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