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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 @subsection Scalable Vector Graphics (SVG)
150
151 Scalable Vector Graphics (SVG) is an XML-based markup language used to generate
152 graphical output.  A brief SVG tutorial is
153 @uref{https://www.w3schools.com/graphics/svg_intro.asp, available online} through
154 W3 Schools.  The World Wide Web Consortium's
155 @uref{https://www.w3.org/TR/SVG/REC-SVG11-20110816.pdf, SVG 1.2 Recommendation}
156 is available online in PDF format.
157
158 @node Programming without compiling
159 @section Programming without compiling
160
161 Much of the development work in LilyPond takes place by changing @file{*.ly} or
162 @file{*.scm} files.  These changes can be made without compiling LilyPond.  Such
163 changes are described in this section.
164
165
166 @subsection Modifying distribution files
167
168 Much of LilyPond is written in Scheme or LilyPond input files.  These
169 files are interpreted when the program is run, rather than being compiled
170 when the program is built, and are present in all LilyPond distributions.
171 You will find @file{.ly} files in the @file{ly/} directory and the Scheme files in the
172 @file{scm/} directory.  Both Scheme files and @file{.ly} files can be modified and
173 saved with any text editor.  It's probably wise to make a backup copy of
174 your files before you modify them, although you can reinstall if the
175 files become corrupted.
176
177 Once you've modified the files, you can test the changes just by running
178 LilyPond on some input file.  It's a good idea to create a file that
179 demonstrates the feature you're trying to add.  This file will eventually
180 become a regression test and will be part of the LilyPond distribution.
181
182 @subsection Desired file formatting
183
184 Files that are part of the LilyPond distribution have Unix-style line
185 endings (LF), rather than DOS (CR+LF) or MacOS 9 and earlier (CR).  Make
186 sure you use the necessary tools to ensure that Unix-style line endings are
187 preserved in the patches you create.
188
189 Tab characters should not be included in files for distribution.  All
190 indentation should be done with spaces.  Most editors have settings to
191 allow the setting of tab stops and ensuring that no tab characters are
192 included in the file.
193
194 Scheme files and LilyPond files should be written according to standard
195 style guidelines.  Scheme file guidelines can be found at
196 @uref{http://community.schemewiki.org/?scheme-style}.  Following these
197 guidelines will make your code easier to read.  Both you and others that
198 work on your code will be glad you followed these guidelines.
199
200 For LilyPond files, you should follow the guidelines for LilyPond snippets
201 in the documentation.  You can find these guidelines at
202 @ref{Texinfo introduction and usage policy}.
203
204 @node Finding functions
205 @section Finding functions
206
207 When making changes or fixing bugs in LilyPond, one of the initial
208 challenges is finding out where in the code tree the functions to
209 be modified live.  With nearly 3000 files in the source tree,
210 trial-and-error searching is generally ineffective.  This section
211 describes a process for finding interesting code.
212
213 @subsection Using the ROADMAP
214
215 The file ROADMAP is located in the main directory of the lilypond source.
216 ROADMAP lists all of the directories in the LilyPond source tree, along
217 with a brief description of the kind of files found in each directory.
218 This can be a very helpful tool for deciding which directories to search
219 when looking for a function.
220
221
222 @subsection Using grep to search
223
224 Having identified a likely subdirectory to search, the grep utility can
225 be used to search for a function name.  The format of the grep command is
226
227 @example
228 grep -i functionName subdirectory/*
229 @end example
230
231 This command will search all the contents of the directory subdirectory/
232 and display every line in any of the files that contains
233 functionName.  The @option{-i} option makes @command{grep} ignore
234 case -- this can be very useful if you are not yet familiar with
235 our capitalization conventions.
236
237 The most likely directories to grep for function names are @file{scm/} for
238 scheme files, ly/ for lilypond input (@file{*.ly}) files, and @file{lily/} for C++
239 files.
240
241
242 @subsection Using git grep to search
243
244 If you have used git to obtain the source, you have access to a
245 powerful tool to search for functions.  The command:
246
247 @example
248 git grep functionName
249 @end example
250
251 will search through all of the files that are present in the git
252 repository looking for functionName.  It also presents the results
253 of the search using @code{less}, so the results are displayed one page
254 at a time.
255
256 @subsection Searching on the git repository at Savannah
257
258 You can also use the equivalent of git grep on the Savannah server.
259
260 @itemize
261
262 @item
263 Go to http://git.sv.gnu.org/gitweb/?p=lilypond.git
264
265 @item
266 In the pulldown box that says commit, select grep.
267
268 @item
269 Type functionName in the search box, and hit enter/return
270
271 @end itemize
272
273 This will initiate a search of the remote git repository.
274
275
276 @node Code style
277 @section Code style
278
279 This section describes style guidelines for LilyPond
280 source code.
281
282 @menu
283 * Languages::
284 * Filenames::
285 * Indentation::
286 * Naming conventions::
287 * Broken code::
288 * Code comments::
289 * Handling errors::
290 * Localization::
291 @end menu
292
293
294 @node Languages
295 @subsection Languages
296
297 C++ and Python are preferred.  Python code should use PEP 8.
298
299
300 @node Filenames
301 @subsection Filenames
302
303 Definitions of classes that are only accessed via pointers (*) or
304 references (&) shall not be included as include files.
305
306 @verbatim
307    filenames
308
309         ".hh"   Include files
310              ".cc"      Implementation files
311              ".icc"     Inline definition files
312              ".tcc"     non inline Template defs
313
314    in emacs:
315
316              (setq auto-mode-alist
317                    (append '(("\\.make$" . makefile-mode)
318                         ("\\.cc$" . c++-mode)
319                         ("\\.icc$" . c++-mode)
320                         ("\\.tcc$" . c++-mode)
321                         ("\\.hh$" . c++-mode)
322                         ("\\.pod$" . text-mode)
323                         )
324                       auto-mode-alist))
325 @end verbatim
326
327 The class Class_name is coded in @q{class-name.*}
328
329
330 @node Indentation
331 @subsection Indentation
332
333 Standard GNU coding style is used.
334
335 @subsubheading Indenting files with @code{fixcc.py} (recommended)
336
337 LilyPond provides a python script that will adjust the indentation
338 and spacing on a @code{.cc} or @code{.hh} file to very near the
339 GNU standard:
340
341 @example
342 scripts/auxiliar/fixcc.py FILENAME
343 @end example
344
345 This can be run on all files at once, but this is not recommended
346 for normal contributors or developers.
347
348 @smallexample
349 scripts/auxiliar/fixcc.py \
350   $(find flower lily -name '*cc' -o -name '*hh' | grep -v /out)
351 @end smallexample
352
353
354 @subsubheading Indenting with emacs
355
356 The following hooks will produce indentation which is similar to
357 our official indentation as produced with @code{fixcc.py}.
358
359 @example
360 (add-hook 'c++-mode-hook
361      '(lambda ()
362         (c-set-style "gnu")
363         (setq indent-tabs-mode nil))
364 @end example
365
366 If you like using font-lock, you can also add this to your
367 @file{.emacs}:
368
369 @example
370 (setq font-lock-maximum-decoration t)
371 (setq c++-font-lock-keywords-3
372       (append
373        c++-font-lock-keywords-3
374        '(("\\b\\(a-zA-Z_?+_\\)\\b" 1 font-lock-variable-name-face) ("\\b\\(A-Z?+a-z_?+\\)\\b" 1 font-lock-type-face))
375        ))
376 @end example
377
378
379 @subsubheading Indenting with vim
380
381 Although emacs indentation is the GNU standard, correct
382 indentation for C++ files can be achieved by using the settings
383 recommended in the
384 @url{https://gcc.gnu.org/wiki/FormattingCodeForGCC, GNU GCC Wiki}.
385 Save the following in @file{~/.vim/after/ftplugin/cpp.vim}:
386
387 @example
388 setlocal cindent
389 setlocal cinoptions=>4,n-2,@{2,^-2,:2,=2,g0,h2,p5,t0,+2,(0,u0,w1,m1
390 setlocal shiftwidth=2
391 setlocal softtabstop=2
392 setlocal textwidth=79
393 setlocal fo-=ro fo+=cql
394 " use spaces instead of tabs
395 setlocal expandtab
396 " remove trailing whitespace on write
397 autocmd BufWritePre * :%s/\s\+$//e
398 @end example
399
400 With these settings, files can be reindented automatically by
401 highlighting the lines to be indented in visual mode (use V to
402 enter visual mode) and pressing @code{=}, or a single line
403 correctly indented in normal mode by pressing @code{==}.
404
405 A @file{scheme.vim} file will help improve the indentation of
406 Scheme code.  This one was suggested by Patrick McCarty.  It
407 should be saved in @file{~/.vim/after/syntax/scheme.vim}.
408
409 @example
410 " Additional Guile-specific 'forms'
411 syn keyword schemeSyntax define-public define*-public
412 syn keyword schemeSyntax define* lambda* let-keywords*
413 syn keyword schemeSyntax defmacro defmacro* define-macro
414 syn keyword schemeSyntax defmacro-public defmacro*-public
415 syn keyword schemeSyntax use-modules define-module
416 syn keyword schemeSyntax define-method define-class
417
418 " Additional LilyPond-specific 'forms'
419 syn keyword schemeSyntax define-markup-command define-markup-list-command
420 syn keyword schemeSyntax define-safe-public define-music-function
421 syn keyword schemeSyntax def-grace-function
422
423 " All of the above should influence indenting too
424 setlocal lw+=define-public,define*-public
425 setlocal lw+=define*,lambda*,let-keywords*
426 setlocal lw+=defmacro,defmacro*,define-macro
427 setlocal lw+=defmacro-public,defmacro*-public
428 setlocal lw+=use-modules,define-module
429 setlocal lw+=define-method,define-class
430 setlocal lw+=define-markup-command,define-markup-list-command
431 setlocal lw+=define-safe-public,define-music-function
432 setlocal lw+=def-grace-function
433
434 " These forms should not influence indenting
435 setlocal lw-=if
436 setlocal lw-=set!
437
438 " Try to highlight all ly: procedures
439 syn match schemeFunc "ly:[^) ]\+"
440 @end example
441
442 For documentation work on texinfo files, identify the file
443 extensions used as texinfo files in your @file{.vim/filetype.vim}:
444
445 @example
446 if exists("did_load_filetypes")
447   finish
448 endif
449 augroup filetypedetect
450   au! BufRead,BufNewFile *.itely setfiletype texinfo
451   au! BufRead,BufNewFile *.itexi setfiletype texinfo
452   au! BufRead,BufNewFile *.tely  setfiletype texinfo
453 augroup END
454 @end example
455
456 and add these settings in @file{.vim/after/ftplugin/texinfo.vim}:
457
458 @example
459 setlocal expandtab
460 setlocal shiftwidth=2
461 setlocal textwidth=66
462 @end example
463
464 @node Naming conventions
465 @subsection Naming Conventions
466
467 Naming conventions have been established for LilyPond
468 source code.
469
470 @subheading Classes and Types
471
472 Classes begin with an uppercase letter, and words
473 in class names are separated with @code{_}:
474
475 @verbatim
476 This_is_a_class
477 @end verbatim
478
479 @subheading Members
480
481 Member variable names end with an underscore:
482
483 @verbatim
484 Type Class::member_
485 @end verbatim
486
487 @subheading Macros
488
489 Macro names should be written in uppercase completely,
490 with words separated by @code{_}:
491
492 @verbatim
493 THIS_IS_A_MACRO
494 @end verbatim
495
496 @subheading Variables
497
498 Variable names should be complete words, rather than abbreviations.
499 For example, it is preferred to use @code{thickness} rather than
500 @code{th} or @code{t}.
501
502 Multi-word variable names in C++ should have the words separated
503 by the underscore character (@q{_}):
504
505 @verbatim
506 cxx_multiword_variable
507 @end verbatim
508
509 Multi-word variable names in Scheme should have the words separated
510 by a hyphen (@q{-}):
511
512 @verbatim
513 scheme-multiword-variable
514 @end verbatim
515
516 @node Broken code
517 @subsection Broken code
518
519 Do not write broken code.  This includes hardwired dependencies,
520 hardwired constants, slow algorithms and obvious limitations.  If
521 you can not avoid it, mark the place clearly, and add a comment
522 explaining shortcomings of the code.
523
524 Ideally, the comment marking the shortcoming would include
525 TODO, so that it is marked for future fixing.
526
527 We reject broken-in-advance on principle.
528
529
530 @node Code comments
531 @subsection Code comments
532
533 Comments may not be needed if descriptive variable names are used
534 in the code and the logic is straightforward.  However, if the
535 logic is difficult to follow, and particularly if non-obvious
536 code has been included to resolve a bug, a comment describing
537 the logic and/or the need for the non-obvious code should be included.
538
539 There are instances where the current code could be commented better.
540 If significant time is required to understand the code as part of
541 preparing a patch, it would be wise to add comments reflecting your
542 understanding to make future work easier.
543
544
545 @node Handling errors
546 @subsection Handling errors
547
548 As a general rule, you should always try to continue computations,
549 even if there is some kind of error.  When the program stops, it
550 is often very hard for a user to pinpoint what part of the input
551 causes an error.  Finding the culprit is much easier if there is
552 some viewable output.
553
554 So functions and methods do not return errorcodes, they never
555 crash, but report a programming_error and try to carry on.
556
557 Error and warning messages need to be localized.
558
559
560 @node Localization
561 @subsection Localization
562
563 This document provides some guidelines to help programmers write
564 proper user
565 messages.  To help translations, user messages must follow
566 uniform conventions.  Follow these rules when coding for LilyPond.
567 Hopefully, this can be replaced by general GNU guidelines in the
568 future.  Even better would be to have an English (en_BR, en_AM)
569 guide helping programmers writing consistent messages for all GNU
570 programs.
571
572 Non-preferred messages are marked with `+'.  By convention,
573 ungrammatical examples are marked with `*'.  However, such ungrammatical
574 examples may still be preferred.
575
576 @itemize
577
578 @item
579 Every message to the user should be localized (and thus be marked
580 for localization).  This includes warning and error messages.
581
582 @item
583 Do not localize/gettextify:
584
585 @itemize
586 @item
587 `programming_error ()'s
588
589 @item
590 `programming_warning ()'s
591
592 @item
593 debug strings
594
595 @item
596 output strings (PostScript, TeX, etc.)
597
598 @end itemize
599
600 @item
601 Messages to be localized must be encapsulated in `_ (STRING)' or
602 `_f (FORMAT, ...)'. E.g.:
603
604 @example
605 warning (_ ("need music in a score"));
606 error (_f ("cannot open file: `%s'", file_name));
607 @end example
608
609 In some rare cases you may need to call `gettext ()' by hand.  This
610 happens when you pre-define (a list of) string constants for later
611 use.  In that case, you'll probably also need to mark these string
612 constants for translation, using `_i (STRING)'.  The `_i' macro is
613 a no-op, it only serves as a marker for `xgettext'.
614
615 @example
616 char const* messages[] = @{
617   _i ("enable debugging output"),
618   _i ("ignore lilypond version"),
619   0
620 @};
621
622 void
623 foo (int i)
624 @{
625   puts (gettext (messages i));
626 @}
627 @end example
628
629 See also @file{flower/getopt-long.cc} and @file{lily/main.cc}.
630
631 @item
632 Do not use leading or trailing whitespace in messages.  If you need
633 whitespace to be printed, prepend or append it to the translated
634 message
635
636 @example
637 message ("Calculating line breaks..." + " ");
638 @end example
639
640 @item
641 Error or warning messages displayed with a file name and line
642 number never start with a capital, eg,
643
644 @example
645 foo.ly: 12: not a duration: 3
646 @end example
647
648 Messages containing a final verb, or a gerund (`-ing'-form) always
649 start with a capital.  Other (simpler) messages start with a
650 lowercase letter
651
652 @example
653 Processing foo.ly...
654 `foo': not declared.
655 Not declaring: `foo'.
656 @end example
657
658 @item
659 Avoid abbreviations or short forms, use `cannot' and `do not'
660 rather than `can't' or `don't'
661 To avoid having a number of different messages for the same
662 situation, well will use quoting like this `"message: `%s'"' for all
663 strings.  Numbers are not quoted:
664
665 @example
666 _f ("cannot open file: `%s'", name_str)
667 _f ("cannot find character number: %d", i)
668 @end example
669
670 @item
671 Think about translation issues.  In a lot of cases, it is better to
672 translate a whole message.  English grammar must not be imposed on the
673 translator.  So, instead of
674
675 @example
676 stem at  + moment.str () +  does not fit in beam
677 @end example
678
679 have
680
681 @example
682 _f ("stem at %s does not fit in beam", moment.str ())
683 @end example
684
685 @item
686 Split up multi-sentence messages, whenever possible.  Instead of
687
688 @example
689 warning (_f ("out of tune!  Can't find: `%s'", "Key_engraver"));
690 warning (_f ("cannot find font `%s', loading default", font_name));
691 @end example
692
693 rather say:
694
695 @example
696 warning (_ ("out of tune:"));
697 warning (_f ("cannot find: `%s', "Key_engraver"));
698 warning (_f ("cannot find font: `%s', font_name));
699 warning (_f ("Loading default font"));
700 @end example
701
702 @item
703 If you must have multiple-sentence messages, use full punctuation.
704 Use two spaces after end of sentence punctuation.  No punctuation
705 (esp. period) is used at the end of simple messages.
706
707 @example
708 _f ("Non-matching braces in text `%s', adding braces", text)
709 _ ("Debug output disabled.  Compiled with NPRINT.")
710 _f ("Huh?  Not a Request: `%s'.  Ignoring.", request)
711 @end example
712
713 @item
714 Do not modularize too much; words frequently cannot be translated
715 without context.  It is probably safe to treat most occurrences of
716 words like stem, beam, crescendo as separately translatable words.
717
718 @item
719 When translating, it is preferable to put interesting information
720 at the end of the message, rather than embedded in the middle.
721 This especially applies to frequently used messages, even if this
722 would mean sacrificing a bit of eloquence.  This holds for original
723 messages too, of course.
724
725 @example
726 en: cannot open: `foo.ly'
727 +   nl: kan `foo.ly' niet openen (1)
728 kan niet openen: `foo.ly'*   (2)
729 niet te openen: `foo.ly'*    (3)
730 @end example
731
732
733 The first nl message, although grammatically and stylistically
734 correct, is not friendly for parsing by humans (even if they speak
735 dutch).  I guess we would prefer something like (2) or (3).
736
737 @item
738 Do not run make po/po-update with GNU gettext < 0.10.35
739
740 @end itemize
741
742
743 @node Warnings Errors Progress and Debug Output
744 @section Warnings, Errors, Progress and Debug Output
745
746 @unnumberedsubsec Available log levels
747
748 LilyPond has several loglevels, which specify how verbose the output on
749 the console should be:
750 @itemize
751 @item NONE: No output at all, even on failure
752 @item ERROR: Only error messages
753 @item WARN: Only error messages and warnings
754 @item BASIC_PROGRESS: Warnings, errors and basic progress (success, etc.)
755 @item PROGRESS: Warnings, errors and full progress messages
756 @item INFO: Warnings, errors, progress and more detailed information (default)
757 @item DEBUG: All messages, including full debug messages (very verbose!)
758 @end itemize
759
760 The loglevel can either be set with the environment variable
761 @code{LILYPOND_LOGLEVEL} or on the command line with the @option{--loglevel=...}
762 option.
763
764 @unnumberedsubsec Functions for debug and log output
765
766 LilyPond has two different types of error and log functions:
767 @itemize
768
769 @item
770 If a warning or error is caused by an identified position in the input file,
771 e.g. by a grob or by a music expression, the functions of the @code{Input}
772 class provide logging functionality that prints the position of the message
773 in addition to the message.
774
775 @item
776 If a message can not be associated with a particular position in an input file,
777 e.g. the output file cannot be written, then the functions in the
778 @code{flower/include/warn.hh} file will provide logging functionality that
779 only prints out the message, but no location.
780
781 @end itemize
782
783 There are also Scheme functions to access all of these logging functions from
784 scheme.  In addition, the Grob class contains some convenience wrappers for
785 even easier access to these functions.
786
787 The message and debug functions in @code{warn.hh} also have an optional
788 argument @code{newline}, which specifies whether the message should always
789 start on a new line or continue a previous message.
790 By default, @code{progress_indication} does NOT start on a new line, but rather
791 continue the previous output.  They also do not have a particular input
792 position associated, so there are no progress functions in the Input class.
793 All other functions by default start their output on a new line.
794
795 The error functions come in three different flavors: fatal error messages,
796 programming error messages and normal error messages.  Errors written
797 by the @code{error ()} function will cause LilyPond to exit immediately,
798 errors by @code{Input::error ()} will continue the compilation, but
799 return a non-zero return value of the LilyPond call (i.e. indicate an
800 unsuccessful program execution).  All other errors will be printed on the
801 console, but not exit LilyPond or indicate an unsuccessful return code.
802 Their only differences to a warnings are the displayed text and that
803 they will be shown with loglevel @code{ERROR}.
804
805 If the Scheme option @code{warning-as-error} is set, any warning will be
806 treated as if @code{Input::error} was called.
807
808
809 @unnumberedsubsec All logging functions at a glance
810
811 @multitable @columnfractions 0.16 0.42 0.42
812 @headitem
813 @tab C++, no location
814 @tab C++ from input location
815
816 @item ERROR
817 @tab @code{error ()}, @code{programming_error (msg)}, @code{non_fatal_error (msg)}
818 @tab @code{Input::error (msg)}, @code{Input::programming_error (msg)}
819
820 @item WARN
821 @tab @code{warning (msg)}
822 @tab @code{Input::warning (msg)}
823
824 @item BASIC
825 @tab @code{basic_progress (msg)}
826 @tab -
827
828 @item PROGRESS
829 @tab @code{progress_indication (msg)}
830 @tab -
831
832 @item INFO
833 @tab @code{message (msg)}
834 @tab @code{Input::message (msg)}
835
836 @item DEBUG
837 @tab @code{debug_output (msg)}
838 @tab @code{Input::debug_output (msg)}
839
840 @item @tab @tab
841
842 @headitem
843 @tab C++ from a Grob
844 @tab Scheme, music expression
845
846 @item ERROR
847 @tab @code{Grob::programming_error (msg)}
848 @tab -
849
850 @item WARN
851 @tab @code{Grob::warning (msg)}
852 @tab @code{(ly:music-warning music msg)}
853
854 @item BASIC
855 @tab -
856 @tab -
857
858 @item PROGRESS
859 @tab -
860 @tab -
861
862 @item INFO
863 @tab -
864 @tab @code{(ly:music-message music msg)}
865
866 @item DEBUG
867 @tab -
868 @tab -
869
870 @item @tab @tab
871
872 @headitem
873 @tab Scheme, no location
874 @tab Scheme, input location
875
876 @item ERROR
877 @tab -
878 @tab @code{(ly:error msg args)}, @code{(ly:programming-error msg args)}
879
880 @item WARN
881 @tab @code{(ly:warning msg args)}
882 @tab @code{(ly:input-warning input msg args)}
883
884 @item BASIC
885 @tab @code{(ly:basic-progress msg args)}
886 @tab -
887
888 @item PROGRESS
889 @tab @code{(ly:progress msg args)}
890 @tab -
891
892 @item INFO
893 @tab @code{(ly:message msg args)}
894 @tab @code{(ly:input-message input msg args)}
895
896 @item DEBUG
897 @tab @code{(ly:debug msg args)}
898 @tab -
899
900 @end multitable
901
902
903
904
905 @node Debugging LilyPond
906 @section Debugging LilyPond
907
908 The most commonly used tool for debugging LilyPond is the GNU
909 debugger gdb.  The gdb tool is used for investigating and debugging
910 core LilyPond code written in C++.  Another tool is available for
911 debugging Scheme code using the Guile debugger.  This section
912 describes how to use both gdb and the Guile Debugger.
913
914 @menu
915 * Debugging overview::
916 * Debugging C++ code::
917 * Debugging Scheme code::
918 @end menu
919
920 @node Debugging overview
921 @subsection Debugging overview
922
923 Using a debugger simplifies troubleshooting in at least two ways.
924
925 First, breakpoints can be set to pause execution at any desired point.
926 Then, when execution has paused, debugger commands can be issued to
927 explore the values of various variables or to execute functions.
928
929 Second, the debugger can display a stack trace, which shows the
930 sequence in which functions have been called and the arguments
931 passed to the called functions.
932
933 @node Debugging C++ code
934 @subsection Debugging C++ code
935
936 The GNU debugger, gdb, is the principal tool for debugging C++ code.
937
938 @subheading Compiling LilyPond for use with gdb
939
940 In order to use gdb with LilyPond, it is necessary to compile
941 LilyPond with debugging information.  This is the current default
942 mode of compilation.  Often debugging becomes more complicated
943 when the compiler has optimised variables and function calls away.
944 In that case it may be helpful to run the following command in the
945 main LilyPond source directory:
946
947 @example
948 ./configure --disable-optimising
949 make
950 @end example
951
952 This will create a version of LilyPond with minimal optimization
953 which will allow the debugger to access all variables and step
954 through the source code in-order.  It may not accurately reproduce
955 bugs encountered with the optimized version, however.
956
957 You should not do @var{make install} if you want to use a debugger
958 with LilyPond.  The @var{make install} command will strip debugging
959 information from the LilyPond binary.
960
961 @subheading Typical gdb usage
962
963 Once you have compiled the LilyPond image with the necessary
964 debugging information it will have been written to a location in a
965 subfolder of your current working directory:
966
967 @example
968 out/bin/lilypond
969 @end example
970
971 This is important as you will need to let gdb know where to find the
972 image containing the symbol tables.  You can invoke gdb from the
973 command line using the following:
974
975 @example
976 gdb out/bin/lilypond
977 @end example
978 @noindent
979 This loads the LilyPond symbol tables into gdb.  Then, to run
980 LilyPond on @file{test.ly} under the debugger, enter the following:
981
982 @example
983 run test.ly
984 @end example
985
986 @noindent
987 at the gdb prompt.
988
989 As an alternative to running gdb at the command line you may try
990 a graphical interface to gdb such as ddd:
991
992 @example
993 ddd out/bin/lilypond
994 @end example
995
996 You can also use sets of standard gdb commands stored in a .gdbinit
997 file (see next section).
998
999 @subheading Typical .gdbinit files
1000
1001 The behavior of gdb can be readily customized through the use of a
1002 @var{.gdbinit} file.  A @var{.gdbinit} file is a file named
1003 @var{.gdbinit} (notice the @qq{.} at the beginning of the file name)
1004 that is placed in a user's home directory.
1005
1006 The @var{.gdbinit} file below is from Han-Wen.  It sets breakpoints
1007 for all errors and defines functions for displaying scheme objects
1008 (ps), grobs (pgrob), and parsed music expressions (pmusic).
1009
1010 @example
1011 file $LILYPOND_GIT/build/out/bin/lilypond
1012 b programming_error
1013 b Grob::programming_error
1014
1015 define ps
1016    print ly_display_scm($arg0)
1017 end
1018 define pgrob
1019   print ly_display_scm($arg0->self_scm_)
1020   print ly_display_scm($arg0->mutable_property_alist_)
1021   print ly_display_scm($arg0->immutable_property_alist_)
1022   print ly_display_scm($arg0->object_alist_)
1023 end
1024 define pmusic
1025   print ly_display_scm($arg0->self_scm_)
1026   print ly_display_scm($arg0->mutable_property_alist_)
1027   print ly_display_scm($arg0->immutable_property_alist_)
1028 end
1029 @end example
1030
1031 @node Debugging Scheme code
1032 @subsection Debugging Scheme code
1033
1034 Scheme code can be developed using the Guile command line
1035 interpreter @code{top-repl}.  You can either investigate
1036 interactively using just Guile or you can use the debugging
1037 tools available within Guile.
1038
1039 @subheading Using Guile interactively with LilyPond
1040
1041 In order to experiment with Scheme programming in the LilyPond
1042 environment, it is necessary to have a Guile interpreter that
1043 has all the LilyPond modules loaded.  This requires the following
1044 steps.
1045
1046 First, define a Scheme symbol for the active module in the @file{.ly} file:
1047
1048 @example
1049 #(module-define! (resolve-module '(guile-user))
1050                  'lilypond-module (current-module))
1051 @end example
1052
1053 Now place a Scheme function in the @file{.ly} file that gives an
1054 interactive Guile prompt:
1055
1056 @example
1057 #(top-repl)
1058 @end example
1059
1060 When the @file{.ly} file is compiled, this causes the compilation to be
1061 interrupted and an interactive guile prompt to appear.  Once the
1062 guile prompt appears, the LilyPond active module must be set as the
1063 current guile module:
1064
1065 @example
1066 guile> (set-current-module lilypond-module)
1067 @end example
1068
1069 You can demonstrate these commands are operating properly by typing the name
1070 of a LilyPond public scheme function to check it has been defined:
1071
1072 @example
1073 guile> fret-diagram-verbose-markup
1074 #<procedure fret-diagram-verbose-markup (layout props marking-list)>
1075 @end example
1076
1077 If the LilyPond module has not been correctly loaded, an error
1078 message will be generated:
1079
1080 @example
1081 guile> fret-diagram-verbose-markup
1082 ERROR: Unbound variable: fret-diagram-verbose-markup
1083 ABORT: (unbound-variable)
1084 @end example
1085
1086 Once the module is properly loaded, any valid LilyPond Scheme
1087 expression can be entered at the interactive prompt.
1088
1089 After the investigation is complete, the interactive guile
1090 interpreter can be exited:
1091
1092 @example
1093 guile> (quit)
1094 @end example
1095
1096 The compilation of the @file{.ly} file will then continue.
1097
1098 @subheading Using the Guile debugger
1099
1100 To set breakpoints and/or enable tracing in Scheme functions, put
1101
1102 @example
1103 \include "guile-debugger.ly"
1104 @end example
1105
1106 in your input file after any scheme procedures you have defined in
1107 that file.  This will invoke the Guile command-line after having set
1108 up the environment for the debug command-line.  When your input file
1109 is processed, a guile prompt will be displayed.  You may now enter
1110 commands to set up breakpoints and enable tracing by the Guile debugger.
1111
1112 @subheading Using breakpoints
1113
1114 At the guile prompt, you can set breakpoints with
1115 the @code{set-break!} procedure:
1116
1117 @example
1118 guile> (set-break! my-scheme-procedure)
1119 @end example
1120
1121 Once you have set the desired breakpoints, you exit the guile repl frame
1122 by typing:
1123
1124 @example
1125 guile> (quit)
1126 @end example
1127
1128 Then, when one of the scheme routines for which you have set
1129 breakpoints is entered, guile will interrupt execution in a debug
1130 frame.  At this point you will have access to Guile debugging
1131 commands.  For a listing of these commands, type:
1132
1133 @example
1134 debug> help
1135 @end example
1136
1137 Alternatively you may code the breakpoints in your LilyPond source
1138 file using a command such as:
1139
1140 @example
1141 #(set-break! my-scheme-procedure)
1142 @end example
1143
1144 immediately after the @code{\include} statement.  In this case the
1145 breakpoint will be set straight after you enter the @code{(quit)}
1146 command at the guile prompt.
1147
1148 Embedding breakpoint commands like this is particularly useful if
1149 you want to look at how the Scheme procedures in the @file{.scm}
1150 files supplied with LilyPond work.  To do this, edit the file in
1151 the relevant directory to add this line near the top:
1152
1153 @example
1154 (use-modules (scm guile-debugger))
1155 @end example
1156
1157 Now you can set a breakpoint after the procedure you are interested
1158 in has been declared.  For example, if you are working on routines
1159 called by @var{print-book-with} in @file{lily-library.scm}:
1160
1161 @example
1162 (define (print-book-with book process-procedure)
1163   (let* ((paper (ly:parser-lookup '$defaultpaper))
1164          (layout (ly:parser-lookup '$defaultlayout))
1165          (outfile-name (get-outfile-name book)))
1166     (process-procedure book paper layout outfile-name)))
1167
1168 (define-public (print-book-with-defaults book)
1169   (print-book-with book ly:book-process))
1170
1171 (define-public (print-book-with-defaults-as-systems book)
1172   (print-book-with book ly:book-process-to-systems))
1173 @end example
1174
1175 At this point in the code you could add this to set a breakpoint at
1176 print-book-with:
1177
1178 @example
1179 (set-break! print-book-with)
1180 @end example
1181
1182 @subheading Tracing procedure calls and evaluator steps
1183
1184 Two forms of trace are available:
1185
1186 @example
1187 (set-trace-call! my-scheme-procedure)
1188 @end example
1189
1190 and
1191
1192 @example
1193 (set-trace-subtree! my-scheme-procedure)
1194 @end example
1195
1196 @code{set-trace-call!} causes Scheme to log a line to the standard
1197 output to show when the procedure is called and when it exits.
1198
1199 @code{set-trace-subtree!} traces every step the Scheme evaluator
1200 performs in evaluating the procedure.
1201
1202 @node Tracing object relationships
1203 @section Tracing object relationships
1204
1205 Understanding the LilyPond source often boils down to figuring out what
1206 is happening to the Grobs.  Where (and why) are they being created,
1207 modified and destroyed? Tracing Lily through a debugger in order to
1208 identify these relationships can be time-consuming and tedious.
1209
1210 In order to simplify this process, a facility has been added to
1211 display the grobs that are created and the properties that are set
1212 and modified.  Although it can be complex to get set up, once set up
1213 it easily provides detailed information about the life of grobs
1214 in the form of a network graph.
1215
1216 Each of the steps necessary to use the graphviz utility
1217 is described below.
1218
1219 @enumerate
1220
1221 @item Installing graphviz
1222
1223 In order to create the graph of the object relationships, it is
1224 first necessary to install Graphviz.  Graphviz is available for a
1225 number of different platforms:
1226
1227 @example
1228 @uref{http://www.graphviz.org/Download..php}
1229 @end example
1230
1231 @item Modifying config.make
1232
1233 In order for the Graphviz tool to work, config.make must be modified.
1234 It is probably a good idea to first save a copy of config.make under
1235 a different name.
1236
1237 In order to have the required functionality available, LilyPond
1238 needs to be compiled with the option @option{-DDEBUG}.  You can
1239 achieve this by configuring with
1240
1241 @example
1242 ./configure --enable-checking
1243 @end example
1244
1245 @item Rebuilding LilyPond
1246
1247 The executable code of LilyPond must be rebuilt from scratch:
1248
1249 @example
1250 make clean && make
1251 @end example
1252
1253 @item Create a graphviz-compatible @file{.ly} file
1254
1255 In order to use the graphviz utility, the @file{.ly} file must include
1256 @file{ly/graphviz-init.ly}, and should then specify the
1257 grobs and symbols that should be tracked.  An example of this
1258 is found in @file{input/regression/graphviz.ly}.
1259
1260 @item Run LilyPond with output sent to a log file
1261
1262 The Graphviz data is sent to stderr by LilyPond, so it is
1263 necessary to redirect stderr to a logfile:
1264
1265 @example
1266 lilypond graphviz.ly 2> graphviz.log
1267 @end example
1268
1269 @item Edit the logfile
1270
1271 The logfile has standard LilyPond output, as well as the Graphviz
1272 output data.  Delete everything from the beginning of the file
1273 up to but not including the first occurrence of @code{digraph}.
1274
1275 Also, delete the final LilyPond message about success from the end
1276 of the file.
1277
1278 @item Process the logfile with @code{dot}
1279
1280 The directed graph is created from the log file with the program
1281 @code{dot}:
1282
1283 @example
1284 dot -Tpdf graphviz.log > graphviz.pdf
1285 @end example
1286
1287 @end enumerate
1288
1289 The pdf file can then be viewed with any pdf viewer.
1290
1291 When compiled with @option{-DDEBUG}, LilyPond may run slower
1292 than normal.  The original configuration can be restored by rerunning
1293 @code{./configure} with @option{--disable-checking}.  Then
1294 rebuild LilyPond with
1295
1296 @example
1297 make clean && make
1298 @end example
1299
1300
1301 @node Adding or modifying features
1302 @section Adding or modifying features
1303
1304 When a new feature is to be added to LilyPond, it is necessary to
1305 ensure that the feature is properly integrated to maintain
1306 its long-term support.  This section describes the steps necessary
1307 for feature addition and modification.
1308
1309
1310 @menu
1311 * Write the code::
1312 * Write regression tests::
1313 * Write convert-ly rule::
1314 * Automatically update documentation::
1315 * Manually update documentation::
1316 * Edit changes.tely::
1317 * Verify successful build::
1318 * Verify regression tests::
1319 * Post patch for comments::
1320 * Push patch::
1321 * Closing the issues::
1322 @end menu
1323
1324 @node Write the code
1325 @subsection Write the code
1326
1327 You should probably create a new git branch for writing the code, as that
1328 will separate it from the master branch and allow you to continue
1329 to work on small projects related to master.
1330
1331 Please be sure to follow the rules for programming style discussed
1332 earlier in this chapter.
1333
1334
1335 @node Write regression tests
1336 @subsection Write regression tests
1337
1338 In order to demonstrate that the code works properly, you will
1339 need to write one or more regression tests.  These tests are
1340 typically @file{.ly} files that are found in @file{input/regression}.
1341
1342 Regression tests should be as brief as possible to demonstrate the
1343 functionality of the code.
1344
1345 Regression tests should generally cover one issue per test.  Several
1346 short, single-issue regression tests are preferred to a single, long,
1347 multiple-issue regression test.
1348
1349 If the change in the output is small or easy to overlook, use bigger
1350 staff size -- 40 or more (up to 100 in extreme cases).  Size 30 means
1351 "pay extra attention to details in general".
1352
1353 Use existing regression tests as templates to demonstrate the type of
1354 header information that should be included in a regression test.
1355
1356
1357 @node Write convert-ly rule
1358 @subsection Write convert-ly rule
1359
1360 If the modification changes the input syntax, a convert-ly rule
1361 should be written to automatically update input files from older
1362 versions.
1363
1364 convert-ly rules are found in python/convertrules.py
1365
1366 If possible, the convert-ly rule should allow automatic updating
1367 of the file.  In some cases, this will not be possible, so the
1368 rule will simply point out to the user that the feature needs
1369 manual correction.
1370
1371 @subsubheading Updating version numbers
1372
1373 If a development release occurs between you writing your patch and
1374 having it approved+pushed, you will need to update the version
1375 numbers in your tree.  This can be done with:
1376
1377 @example
1378 scripts/auxiliar/update-patch-version old.version.number new.version.number
1379 @end example
1380
1381 It will change all files in git, so use with caution and examine
1382 the resulting diff.
1383
1384
1385 @node Automatically update documentation
1386 @subsection Automatically update documentation
1387
1388 @command{convert-ly} should be used to update the documentation,
1389 the snippets, and the regression tests.  This not only makes the
1390 necessary syntax changes, it also tests the @command{convert-ly}
1391 rules.
1392
1393 The automatic updating is performed by moving to the top-level
1394 source directory, then running:
1395
1396 @example
1397 scripts/auxiliar/update-with-convert-ly.sh
1398 @end example
1399
1400 If you did an out-of-tree build, pass in the relative path:
1401
1402 @example
1403 LILYPOND_BUILD_DIR=../build-lilypond/ scripts/auxiliar/update-with-convert-ly.sh
1404 @end example
1405
1406
1407 @node Manually update documentation
1408 @subsection Manually update documentation
1409
1410 Where the convert-ly rule is not able to automatically update the inline
1411 LilyPond code in the documentation (i.e. if a NOT_SMART rule is used), the
1412 documentation must be manually updated.  The inline snippets that require
1413 changing must be changed in the English version of the docs and all
1414 translated versions.  If the inline code is not changed in the
1415 translated documentation, the old snippets will show up in the
1416 English version of the documentation.
1417
1418 Where the convert-ly rule is not able to automatically update snippets
1419 in Documentation/snippets/, those snippets must be manually updated.
1420 Those snippets should be copied to Documentation/snippets/new.  The
1421 comments at the top of the snippet describing its automatic generation
1422 should be removed.  All translated texidoc strings should be removed.
1423 The comment @qq{% begin verbatim} should be removed.  The syntax of
1424 the snippet should then be manually edited.
1425
1426 Where snippets in Documentation/snippets are made obsolete, the snippet
1427 should be copied to Documentation/snippets/new.  The comments and
1428 texidoc strings should be removed as described above.  Then the body
1429 of the snippet should be changed to:
1430
1431 @example
1432 \markup @{
1433   This snippet is deprecated as of version X.Y.Z and
1434   will be removed from the documentation.
1435 @}
1436 @end example
1437
1438 @noindent
1439 where X.Y.Z is the version number for which the convert-ly rule was
1440 written.
1441
1442 Update the snippet files by running:
1443
1444 @example
1445 scripts/auxiliar/makelsr.py
1446 @end example
1447
1448 Where the convert-ly rule is not able to automatically update regression
1449 tests, the regression tests in input/regression should be manually
1450 edited.
1451
1452 Although it is not required, it is helpful if the developer
1453 can write relevant material for inclusion in the Notation
1454 Reference.  If the developer does not feel qualified to write
1455 the documentation, a documentation editor will be able to
1456 write it from the regression tests.  In this case the developer
1457 should raise a new issue with the Type=Documentation tag containing
1458 a reference to the original issue number and/or the committish of
1459 the pushed patch so that the need for new documention is not
1460 overlooked.
1461
1462 Any text that is added to or removed from the documentation should
1463 be changed only in the English version.
1464
1465
1466 @node Edit changes.tely
1467 @subsection Edit changes.tely
1468
1469 An entry should be added to Documentation/changes.tely to describe
1470 the feature changes to be implemented.  This is especially important
1471 for changes that change input file syntax.
1472
1473 Hints for changes.tely entries are given at the top of the file.
1474
1475 New entries in changes.tely go at the top of the file.
1476
1477 The changes.tely entry should be written to show how the new change
1478 improves LilyPond, if possible.
1479
1480
1481 @node Verify successful build
1482 @subsection Verify successful build
1483
1484 When the changes have been made, successful completion must be
1485 verified by doing
1486
1487 @example
1488 make all
1489 make doc
1490 @end example
1491
1492 When these commands complete without error, the patch is
1493 considered to function successfully.
1494
1495 Developers on Windows who are unable to build LilyPond should
1496 get help from a GNU/Linux or OSX developer to do the make tests.
1497
1498
1499 @node Verify regression tests
1500 @subsection Verify regression tests
1501
1502 In order to avoid breaking LilyPond, it is important to verify that
1503 the regression tests succeed, and that no unwanted changes are
1504 introduced into the output.  This process is described in
1505 @ref{Regtest comparison}.
1506
1507 @subheading Typical developer's edit/compile/test cycle
1508
1509 @itemize
1510 @item
1511 Initial test:
1512
1513 @example
1514 make [-j@var{X}]
1515 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] test-baseline
1516 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] check
1517 @end example
1518
1519 @item
1520 Edit/compile/test cycle:
1521
1522 @example
1523 @emph{## edit source files, then...}
1524
1525 make clean                       @emph{## only if needed (see below)}
1526 make [-j@var{X}]                       @emph{## only if needed (see below)}
1527 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] test-redo @emph{## redo files differing from baseline}
1528 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] check
1529 @end example
1530
1531 @item
1532 Reset:
1533
1534 @example
1535 make test-clean
1536 @end example
1537 @end itemize
1538
1539 If you modify any source files that have to be compiled (such as
1540 @file{.cc} or @file{.hh} files in @file{flower/} or @file{lily/}),
1541 then you must run @command{make} before @command{make test-redo},
1542 so @command{make} can compile the modified files and relink all
1543 the object files.  If you only modify files which are interpreted,
1544 like those in the @file{scm/} and @file{ly/} directories, then
1545 @command{make} is not needed before @command{make test-redo}.
1546
1547 Also, if you modify any font definitions in the @file{mf/}
1548 directory then you must run @command{make clean} and
1549 @command{make} before running @command{make test-redo}.  This will
1550 recompile everything, whether modified or not, and takes a lot
1551 longer.
1552
1553 Running @command{make@tie{}check} will leave an HTML page
1554 @file{out/test-results/index.html}.  This page shows all the
1555 important differences that your change introduced, whether in the
1556 layout, MIDI, performance or error reporting.
1557
1558 You only need to use @command{make test-clean} to start from
1559 scratch, prior to running @command{make@tie{}test-baseline}. To
1560 check new modifications, all that is needed is to repeat
1561 @command{make@tie{}test-redo} and @command{make@tie{}test-check}
1562 (not forgetting @command{make} if needed).
1563
1564
1565
1566
1567 @node Post patch for comments
1568 @subsection Post patch for comments
1569
1570 See @ref{Uploading a patch for review}.
1571
1572
1573 @node Push patch
1574 @subsection Push patch
1575
1576 Once all the comments have been addressed, the patch can be pushed.
1577
1578 If the author has push privileges, the author will push the patch.
1579 Otherwise, a developer with push privileges will push the patch.
1580
1581
1582 @node Closing the issues
1583 @subsection Closing the issues
1584
1585 Once the patch has been pushed, all the relevant issues should be
1586 closed.
1587
1588 On Rietveld, the author should log in and close the issue either by
1589 using the @q{Edit Issue} link, or by clicking the circled x icon
1590 to the left of the issue name.
1591
1592 If the changes were in response to a feature request on the Google
1593 issue tracker for LilyPond, the author should change the status to
1594 Fixed and a tag @q{fixed_x_y_z} should be added, where the patch was
1595 fixed in version x.y.z.  If
1596 the author does not have privileges to change the status, an email
1597 should be sent to bug-lilypond requesting the BugMeister to change
1598 the status.
1599
1600
1601 @node Iterator tutorial
1602 @section Iterator tutorial
1603
1604 TODO -- this is a placeholder for a tutorial on iterators
1605
1606 Iterators are routines written in C++ that process music expressions
1607 and sent the music events to the appropriate engravers and/or
1608 performers.
1609
1610 See a short example discussing iterators and their duties in
1611 @ref{Articulations on EventChord}.
1612
1613
1614 @node Engraver tutorial
1615 @section Engraver tutorial
1616
1617 Engravers are C++ classes that catch music events and
1618 create the appropriate grobs for display on the page.  Though the
1619 majority of engravers are responsible for the creation of a single grob,
1620 in some cases (e.g. @code{New_fingering_engraver}), several different grobs
1621 may be created.
1622
1623 Engravers listen for events and acknowledge grobs.  Events are passed to
1624 the engraver in time-step order during the iteration phase.  Grobs are
1625 made available to the engraver when they are created by other engravers
1626 during the iteration phase.
1627
1628
1629 @menu
1630 * Useful methods for information processing::
1631 * Translation process::
1632 * Preventing garbage collection for SCM member variables::
1633 * Listening to music events::
1634 * Acknowledging grobs::
1635 * Engraver declaration/documentation::
1636 @end menu
1637
1638 @node Useful methods for information processing
1639 @subsection Useful methods for information processing
1640
1641 An engraver inherits the following public methods from the Translator
1642 base class, which can be used to process listened events and acknowledged
1643 grobs:
1644
1645 @itemize
1646 @item @code{virtual void initialize ()}
1647 @item @code{void start_translation_timestep ()}
1648 @item @code{void process_music ()}
1649 @item @code{void process_acknowledged ()}
1650 @item @code{void stop_translation_timestep ()}
1651 @item @code{virtual void finalize ()}
1652 @end itemize
1653
1654 These methods are listed in order of translation time, with
1655 @code{initialize ()} and @code{finalize ()} bookending the whole
1656 process.  @code{initialize ()} can be used for one-time initialization
1657 of context properties before translation starts, whereas
1658 @code{finalize ()} is often used to tie up loose ends at the end of
1659 translation: for example, an unterminated spanner might be completed
1660 automatically or reported with a warning message.
1661
1662
1663 @node Translation process
1664 @subsection Translation process
1665
1666 At each timestep in the music, translation proceeds by calling the
1667 following methods in turn:
1668
1669 @code{start_translation_timestep ()} is called before any user
1670 information enters the translators, i.e., no property operations
1671 (\set, \override, etc.) or events have been processed yet.
1672
1673 @code{process_music ()} and @code{process_acknowledged ()} are called
1674 after all events in the current time step have been heard, or all
1675 grobs in the current time step have been acknowledged.  The latter
1676 tends to be used exclusively with engravers which only acknowledge
1677 grobs, whereas the former is the default method for main processing
1678 within engravers.
1679
1680 @code{stop_translation_timestep ()} is called after all user
1681 information has been processed prior to beginning the translation for
1682 the next timestep.
1683
1684
1685 @node Preventing garbage collection for SCM member variables
1686 @subsection Preventing garbage collection for SCM member variables
1687
1688 In certain cases, an engraver might need to ensure private Scheme
1689 variables (with type SCM) do not get swept away by Guile's garbage
1690 collector: for example, a cache of the previous key signature which
1691 must persist between timesteps.  The method
1692 @code{virtual derived_mark () const} can be used in such cases:
1693
1694 @example
1695 Engraver_name::derived_mark ()
1696 @{
1697   scm_gc_mark (private_scm_member_)
1698 @}
1699 @end example
1700
1701
1702 @node Listening to music events
1703 @subsection Listening to music events
1704
1705 External interfaces to the engraver are implemented by protected
1706 macros including one or more of the following:
1707
1708 @itemize
1709 @item @code{DECLARE_TRANSLATOR_LISTENER (event_name)}
1710 @item @code{IMPLEMENT_TRANSLATOR_LISTENER (Engraver_name, event_name)}
1711 @end itemize
1712
1713 @noindent
1714 where @var{event_name} is the type of event required to provide the
1715 input the engraver needs and @var{Engraver_name} is the name of the
1716 engraver.
1717
1718 Following declaration of a listener, the method is implemented as follows:
1719
1720 @example
1721 IMPLEMENT_TRANSLATOR_LISTENER (Engraver_name, event_name)
1722 void
1723 Engraver_name::listen_event_name (Stream event *event)
1724 @{
1725   ...body of listener method...
1726 @}
1727 @end example
1728
1729
1730 @node Acknowledging grobs
1731 @subsection Acknowledging grobs
1732
1733 Some engravers also need information from grobs as they are created
1734 and as they terminate.  The mechanism and methods to obtain this
1735 information are set up by the macros:
1736
1737 @itemize
1738 @item @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (grob_interface)}
1739 @item @code{DECLARE_END_ACKNOWLEDGER (grob_interface)}
1740 @end itemize
1741
1742 where @var{grob_interface} is an interface supported by the
1743 grob(s) which should be acknowledged.  For example, the following
1744 code would declare acknowledgers for a @code{NoteHead} grob (via the
1745 @code{note-head-interface}) and any grobs which support the
1746 @code{side-position-interface}:
1747
1748 @example
1749 DECLARE_ACKNOWLEDGER (note_head)
1750 DECLARE_ACKNOWLEDGER (side_position)
1751 @end example
1752
1753 The @code{DECLARE_END_ACKNOWLEDGER ()} macro sets up a spanner-specific
1754 acknowledger which will be called whenever a spanner ends.
1755
1756 Following declaration of an acknowledger, the method is coded as follows:
1757
1758 @example
1759 void
1760 Engraver_name::acknowledge_interface_name (Grob_info info)
1761 @{
1762   ...body of acknowledger method...
1763 @}
1764 @end example
1765
1766 Acknowledge functions are called in the order engravers are
1767 @code{\consist}-ed (the only exception is if you set
1768 @code{must-be-last} to @code{#t}).
1769
1770 There will always be a call to @code{process-acknowledged ()} whenever
1771 grobs have been created, and @emph{reading} stuff from grobs should be
1772 delayed until then since other acknowledgers might @emph{write} stuff
1773 into a grob even after your acknowledger has been called.  So the basic
1774 workflow is to use the various acknowledgers to @emph{record} the grobs
1775 you are interested in and @emph{write} stuff into them (or do read/write
1776 stuff that more or less is accumulative and/or really unrelated to other
1777 engravers), and then use the @code{process-acknowledged ()} hook for
1778 processing (including @emph{reading}) the grobs you had recorded.
1779
1780 You can create new grobs in @code{process-acknowledged ()}.  That will lead
1781 to a new cycle of @code{acknowledger ()} calls followed by a new cycle of
1782 @code{process-acknowledged ()} calls.
1783
1784 Only when all those cycles are over is @code{stop-translator-timestep ()}
1785 called, and then creating grobs is no longer an option.  You can still
1786 @q{process} parts of the grob there (if that means just reading out
1787 properties and possibly setting context properties based on them) but
1788 @code{stop-translation-timestep ()} is a cleanup hook, and other engravers
1789 might have already cleaned up stuff you might have wanted to use.
1790 Creating grobs in there is not possible since engravers and other code may
1791 no longer be in a state where they could process them, possibly causing
1792 a crash.
1793
1794
1795 @node Engraver declaration/documentation
1796 @subsection Engraver declaration/documentation
1797
1798 An engraver must have a public macro
1799
1800 @itemize
1801 @item @code{TRANSLATOR_DECLARATIONS (Engraver_name)}
1802 @end itemize
1803
1804 @noindent
1805 where @code{Engraver_name} is the name of the engraver.  This
1806 defines the common variables and methods used by every engraver.
1807
1808 At the end of the engraver file, one or both of the following
1809 macros are generally called to document the engraver in the
1810 Internals Reference:
1811
1812 @itemize
1813 @item @code{ADD_ACKNOWLEDGER (Engraver_name, grob_interface)}
1814 @item @code{ADD_TRANSLATOR (Engraver_name, Engraver_doc,
1815     Engraver_creates, Engraver_reads, Engraver_writes)}
1816 @end itemize
1817
1818 @noindent
1819 where @code{Engraver_name} is the name of the engraver, @code{grob_interface}
1820 is the name of the interface that will be acknowledged,
1821 @code{Engraver_doc} is a docstring for the engraver,
1822 @code{Engraver_creates} is the set of grobs created by the engraver,
1823 @code{Engraver_reads} is the set of properties read by the engraver,
1824 and @code{Engraver_writes} is the set of properties written by
1825 the engraver.
1826
1827 The @code{ADD_ACKNOWLEDGER} and @code{ADD_TRANSLATOR} macros use a
1828 non-standard indentation system.  Each interface, grob, read property,
1829 and write property is on its own line, and the closing parenthesis
1830 and semicolon for the macro all occupy a separate line beneath the final
1831 interface or write property.  See existing engraver files for more
1832 information.
1833
1834
1835 @node Callback tutorial
1836 @section Callback tutorial
1837
1838 TODO -- This is a placeholder for a tutorial on callback functions.
1839
1840
1841 @node Understanding pure properties
1842 @section Understanding pure properties
1843
1844 @menu
1845 * Purity in LilyPond::
1846 * Writing a pure function::
1847 * How purity is defined and stored::
1848 * Where purity is used::
1849 * Case studies::
1850 * Debugging tips::
1851 @end menu
1852
1853 Pure properties are some of the most difficult properties to understand
1854 in LilyPond but, once understood, it is much easier to work with
1855 horizontal spacing.  This document provides an overview of what it means
1856 for something to be @q{pure} in LilyPond, what this purity guarantees,
1857 and where pure properties are stored and used.  It finishes by
1858 discussing a few case studies for the pure programmer to save you some
1859 time and to prevent you some major headaches.
1860
1861
1862 @node Purity in LilyPond
1863 @subsection Purity in LilyPond
1864 Pure properties in LilyPond are properties that do not have any
1865 @q{side effects}.
1866 That is, looking up a pure property should never result in calls to the
1867 following functions:
1868 @itemize
1869 @item @code{set_property}
1870 @item @code{set_object}
1871 @item @code{suicide}
1872 @end itemize
1873 This means that, if the property is calculated via a callback, this callback
1874 must not only avoid the functions above but make sure that any functions
1875 it calls also avoid the functions above.  Also, to date in LilyPond, a pure
1876 function will always return the same value before line breaking (or, more
1877 precisely, before any version of @code{break_into_pieces} is called).  This
1878 convention makes it possible to cache pure functions and be more flexible
1879 about the order in which functions are called. For example; Stem #'length has
1880 a pure property that will @emph{never} trigger one of the functions listed
1881 above and will @emph{always} return the same value before line breaking,
1882 independent of where it is called.  Sometimes, this will be the actual length
1883 of the Stem.  But sometimes it will not.  For example; stem that links up
1884 with a beam will need its end set to the Y position of the beam at the stem's
1885 X position.  However, the beam's Y positions can only be known after the score
1886 is broken up in to several systems (a beam that has a shallow slope on a
1887 compressed line of music, for example, may have a steeper one on an
1888 uncompressed line).  Thus, we only call the impure version of the properties
1889 once we are @emph{absolutely certain} that all of the parameters needed to
1890 calculate their final value have been calculated.  The pure version provides a
1891 useful estimate of what this Stem length (or any property) will be, and
1892 the art of creating good pure properties is trying to get the estimation
1893 as close to the actual value as possible.
1894
1895 Of course, like Gregory Peck and Tintin, some Grobs will have properties
1896 that will always be pure.  For example, the height of a note-head in
1897 not-crazy music will never depend on line breaking or other parameters
1898 decided late in the typesetting process.  Inversely, in rare cases,
1899 certain properties are difficult to estimate with pure values.  For
1900 example, the height of a Hairpin at a certain cross-section of its
1901 horizontal span is difficult to know without knowing the horizontal
1902 distance that the hairpin spans, and LilyPond provides an
1903 over-estimation by reporting the pure height as the entire height of the
1904 Hairpin.
1905
1906 Purity, like for those living in a convent, is more like a contract than
1907 an @emph{a priori}.  If you write a pure-function, you are promising
1908 the user (and the developer who may have to clean up after you) that
1909 your function will not be dependent on factors that change at different
1910 stages of the compilation process (compilation of a score, not of
1911 LilyPond).
1912
1913 One last oddity is that purity, in LilyPond, is currently limited
1914 exclusively to things that have to do with Y-extent and positioning.
1915 There is no concept of @q{pure X} as, by design, X is always the
1916 independent variable (i.e. from column X1 to column X2, what will be the
1917 Y height of a given grob).  Furthermore, there is no purity for
1918 properties like color, text, and other things for which a meaningful notion
1919 of estimation is either not necessary or has not yet been found.  For example,
1920 even if a color were susceptible to change at different points of the
1921 compilation process, it is not clear what a pure estimate of this color
1922 would be or how this pure color could be used.  Thus, in this document and
1923 in the source, you will see purity discussed almost interchangeably with
1924 Y-axis positioning issues.
1925
1926
1927 @node Writing a pure function
1928 @subsection Writing a pure function
1929 Pure functions take, at a minimum, three arguments: the @var{grob}, the
1930 starting column at which the function is being evaluated (hereafter
1931 referred to as @var{start}), and the end column at which the grob is
1932 being evaluated (hereafter referred to as @var{end}).  For items,
1933 @var{start} and @var{end} must be provided (meaning they are not optional)
1934 but will not have a meaningful impact on the result, as items only occupy
1935 one column and will thus yield a value or not (if they are not in the range
1936 from @var{start} to @var{end}).  For spanners however, @var{start} and
1937 @var{end} are important, as we may can get a better pure estimation of a
1938 slice of the spanner than considering it on the whole.  This is useful
1939 during line breaking, for example, when we want to estimate the Y-extent
1940 of a spanner broken at given starting and ending columns.
1941
1942
1943 @node How purity is defined and stored
1944 @subsection How purity is defined and stored
1945 Purity is defined in LilyPond with the creation of an unpure-pure container
1946 (unpure is not a word, but hey, neither was LilyPond until the 90s).  For example:
1947
1948 @example
1949 #(define (foo grob)
1950   '(-1 . 1))
1951
1952 #(define (bar grob start end)
1953   '(-2 . 2))
1954
1955 \override Stem #'length = #(ly:make-unpure-pure-container foo bar)
1956 @end example
1957
1958 Note that items can only ever have two pure heights: their actual pure height
1959 if they are between @q{start} and @q{end}, or an empty interval if they are
1960 not.  Thus, their pure property is cached to speed LilyPond up.  Pure
1961 heights for spanners are generally not cached as they change depending
1962 on the start and end values.  They are only cached in certain particular
1963 cases.  Before writing a lot of caching code, make sure that it is a
1964 value that will be reused a lot.
1965
1966
1967 @node Where purity is used
1968 @subsection Where purity is used
1969 Pure Y values must be used in any functions that are called before
1970 line breaking.  Examples of this can be seen in
1971 @code{Separation_items::boxes} to construct horizontal skylines and in
1972 @code{Note_spacing::stem_dir_correction} to correct for optical
1973 illusions in spacing.  Pure properties are also used in the calculation
1974 of other pure properties.  For example, the @code{Axis_group_interface}
1975 has pure functions that look up other pure functions.
1976
1977 Purity is also implicitly used in any functions that should only ever
1978 return pure values.  For example, extra-spacing-height is only ever used
1979 before line-breaking and thus should never use values that would only be
1980 available after line breaking.  In this case, there is no need to create
1981 callbacks with pure equivalents because these functions, by design, need
1982 to be pure.
1983
1984 To know if a property will be called before and/or after line-breaking
1985 is sometimes tricky and can, like all things in coding, be found by
1986 using a debugger and/or adding @var{printf} statements to see where they
1987 are called in various circumstances.
1988
1989
1990 @node Case studies
1991 @subsection Case studies
1992 In each of these case studies, we expose a problem in pure properties, a
1993 solution, and the pros and cons of this solution.
1994
1995 @subheading Time signatures
1996 A time signature needs to prevent accidentals from passing over or under
1997 it, but its extent does not necessarily extend to the Y-position of
1998 accidentals.  LilyPond's horizontal spacing sometimes makes a line of
1999 music compact and, when doing so, allows certain columns to pass over
2000 each other if they will not collide.  This type of passing over is not
2001 desirable with time signatures in traditional engraving.  But how do we
2002 know if this passing over will happen before line breaking, as we are
2003 not sure what the X positions will be?  We need a pure estimation of how
2004 much extra spacing height the time signatures would need to prevent this
2005 form of passing over without making this height so large as to
2006 overly-distort the Y-extent of an system, which could result in a very
2007 @q{loose} looking score with lots of horizontal space between columns.
2008 So, to approximate this extra spacing height, we use the Y-extent of a
2009 time signature's next-door-neighbor grobs via the pure-from-neighbor
2010 interface.
2011
2012 @itemize
2013 @item pros: By extending the extra spacing height of a time signature to
2014 that of its next-door-neighbors, we make sure that grobs to the right of
2015 it that could pass above or below it do not.
2016
2017 @item cons: This over-estimation of the vertical height could prevent
2018 snug vertical spacing of systems, as the system will be registered as
2019 being taller at the point of the time signature than it actually is.
2020 This approach can be used for clefs and bar lines as well.
2021 @end itemize
2022
2023 @subheading Stems
2024 As described above, Stems need pure height approximations when they are
2025 beamed, as we do not know the beam positions before line breaking.  To
2026 estimate this pure height, we take all the stems in a beam and find
2027 their pure heights as if they were not beamed.  Then, we find the union
2028 of all these pure heights and take the intersection between this
2029 interval (which is large) and an interval going from the note-head of a
2030 stem to infinity in the direction of the stem so that the interval stops
2031 at the note head.
2032
2033 @itemize
2034 @item pros: This is guaranteed to be at least as long as the beamed
2035 stem, as a beamed stem will never go over the ideal length of the
2036 extremal beam of a stem.
2037
2038 @item cons: Certain stems will be estimated as being too long, which
2039 leads to the same problem of too-much-vertical-height as described
2040 above.
2041
2042 @end itemize
2043
2044
2045 @node Debugging tips
2046 @subsection Debugging tips
2047 A few questions to ask yourself when working with pure properties:
2048
2049 @itemize
2050 @item Is the property really pure?  Are you sure that its value could
2051 not be changed later in the compiling process due to other changes?
2052
2053 @item Can the property be made to correspond even more exactly with the
2054 eventual impure property?
2055
2056 @item For a spanner, is the pure property changing correctly depending
2057 on the starting and ending points of the spanner?
2058
2059 @item For an Item, will the item's pure height need to act in horizontal
2060 spacing but not in vertical spacing?  If so, use extra-spacing-height
2061 instead of pure height.
2062
2063 @end itemize
2064
2065
2066 @node LilyPond scoping
2067 @section LilyPond scoping
2068
2069 The LilyPond language has a concept of scoping, i.e. you can do:
2070
2071 @example
2072 foo = 1
2073
2074 #(begin
2075    (display (+ foo 2)))
2076 @end example
2077
2078 @noindent with @code{\paper}, @code{\midi} and @code{\header} being
2079 nested scope inside the @file{.ly} file-level scope.  @w{@code{foo = 1}}
2080 is translated in to a scheme variable definition.
2081
2082 This implemented using modules, with each scope being an anonymous
2083 module that imports its enclosing scope's module.
2084
2085 LilyPond's core, loaded from @file{.scm} files, is usually placed in the
2086 @code{lily} module, outside the @file{.ly} level.  In the case of
2087
2088 @example
2089 lilypond a.ly b.ly
2090 @end example
2091
2092 @noindent
2093 we want to reuse the built-in definitions, without changes effected in
2094 user-level @file{a.ly} leaking into the processing of @file{b.ly}.
2095
2096 The user-accessible definition commands have to take care to avoid
2097 memory leaks that could occur when running multiple files.  All
2098 information belonging to user-defined commands and markups is stored in
2099 a manner that allows it to be garbage-collected when the module is
2100 dispersed, either by being stored module-locally, or in weak hash
2101 tables.
2102
2103
2104 @node Scheme->C interface
2105 @section Scheme->C interface
2106
2107 Most of the C functions interfacing with Guile/Scheme used in LilyPond
2108 are described in the API Reference of the
2109 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html,
2110 GUILE Reference Manual}.
2111
2112 The remaining functions are defined in @file{lily/lily-guile.cc},
2113 @file{lily/include/lily-guile.hh} and
2114 @file{lily/include/lily-guile-macros.hh}.
2115 Although their names are meaningful there's a few things you should know
2116 about them.
2117
2118 @menu
2119 * Comparison::
2120 * Conversion::
2121 @end menu
2122
2123 @node Comparison
2124 @subsection Comparison
2125
2126 This is the trickiest part of the interface.
2127
2128 Mixing Scheme values with C comparison operators won't produce any crash
2129 or warning when compiling but must be avoided:
2130
2131 @example
2132 scm_string_p (scm_value) == SCM_BOOL_T
2133 @end example
2134
2135 As we can read in the reference, @code{scm_string_p} returns a Scheme
2136 value: either @code{#t} or @code{#f} which are written @code{SCM_BOOL_T}
2137 and @code{SCM_BOOL_F} in C.  This will work, but it is not following
2138 to the API guidelines.  For further information, read this discussion:
2139
2140 @smallexample
2141 @uref{http://lists.gnu.org/archive/html/lilypond-devel/2011-08/msg00646.html}
2142 @end smallexample
2143
2144 There are functions in the Guile reference that returns C values
2145 instead of Scheme values.  In our example, a function called
2146 @code{scm_is_string} (described after @code{string?} and @code{scm_string_p})
2147 returns the C value 0 or 1.
2148
2149 So the best solution was simply:
2150
2151 @example
2152 scm_is_string (scm_value)
2153 @end example
2154
2155 There a simple solution for almost every common comparison.  Another example:
2156 we want to know if a Scheme value is a non-empty list.  Instead of:
2157
2158 @example
2159 (scm_is_true (scm_list_p (scm_value)) && scm_value != SCM_EOL)
2160 @end example
2161
2162 one can usually use:
2163
2164 @example
2165 scm_is_pair (scm_value)
2166 @end example
2167
2168 since a list of at least one member is a pair.  This test is
2169 cheap; @code{scm_list_p} is actually quite more complex since it makes
2170 sure that its argument is neither a `dotted list' where the last pair
2171 has a non-null @code{cdr}, nor a circular list.  There are few
2172 situations where the complexity of those tests make sense.
2173
2174 Unfortunately, there is not a @code{scm_is_[something]} function for
2175 everything.  That's one of the reasons why LilyPond has its own Scheme
2176 interface.  As a rule of thumb, tests that are cheap enough to be
2177 worth inlining tend to have such a C interface.  So there is
2178 @code{scm_is_pair} but not @code{scm_is_list}, and @code{scm_is_eq}
2179 but not @code{scm_is_equal}.
2180
2181 @subheading General definitions
2182
2183 @subsubheading bool to_boolean (SCM b)
2184
2185 Return @code{true} if @var{b} is @code{SCM_BOOL_T}, else return @code{false}.
2186
2187 This should be used instead of @code{scm_is_true} and
2188 @code{scm_is_false} for properties since in LilyPond, unset properties
2189 are read as an empty list, and by convention unset Boolean properties
2190 default to false.  Since both @code{scm_is_true} and
2191 @code{scm_is_false} only compare with @code{##f} in line with what
2192 Scheme's conditionals do, they are not really useful for checking the
2193 state of a Boolean property.
2194
2195 @subsubheading bool ly_is_[something] (args)
2196
2197 Behave the same as scm_is_[something] would do if it existed.
2198
2199 @subsubheading bool is_[type] (SCM s)
2200
2201 Test whether the type of @var{s} is [type].
2202 [type] is a LilyPond-only set of values (direction, axis...).  More
2203 often than not, the code checks LilyPond specific C++-implemented
2204 types using
2205
2206 @subsubheading [Type *] unsmob<Type> (SCM s)
2207
2208 This tries converting a Scheme object to a pointer of the desired
2209 kind.  If the Scheme object is of the wrong type, a pointer value
2210 of@w{ }@code{0} is returned, making this suitable for a Boolean test.
2211
2212 @node Conversion
2213 @subsection Conversion
2214
2215 @subheading General definitions
2216
2217 @subsubheading bool to_boolean (SCM b)
2218
2219 Return @code{true} if @var{b} is @code{SCM_BOOL_T}, else return @code{false}.
2220
2221 This should be used instead of @code{scm_is_true} and @code{scm_is_false}
2222 for properties since empty lists are sometimes used to unset them.
2223
2224 @subsubheading [C type] ly_scm2[C type] (SCM s)
2225
2226 Behave the same as scm_to_[C type] would do if it existed.
2227
2228 @subsubheading [C type] robust_scm2[C type] (SCM s, [C type] d)
2229
2230 Behave the same as scm_to_[C type] would do if it existed.
2231 Return @var{d} if type verification fails.
2232
2233
2234 @node LilyPond miscellany
2235 @section LilyPond miscellany
2236
2237 This is a place to dump information that may be of use to developers
2238 but doesn't yet have a proper home.  Ideally, the length of this section
2239 would become zero as items are moved to other homes.
2240
2241
2242 @menu
2243 * Spacing algorithms::
2244 * Info from Han-Wen email::
2245 * Music functions and GUILE debugging::
2246 * Articulations on EventChord::
2247 @end menu
2248
2249 @node Spacing algorithms
2250 @subsection Spacing algorithms
2251
2252 Here is information from an email exchange about spacing algorithms.
2253
2254 On Thu, 2010-02-04 at 15:33 -0500, Boris Shingarov wrote:
2255 I am experimenting with some modifications to the line breaking code,
2256 and I am stuck trying to understand how some of it works.  So far my
2257 understanding is that Simple_spacer operates on a vector of Grobs, and
2258 it is a well-known Constrained-QP problem (rods = constraints, springs
2259 = quadratic function to minimize).  What I don't understand is, if the
2260 spacer operates at the level of Grobs, which are built at an earlier
2261 stage in the pipeline, how are the changes necessitated by differences
2262 in line breaking, taken into account?  in other words, if I take the
2263 last measure of a line and place it on the next line, it is not just a
2264 matter of literally moving that graphic to where the start of the next
2265 line is, but I also need to draw a clef, key signature, and possibly
2266 other fundamental things -- but at that stage in the rendering
2267 pipeline, is it not too late??
2268
2269 Joe Neeman answered:
2270
2271 We create lots of extra grobs (eg. a BarNumber at every bar line) but
2272 most of them are not drawn.  See the break-visibility property in
2273 item-interface.
2274
2275 Here is another e-mail exchange.  Janek WarchoÅ‚ asked for a starting point
2276 to fixing 1301 (change clef colliding with notes).  Neil Puttock replied:
2277
2278 The clef is on a loose column (it floats before the head), so the
2279 first place I'd look would be lily/spacing-loose-columns.cc (and
2280 possibly lily/spacing-determine-loose-columns.cc).
2281 I'd guess the problem is the way loose columns are spaced between
2282 other columns: in this snippet, the columns for the quaver and tuplet
2283 minim are so close together that the clef's column gets dumped on top
2284 of the quaver (since it's loose, it doesn't influence the spacing).
2285
2286 @node Info from Han-Wen email
2287 @subsection Info from Han-Wen email
2288
2289 In 2004, Douglas Linhardt decided to try starting a document that would
2290 explain LilyPond architecture and design principles.  The material below
2291 is extracted from that email, which can be found at
2292 @uref{http://thread.gmane.org/gmane.comp.gnu.lilypond.devel/2992}.
2293 The headings reflect questions from Doug or comments from Han-Wen;
2294 the body text are Han-Wen's answers.
2295
2296 @subheading Figuring out how things work.
2297
2298 I must admit that when I want to know how a program works, I use grep
2299 and emacs and dive into the source code.  The comments and the code
2300 itself are usually more revealing than technical documents.
2301
2302 @subheading What's a grob, and how is one used?
2303
2304 Graphical object - they are created from within engravers, either as
2305 Spanners (derived class) -slurs, beams- or Items (also a derived
2306 class) -notes, clefs, etc.
2307
2308 There are two other derived classes System (derived from Spanner,
2309 containing a "line of music") and Paper_column (derived from Item, it
2310 contains all items that happen at the same moment).  They are separate
2311 classes because they play a special role in the linebreaking process.
2312
2313 @subheading What's a smob, and how is one used?
2314
2315 A C(++) object that is encapsulated so it can be used as a Scheme
2316 object.  See GUILE info, "19.3 Defining New Types (Smobs)"
2317
2318 @subheading When is each C++ class constructed and used?
2319
2320 @itemize
2321
2322 @item
2323 Music classes
2324
2325 In the parser.yy see the macro calls MAKE_MUSIC_BY_NAME().
2326
2327 @item
2328 Contexts
2329
2330 Constructed during "interpreting" phase.
2331
2332 @item
2333 Engravers
2334
2335 Executive branch of Contexts, plugins that create grobs, usually one
2336 engraver per grob type.  Created  together with context.
2337
2338 @item
2339 Layout Objects
2340
2341 = grobs
2342
2343 @item
2344 Grob Interfaces
2345
2346 These are not C++ classes per se.  The idea of a Grob interface hasn't
2347 crystallized well.  ATM, an interface is a symbol, with a bunch of grob
2348 properties.  They are not objects that are created or destroyed.
2349
2350 @item
2351 Iterators
2352
2353 Objects that walk through different music classes, and deliver events
2354 in a synchronized way, so that notes that play together are processed
2355 at the same moment and (as a result) end up on the same horizontal position.
2356
2357 Created during interpreting phase.
2358
2359 BTW, the entry point for interpreting is ly:run-translator
2360 (ly_run_translator on the C++ side)
2361
2362 @end itemize
2363
2364 @subheading Can you get to Context properties from a Music object?
2365
2366 You can create music object with a Scheme function that reads context
2367 properties (the \applycontext syntax).  However, that function is
2368 executed during Interpreting, so you can not really get Context
2369 properties from Music objects, since music objects are not directly
2370 connected to Contexts.  That connection is made by the  Music_iterators
2371
2372 @subheading Can you get to Music properties from a Context object?
2373
2374 Yes, if you are given the music object within a Context
2375 object.  Normally, the music objects enter Contexts in synchronized
2376 fashion, and the synchronization is done by Music_iterators.
2377
2378 @subheading What is the relationship between C++ classes and Scheme objects?
2379
2380 Smobs are C++ objects in Scheme.  Scheme objects (lists, functions) are
2381 manipulated from C++ as well using the GUILE C function interface
2382 (prefix: scm_)
2383
2384 @subheading How do Scheme procedures get called from C++ functions?
2385
2386 scm_call_*, where * is an integer from 0 to 4.
2387 Also scm_c_eval_string (), scm_eval ()
2388
2389 @subheading How do C++ functions get called from Scheme procedures?
2390
2391 Export a C++ function to Scheme with LY_DEFINE.
2392
2393 @subheading What is the flow of control in the program?
2394
2395 Good question.  Things used to be clear-cut, but we have Scheme
2396 and SMOBs now, which means that interactions do not follow a very
2397 rigid format anymore.  See below for an overview, though.
2398
2399 @subheading Does the parser make Scheme procedure calls or C++ function calls?
2400
2401 Both.  And the Scheme calls can call C++ and vice versa.  It's nested,
2402 with the SCM datatype as lubrication between the interactions
2403
2404 (I think the word "lubrication" describes the process better than the
2405 traditional word "glue")
2406
2407 @subheading How do the front-end and back-end get started?
2408
2409 Front-end: a file is parsed, the rest follows from that.  Specifically,
2410
2411 Parsing leads to a Music + Music_output_def object (see parser.yy,
2412 definition of toplevel_expression )
2413
2414 A Music + Music_output_def object leads to a Global_context object (see
2415 ly_run_translator ())
2416
2417 During interpreting, Global_context + Music leads to a bunch of
2418 Contexts (see Global_translator::run_iterator_on_me ()).
2419
2420 After interpreting, Global_context contains a Score_context (which
2421 contains staves, lyrics etc.) as a child.  Score_context::get_output ()
2422 spews a Music_output object (either a Paper_score object for notation
2423 or Performance object for MIDI).
2424
2425 The Music_output object is the entry point for the backend (see
2426 ly_render_output ()).
2427
2428 The main steps of the backend itself are in
2429
2430 @itemize
2431
2432 @item
2433 @file{paper-score.cc} , Paper_score::process_
2434
2435 @item
2436 @file{system.cc} , System::get_lines()
2437
2438 @item
2439 The step, where things go from grobs to output, is in
2440 System::get_line(): each grob delivers a Stencil (a Device
2441 independent output description), which is interpreted by our
2442 outputting backends (@file{scm/output-tex.scm} and
2443 @file{scm/output-ps.scm}) to produce TeX and PS.
2444
2445 @end itemize
2446
2447 Interactions between grobs and putting things into .tex and .ps files
2448 have gotten a little more complex lately.  Jan has implemented
2449 page-breaking, so now the backend also involves Paper_book,
2450 Paper_lines and other things.  This area is still heavily in flux, and
2451 perhaps not something you should want to look at.
2452
2453 @subheading How do the front-end and back-end communicate?
2454
2455 There is no communication from backend to front-end.  From front-end to
2456 backend is simply the program flow: music + definitions gives
2457 contexts, contexts yield output, after processing, output is written
2458 to disk.
2459
2460 @subheading Where is the functionality associated with KEYWORDs?
2461
2462 See @file{my-lily-lexer.cc} (keywords, there aren't that many)
2463 and @file{ly/*.ly} (most of the other backslashed @code{/\words} are identifiers)
2464
2465 @subheading What Contexts/Properties/Music/etc. are available when they are processed?
2466
2467 What do you mean exactly with this question?
2468
2469 See @file{ly/engraver-init.ly} for contexts,
2470 see @file{scm/define-*.scm} for other objects.
2471
2472 @subheading How do you decide if something is a Music, Context, or Grob property?
2473 Why is part-combine-status a Music property when it seems (IMO)
2474 to be related to the Staff context?
2475
2476 The Music_iterators and Context communicate through two channels
2477
2478 Music_iterators can set and read context properties, idem for
2479 Engravers and Contexts
2480
2481 Music_iterators can send "synthetic" music events (which aren't in
2482 the input) to a context.  These are caught by Engravers.  This is
2483 mostly a one way communication channel.
2484
2485 part-combine-status is part of such a synthetic event, used by
2486 Part_combine_iterator to communicate with Part_combine_engraver.
2487
2488
2489 @subheading Deciding between context and music properties
2490
2491 I'm adding a property to affect how \autochange works.  It seems to
2492 me that it should be a context property, but the Scheme autochange
2493 procedure has a Music argument.  Does this mean I should use
2494 a Music property?
2495
2496 \autochange is one of these extra strange beasts: it requires
2497 look-ahead to decide when to change staves.  This is achieved by
2498 running the interpreting step twice (see
2499 @file{scm/part-combiner.scm} , at the bottom), and
2500 storing the result of the first step (where to switch
2501 staves) in a Music property.  Since you want to influence that
2502 where-to-switch list, your must affect the code in
2503 make-autochange-music (@file{scm/part-combiner.scm}).
2504 That code is called directly from the parser and there are no
2505 official "parsing properties" yet, so there is no generic way
2506 to tune \autochange.  We would have to invent something new
2507 for this, or add a separate argument,
2508
2509 @example
2510     \autochange #around-central-C ..music..
2511 @end example
2512
2513 @noindent
2514 where around-central-C is some function that is called from
2515 make-autochange-music.
2516
2517 @subheading More on context and music properties
2518
2519 From Neil Puttock, in response to a question about transposition:
2520
2521 Context properties (using \set & \unset) are tied to engravers: they
2522 provide information relevant to the generation of graphical objects.
2523
2524 Since transposition occurs at the music interpretation stage, it has
2525 no direct connection with engravers: the pitch of a note is fixed
2526 before a notehead is created.  Consider the following minimal snippet:
2527
2528 @example
2529 @{ c' @}
2530 @end example
2531
2532 This generates (simplified) a NoteEvent, with its pitch and duration
2533 as event properties,
2534
2535 @example
2536 (make-music
2537   'NoteEvent
2538   'duration
2539   (ly:make-duration 2 0 1 1)
2540   'pitch
2541   (ly:make-pitch 0 0 0)
2542 @end example
2543
2544 which the Note_heads_engraver hears.  It passes this information on to
2545 the NoteHead grob it creates from the event, so the head's correct
2546 position and duration-log can be determined once it's ready for
2547 printing.
2548
2549 If we transpose the snippet,
2550
2551 @example
2552 \transpose c d @{ c' @}
2553 @end example
2554
2555 the pitch is changed before it reaches the engraver (in fact, it
2556 happens just after the parsing stage with the creation of a
2557 TransposedMusic music object):
2558
2559 @example
2560 (make-music
2561  'NoteEvent
2562  'duration
2563  (ly:make-duration 2 0 1 1)
2564  'pitch
2565  (ly:make-pitch 0 1 0)
2566 @end example
2567
2568 You can see an example of a music property relevant to transposition:
2569 untransposable.
2570
2571 @example
2572 \transpose c d @{ c'2 \withMusicProperty #'untransposable ##t c' @}
2573 @end example
2574
2575 -> the second c' remains untransposed.
2576
2577 Take a look at @file{lily/music.cc} to see where the transposition takes place.
2578
2579
2580 @subheading How do I tell about the execution environment?
2581
2582 I get lost figuring out what environment the code I'm looking at is in when it
2583 executes.  I found both the C++ and Scheme autochange code.  Then I was trying
2584 to figure out where the code got called from.  I finally figured out that the
2585 Scheme procedure was called before the C++ iterator code, but it took me a
2586 while to figure that out, and I still didn't know who did the calling in the
2587 first place.  I only know a little bit about Flex and Bison, so reading those
2588 files helped only a little bit.
2589
2590 @emph{Han-Wen:} GDB can be of help here.  Set a breakpoint in C++, and run.  When you
2591 hit the breakpoint, do a backtrace.  You can inspect Scheme objects
2592 along the way by doing
2593
2594 @example
2595 p ly_display_scm(obj)
2596 @end example
2597
2598 this will display OBJ through GUILE.
2599
2600 @node Music functions and GUILE debugging
2601 @subsection Music functions and GUILE debugging
2602
2603 Ian Hulin was trying to do some debugging in music functions, and
2604 came up with the following question (edited and adapted to current
2605 versions):
2606
2607 HI all,
2608 I'm working on the Guile Debugger Stuff, and would like to try
2609 debugging a music function definition such as:
2610
2611 @example
2612 conditionalMark =
2613 #(define-music-function () ()
2614   #@{ \tag instrumental-part @{\mark \default@} #@} )
2615 @end example
2616
2617 It appears @code{conditionalMark} does not get set up as an
2618 equivalent of a Scheme
2619
2620 @example
2621 (define conditionalMark = define-music-function () () ...
2622 @end example
2623
2624 @noindent
2625 although something gets defined because Scheme apparently recognizes
2626
2627 @example
2628 #(set-break! conditionalMark)
2629 @end example
2630
2631 @noindent
2632 later on in the file without signalling any Guile errors.
2633
2634 However the breakpoint trap is never encountered as
2635 @code{define-music-function} passed things on to
2636 @code{ly:make-music-function}, which is really C++ code
2637 @code{ly_make_music_function}, so Guile never finds out about the
2638 breakpoint.
2639
2640
2641 The answer in the mailing list archive at that time was less than
2642 helpful.  The question already misidentifies the purpose of
2643 @code{ly:make-music-function} which is only called once at the
2644 time of @emph{defining} @code{conditionalMark} but is not involved
2645 in its later @emph{execution}.
2646
2647 Here is the real deal:
2648
2649 A music function is not the same as a GUILE function.  It boxes
2650 both a proper Scheme function (with argument list and body from
2651 the @code{define-music-function} definition) along with a call
2652 signature representing the @emph{types} of both function and
2653 arguments.
2654
2655 Those components can be reextracted using
2656 @code{ly:music-function-extract} and
2657 @code{ly:music-function-signature}, respectively.
2658
2659 When LilyPond's parser encounters a music function call in its
2660 input, it reads, interprets, and verifies the arguments
2661 individually according to the call signature and @emph{then} calls
2662 the proper Scheme function.
2663
2664 While it is actually possible these days to call a music function
2665 @emph{as if} it were a Scheme function itself, this pseudo-call
2666 uses its own wrapping code matching the argument list @emph{as a
2667 whole} to the call signature, substituting omitted optional
2668 arguments with defaults and verifying the result type.
2669
2670 So putting a breakpoint on the music function itself will still
2671 not help with debugging uses of the function using LilyPond
2672 syntax.
2673
2674 However, either calling mechanism ultimately calls the proper
2675 Scheme function stored as part of the music function, and that is
2676 where the breakpoint belongs:
2677
2678 @example
2679 #(set-break! (ly:music-function-extract conditionalMark))
2680 @end example
2681
2682 will work for either calling mechanism.
2683
2684 @node Articulations on EventChord
2685 @subsection Articulations on EventChord
2686
2687 From David Kastrup's email
2688 @uref{http://lists.gnu.org/archive/html/lilypond-devel/2012-02/msg00189.html}:
2689
2690 LilyPond's typesetting does not act on music expressions and music
2691 events.  It acts exclusively on stream events.  It is the act of
2692 iterators to convert a music expression into a sequence of stream events
2693 played in time order.
2694
2695 The EventChord iterator is pretty simple: it just takes its "elements"
2696 field when its time comes up, turns every member into a StreamEvent and
2697 plays that through the typesetting process.  The parser currently
2698 appends all postevents belonging to a chord at the end of "elements",
2699 and thus they get played at the same point of time as the elements of
2700 the chord.  Due to this design, you can add per-chord articulations or
2701 postevents or even assemble chords with a common stem by using parallel
2702 music providing additional notes/events: the typesetter does not see a
2703 chord structure or postevents belonging to a chord, it just sees a
2704 number of events occuring at the same point of time in a Voice context.
2705
2706 So all one needs to do is let the EventChord iterator play articulations
2707 after elements, and then adding to articulations in EventChord is
2708 equivalent to adding them to elements (except in cases where the order
2709 of events matters).