]> git.donarmstrong.com Git - lilypond.git/blob - Documentation/devel/programming-work.itexi
Fix compile
[lilypond.git] / Documentation / devel / programming-work.itexi
1 @c -*- coding: us-ascii; 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 * Debugging LilyPond::          
12 @end menu
13
14 @node Overview of LilyPond architecture
15 @section Overview of LilyPond architecture
16
17 LilyPond processes the input file into graphical and musical output in a
18 number of stages.  This process, along with the types of routines that
19 accomplish the various stages of the process, is described in this section.  A
20 more complete description of the LilyPond architecture and internal program
21 execution is found in Erik Sandberg's
22 @uref{http://lilypond.org/web/images/thesis-erik-sandberg.pdf, master's
23 thesis}.
24
25
26 The first stage of LilyPond processing is @emph{parsing}.  In the parsing
27 process, music expressions in LilyPond input format are converted to music
28 expressions in Scheme format.  In Scheme format, a music expression is a list
29 in tree form, with nodes that indicate the relationships between various music
30 events.  The LilyPond parser is written in Bison.
31
32 The second stage of LilyPond processing is @emph{iterating}.  Iterating
33 assigns each music event to a context, which is the environment in which the
34 music will be finally engraved.  The context is responsible for all further
35 processing of the music.  It is during the iteration stage that contexts are
36 created as necessary to ensure that every note has a Voice type context (e.g.
37 Voice, TabVoice, DrumVoice, CueVoice, MensuralVoice, VaticanaVoice,
38 GregorianTranscriptionVoice), that the Voice type contexts exist in
39 appropriate Staff type contexts, and that parallel Staff type contexts exist
40 in StaffGroup type contexts.  In addition, during the iteration stage each
41 music event is assigned a moment, or a time in the music when the event
42 begins.
43
44 Each type of music event has an associated iterator.  Iterators are defined in
45 *-iterator.cc. During iteration, an
46 event's iterator is called to deliver that music event to the appropriate
47 context(s).
48
49 The final stage of LilyPond processing is @emph{translation}.  During
50 translation, music events are prepared for graphical or midi output.  The
51 translation step is accomplished by translators or engravers (the distinction
52 is unclear).
53
54 Translators are defined in C++ files named *-engraver.cc.  In *-engraver.cc, a
55 C++ class of Engraver type is created.  The Engraver is also declared as a
56 translator.  Much of the work of translating is handled by Scheme functions,
57 which is one of the keys to LilyPond's exceptional flexibility.
58
59
60 @node LilyPond programming languages
61 @section LilyPond programming languages
62
63 Programming in LilyPond is done in a variety of programming languages.  Each
64 language is used for a specific purpose or purposes.  This section describes
65 the languages used and provides links to reference manuals and tutorials for
66 the relevant language.
67
68 @subsection C++
69
70 The core functionality of LilyPond is implemented in C++.
71
72 C++ is so ubiquitous that it is difficult to identify either a reference
73 manual or a tutorial.  Programmers unfamiliar with C++ will need to spend some
74 time to learn the language before attempting to modify the C++ code.
75
76 The C++ code calls Scheme/GUILE through the GUILE interface, which is
77 documented in the
78 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html, GUILE
79   Reference Manual}.
80
81 @subsection GNU Bison
82
83 The LilyPond parser is implemented in Bison, a GNU parser generator.  The
84 Bison homepage is found at @uref{http://www.gnu.org/software/bison/,
85 gnu.org}.  The manual (which includes both a reference and tutorial) is
86 @uref{http://www.gnu.org/software/bison/manual/index.html, available} in a
87 variety of formats.
88
89 @subsection GNU Make
90
91 GNU Make is used to control the compiling process and to build the
92 documentation and the website.  GNU Make documentation is available at
93 @uref{http://www.gnu.org/software/make/manual/, the GNU website}.
94
95 @subsection GUILE or Scheme
96
97 GUILE is the dialect of Scheme that is used as LilyPond's extension language.  Many extensions to LilyPond are written entirely in GUILE.  The
98 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html,
99 GUILE Reference Manual} is available online.
100
101 @uref{http://mitpress.mit.edu/sicp/full-text/book/book.html, Structure and
102 Interpretation of Computer Programs}, a popular textbook used to teach
103 programming in Scheme is available in its entirety online.
104
105 An introduction to Guile/Scheme as used in LilyPond can be found in the
106 Learning Manual, see @rlearning{Scheme tutorial}. 
107
108 @subsection MetaFont
109
110 MetaFont is used to create the music fonts used by LilyPond.  A MetaFont
111 tutorial is available at @uref{http://metafont.tutorial.free.fr/, the
112 METAFONT tutorial page}.
113
114 @subsection PostScript
115
116 PostScript is used to generate graphical output.  A brief PostScript tutorial
117 is @uref{http://local.wasp.uwa.edu.au/~pbourke/dataformats/postscript/,
118 available online}.  The
119 @uref{http://www.adobe.com/devnet/postscript/pdfs/PLRM.pdf, PostScript Lanugage
120 Reference} is available online in PDF format.
121
122 @subsection Python
123
124 Python is used for XML2ly and is used for buillding the documentation and the
125 website.
126
127 Python documentation is available at @uref{http://www.python.org/doc/,
128 python.org}.
129
130 @node Programming without compiling
131 @section Programming without compiling
132
133 Much of the development work in LilyPond takes place by changing *.ly or
134 *.scm files.  These changes can be made without compiling LilyPond.  Such
135 changes are described in this section.
136
137
138 @subsection Modifying distribution files
139
140 Much of LilyPond is written in Scheme or LilyPond input files.  These
141 files are interpreted when the program is run, rather than being compiled
142 when the program is built, and are present in all LilyPond distributions.
143 You will find .ly files in the ly/ directory and the Scheme files in the
144 scm/ directory.  Both Scheme files and .ly files can be modified and
145 saved with any text editor.  It's probably wise to make a backup copy of
146 your files before you modify them, although you can reinstall if the
147 files become corrupted.
148
149 Once you've modified the files, you can test the changes just by running
150 LilyPond on some input file.  It's a good idea to create a file that
151 demonstrates the feature you're trying to add.  This file will eventually
152 become a regression test and will be part of the LilyPond distribution.
153
154 @subsection Desired file formatting
155
156 Files that are part of the LilyPond distribution have Unix-style line
157 endings (LF), rather than DOS (CR+LF) or MacOS 9 and earlier (CR).  Make
158 sure you use the necessary tools to ensure that Unix-style line endings are
159 preserved in the patches you create.
160
161 Tab characters should not be included in files for distribution.  All
162 indentation should be done with spaces.  Most editors have settings to
163 allow the setting of tab stops and ensuring that no tab characters are
164 included in the file.
165
166 Scheme files and LilyPond files should be written according to standard
167 style guidelines.  Scheme file guidelines can be found at
168 @uref{http://community.schemewiki.org/?scheme-style}.  Following these
169 guidelines will make your code easier to read.  Both you and others that
170 work on your code will be glad you followed these guidelines.
171
172 For LilyPond files, you should follow the guidelines for LilyPond snippets
173 in the documentation.  You can find these guidelines at
174 @ref{Texinfo introduction and usage policy}.
175
176 @node Finding functions
177 @section Finding functions
178
179 When making changes or fixing bugs in LilyPond, one of the initial
180 challenges is finding out where in the code tree the functions to
181 be modified live.  With nearly 3000 files in the source tree,
182 trial-and-error searching is generally ineffective. This section
183 describes a process for finding interesting code.
184
185 @subsection Using the ROADMAP
186
187 The file ROADMAP is located in the main directory of the lilypond source.
188 ROADMAP lists all of the directories in the LilPond source tree, along
189 with a brief description of the kind of files found in each directory.
190 This can be a very helpful tool for deciding which directories to search
191 when looking for a function.
192
193
194 @subsection Using grep to search
195
196 Having identified a likely subdirectory to search, the grep utility can
197 be used to search for a function name.  The format of the grep command is
198
199 @example
200 grep -i functionName subdirectory/*
201 @end example
202
203 This command will search all the contents of the directory subdirectory/
204 and display every line in any of the files that contains
205 functionName.  The @code{-i} option makes @command{grep} ignore
206 case -- this can be very useful if you are not yet familiar with
207 our capitalization conventions.
208
209 The most likely directories to grep for function names are scm/ for
210 scheme files, ly/ for lilypond input (*.ly) files, and lily/ for C++
211 files.
212
213
214 @subsection Using git grep to search
215
216 If you have used git to obtain the source, you have access to a
217 powerful tool to search for functions.  The command:
218
219 @example
220 git grep functionName
221 @end example
222
223 will search through all of the files that are present in the git
224 repository looking for functionName.  It also presents the results
225 of the search using @code{less}, so the results are displayed one page
226 at a time.
227
228 @subsection Searching on the git repository at Savannah
229
230 You can also use the equivalent of git grep on the Savannah server.
231
232 @itemize
233
234 @item
235 Go to http://git.sv.gnu.org/gitweb/?p=lilypond.git
236
237 @item
238 In the pulldown box that says commit, select grep.
239
240 @item
241 Type functionName in the search box, and hit enter/return
242
243 @end itemize
244
245 This will initiate a search of the remote git repository.
246
247
248 @node Code style
249 @section Code style
250 @c email to wl@gnu.org when I get here.
251
252 @menu
253 @end menu
254
255 @subsection Handling errors
256
257 As a general rule, you should always try to continue computations,
258 even if there is some kind of error.  When the program stops, it
259 is often very hard for a user to pinpoint what part of the input
260 causes an error.  Finding the culprit is much easier if there is
261 some viewable output.
262
263 So functions and methods do not return errorcodes, they never
264 crash, but report a programming_error and try to carry on.
265
266 @subsection Languages
267
268 C++ and Python are preferred.  Python code should use PEP 8.
269
270 @subsection Filenames
271
272 Definitions of classes that are only accessed via pointers (*) or
273 references (&) shall not be included as include files.
274
275 @verbatim
276    filenames
277
278         ".hh"   Include files
279              ".cc"      Implementation files
280              ".icc"     Inline definition files
281              ".tcc"     non inline Template defs
282
283    in emacs:
284
285              (setq auto-mode-alist
286                    (append '(("\\.make$" . makefile-mode)
287                         ("\\.cc$" . c++-mode)
288                         ("\\.icc$" . c++-mode)
289                         ("\\.tcc$" . c++-mode)
290                         ("\\.hh$" . c++-mode)
291                         ("\\.pod$" . text-mode)
292                         )
293                       auto-mode-alist))
294 @end verbatim
295
296 The class Class_name is coded in @q{class-name.*}
297
298 @subsection Indentation
299
300 Standard GNU coding style is used. In emacs:
301
302 @verbatim
303              (add-hook 'c++-mode-hook
304                   '(lambda() (c-set-style "gnu")
305                      ))
306 @end verbatim
307
308 If you like using font-lock, you can also add this to your
309 @q{.emacs}:
310
311 @verbatim
312              (setq font-lock-maximum-decoration t)
313              (setq c++-font-lock-keywords-3
314                    (append
315                     c++-font-lock-keywords-3
316                     '(("\\b\\(a-zA-Z_?+_\\)\\b" 1 font-lock-variable-name-face) ("\\b\\(A-Z?+a-z_?+\\)\\b" 1 font-lock-type-face))
317                     ))
318 @end verbatim
319
320
321 @subsection Classes and Types
322
323 @verbatim
324 This_is_a_class
325 @end verbatim
326
327
328 @subsection Members
329
330 Member variable names end with an underscore:
331
332 @verbatim
333 Type Class::member_
334 @end verbatim
335
336
337 @subsection Macros
338
339 Macro names should be written in uppercase completely.
340
341
342 @subsection Broken code
343
344 Do not write broken code.  This includes hardwired dependencies,
345 hardwired constants, slow algorithms and obvious limitations.  If
346 you can not avoid it, mark the place clearly, and add a comment
347 explaining shortcomings of the code.
348
349 We reject broken-in-advance on principle.
350
351 @subsection Naming
352
353
354 @subsection Messages
355
356 Messages need to follow Localization.
357
358
359 @subsection Localization
360
361 This document provides some guidelines for programmers write user
362 messages.  To help translations, user messages must follow
363 uniform conventions.  Follow these rules when coding for LilyPond.
364 Hopefully, this can be replaced by general GNU guidelines in the
365 future.  Even better would be to have an English (en_BR, en_AM)
366 guide helping programmers writing consistent messages for all GNU
367 programs.
368
369 Non-preferred messages are marked with `+'. By convention,
370 ungrammatical examples are marked with `*'.  However, such ungrammatical
371 examples may still be preferred.
372
373 @itemize
374
375 @item
376 Every message to the user should be localized (and thus be marked
377 for localization). This includes warning and error messages.
378
379 @item
380 Don't localize/gettextify:
381
382 @itemize
383 @item
384 `programming_error ()'s
385
386 @item
387 `programming_warning ()'s
388
389 @item
390 debug strings
391
392 @item
393 output strings (PostScript, TeX, etc.)
394
395 @end itemize
396
397 @item
398 Messages to be localised must be encapsulated in `_ (STRING)' or
399 `_f (FORMAT, ...)'. E.g.:
400
401 @example
402 warning (_ ("need music in a score"));
403 error (_f ("cannot open file: `%s'", file_name));
404 @end example
405
406 In some rare cases you may need to call `gettext ()' by hand. This
407 happens when you pre-define (a list of) string constants for later
408 use. In that case, you'll probably also need to mark these string
409 constants for translation, using `_i (STRING)'. The `_i' macro is
410 a no-op, it only serves as a marker for `xgettext'.
411
412 @example
413 char const* messages[] = @{
414   _i ("enable debugging output"),
415   _i ("ignore lilypond version"),
416   0
417 @};
418
419 void
420 foo (int i)
421 @{
422   puts (gettext (messages i));
423 @}
424 @end example
425
426 See also `flower/getopt-long.cc' and `lily/main.cc'.
427
428 @item
429 Do not use leading or trailing whitespace in messages. If you need
430 whitespace to be printed, prepend or append it to the translated
431 message
432
433 @example
434 message ("Calculating line breaks..." + " ");
435 @end example
436
437 @item
438 Error or warning messages displayed with a file name and line
439 number never start with a capital, eg,
440
441 @example
442 foo.ly: 12: not a duration: 3
443 @end example
444
445 Messages containing a final verb, or a gerund (`-ing'-form) always
446 start with a capital. Other (simpler) messages start with a
447 lowercase letter
448
449 @example
450 Processing foo.ly...
451 `foo': not declared.
452 Not declaring: `foo'.
453 @end example
454
455 @item
456 Avoid abbreviations or short forms, use `cannot' and `do not'
457 rather than `can't' or `don't'
458 To avoid having a number of different messages for the same
459 situation, well will use quoting like this `"message: `%s'"' for all
460 strings. Numbers are not quoted:
461
462 @example
463 _f ("cannot open file: `%s'", name_str)
464 _f ("cannot find character number: %d", i)
465 @end example
466
467 @item
468 Think about translation issues. In a lot of cases, it is better to
469 translate a whole message. The english grammar must not be imposed
470 on the translator. So, instead of
471
472 @example
473 stem at  + moment.str () +  does not fit in beam
474 @end example
475
476 have
477
478 @example
479 _f ("stem at %s does not fit in beam", moment.str ())
480 @end example
481
482 @item
483 Split up multi-sentence messages, whenever possible. Instead of
484
485 @example
486 warning (_f ("out of tune!  Can't find: `%s'", "Key_engraver"));
487 warning (_f ("cannot find font `%s', loading default", font_name));
488 @end example
489
490 rather say:
491
492 @example
493 warning (_ ("out of tune:"));
494 warning (_f ("cannot find: `%s', "Key_engraver"));
495 warning (_f ("cannot find font: `%s', font_name));
496 warning (_f ("Loading default font"));
497 @end example
498
499 @item
500 If you must have multiple-sentence messages, use full punctuation.
501 Use two spaces after end of sentence punctuation. No punctuation
502 (esp. period) is used at the end of simple messages.
503
504 @example
505 _f ("Non-matching braces in text `%s', adding braces", text)
506 _ ("Debug output disabled.  Compiled with NPRINT.")
507 _f ("Huh?  Not a Request: `%s'.  Ignoring.", request)
508 @end example
509
510 @item
511 Do not modularise too much; words frequently cannot be translated
512 without context. It is probably safe to treat most occurences of
513 words like stem, beam, crescendo as separately translatable words.
514
515 @item
516 When translating, it is preferable to put interesting information
517 at the end of the message, rather than embedded in the middle.
518 This especially applies to frequently used messages, even if this
519 would mean sacrificing a bit of eloquency. This holds for original
520 messages too, of course.
521
522 @example
523 en: cannot open: `foo.ly'
524 +   nl: kan `foo.ly' niet openen (1)
525 kan niet openen: `foo.ly'*   (2)
526 niet te openen: `foo.ly'*    (3)
527 @end example
528
529
530 The first nl message, although grammatically and stylistically
531 correct, is not friendly for parsing by humans (even if they speak
532 dutch). I guess we would prefer something like (2) or (3).
533
534 @item
535 Do not run make po/po-update with GNU gettext < 0.10.35
536
537 @end itemize
538
539
540
541 @node Debugging LilyPond
542 @section Debugging LilyPond
543
544 The most commonly used tool for debugging LilyPond is the GNU debugger
545 gdb.  Use of gdb is described in this section.
546
547 @subsection Debugging overview
548
549 Using a debugger simplifies troubleshooting in at least two ways.
550
551 First, breakpoints can be set to pause execution at any desired point.
552 Then, when execution has paused, debugger commands can be issued to
553 explore the values of various variables or to execute functions.
554
555 Second, the debugger allows the display of a stack trace, which shows
556 the sequence in which functions are called and the arguments to the
557 various function calls.
558
559
560 @subsection Compiling with debugging information
561
562 In order to use a debugger with LilyPond, it is necessary to compile
563 LilyPond with debugging information.  This is accomplished by ...
564
565 TODO -- get good description here, or perhaps add debugging compile
566 to AU1.1 as it comes to CG and just use a reference here.
567
568 TODO -- Test the following to make sure it is true.
569
570 If you want to be able to set breakpoints in Scheme functions, it is
571 necessary to compile guile with debugging information.  This is done
572 by ...
573
574 TODO -- get compiling description for guile here.
575
576 @subsection Typical gdb usage
577
578 @subsection Typical .gdbinit files
579
580 The behavior of gdb can be readily customized through the use of
581 @var{.gdbinit} files.  A @var{.gdbinit} file is a file named
582 @var{.gdbinit} (notice the @qq{.} at the beginning of the file name)
583   that is placed in a user's home directory.
584
585 The @var{.gdbinit} file below is from Han-Wen.  It sets breakpoints
586 for all errors and defines functions for displaying scheme objects
587 (ps), grobs (pgrob), and parsed music expressions (pmusic).
588
589 @example
590 file lily/out/lilypond
591 b scm_error
592 b programming_error
593 b Grob::programming_error
594
595 define ps
596    print ly_display_scm($arg0)
597   end
598   define pgrob
599      print ly_display_scm($arg0->self_scm_)
600      print ly_display_scm($arg0->mutable_property_alist_)
601      print ly_display_scm($arg0->immutable_property_alist_)
602      print ly_display_scm($arg0->object_alist_)
603   end
604   define pmusic
605      print ly_display_scm($arg0->self_scm_)
606      print ly_display_scm($arg0->mutable_property_alist_)
607      print ly_display_scm($arg0->immutable_property_alist_)
608   end
609 @end example
610
611 @subsection Using Guile interactively with LilyPond
612
613 In order to experiment with Scheme programming in the LilyPond
614 environment, it is convenient to have a Guile interpreter that
615 has all the LilyPond modules loaded.  This requires the following
616 steps.
617
618 First, define a Scheme symbol for the active module
619 in the .ly file:
620
621 @example
622 #(module-define! (resolve-module '(guile-user))
623     'lilypond-module (current-module))
624 @end example
625
626 Second, place a Scheme function in the .ly file that gives an interactive Guile
627 prompt:
628
629 @example
630 #(top-repl)
631 @end example
632
633 When the .ly file is compiled, this causes the compilation to be interrupted
634 and an interactive guile prompt to appear.  When the guile prompt appears,
635 the LilyPond active module must be set as the current guile module:
636
637 @example
638 guile> (set-current-module lilypond-module)
639 @end example
640
641 Proper operation of these commands can be demonstrated by typing the name
642 of a LilyPond public scheme function to see if it's properly defined:
643
644 @example
645 guile> fret-diagram-verbose-markup
646 #<procedure fret-diagram-verbose-markup (layout props marking-list)>
647 @end example
648
649 If the LilyPond module has not been correctly loaded, an error
650 message will be generated:
651
652 @example
653 guile> fret-diagram-verbose-markup
654 ERROR: Unbound variable: fret-diagram-verbose-markup
655 ABORT: (unbound-variable)
656 @end example
657
658 Once the module is properly loaded, any valid LilyPond Scheme expression
659 can be entered at the interactive prompt.
660
661 After the investigation is complete, the interactive guile interpreter
662 can be exited:
663
664 @example
665 guile> (quit)
666 @end example
667
668 The compilation of the .ly file will then continue.
669