the search box, and hit enter/return
261
262 @end itemize
263
264 This will initiate a search of the remote git repository.
265
266
267 @node Code style
268 @section Code style
269
270 This section describes style guidelines for LilyPond
271 source code.
272
273 @menu
274 * Languages::
275 * Filenames::
276 * Indentation::
277 * Naming conventions::
278 * Broken code::
279 * Code comments::
280 * Handling errors::
281 * Localization::
282 @end menu
283
284
285 @node Languages
286 @subsection Languages
287
288 C++ and Python are preferred.  Python code should use PEP 8.
289
290
291 @node Filenames
292 @subsection Filenames
293
294 Definitions of classes that are only accessed via pointers (*) or
295 references (&) shall not be included as include files.
296
297 @verbatim
298    filenames
299
300         ".hh"   Include files
301              ".cc"      Implementation files
302              ".icc"     Inline definition files
303              ".tcc"     non inline Template defs
304
305    in emacs:
306
307              (setq auto-mode-alist
308                    (append '(("\\.make$" . makefile-mode)
309                         ("\\.cc$" . c++-mode)
310                         ("\\.icc$" . c++-mode)
311                         ("\\.tcc$" . c++-mode)
312                         ("\\.hh$" . c++-mode)
313                         ("\\.pod$" . text-mode)
314                         )
315                       auto-mode-alist))
316 @end verbatim
317
318 The class Class_name is coded in @q{class-name.*}
319
320
321 @node Indentation
322 @subsection Indentation
323
324 Standard GNU coding style is used.
325
326 @subsubheading Indenting files with @code{fixcc.py} (recommended)
327
328 LilyPond provides a python script that will adjust the indentation
329 and spacing on a @code{.cc} or @code{.hh} file to very near the
330 GNU standard:
331
332 @example
333 scripts/auxiliar/fixcc.py FILENAME
334 @end example
335
336 This can be run on all files at once, but this is not recommended
337 for normal contributors or developers.
338
339 @smallexample
340 scripts/auxiliar/fixcc.py \
341   $(find flower lily -name '*cc' -o -name '*hh' | grep -v /out)
342 @end smallexample
343
344
345 @subsubheading Indenting with emacs
346
347 The following hooks will produce indentation which is similar to
348 our official indentation as produced with @code{fixcc.py}.
349
350 @example
351 (add-hook 'c++-mode-hook
352      '(lambda ()
353         (c-set-style "gnu")
354         (setq indent-tabs-mode nil))
355 @end example
356
357 If you like using font-lock, you can also add this to your
358 @file{.emacs}:
359
360 @example
361 (setq font-lock-maximum-decoration t)
362 (setq c++-font-lock-keywords-3
363       (append
364        c++-font-lock-keywords-3
365        '(("\\b\\(a-zA-Z_?+_\\)\\b" 1 font-lock-variable-name-face) ("\\b\\(A-Z?+a-z_?+\\)\\b" 1 font-lock-type-face))
366        ))
367 @end example 
368
369
370 @subheading Indenting with vim
371
372 Although emacs indentation is the GNU standard, acceptable
373 indentation can usually be accomplished with vim.  Some hints for
374 vim are as follows:
375
376 A workable .vimrc:
377
378 @example
379 set cindent
380 set smartindent
381 set autoindent
382 set expandtab
383 set softtabstop=2
384 set shiftwidth=2
385 filetype plugin indent on
386 set incsearch
387 set ignorecase smartcase
388 set hlsearch
389 set confirm
390 set statusline=%F%m%r%h%w\ %@{&ff@}\ %Y\ [ASCII=\%03.3b]\ [HEX=\%02.2B]\ %04l,%04v\ %p%%\ [LEN=%L]
391 set laststatus=2
392 set number
393 " Remove trailing whitespace on write
394 autocmd BufWritePre * :%s/\s\+$//e
395 @end example
396
397 With this @file{.vimrc}, files can be reindented automatically by
398 highlighting the lines to be indented in visual mode (use V to
399 enter visual mode) and pressing @code{=}.
400
401 A @file{scheme.vim} file will help improve the indentation.  This
402 one was suggested by Patrick McCarty.  It should be saved in
403 @file{~/.vim/after/syntax/scheme.vim}.
404
405 @example
406 " Additional Guile-specific 'forms'
407 syn keyword schemeSyntax define-public define*-public
408 syn keyword schemeSyntax define* lambda* let-keywords*
409 syn keyword schemeSyntax defmacro defmacro* define-macro
410 syn keyword schemeSyntax defmacro-public defmacro*-public
411 syn keyword schemeSyntax use-modules define-module
412 syn keyword schemeSyntax define-method define-class
413
414 " Additional LilyPond-specific 'forms'
415 syn keyword schemeSyntax define-markup-command define-markup-list-command
416 syn keyword schemeSyntax define-safe-public define-music-function
417 syn keyword schemeSyntax def-grace-function
418
419 " All of the above should influence indenting too
420 set lw+=define-public,define*-public
421 set lw+=define*,lambda*,let-keywords*
422 set lw+=defmacro,defmacro*,define-macro
423 set lw+=defmacro-public,defmacro*-public
424 set lw+=use-modules,define-module
425 set lw+=define-method,define-class
426 set lw+=define-markup-command,define-markup-list-command
427 set lw+=define-safe-public,define-music-function
428 set lw+=def-grace-function
429
430 " These forms should not influence indenting
431 set lw-=if
432 set lw-=set!
433
434 " Try to highlight all ly: procedures
435 syn match schemeFunc "ly:[^) ]\+"
436 @end example
437
438
439 @node Naming conventions
440 @subsection Naming Conventions
441
442 Naming conventions have been established for LilyPond
443 source code.
444
445 @subheading Classes and Types
446
447 Classes begin with an uppercase letter, and words
448 in class names are separated with @code{_}:
449
450 @verbatim
451 This_is_a_class
452 @end verbatim
453
454 @subheading Members
455
456 Member variable names end with an underscore:
457
458 @verbatim
459 Type Class::member_
460 @end verbatim
461
462 @subheading Macros
463
464 Macro names should be written in uppercase completely,
465 with words separated by @code{_}:
466
467 @verbatim
468 THIS_IS_A_MACRO
469 @end verbatim
470
471 @subheading Variables
472
473 Variable names should be complete words, rather than abbreviations.
474 For example, it is preferred to use @code{thickness} rather than
475 @code{th} or @code{t}.
476
477 Multi-word variable names in C++ should have the words separated
478 by the underscore character (@q{_}):
479
480 @verbatim
481 cxx_multiword_variable
482 @end verbatim
483
484 Multi-word variable names in Scheme should have the words separated
485 by a hyphen (@q{-}):
486
487 @verbatim
488 scheme-multiword-variable
489 @end verbatim
490
491 @node Broken code
492 @subsection Broken code
493
494 Do not write broken code.  This includes hardwired dependencies,
495 hardwired constants, slow algorithms and obvious limitations.  If
496 you can not avoid it, mark the place clearly, and add a comment
497 explaining shortcomings of the code.
498
499 Ideally, the comment marking the shortcoming would include
500 TODO, so that it is marked for future fixing.
501
502 We reject broken-in-advance on principle.
503
504
505 @node Code comments
506 @subsection Code comments
507
508 Comments may not be needed if descriptive variable names are used
509 in the code and the logic is straightforward.  However, if the
510 logic is difficult to follow, and particularly if non-obvious
511 code has been included to resolve a bug, a comment describing
512 the logic and/or the need for the non-obvious code should be included.
513
514 There are instances where the current code could be commented better.
515 If significant time is required to understand the code as part of
516 preparing a patch, it would be wise to add comments reflecting your
517 understanding to make future work easier.
518
519
520 @node Handling errors
521 @subsection Handling errors
522
523 As a general rule, you should always try to continue computations,
524 even if there is some kind of error.  When the program stops, it
525 is often very hard for a user to pinpoint what part of the input
526 causes an error.  Finding the culprit is much easier if there is
527 some viewable output.
528
529 So functions and methods do not return errorcodes, they never
530 crash, but report a programming_error and try to carry on.
531
532 Error and warning messages need to be localized.
533
534
535 @node Localization
536 @subsection Localization
537
538 This document provides some guidelines to help programmers write
539 proper user
540 messages.  To help translations, user messages must follow
541 uniform conventions.  Follow these rules when coding for LilyPond.
542 Hopefully, this can be replaced by general GNU guidelines in the
543 future.  Even better would be to have an English (en_BR, en_AM)
544 guide helping programmers writing consistent messages for all GNU
545 programs.
546
547 Non-preferred messages are marked with `+'.  By convention,
548 ungrammatical examples are marked with `*'.  However, such ungrammatical
549 examples may still be preferred.
550
551 @itemize
552
553 @item
554 Every message to the user should be localized (and thus be marked
555 for localization).  This includes warning and error messages.
556
557 @item
558 Do not localize/gettextify:
559
560 @itemize
561 @item
562 `programming_error ()'s
563
564 @item
565 `programming_warning ()'s
566
567 @item
568 debug strings
569
570 @item
571 output strings (PostScript, TeX, etc.)
572
573 @end itemize
574
575 @item
576 Messages to be localized must be encapsulated in `_ (STRING)' or
577 `_f (FORMAT, ...)'. E.g.:
578
579 @example
580 warning (_ ("need music in a score"));
581 error (_f ("cannot open file: `%s'", file_name));
582 @end example
583
584 In some rare cases you may need to call `gettext ()' by hand.  This
585 happens when you pre-define (a list of) string constants for later
586 use.  In that case, you'll probably also need to mark these string
587 constants for translation, using `_i (STRING)'.  The `_i' macro is
588 a no-op, it only serves as a marker for `xgettext'.
589
590 @example
591 char const* messages[] = @{
592   _i ("enable debugging output"),
593   _i ("ignore lilypond version"),
594   0
595 @};
596
597 void
598 foo (int i)
599 @{
600   puts (gettext (messages i));
601 @}
602 @end example
603
604 See also @file{flower/getopt-long.cc} and @file{lily/main.cc}.
605
606 @item
607 Do not use leading or trailing whitespace in messages.  If you need
608 whitespace to be printed, prepend or append it to the translated
609 message
610
611 @example
612 message ("Calculating line breaks..." + " ");
613 @end example
614
615 @item
616 Error or warning messages displayed with a file name and line
617 number never start with a capital, eg,
618
619 @example
620 foo.ly: 12: not a duration: 3
621 @end example
622
623 Messages containing a final verb, or a gerund (`-ing'-form) always
624 start with a capital.  Other (simpler) messages start with a
625 lowercase letter
626
627 @example
628 Processing foo.ly...
629 `foo': not declared.
630 Not declaring: `foo'.
631 @end example
632
633 @item
634 Avoid abbreviations or short forms, use `cannot' and `do not'
635 rather than `can't' or `don't'
636 To avoid having a number of different messages for the same
637 situation, well will use quoting like this `"message: `%s'"' for all
638 strings.  Numbers are not quoted:
639
640 @example
641 _f ("cannot open file: `%s'", name_str)
642 _f ("cannot find character number: %d", i)
643 @end example
644
645 @item
646 Think about translation issues.  In a lot of cases, it is better to
647 translate a whole message.  English grammar must not be imposed on the
648 translator.  So, instead of
649
650 @example
651 stem at  + moment.str () +  does not fit in beam
652 @end example
653
654 have
655
656 @example
657 _f ("stem at %s does not fit in beam", moment.str ())
658 @end example
659
660 @item
661 Split up multi-sentence messages, whenever possible.  Instead of
662
663 @example
664 warning (_f ("out of tune!  Can't find: `%s'", "Key_engraver"));
665 warning (_f ("cannot find font `%s', loading default", font_name));
666 @end example
667
668 rather say:
669
670 @example
671 warning (_ ("out of tune:"));
672 warning (_f ("cannot find: `%s', "Key_engraver"));
673 warning (_f ("cannot find font: `%s', font_name));
674 warning (_f ("Loading default font"));
675 @end example
676
677 @item
678 If you must have multiple-sentence messages, use full punctuation.
679 Use two spaces after end of sentence punctuation.  No punctuation
680 (esp. period) is used at the end of simple messages.
681
682 @example
683 _f ("Non-matching braces in text `%s', adding braces", text)
684 _ ("Debug output disabled.  Compiled with NPRINT.")
685 _f ("Huh?  Not a Request: `%s'.  Ignoring.", request)
686 @end example
687
688 @item
689 Do not modularize too much; words frequently cannot be translated
690 without context.  It is probably safe to treat most occurrences of
691 words like stem, beam, crescendo as separately translatable words.
692
693 @item
694 When translating, it is preferable to put interesting information
695 at the end of the message, rather than embedded in the middle.
696 This especially applies to frequently used messages, even if this
697 would mean sacrificing a bit of eloquence.  This holds for original
698 messages too, of course.
699
700 @example
701 en: cannot open: `foo.ly'
702 +   nl: kan `foo.ly' niet openen (1)
703 kan niet openen: `foo.ly'*   (2)
704 niet te openen: `foo.ly'*    (3)
705 @end example
706
707
708 The first nl message, although grammatically and stylistically
709 correct, is not friendly for parsing by humans (even if they speak
710 dutch).  I guess we would prefer something like (2) or (3).
711
712 @item
713 Do not run make po/po-update with GNU gettext < 0.10.35
714
715 @end itemize
716
717
718 @node Warnings Errors Progress and Debug Output
719 @section Warnings, Errors, Progress and Debug Output
720
721 @unnumberedsubsec Available log levels
722
723 LilyPond has several loglevels, which specify how verbose the output on
724 the console should be:
725 @itemize
726 @item NONE: No output at all, even on failure
727 @item ERROR: Only error messages
728 @item WARN: Only error messages and warnings
729 @item BASIC_PROGRESS: Warnings, errors and basic progress (success, etc.)
730 @item PROGRESS: Warnings, errors and full progress messages
731 @item INFO: Warnings, errors, progress and more detailed information (default)
732 @item DEBUG: All messages, including full debug messages (very verbose!)
733 @end itemize
734
735 The loglevel can either be set with the environment variable
736 @code{LILYPOND_LOGLEVEL} or on the command line with the @option{--loglevel=...}
737 option.
738
739 @unnumberedsubsec Functions for debug and log output
740
741 LilyPond has two different types of error and log functions:
742 @itemize 
743
744 @item
745 If a warning or error is caused by an identified position in the input file,
746 e.g. by a grob or by a music expression, the functions of the @code{Input}
747 class provide logging functionality that prints the position of the message
748 in addition to the message.
749
750 @item
751 If a message can not be associated with a particular position in an input file,
752 e.g. the output file cannot be written, then the functions in the 
753 @code{flower/include/warn.hh} file will provide logging functionality that 
754 only prints out the message, but no location.
755
756 @end itemize
757
758 There are also Scheme functions to access all of these logging functions from
759 scheme.  In addition, the Grob class contains some convenience wrappers for
760 even easier access to these functions.
761
762 The message and debug functions in @code{warn.hh} also have an optional 
763 argument @code{newline}, which specifies whether the message should always
764 start on a new line or continue a previous message.
765 By default, @code{progress_indication} does NOT start on a new line, but rather
766 continue the previous output.  They also do not have a particular input
767 position associated, so there are no progress functions in the Input class.
768 All other functions by default start their output on a new line.
769
770 The error functions come in three different flavors: fatal error messages,
771 programming error messages and normal error messages.  Errors written
772 by the @code{error ()} function will cause LilyPond to exit immediately,
773 errors by @code{Input::error ()} will continue the compilation, but
774 return a non-zero return value of the LilyPond call (i.e. indicate an
775 unsuccessful program execution).  All other errors will be printed on the
776 console, but not exit LilyPond or indicate an unsuccessful return code.
777 Their only differences to a warnings are the displayed text and that
778 they will be shown with loglevel @code{ERROR}.
779
780 If the Scheme option @code{warning-as-error} is set, any warning will be
781 treated as if @code{Input::error} was called.
782
783
784 @unnumberedsubsec All logging functions at a glance
785
786 @multitable @columnfractions 0.16 0.42 0.42
787 @headitem
788 @tab C++, no location
789 @tab C++ from input location
790
791 @item ERROR
792 @tab @code{error ()}, @code{programming_error (msg)}, @code{non_fatal_error (msg)}
793 @tab @code{Input::error (msg)}, @code{Input::programming_error (msg)}
794
795 @item WARN
796 @tab @code{warning (msg)}
797 @tab @code{Input::warning (msg)}
798
799 @item BASIC
800 @tab @code{basic_progress (msg)}
801 @tab -
802
803 @item PROGRESS
804 @tab @code{progress_indication (msg)}
805 @tab -
806
807 @item INFO
808 @tab @code{message (msg)}
809 @tab @code{Input::message (msg)}
810
811 @item DEBUG
812 @tab @code{debug_output (msg)}
813 @tab @code{Input::debug_output (msg)}
814
815 @item @tab @tab
816
817 @headitem
818 @tab C++ from a Grob
819 @tab Scheme, music expression
820
821 @item ERROR
822 @tab @code{Grob::programming_error (msg)}
823 @tab -
824
825 @item WARN
826 @tab @code{Grob::warning (msg)}
827 @tab @code{(ly:music-warning music msg)}
828
829 @item BASIC
830 @tab -
831 @tab -
832
833 @item PROGRESS
834 @tab -
835 @tab -
836
837 @item INFO
838 @tab -
839 @tab @code{(ly:music-message music msg)}
840
841 @item DEBUG
842 @tab -
843 @tab -
844
845 @item @tab @tab
846
847 @headitem
848 @tab Scheme, no location
849 @tab Scheme, input location
850
851 @item ERROR
852 @tab -
853 @tab @code{(ly:error msg args)}, @code{(ly:programming-error msg args)}
854
855 @item WARN
856 @tab @code{(ly:warning msg args)}
857 @tab @code{(ly:input-warning input msg args)}
858
859 @item BASIC
860 @tab @code{(ly:basic-progress msg args)}
861 @tab -
862
863 @item PROGRESS
864 @tab @code{(ly:progress msg args)}
865 @tab -
866
867 @item INFO
868 @tab @code{(ly:message msg args)}
869 @tab @code{(ly:input-message input msg args)}
870
871 @item DEBUG
872 @tab @code{(ly:debug msg args)}
873 @tab -
874
875 @end multitable
876
877
878
879
880 @node Debugging LilyPond
881 @section Debugging LilyPond
882
883 The most commonly used tool for debugging LilyPond is the GNU
884 debugger gdb.  The gdb tool is used for investigating and debugging
885 core LilyPond code written in C++.  Another tool is available for
886 debugging Scheme code using the Guile debugger.  This section
887 describes how to use both gdb and the Guile Debugger.
888
889 @menu
890 * Debugging overview::
891 * Debugging C++ code::
892 * Debugging Scheme code::
893 @end menu
894
895 @node Debugging overview
896 @subsection Debugging overview
897
898 Using a debugger simplifies troubleshooting in at least two ways.
899
900 First, breakpoints can be set to pause execution at any desired point.
901 Then, when execution has paused, debugger commands can be issued to
902 explore the values of various variables or to execute functions.
903
904 Second, the debugger can display a stack trace, which shows the
905 sequence in which functions have been called and the arguments
906 passed to the called functions.
907
908 @node Debugging C++ code
909 @subsection Debugging C++ code
910
911 The GNU debugger, gdb, is the principal tool for debugging C++ code.
912
913 @subheading Compiling LilyPond for use with gdb
914
915 In order to use gdb with LilyPond, it is necessary to compile
916 LilyPond with debugging information.  This is the current default
917 mode of compilation.  Often debugging becomes more complicated
918 when the compiler has optimised variables and function calls away.
919 In that case it may be helpful to run the following command in the
920 main LilyPond source directory:
921
922 @example
923 ./configure --disable-optimising
924 make
925 @end example
926
927 This will create a version of LilyPond with minimal optimization
928 which will allow the debugger to access all variables and step
929 through the source code in-order.  It may not accurately reproduce
930 bugs encountered with the optimized version, however.
931
932 You should not do @var{make install} if you want to use a debugger
933 with LilyPond.  The @var{make install} command will strip debugging
934 information from the LilyPond binary.
935
936 @subheading Typical gdb usage
937
938 Once you have compiled the LilyPond image with the necessary
939 debugging information it will have been written to a location in a
940 subfolder of your current working directory:
941
942 @example
943 out/bin/lilypond
944 @end example
945
946 This is important as you will need to let gdb know where to find the
947 image containing the symbol tables.  You can invoke gdb from the
948 command line using the following:
949
950 @example
951 gdb out/bin/lilypond
952 @end example
953 @noindent
954 This loads the LilyPond symbol tables into gdb.  Then, to run
955 LilyPond on @file{test.ly} under the debugger, enter the following:
956
957 @example
958 run test.ly
959 @end example
960
961 @noindent
962 at the gdb prompt.
963
964 As an alternative to running gdb at the command line you may try
965 a graphical interface to gdb such as ddd:
966
967 @example
968 ddd out/bin/lilypond
969 @end example
970
971 You can also use sets of standard gdb commands stored in a .gdbinit
972 file (see next section).
973
974 @subheading Typical .gdbinit files
975
976 The behavior of gdb can be readily customized through the use of a
977 @var{.gdbinit} file.  A @var{.gdbinit} file is a file named
978 @var{.gdbinit} (notice the @qq{.} at the beginning of the file name)
979 that is placed in a user's home directory.
980
981 The @var{.gdbinit} file below is from Han-Wen.  It sets breakpoints
982 for all errors and defines functions for displaying scheme objects
983 (ps), grobs (pgrob), and parsed music expressions (pmusic).
984
985 @example
986 file $LILYPOND_GIT/build/out/bin/lilypond
987 b programming_error
988 b Grob::programming_error
989
990 define ps
991    print ly_display_scm($arg0)
992 end
993 define pgrob
994   print ly_display_scm($arg0->self_scm_)
995   print ly_display_scm($arg0->mutable_property_alist_)
996   print ly_display_scm($arg0->immutable_property_alist_)
997   print ly_display_scm($arg0->object_alist_)
998 end
999 define pmusic
1000   print ly_display_scm($arg0->self_scm_)
1001   print ly_display_scm($arg0->mutable_property_alist_)
1002   print ly_display_scm($arg0->immutable_property_alist_)
1003 end
1004 @end example
1005
1006 @node Debugging Scheme code
1007 @subsection Debugging Scheme code
1008
1009 Scheme code can be developed using the Guile command line
1010 interpreter @code{top-repl}.  You can either investigate
1011 interactively using just Guile or you can use the debugging
1012 tools available within Guile.
1013
1014 @subheading Using Guile interactively with LilyPond
1015
1016 In order to experiment with Scheme programming in the LilyPond
1017 environment, it is necessary to have a Guile interpreter that
1018 has all the LilyPond modules loaded.  This requires the following
1019 steps.
1020
1021 First, define a Scheme symbol for the active module in the @file{.ly} file:
1022
1023 @example
1024 #(module-define! (resolve-module '(guile-user))
1025                  'lilypond-module (current-module))
1026 @end example
1027
1028 Now place a Scheme function in the @file{.ly} file that gives an
1029 interactive Guile prompt:
1030
1031 @example
1032 #(top-repl)
1033 @end example
1034
1035 When the @file{.ly} file is compiled, this causes the compilation to be
1036 interrupted and an interactive guile prompt to appear.  Once the
1037 guile prompt appears, the LilyPond active module must be set as the
1038 current guile module:
1039
1040 @example
1041 guile> (set-current-module lilypond-module)
1042 @end example
1043
1044 You can demonstrate these commands are operating properly by typing the name
1045 of a LilyPond public scheme function to check it has been defined:
1046
1047 @example
1048 guile> fret-diagram-verbose-markup
1049 #<procedure fret-diagram-verbose-markup (layout props marking-list)>
1050 @end example
1051
1052 If the LilyPond module has not been correctly loaded, an error
1053 message will be generated:
1054
1055 @example
1056 guile> fret-diagram-verbose-markup
1057 ERROR: Unbound variable: fret-diagram-verbose-markup
1058 ABORT: (unbound-variable)
1059 @end example
1060
1061 Once the module is properly loaded, any valid LilyPond Scheme
1062 expression can be entered at the interactive prompt.
1063
1064 After the investigation is complete, the interactive guile
1065 interpreter can be exited:
1066
1067 @example
1068 guile> (quit)
1069 @end example
1070
1071 The compilation of the @file{.ly} file will then continue.
1072
1073 @subheading Using the Guile debugger
1074
1075 To set breakpoints and/or enable tracing in Scheme functions, put
1076
1077 @example
1078 \include "guile-debugger.ly"
1079 @end example
1080
1081 in your input file after any scheme procedures you have defined in
1082 that file.  This will invoke the Guile command-line after having set
1083 up the environment for the debug command-line.  When your input file
1084 is processed, a guile prompt will be displayed.  You may now enter
1085 commands to set up breakpoints and enable tracing by the Guile debugger.
1086
1087 @subheading Using breakpoints
1088
1089 At the guile prompt, you can set breakpoints with
1090 the @code{set-break!} procedure:
1091
1092 @example
1093 guile> (set-break! my-scheme-procedure)
1094 @end example
1095
1096 Once you have set the desired breakpoints, you exit the guile repl frame
1097 by typing:
1098
1099 @example
1100 guile> (quit)
1101 @end example
1102
1103 Then, when one of the scheme routines for which you have set
1104 breakpoints is entered, guile will interrupt execution in a debug
1105 frame.  At this point you will have access to Guile debugging
1106 commands.  For a listing of these commands, type:
1107
1108 @example
1109 debug> help
1110 @end example
1111
1112 Alternatively you may code the breakpoints in your LilyPond source
1113 file using a command such as:
1114
1115 @example
1116 #(set-break! my-scheme-procedure)
1117 @end example
1118
1119 immediately after the @code{\include} statement.  In this case the
1120 breakpoint will be set straight after you enter the @code{(quit)}
1121 command at the guile prompt.
1122
1123 Embedding breakpoint commands like this is particularly useful if
1124 you want to look at how the Scheme procedures in the @file{.scm}
1125 files supplied with LilyPond work.  To do this, edit the file in
1126 the relevant directory to add this line near the top:
1127
1128 @example
1129 (use-modules (scm guile-debugger))
1130 @end example
1131
1132 Now you can set a breakpoint after the procedure you are interested
1133 in has been declared.  For example, if you are working on routines
1134 called by @var{print-book-with} in @file{lily-library.scm}:
1135
1136 @example
1137 (define (print-book-with book process-procedure)
1138   (let* ((paper (ly:parser-lookup '$defaultpaper))
1139          (layout (ly:parser-lookup '$defaultlayout))
1140          (outfile-name (get-outfile-name book)))
1141     (process-procedure book paper layout outfile-name)))
1142
1143 (define-public (print-book-with-defaults book)
1144   (print-book-with book ly:book-process))
1145
1146 (define-public (print-book-with-defaults-as-systems book)
1147   (print-book-with book ly:book-process-to-systems))
1148 @end example
1149
1150 At this point in the code you could add this to set a breakpoint at
1151 print-book-with:
1152
1153 @example
1154 (set-break! print-book-with)
1155 @end example
1156
1157 @subheading Tracing procedure calls and evaluator steps
1158
1159 Two forms of trace are available:
1160
1161 @example
1162 (set-trace-call! my-scheme-procedure)
1163 @end example
1164
1165 and
1166
1167 @example
1168 (set-trace-subtree! my-scheme-procedure)
1169 @end example
1170
1171 @code{set-trace-call!} causes Scheme to log a line to the standard
1172 output to show when the procedure is called and when it exits.
1173
1174 @code{set-trace-subtree!} traces every step the Scheme evaluator
1175 performs in evaluating the procedure.
1176
1177 @node Tracing object relationships
1178 @section Tracing object relationships
1179
1180 Understanding the LilyPond source often boils down to figuring out what
1181 is happening to the Grobs.  Where (and why) are they being created,
1182 modified and destroyed? Tracing Lily through a debugger in order to
1183 identify these relationships can be time-consuming and tedious.
1184
1185 In order to simplify this process, a facility has been added to
1186 display the grobs that are created and the properties that are set
1187 and modified.  Although it can be complex to get set up, once set up
1188 it easily provides detailed information about the life of grobs
1189 in the form of a network graph.
1190
1191 Each of the steps necessary to use the graphviz utility
1192 is described below.
1193
1194 @enumerate
1195
1196 @item Installing graphviz
1197
1198 In order to create the graph of the object relationships, it is
1199 first necessary to install Graphviz.  Graphviz is available for a
1200 number of different platforms:
1201
1202 @example
1203 @uref{http://www.graphviz.org/Download..php}
1204 @end example
1205
1206 @item Modifying config.make
1207
1208 In order for the Graphviz tool to work, config.make must be modified.
1209 It is probably a good idea to first save a copy of config.make under
1210 a different name.
1211
1212 In order to have the required functionality available, LilyPond
1213 needs to be compiled with the option @option{-DDEBUG}.  You can
1214 achieve this by configuring with
1215
1216 @example
1217 ./configure --enable-checking
1218 @end example
1219
1220 @item Rebuilding LilyPond
1221
1222 The executable code of LilyPond must be rebuilt from scratch:
1223
1224 @example
1225 make -C lily clean && make -C lily
1226 @end example
1227
1228 @item Create a graphviz-compatible @file{.ly} file
1229
1230 In order to use the graphviz utility, the @file{.ly} file must include
1231 @file{ly/graphviz-init.ly}, and should then specify the
1232 grobs and symbols that should be tracked.  An example of this
1233 is found in @file{input/regression/graphviz.ly}.
1234
1235 @item Run LilyPond with output sent to a log file
1236
1237 The Graphviz data is sent to stderr by LilyPond, so it is
1238 necessary to redirect stderr to a logfile:
1239
1240 @example
1241 lilypond graphviz.ly 2> graphviz.log
1242 @end example
1243
1244 @item Edit the logfile
1245
1246 The logfile has standard LilyPond output, as well as the Graphviz
1247 output data.  Delete everything from the beginning of the file
1248 up to but not including the first occurrence of @code{digraph}.
1249
1250 Also, delete the final LilyPond message about success from the end
1251 of the file.
1252
1253 @item Process the logfile with @code{dot}
1254
1255 The directed graph is created from the log file with the program
1256 @code{dot}:
1257
1258 @example
1259 dot -Tpdf graphviz.log > graphviz.pdf
1260 @end example
1261
1262 @end enumerate
1263
1264 The pdf file can then be viewed with any pdf viewer.
1265
1266 When compiled with @option{-DDEBUG}, LilyPond may run slower
1267 than normal.  The original configuration can be restored by rerunning
1268 @code{./configure} with @option{--disable-checking}.  Then
1269 rebuild LilyPond with
1270
1271 @example
1272 make -C lily clean && make -C lily
1273 @end example
1274
1275
1276 @node Adding or modifying features
1277 @section Adding or modifying features
1278
1279 When a new feature is to be added to LilyPond, it is necessary to
1280 ensure that the feature is properly integrated to maintain
1281 its long-term support.  This section describes the steps necessary
1282 for feature addition and modification.
1283
1284
1285 @menu
1286 * Write the code::
1287 * Write regression tests::
1288 * Write convert-ly rule::
1289 * Automatically update documentation::
1290 * Manually update documentation::
1291 * Edit changes.tely::
1292 * Verify successful build::
1293 * Verify regression tests::
1294 * Post patch for comments::
1295 * Push patch::
1296 * Closing the issues::
1297 @end menu
1298
1299 @node Write the code
1300 @subsection Write the code
1301
1302 You should probably create a new git branch for writing the code, as that
1303 will separate it from the master branch and allow you to continue
1304 to work on small projects related to master.
1305
1306 Please be sure to follow the rules for programming style discussed
1307 earlier in this chapter.
1308
1309
1310 @node Write regression tests
1311 @subsection Write regression tests
1312
1313 In order to demonstrate that the code works properly, you will
1314 need to write one or more regression tests.  These tests are
1315 typically @file{.ly} files that are found in @file{input/regression}.
1316
1317 Regression tests should be as brief as possible to demonstrate the
1318 functionality of the code.
1319
1320 Regression tests should generally cover one issue per test.  Several
1321 short, single-issue regression tests are preferred to a single, long,
1322 multiple-issue regression test.
1323
1324 If the change in the output is small or easy to overlook, use bigger
1325 staff size -- 40 or more (up to 100 in extreme cases).  Size 30 means
1326 "pay extra attention to details in general".
1327
1328 Use existing regression tests as templates to demonstrate the type of
1329 header information that should be included in a regression test.
1330
1331
1332 @node Write convert-ly rule
1333 @subsection Write convert-ly rule
1334
1335 If the modification changes the input syntax, a convert-ly rule
1336 should be written to automatically update input files from older
1337 versions.
1338
1339 convert-ly rules are found in python/convertrules.py
1340
1341 If possible, the convert-ly rule should allow automatic updating
1342 of the file.  In some cases, this will not be possible, so the
1343 rule will simply point out to the user that the feature needs
1344 manual correction.
1345
1346 @subsubheading Updating version numbers
1347
1348 If a development release occurs between you writing your patch and
1349 having it approved+pushed, you will need to update the version
1350 numbers in your tree.  This can be done with:
1351
1352 @example
1353 scripts/auxiliar/update-patch-version old.version.number new.version.number
1354 @end example
1355
1356 It will change all files in git, so use with caution and examine
1357 the resulting diff.
1358
1359
1360 @node Automatically update documentation
1361 @subsection Automatically update documentation
1362
1363 @command{convert-ly} should be used to update the documentation,
1364 the snippets, and the regression tests.  This not only makes the
1365 necessary syntax changes, it also tests the @command{convert-ly}
1366 rules.
1367
1368 The automatic updating is performed by moving to the top-level
1369 source directory, then running:
1370
1371 @example
1372 scripts/auxiliar/update-with-convert-ly.sh
1373 @end example
1374
1375 If you did an out-of-tree build, pass in the relative path:
1376
1377 @example
1378 LILYPOND_BUILD_DIR=../build-lilypond/ scripts/auxiliar/update-with-convert-ly.sh
1379 @end example
1380
1381
1382 @node Manually update documentation
1383 @subsection Manually update documentation
1384
1385 Where the convert-ly rule is not able to automatically update the inline
1386 LilyPond code in the documentation (i.e. if a NOT_SMART rule is used), the
1387 documentation must be manually updated.  The inline snippets that require
1388 changing must be changed in the English version of the docs and all
1389 translated versions.  If the inline code is not changed in the
1390 translated documentation, the old snippets will show up in the
1391 English version of the documentation.
1392
1393 Where the convert-ly rule is not able to automatically update snippets
1394 in Documentation/snippets/, those snippets must be manually updated.
1395 Those snippets should be copied to Documentation/snippets/new.  The
1396 comments at the top of the snippet describing its automatic generation
1397 should be removed.  All translated texidoc strings should be removed.
1398 The comment @qq{% begin verbatim} should be removed.  The syntax of
1399 the snippet should then be manually edited.
1400
1401 Where snippets in Documentation/snippets are made obsolete, the snippet
1402 should be copied to Documentation/snippets/new.  The comments and
1403 texidoc strings should be removed as described above.  Then the body
1404 of the snippet should be changed to:
1405
1406 @example
1407 \markup @{
1408   This snippet is deprecated as of version X.Y.Z and
1409   will be removed from the documentation.
1410 @}
1411 @end example
1412
1413 @noindent
1414 where X.Y.Z is the version number for which the convert-ly rule was
1415 written.
1416
1417 Update the snippet files by running:
1418
1419 @example
1420 scripts/auxiliar/makelsr.py
1421 @end example
1422
1423 Where the convert-ly rule is not able to automatically update regression
1424 tests, the regression tests in input/regression should be manually
1425 edited.
1426
1427 Although it is not required, it is helpful if the developer
1428 can write relevant material for inclusion in the Notation
1429 Reference.  If the developer does not feel qualified to write
1430 the documentation, a documentation editor will be able to
1431 write it from the regression tests.  In this case the developer
1432 should raise a new issue with the Type=Documentation tag containing
1433 a reference to the original issue number and/or the committish of
1434 the pushed patch so that the need for new documention is not
1435 overlooked.
1436
1437 Any text that is added to or removed from the documentation should
1438 be changed only in the English version.
1439
1440
1441 @node Edit changes.tely
1442 @subsection Edit changes.tely
1443
1444 An entry should be added to Documentation/changes.tely to describe
1445 the feature changes to be implemented.  This is especially important
1446 for changes that change input file syntax.
1447
1448 Hints for changes.tely entries are given at the top of the file.
1449
1450 New entries in changes.tely go at the top of the file.
1451
1452 The changes.tely entry should be written to show how the new change
1453 improves LilyPond, if possible.
1454
1455
1456 @node Verify successful build
1457 @subsection Verify successful build
1458
1459 When the changes have been made, successful completion must be
1460 verified by doing
1461
1462 @example
1463 make all
1464 make doc
1465 @end example
1466
1467 When these commands complete without error, the patch is
1468 considered to function successfully.
1469
1470 Developers on Windows who are unable to build LilyPond should
1471 get help from a GNU/Linux or OSX developer to do the make tests.
1472
1473
1474 @node Verify regression tests
1475 @subsection Verify regression tests
1476
1477 In order to avoid breaking LilyPond, it is important to verify that
1478 the regression tests succeed, and that no unwanted changes are
1479 introduced into the output.  This process is described in
1480 @ref{Regtest comparison}.
1481
1482 @subheading Typical developer's edit/compile/test cycle
1483
1484 @itemize
1485 @item
1486 Initial test:
1487
1488 @example
1489 make [-j@var{X}]
1490 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] test-baseline
1491 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] check
1492 @end example
1493
1494 @item
1495 Edit/compile/test cycle:
1496
1497 @example
1498 @emph{## edit source files, then...}
1499
1500 make clean                       @emph{## only if needed (see below)}
1501 make [-j@var{X}]                       @emph{## only if needed (see below)}
1502 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] test-redo @emph{## redo files differing from baseline}
1503 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] check
1504 @end example
1505
1506 @item
1507 Reset:
1508
1509 @example
1510 make test-clean
1511 @end example
1512 @end itemize
1513
1514 If you modify any source files that have to be compiled (such as
1515 @file{.cc} or @file{.hh} files in @file{flower/} or @file{lily/}),
1516 then you must run @command{make} before @command{make test-redo},
1517 so @command{make} can compile the modified files and relink all
1518 the object files.  If you only modify files which are interpreted,
1519 like those in the @file{scm/} and @file{ly/} directories, then
1520 @command{make} is not needed before @command{make test-redo}.
1521
1522 Also, if you modify any font definitions in the @file{mf/}
1523 directory then you must run @command{make clean} and
1524 @command{make} before running @command{make test-redo}.  This will
1525 recompile everything, whether modified or not, and takes a lot
1526 longer.
1527
1528 Running @command{make@tie{}check} will leave an HTML page
1529 @file{out/test-results/index.html}.  This page shows all the
1530 important differences that your change introduced, whether in the
1531 layout, MIDI, performance or error reporting.
1532
1533 You only need to use @command{make test-clean} to start from
1534 scratch, prior to running @command{make@tie{}test-baseline}. To
1535 check new modifications, all that is needed is to repeat
1536 @command{make@tie{}test-redo} and @command{make@tie{}test-check}
1537 (not forgetting @command{make} if needed).
1538
1539
1540
1541
1542 @node Post patch for comments
1543 @subsection Post patch for comments
1544
1545 See @ref{Uploading a patch for review}.
1546
1547
1548 @node Push patch
1549 @subsection Push patch
1550
1551 Once all the comments have been addressed, the patch can be pushed.
1552
1553 If the author has push privileges, the author will push the patch.
1554 Otherwise, a developer with push privileges will push the patch.
1555
1556
1557 @node Closing the issues
1558 @subsection Closing the issues
1559
1560 Once the patch has been pushed, all the relevant issues should be
1561 closed.
1562
1563 On Rietveld, the author should log in and close the issue either by
1564 using the @q{Edit Issue} link, or by clicking the circled x icon
1565 to the left of the issue name.
1566
1567 If the changes were in response to a feature request on the Google
1568 issue tracker for LilyPond, the author should change the status to
1569 Fixed and a tag @q{fixed_x_y_z} should be added, where the patch was
1570 fixed in version x.y.z.  If
1571 the author does not have privileges to change the status, an email
1572 should be sent to bug-lilypond requesting the BugMeister to change
1573 the status.
1574
1575
1576 @node Iterator tutorial
1577 @section Iterator tutorial
1578
1579 TODO -- this is a placeholder for a tutorial on iterators
1580
1581 Iterators are routines written in C++ that process music expressions
1582 and sent the music events to the appropriate engravers and/or
1583 performers.
1584
1585 See a short example discussing iterators and their duties in
1586 @ref{Articulations on EventChord}.
1587
1588
1589 @node Engraver tutorial
1590 @section Engraver tutorial
1591
1592 Engravers are C++ classes that catch music events and
1593 create the appropriate grobs for display on the page.  Though the
1594 majority of engravers are responsible for the creation of a single grob,
1595 in some cases (e.g. @code{New_fingering_engraver}), several different grobs
1596 may be created.
1597
1598 Engravers listen for events and acknowledge grobs.  Events are passed to
1599 the engraver in time-step order during the iteration phase.  Grobs are
1600 made available to the engraver when they are created by other engravers
1601 during the iteration phase.
1602
1603
1604 @menu
1605 * Useful methods for information processing::
1606 * Translation process::
1607 * Preventing garbage collection for SCM member variables::
1608 * Listening to music events::
1609 * Acknowledging grobs::
1610 * Engraver declaration/documentation::
1611 @end menu
1612
1613 @node Useful methods for information processing
1614 @subsection Useful methods for information processing
1615
1616 An engraver inherits the following public methods from the Translator
1617 base class, which can be used to process listened events and acknowledged
1618 grobs:
1619
1620 @itemize
1621 @item @code{virtual void initialize ()}
1622 @item @code{void start_translation_timestep ()}
1623 @item @code{void process_music ()}
1624 @item @code{void process_acknowledged ()}
1625 @item @code{void stop_translation_timestep ()}
1626 @item @code{virtual void finalize ()}
1627 @end itemize
1628
1629 These methods are listed in order of translation time, with
1630 @code{initialize ()} and @code{finalize ()} bookending the whole
1631 process.  @code{initialize ()} can be used for one-time initialization
1632 of context properties before translation starts, whereas
1633 @code{finalize ()} is often used to tie up loose ends at the end of
1634 translation: for example, an unterminated spanner might be completed
1635 automatically or reported with a warning message.
1636
1637
1638 @node Translation process
1639 @subsection Translation process
1640
1641 At each timestep in the music, translation proceeds by calling the
1642 following methods in turn:
1643
1644 @code{start_translation_timestep ()} is called before any user
1645 information enters the translators, i.e., no property operations
1646 (\set, \override, etc.) or events have been processed yet.
1647
1648 @code{process_music ()} and @code{process_acknowledged ()} are called
1649 after all events in the current time step have been heard, or all
1650 grobs in the current time step have been acknowledged.  The latter
1651 tends to be used exclusively with engravers which only acknowledge
1652 grobs, whereas the former is the default method for main processing
1653 within engravers.
1654
1655 @code{stop_translation_timestep ()} is called after all user
1656 information has been processed prior to beginning the translation for
1657 the next timestep.
1658
1659
1660 @node Preventing garbage collection for SCM member variables
1661 @subsection Preventing garbage collection for SCM member variables
1662
1663 In certain cases, an engraver might need to ensure private Scheme
1664 variables (with type SCM) do not get swept away by Guile's garbage
1665 collector: for example, a cache of the previous key signature which
1666 must persist between timesteps.  The method
1667 @code{virtual derived_mark () const} can be used in such cases:
1668
1669 @example
1670 Engraver_name::derived_mark ()
1671 @{
1672   scm_gc_mark (private_scm_member_)
1673 @}
1674 @end example
1675
1676
1677 @node Listening to music events
1678 @subsection Listening to music events
1679
1680 External interfaces to the engraver are implemented by protected
1681 macros including one or more of the following:
1682
1683 @itemize
1684 @item @code{DECLARE_TRANSLATOR_LISTENER (event_name)}
1685 @item @code{IMPLEMENT_TRANSLATOR_LISTENER (Engraver_name, event_name)}
1686 @end itemize
1687
1688 @noindent
1689 where @var{event_name} is the type of event required to provide the
1690 input the engraver needs and @var{Engraver_name} is the name of the
1691 engraver.
1692
1693 Following declaration of a listener, the method is implemented as follows:
1694
1695 @example
1696 IMPLEMENT_TRANSLATOR_LISTENER (Engraver_name, event_name)
1697 void
1698 Engraver_name::listen_event_name (Stream event *event)
1699 @{
1700   ...body of listener method...
1701 @}
1702 @end example
1703
1704
1705 @node Acknowledging grobs
1706 @subsection Acknowledging grobs
1707
1708 Some engravers also need information from grobs as they are created
1709 and as they terminate.  The mechanism and methods to obtain this
1710 information are set up by the macros:
1711
1712 @itemize
1713 @item @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (grob_interface)}
1714 @item @code{DECLARE_END_ACKNOWLEDGER (grob_interface)}
1715 @end itemize
1716
1717 where @var{grob_interface} is an interface supported by the
1718 grob(s) which should be acknowledged.  For example, the following
1719 code would declare acknowledgers for a @code{NoteHead} grob (via the
1720 @code{note-head-interface}) and any grobs which support the
1721 @code{side-position-interface}:
1722
1723 @example
1724 @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (note_head)}
1725 @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (side_position)}
1726 @end example
1727
1728 The @code{DECLARE_END_ACKNOWLEDGER ()} macro sets up a spanner-specific
1729 acknowledger which will be called whenever a spanner ends.
1730
1731 Following declaration of an acknowledger, the method is coded as follows:
1732
1733 @example
1734 void
1735 Engraver_name::acknowledge_interface_name (Grob_info info)
1736 @{
1737   ...body of acknowledger method...
1738 @}
1739 @end example
1740
1741 Acknowledge functions are called in the order engravers are
1742 @code{\consist}-ed (the only exception is if you set
1743 @code{must-be-last} to @code{#t}).
1744
1745 If useful things are to be done to the acknowledged grobs, this
1746 should be deferred until all the acknowledging has finished, i.e.,
1747 store the acknowledged grobs and process the information in a
1748 @code{process-acknowledged ()} or @code{stop-translation-timestep ()} 
1749 function.
1750
1751
1752 @node Engraver declaration/documentation
1753 @subsection Engraver declaration/documentation
1754
1755 An engraver must have a public macro
1756
1757 @itemize
1758 @item @code{TRANSLATOR_DECLARATIONS (Engraver_name)}
1759 @end itemize
1760
1761 @noindent
1762 where @code{Engraver_name} is the name of the engraver.  This
1763 defines the common variables and methods used by every engraver.
1764
1765 At the end of the engraver file, one or both of the following
1766 macros are generally called to document the engraver in the
1767 Internals Reference:
1768
1769 @itemize
1770 @item @code{ADD_ACKNOWLEDGER (Engraver_name, grob_interface)}
1771 @item @code{ADD_TRANSLATOR (Engraver_name, Engraver_doc,
1772     Engraver_creates, Engraver_reads, Engraver_writes)}
1773 @end itemize
1774
1775 @noindent
1776 where @code{Engraver_name} is the name of the engraver, @code{grob_interface}
1777 is the name of the interface that will be acknowledged,
1778 @code{Engraver_doc} is a docstring for the engraver,
1779 @code{Engraver_creates} is the set of grobs created by the engraver,
1780 @code{Engraver_reads} is the set of properties read by the engraver,
1781 and @code{Engraver_writes} is the set of properties written by
1782 the engraver.
1783
1784 The @code{ADD_ACKNOWLEDGER} and @code{ADD_TRANSLATOR} macros use a
1785 non-standard indentation system.  Each interface, grob, read property,
1786 and write property is on its own line, and the closing parenthesis
1787 and semicolon for the macro all occupy a separate line beneath the final
1788 interface or write property.  See existing engraver files for more
1789 information.
1790
1791
1792 @node Callback tutorial
1793 @section Callback tutorial
1794
1795 TODO -- This is a placeholder for a tutorial on callback functions.
1796
1797
1798 @node Understanding pure properties
1799 @section Understanding pure properties
1800
1801 @menu
1802 * Purity in LilyPond::
1803 * Writing a pure function::
1804 * How purity is defined and stored::
1805 * Where purity is used::
1806 * Case studies::
1807 * Debugging tips::
1808 @end menu
1809
1810 Pure properties are some of the most difficult properties to understand
1811 in LilyPond but, once understood, it is much easier to work with
1812 horizontal spacing.  This document provides an overview of what it means
1813 for something to be @q{pure} in LilyPond, what this purity guarantees,
1814 and where pure properties are stored and used.  It finishes by
1815 discussing a few case studies for the pure programmer to save you some
1816 time and to prevent you some major headaches.
1817
1818
1819 @node Purity in LilyPond
1820 @subsection Purity in LilyPond
1821 Pure properties in LilyPond are properties that do not have any
1822 @q{side effects}.
1823 That is, looking up a pure property should never result in calls to the
1824 following functions:
1825 @itemize
1826 @item @code{set_property}
1827 @item @code{set_object}
1828 @item @code{suicide}
1829 @end itemize
1830 This means that, if the property is calculated via a callback, this callback
1831 must not only avoid the functions above but make sure that any functions
1832 it calls also avoid the functions above.  Also, to date in LilyPond, a pure
1833 function will always return the same value before line breaking (or, more
1834 precisely, before any version of @code{break_into_pieces} is called).  This
1835 convention makes it possible to cache pure functions and be more flexible
1836 about the order in which functions are called. For example; Stem #'length has
1837 a pure property that will @emph{never} trigger one of the functions listed
1838 above and will @emph{always} return the same value before line breaking,
1839 independent of where it is called.  Sometimes, this will be the actual length
1840 of the Stem.  But sometimes it will not.  For example; stem that links up
1841 with a beam will need its end set to the Y position of the beam at the stem's
1842 X position.  However, the beam's Y positions can only be known after the score
1843 is broken up in to several systems (a beam that has a shallow slope on a
1844 compressed line of music, for example, may have a steeper one on an
1845 uncompressed line).  Thus, we only call the impure version of the properties
1846 once we are @emph{absolutely certain} that all of the parameters needed to
1847 calculate their final value have been calculated.  The pure version provides a
1848 useful estimate of what this Stem length (or any property) will be, and
1849 the art of creating good pure properties is trying to get the estimation
1850 as close to the actual value as possible.
1851
1852 Of course, like Gregory Peck and Tintin, some Grobs will have properties
1853 that will always be pure.  For example, the height of a note-head in
1854 not-crazy music will never depend on line breaking or other parameters
1855 decided late in the typesetting process.  Inversely, in rare cases,
1856 certain properties are difficult to estimate with pure values.  For
1857 example, the height of a Hairpin at a certain cross-section of its
1858 horizontal span is difficult to know without knowing the horizontal
1859 distance that the hairpin spans, and LilyPond provides an
1860 over-estimation by reporting the pure height as the entire height of the
1861 Hairpin.
1862
1863 Purity, like for those living in a convent, is more like a contract than
1864 an @emph{a priori}.  If you write a pure-function, you are promising
1865 the user (and the developer who may have to clean up after you) that
1866 your function will not be dependent on factors that change at different
1867 stages of the compilation process (compilation of a score, not of
1868 LilyPond).
1869
1870 One last oddity is that purity, in LilyPond, is currently limited
1871 exclusively to things that have to do with Y-extent and positioning.
1872 There is no concept of @q{pure X} as, by design, X is always the
1873 independent variable (i.e. from column X1 to column X2, what will be the
1874 Y height of a given grob).  Furthermore, there is no purity for
1875 properties like color, text, and other things for which a meaningful notion
1876 of estimation is either not necessary or has not yet been found.  For example,
1877 even if a color were susceptible to change at different points of the
1878 compilation process, it is not clear what a pure estimate of this color
1879 would be or how this pure color could be used.  Thus, in this document and
1880 in the source, you will see purity discussed almost interchangeably with
1881 Y-axis positioning issues.
1882
1883
1884 @node Writing a pure function
1885 @subsection Writing a pure function
1886 Pure functions take, at a minimum, three arguments: the @var{grob}, the
1887 starting column at which the function is being evaluated (hereafter
1888 referred to as @var{start}), and the end column at which the grob is
1889 being evaluated (hereafter referred to as @var{end}).  For items,
1890 @var{start} and @var{end} must be provided (meaning they are not optional)
1891 but will not have a meaningful impact on the result, as items only occupy
1892 one column and will thus yield a value or not (if they are not in the range
1893 from @var{start} to @var{end}).  For spanners however, @var{start} and
1894 @var{end} are important, as we may can get a better pure estimation of a
1895 slice of the spanner than considering it on the whole.  This is useful
1896 during line breaking, for example, when we want to estimate the Y-extent
1897 of a spanner broken at given starting and ending columns.
1898
1899
1900 @node How purity is defined and stored
1901 @subsection How purity is defined and stored
1902 Purity is defined in LilyPond with the creation of an unpure-pure container
1903 (unpure is not a word, but hey, neither was LilyPond until the 90s).  For example:
1904
1905 @example
1906 #(define (foo grob)
1907   '(-1 . 1))
1908
1909 #(define (bar grob start end)
1910   '(-2 . 2))
1911
1912 \override Stem #'length = #(ly:make-unpure-pure-container foo bar)
1913 @end example
1914
1915 Note that items can only ever have two pure heights: their actual pure height
1916 if they are between @q{start} and @q{end}, or an empty interval if they are
1917 not.  Thus, their pure property is cached to speed LilyPond up.  Pure
1918 heights for spanners are generally not cached as they change depending
1919 on the start and end values.  They are only cached in certain particular
1920 cases.  Before writing a lot of caching code, make sure that it is a
1921 value that will be reused a lot.
1922
1923
1924 @node Where purity is used
1925 @subsection Where purity is used
1926 Pure Y values must be used in any functions that are called before
1927 line breaking.  Examples of this can be seen in
1928 @code{Separation_items::boxes} to construct horizontal skylines and in
1929 @code{Note_spacing::stem_dir_correction} to correct for optical
1930 illusions in spacing.  Pure properties are also used in the calculation
1931 of other pure properties.  For example, the @code{Axis_group_interface}
1932 has pure functions that look up other pure functions.
1933
1934 Purity is also implicitly used in any functions that should only ever
1935 return pure values.  For example, extra-spacing-height is only ever used
1936 before line-breaking and thus should never use values that would only be
1937 available after line breaking.  In this case, there is no need to create
1938 callbacks with pure equivalents because these functions, by design, need
1939 to be pure.
1940
1941 To know if a property will be called before and/or after line-breaking
1942 is sometimes tricky and can, like all things in coding, be found by
1943 using a debugger and/or adding @var{printf} statements to see where they
1944 are called in various circumstances.
1945
1946
1947 @node Case studies
1948 @subsection Case studies
1949 In each of these case studies, we expose a problem in pure properties, a
1950 solution, and the pros and cons of this solution.
1951
1952 @subheading Time signatures
1953 A time signature needs to prevent accidentals from passing over or under
1954 it, but its extent does not necessarily extend to the Y-position of
1955 accidentals.  LilyPond's horizontal spacing sometimes makes a line of
1956 music compact and, when doing so, allows certain columns to pass over
1957 each other if they will not collide.  This type of passing over is not
1958 desirable with time signatures in traditional engraving.  But how do we
1959 know if this passing over will happen before line breaking, as we are
1960 not sure what the X positions will be?  We need a pure estimation of how
1961 much extra spacing height the time signatures would need to prevent this
1962 form of passing over without making this height so large as to
1963 overly-distort the Y-extent of an system, which could result in a very
1964 @q{loose} looking score with lots of horizontal space between columns.
1965 So, to approximate this extra spacing height, we use the Y-extent of a
1966 time signature's next-door-neighbor grobs via the pure-from-neighbor
1967 interface.
1968
1969 @itemize
1970 @item pros: By extending the extra spacing height of a time signature to
1971 that of its next-door-neighbors, we make sure that grobs to the right of
1972 it that could pass above or below it do not.
1973
1974 @item cons: This over-estimation of the vertical height could prevent
1975 snug vertical spacing of systems, as the system will be registered as
1976 being taller at the point of the time signature than it actually is.
1977 This approach can be used for clefs and bar lines as well.
1978 @end itemize
1979
1980 @subheading Stems
1981 As described above, Stems need pure height approximations when they are
1982 beamed, as we do not know the beam positions before line breaking.  To
1983 estimate this pure height, we take all the stems in a beam and find
1984 their pure heights as if they were not beamed.  Then, we find the union
1985 of all these pure heights and take the intersection between this
1986 interval (which is large) and an interval going from the note-head of a
1987 stem to infinity in the direction of the stem so that the interval stops
1988 at the note head.
1989
1990 @itemize
1991 @item pros: This is guaranteed to be at least as long as the beamed
1992 stem, as a beamed stem will never go over the ideal length of the
1993 extremal beam of a stem.
1994
1995 @item cons: Certain stems will be estimated as being too long, which
1996 leads to the same problem of too-much-vertical-height as described
1997 above.
1998
1999 @end itemize
2000
2001
2002 @node Debugging tips
2003 @subsection Debugging tips
2004 A few questions to ask yourself when working with pure properties:
2005
2006 @itemize
2007 @item Is the property really pure?  Are you sure that its value could
2008 not be changed later in the compiling process due to other changes?
2009
2010 @item Can the property be made to correspond even more exactly with the
2011 eventual impure property?
2012
2013 @item For a spanner, is the pure property changing correctly depending
2014 on the starting and ending points of the spanner?
2015
2016 @item For an Item, will the item's pure height need to act in horizontal
2017 spacing but not in vertical spacing?  If so, use extra-spacing-height
2018 instead of pure height.
2019
2020 @end itemize
2021
2022
2023 @node LilyPond scoping
2024 @section LilyPond scoping
2025
2026 The LilyPond language has a concept of scoping, i.e. you can do:
2027
2028 @example
2029 foo = 1
2030
2031 #(begin
2032    (display (+ foo 2)))
2033 @end example
2034
2035 @noindent with @code{\paper}, @code{\midi} and @code{\header} being
2036 nested scope inside the @file{.ly} file-level scope.  @w{@code{foo = 1}}
2037 is translated in to a scheme variable definition.
2038
2039 This implemented using modules, with each scope being an anonymous
2040 module that imports its enclosing scope's module.
2041
2042 LilyPond's core, loaded from @file{.scm} files, is usually placed in the
2043 @code{lily} module, outside the @file{.ly} level.  In the case of
2044
2045 @example
2046 lilypond a.ly b.ly
2047 @end example
2048
2049 @noindent
2050 we want to reuse the built-in definitions, without changes effected in
2051 user-level @file{a.ly} leaking into the processing of @file{b.ly}.
2052
2053 The user-accessible definition commands have to take care to avoid
2054 memory leaks that could occur when running multiple files.  All
2055 information belonging to user-defined commands and markups is stored in
2056 a manner that allows it to be garbage-collected when the module is
2057 dispersed, either by being stored module-locally, or in weak hash
2058 tables.
2059
2060
2061 @node Scheme->C interface
2062 @section Scheme->C interface
2063
2064 Most of the C functions interfacing with Guile/Scheme used in LilyPond
2065 are described in the API Reference of the
2066 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html,
2067 GUILE Reference Manual}.
2068
2069 The remaining functions are defined in @file{lily/lily-guile.cc},
2070 @file{lily/include/lily-guile.hh} and
2071 @file{lily/include/lily-guile-macros.hh}.
2072 Although their names are meaningful there's a few things you should know
2073 about them.
2074
2075 @menu
2076 * Comparison::
2077 * Conversion::
2078 @end menu
2079
2080 @node Comparison
2081 @subsection Comparison
2082
2083 This is the trickiest part of the interface.
2084
2085 Mixing Scheme values with C comparison operators won't produce any crash
2086 or warning when compiling but must be avoided:
2087
2088 @example
2089 scm_string_p (scm_value) == SCM_BOOL_T
2090 @end example
2091
2092 As we can read in the reference, @code{scm_string_p} returns a Scheme
2093 value: either @code{#t} or @code{#f} which are written @code{SCM_BOOL_T}
2094 and @code{SCM_BOOL_F} in C.  This will work, but it is not following
2095 to the API guidelines.  For further information, read this discussion:
2096
2097 @smallexample
2098 @uref{http://lists.gnu.org/archive/html/lilypond-devel/2011-08/msg00646.html}
2099 @end smallexample
2100
2101 There are functions in the Guile reference that returns C values
2102 instead of Scheme values.  In our example, a function called
2103 @code{scm_is_string} (described after @code{string?} and @code{scm_string_p})
2104 returns the C value 0 or 1.
2105
2106 So the best solution was simply:
2107
2108 @example
2109 scm_is_string (scm_value)
2110 @end example
2111
2112 There a simple solution for almost every common comparison.  Another example:
2113 we want to know if a Scheme value is a non-empty list.  Instead of:
2114
2115 @example
2116 (scm_is_true (scm_list_p (scm_value)) && scm_value != SCM_EOL)
2117 @end example
2118
2119 one can usually use:
2120
2121 @example
2122 scm_is_pair (scm_value)
2123 @end example
2124
2125 since a list of at least one member is a pair.  This test is
2126 cheap; @code{scm_list_p} is actually quite more complex since it makes
2127 sure that its argument is neither a `dotted list' where the last pair
2128 has a non-null @code{cdr}, nor a circular list.  There are few
2129 situations where the complexity of those tests make sense.
2130
2131 Unfortunately, there is not a @code{scm_is_[something]} function for
2132 everything.  That's one of the reasons why LilyPond has its own Scheme
2133 interface.  As a rule of thumb, tests that are cheap enough to be
2134 worth inlining tend to have such a C interface.  So there is
2135 @code{scm_is_pair} but not @code{scm_is_list}, and @code{scm_is_eq}
2136 but not @code{scm_is_equal}.
2137
2138 @subheading General definitions
2139
2140 @subsubheading bool to_boolean (SCM b)
2141
2142 Return @code{true} if @var{b} is @code{SCM_BOOL_T}, else return @code{false}.
2143
2144 This should be used instead of @code{scm_is_true} and
2145 @code{scm_is_false} for properties since in LilyPond, unset properties
2146 are read as an empty list, and by convention unset Boolean properties
2147 default to false.  Since both @code{scm_is_true} and
2148 @code{scm_is_false} only compare with @code{##f} in line with what
2149 Scheme's conditionals do, they are not really useful for checking the
2150 state of a Boolean property.
2151
2152 @subsubheading bool ly_is_[something] (args)
2153
2154 Behave the same as scm_is_[something] would do if it existed.
2155
2156 @subsubheading bool is_[type] (SCM s)
2157
2158 Test whether the type of @var{s} is [type].
2159 [type] is a LilyPond-only set of values (direction, axis...).  More
2160 often than not, the code checks LilyPond specific C++-implemented
2161 types using
2162
2163 @subsubheading [Type *] unsmob<Type> (SCM s)
2164
2165 This tries converting a Scheme object to a pointer of the desired
2166 kind.  If the Scheme object is of the wrong type, a pointer value
2167 of@w{ }@code{0} is returned, making this suitable for a Boolean test.
2168
2169 @node Conversion
2170 @subsection Conversion
2171
2172 @subheading General definitions
2173
2174 @subsubheading bool to_boolean (SCM b)
2175
2176 Return @code{true} if @var{b} is @code{SCM_BOOL_T}, else return @code{false}.
2177
2178 This should be used instead of @code{scm_is_true} and @code{scm_is_false}
2179 for properties since empty lists are sometimes used to unset them.
2180
2181 @subsubheading [C type] ly_scm2[C type] (SCM s)
2182
2183 Behave the same as scm_to_[C type] would do if it existed.
2184
2185 @subsubheading [C type] robust_scm2[C type] (SCM s, [C type] d)
2186
2187 Behave the same as scm_to_[C type] would do if it existed.
2188 Return @var{d} if type verification fails.
2189
2190
2191 @node LilyPond miscellany
2192 @section LilyPond miscellany
2193
2194 This is a place to dump information that may be of use to developers
2195 but doesn't yet have a proper home.  Ideally, the length of this section
2196 would become zero as items are moved to other homes.
2197
2198
2199 @menu
2200 * Spacing algorithms::
2201 * Info from Han-Wen email::
2202 * Music functions and GUILE debugging::
2203 * Articulations on EventChord::
2204 @end menu
2205
2206 @node Spacing algorithms
2207 @subsection Spacing algorithms
2208
2209 Here is information from an email exchange about spacing algorithms.
2210
2211 On Thu, 2010-02-04 at 15:33 -0500, Boris Shingarov wrote:
2212 I am experimenting with some modifications to the line breaking code,
2213 and I am stuck trying to understand how some of it works.  So far my
2214 understanding is that Simple_spacer operates on a vector of Grobs, and
2215 it is a well-known Constrained-QP problem (rods = constraints, springs
2216 = quadratic function to minimize).  What I don't understand is, if the
2217 spacer operates at the level of Grobs, which are built at an earlier
2218 stage in the pipeline, how are the changes necessitated by differences
2219 in line breaking, taken into account?  in other words, if I take the
2220 last measure of a line and place it on the next line, it is not just a
2221 matter of literally moving that graphic to where the start of the next
2222 line is, but I also need to draw a clef, key signature, and possibly
2223 other fundamental things -- but at that stage in the rendering
2224 pipeline, is it not too late??
2225
2226 Joe Neeman answered:
2227
2228 We create lots of extra grobs (eg. a BarNumber at every bar line) but
2229 most of them are not drawn.  See the break-visibility property in
2230 item-interface.
2231
2232 Here is another e-mail exchange.  Janek WarchoÅ‚ asked for a starting point
2233 to fixing 1301 (change clef colliding with notes).  Neil Puttock replied:
2234
2235 The clef is on a loose column (it floats before the head), so the
2236 first place I'd look would be lily/spacing-loose-columns.cc (and
2237 possibly lily/spacing-determine-loose-columns.cc).
2238 I'd guess the problem is the way loose columns are spaced between
2239 other columns: in this snippet, the columns for the quaver and tuplet
2240 minim are so close together that the clef's column gets dumped on top
2241 of the quaver (since it's loose, it doesn't influence the spacing).
2242
2243 @node Info from Han-Wen email
2244 @subsection Info from Han-Wen email
2245
2246 In 2004, Douglas Linhardt decided to try starting a document that would
2247 explain LilyPond architecture and design principles.  The material below
2248 is extracted from that email, which can be found at
2249 @uref{http://thread.gmane.org/gmane.comp.gnu.lilypond.devel/2992}.
2250 The headings reflect questions from Doug or comments from Han-Wen;
2251 the body text are Han-Wen's answers.
2252
2253 @subheading Figuring out how things work.
2254
2255 I must admit that when I want to know how a program works, I use grep
2256 and emacs and dive into the source code.  The comments and the code
2257 itself are usually more revealing than technical documents.
2258
2259 @subheading What's a grob, and how is one used?
2260
2261 Graphical object - they are created from within engravers, either as
2262 Spanners (derived class) -slurs, beams- or Items (also a derived
2263 class) -notes, clefs, etc.
2264
2265 There are two other derived classes System (derived from Spanner,
2266 containing a "line of music") and Paper_column (derived from Item, it
2267 contains all items that happen at the same moment).  They are separate
2268 classes because they play a special role in the linebreaking process.
2269
2270 @subheading What's a smob, and how is one used?
2271
2272 A C(++) object that is encapsulated so it can be used as a Scheme
2273 object.  See GUILE info, "19.3 Defining New Types (Smobs)"
2274
2275 @subheading When is each C++ class constructed and used?
2276
2277 @itemize
2278
2279 @item
2280 Music classes
2281
2282 In the parser.yy see the macro calls MAKE_MUSIC_BY_NAME().
2283
2284 @item
2285 Contexts
2286
2287 Constructed during "interpreting" phase.
2288
2289 @item
2290 Engravers
2291
2292 Executive branch of Contexts, plugins that create grobs, usually one
2293 engraver per grob type.  Created  together with context.
2294
2295 @item
2296 Layout Objects
2297
2298 = grobs
2299
2300 @item
2301 Grob Interfaces
2302
2303 These are not C++ classes per se.  The idea of a Grob interface hasn't
2304 crystallized well.  ATM, an interface is a symbol, with a bunch of grob
2305 properties.  They are not objects that are created or destroyed.
2306
2307 @item
2308 Iterators
2309
2310 Objects that walk through different music classes, and deliver events
2311 in a synchronized way, so that notes that play together are processed
2312 at the same moment and (as a result) end up on the same horizontal position.
2313
2314 Created during interpreting phase.
2315
2316 BTW, the entry point for interpreting is ly:run-translator
2317 (ly_run_translator on the C++ side)
2318
2319 @end itemize
2320
2321 @subheading Can you get to Context properties from a Music object?
2322
2323 You can create music object with a Scheme function that reads context
2324 properties (the \applycontext syntax).  However, that function is
2325 executed during Interpreting, so you can not really get Context
2326 properties from Music objects, since music objects are not directly
2327 connected to Contexts.  That connection is made by the  Music_iterators
2328
2329 @subheading Can you get to Music properties from a Context object?
2330
2331 Yes, if you are given the music object within a Context
2332 object.  Normally, the music objects enter Contexts in synchronized
2333 fashion, and the synchronization is done by Music_iterators.
2334
2335 @subheading What is the relationship between C++ classes and Scheme objects?
2336
2337 Smobs are C++ objects in Scheme.  Scheme objects (lists, functions) are
2338 manipulated from C++ as well using the GUILE C function interface
2339 (prefix: scm_)
2340
2341 @subheading How do Scheme procedures get called from C++ functions?
2342
2343 scm_call_*, where * is an integer from 0 to 4.
2344 Also scm_c_eval_string (), scm_eval ()
2345
2346 @subheading How do C++ functions get called from Scheme procedures?
2347
2348 Export a C++ function to Scheme with LY_DEFINE.
2349
2350 @subheading What is the flow of control in the program?
2351
2352 Good question.  Things used to be clear-cut, but we have Scheme
2353 and SMOBs now, which means that interactions do not follow a very
2354 rigid format anymore.  See below for an overview, though.
2355
2356 @subheading Does the parser make Scheme procedure calls or C++ function calls?
2357
2358 Both.  And the Scheme calls can call C++ and vice versa.  It's nested,
2359 with the SCM datatype as lubrication between the interactions
2360
2361 (I think the word "lubrication" describes the process better than the
2362 traditional word "glue")
2363
2364 @subheading How do the front-end and back-end get started?
2365
2366 Front-end: a file is parsed, the rest follows from that.  Specifically,
2367
2368 Parsing leads to a Music + Music_output_def object (see parser.yy,
2369 definition of toplevel_expression )
2370
2371 A Music + Music_output_def object leads to a Global_context object (see
2372 ly_run_translator ())
2373
2374 During interpreting, Global_context + Music leads to a bunch of
2375 Contexts (see Global_translator::run_iterator_on_me ()).
2376
2377 After interpreting, Global_context contains a Score_context (which
2378 contains staves, lyrics etc.) as a child.  Score_context::get_output ()
2379 spews a Music_output object (either a Paper_score object for notation
2380 or Performance object for MIDI).
2381
2382 The Music_output object is the entry point for the backend (see
2383 ly_render_output ()).
2384
2385 The main steps of the backend itself are in
2386
2387 @itemize
2388
2389 @item
2390 @file{paper-score.cc} , Paper_score::process_
2391
2392 @item
2393 @file{system.cc} , System::get_lines()
2394
2395 @item
2396 The step, where things go from grobs to output, is in
2397 System::get_line(): each grob delivers a Stencil (a Device
2398 independent output description), which is interpreted by our
2399 outputting backends (@file{scm/output-tex.scm} and
2400 @file{scm/output-ps.scm}) to produce TeX and PS.
2401
2402 @end itemize
2403
2404 Interactions between grobs and putting things into .tex and .ps files
2405 have gotten a little more complex lately.  Jan has implemented
2406 page-breaking, so now the backend also involves Paper_book,
2407 Paper_lines and other things.  This area is still heavily in flux, and
2408 perhaps not something you should want to look at.
2409
2410 @subheading How do the front-end and back-end communicate?
2411
2412 There is no communication from backend to front-end.  From front-end to
2413 backend is simply the program flow: music + definitions gives
2414 contexts, contexts yield output, after processing, output is written
2415 to disk.
2416
2417 @subheading Where is the functionality associated with KEYWORDs?
2418
2419 See @file{my-lily-lexer.cc} (keywords, there aren't that many)
2420 and @file{ly/*.ly} (most of the other backslashed @code{/\words} are identifiers)
2421
2422 @subheading What Contexts/Properties/Music/etc. are available when they are processed?
2423
2424 What do you mean exactly with this question?
2425
2426 See @file{ly/engraver-init.ly} for contexts,
2427 see @file{scm/define-*.scm} for other objects.
2428
2429 @subheading How do you decide if something is a Music, Context, or Grob property?
2430 Why is part-combine-status a Music property when it seems (IMO)
2431 to be related to the Staff context?
2432
2433 The Music_iterators and Context communicate through two channels
2434
2435 Music_iterators can set and read context properties, idem for
2436 Engravers and Contexts
2437
2438 Music_iterators can send "synthetic" music events (which aren't in
2439 the input) to a context.  These are caught by Engravers.  This is
2440 mostly a one way communication channel.
2441
2442 part-combine-status is part of such a synthetic event, used by
2443 Part_combine_iterator to communicate with Part_combine_engraver.
2444
2445
2446 @subheading Deciding between context and music properties
2447
2448 I'm adding a property to affect how \autochange works.  It seems to
2449 me that it should be a context property, but the Scheme autochange
2450 procedure has a Music argument.  Does this mean I should use
2451 a Music property?
2452
2453 \autochange is one of these extra strange beasts: it requires
2454 look-ahead to decide when to change staves.  This is achieved by
2455 running the interpreting step twice (see
2456 @file{scm/part-combiner.scm} , at the bottom), and
2457 storing the result of the first step (where to switch
2458 staves) in a Music property.  Since you want to influence that
2459 where-to-switch list, your must affect the code in
2460 make-autochange-music (@file{scm/part-combiner.scm}).
2461 That code is called directly from the parser and there are no
2462 official "parsing properties" yet, so there is no generic way
2463 to tune \autochange.  We would have to invent something new
2464 for this, or add a separate argument,
2465
2466 @example
2467     \autochange #around-central-C ..music..
2468 @end example
2469
2470 @noindent
2471 where around-central-C is some function that is called from
2472 make-autochange-music.
2473
2474 @subheading More on context and music properties
2475
2476 From Neil Puttock, in response to a question about transposition:
2477
2478 Context properties (using \set & \unset) are tied to engravers: they
2479 provide information relevant to the generation of graphical objects.
2480
2481 Since transposition occurs at the music interpretation stage, it has
2482 no direct connection with engravers: the pitch of a note is fixed
2483 before a notehead is created.  Consider the following minimal snippet:
2484
2485 @example
2486 @{ c' @}
2487 @end example
2488
2489 This generates (simplified) a NoteEvent, with its pitch and duration
2490 as event properties,
2491
2492 @example
2493 (make-music
2494   'NoteEvent
2495   'duration
2496   (ly:make-duration 2 0 1 1)
2497   'pitch
2498   (ly:make-pitch 0 0 0)
2499 @end example
2500
2501 which the Note_heads_engraver hears.  It passes this information on to
2502 the NoteHead grob it creates from the event, so the head's correct
2503 position and duration-log can be determined once it's ready for
2504 printing.
2505
2506 If we transpose the snippet,
2507
2508 @example
2509 \transpose c d @{ c' @}
2510 @end example
2511
2512 the pitch is changed before it reaches the engraver (in fact, it
2513 happens just after the parsing stage with the creation of a
2514 TransposedMusic music object):
2515
2516 @example
2517 (make-music
2518  'NoteEvent
2519  'duration
2520  (ly:make-duration 2 0 1 1)
2521  'pitch
2522  (ly:make-pitch 0 1 0)
2523 @end example
2524
2525 You can see an example of a music property relevant to transposition:
2526 untransposable.
2527
2528 @example
2529 \transpose c d @{ c'2 \withMusicProperty #'untransposable ##t c' @}
2530 @end example
2531
2532 -> the second c' remains untransposed.
2533
2534 Take a look at @file{lily/music.cc} to see where the transposition takes place.
2535
2536
2537 @subheading How do I tell about the execution environment?
2538
2539 I get lost figuring out what environment the code I'm looking at is in when it
2540 executes.  I found both the C++ and Scheme autochange code.  Then I was trying
2541 to figure out where the code got called from.  I finally figured out that the
2542 Scheme procedure was called before the C++ iterator code, but it took me a
2543 while to figure that out, and I still didn't know who did the calling in the
2544 first place.  I only know a little bit about Flex and Bison, so reading those
2545 files helped only a little bit.
2546
2547 @emph{Han-Wen:} GDB can be of help here.  Set a breakpoint in C++, and run.  When you
2548 hit the breakpoint, do a backtrace.  You can inspect Scheme objects
2549 along the way by doing
2550
2551 @example
2552 p ly_display_scm(obj)
2553 @end example
2554
2555 this will display OBJ through GUILE.
2556
2557 @node Music functions and GUILE debugging
2558 @subsection Music functions and GUILE debugging
2559
2560 Ian Hulin was trying to do some debugging in music functions, and
2561 came up with the following question (edited and adapted to current
2562 versions):
2563
2564 HI all,
2565 I'm working on the Guile Debugger Stuff, and would like to try
2566 debugging a music function definition such as:
2567
2568 @example
2569 conditionalMark =
2570 #(define-music-function () ()
2571   #@{ \tag instrumental-part @{\mark \default@} #@} )
2572 @end example
2573
2574 It appears @code{conditionalMark} does not get set up as an
2575 equivalent of a Scheme
2576
2577 @example
2578 (define conditionalMark = define-music-function () () ...
2579 @end example
2580
2581 @noindent
2582 although something gets defined because Scheme apparently recognizes
2583
2584 @example
2585 #(set-break! conditionalMark)
2586 @end example
2587
2588 @noindent
2589 later on in the file without signalling any Guile errors.
2590
2591 However the breakpoint trap is never encountered as
2592 @code{define-music-function} passed things on to
2593 @code{ly:make-music-function}, which is really C++ code
2594 @code{ly_make_music_function}, so Guile never finds out about the
2595 breakpoint.
2596
2597
2598 The answer in the mailing list archive at that time was less than
2599 helpful.  The question already misidentifies the purpose of
2600 @code{ly:make-music-function} which is only called once at the
2601 time of @emph{defining} @code{conditionalMark} but is not involved
2602 in its later @emph{execution}.
2603
2604 Here is the real deal:
2605
2606 A music function is not the same as a GUILE function.  It boxes
2607 both a proper Scheme function (with argument list and body from
2608 the @code{define-music-function} definition) along with a call
2609 signature representing the @emph{types} of both function and
2610 arguments.
2611
2612 Those components can be reextracted using
2613 @code{ly:music-function-extract} and
2614 @code{ly:music-function-signature}, respectively.
2615
2616 When LilyPond's parser encounters a music function call in its
2617 input, it reads, interprets, and verifies the arguments
2618 individually according to the call signature and @emph{then} calls
2619 the proper Scheme function.
2620
2621 While it is actually possible these days to call a music function
2622 @emph{as if} it were a Scheme function itself, this pseudo-call
2623 uses its own wrapping code matching the argument list @emph{as a
2624 whole} to the call signature, substituting omitted optional
2625 arguments with defaults and verifying the result type.
2626
2627 So putting a breakpoint on the music function itself will still
2628 not help with debugging uses of the function using LilyPond
2629 syntax.
2630
2631 However, either calling mechanism ultimately calls the proper
2632 Scheme function stored as part of the music function, and that is
2633 where the breakpoint belongs:
2634
2635 @example
2636 #(set-break! (ly:music-function-extract conditionalMark))
2637 @end example
2638
2639 will work for either calling mechanism.
2640
2641 @node Articulations on EventChord
2642 @subsection Articulations on EventChord
2643
2644 From David Kastrup's email
2645 @uref{http://lists.gnu.org/archive/html/lilypond-devel/2012-02/msg00189.html}:
2646
2647 LilyPond's typesetting does not act on music expressions and music
2648 events.  It acts exclusively on stream events.  It is the act of
2649 iterators to convert a music expression into a sequence of stream events
2650 played in time order.
2651
2652 The EventChord iterator is pretty simple: it just takes its "elements"
2653 field when its time comes up, turns every member into a StreamEvent and
2654 plays that through the typesetting process.  The parser currently
2655 appends all postevents belonging to a chord at the end of "elements",
2656 and thus they get played at the same point of time as the elements of
2657 the chord.  Due to this design, you can add per-chord articulations or
2658 postevents or even assemble chords with a common stem by using parallel
2659 music providing additional notes/events: the typesetter does not see a
2660 chord structure or postevents belonging to a chord, it just sees a
2661 number of events occuring at the same point of time in a Voice context.
2662
2663 So all one needs to do is let the EventChord iterator play articulations
2664 after elements, and then adding to articulations in EventChord is
2665 equivalent to adding them to elements (except in cases where the order
2666 of events matters).