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