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[lilypond.git] / Documentation / contributor / programming-work.itexi
1 @c -*- coding: us-ascii; mode: texinfo; -*-
2 @node Programming work
3 @chapter Programming work
4
5 @menu
6 * Overview of LilyPond architecture::
7 * LilyPond programming languages::
8 * Programming without compiling::
9 * Finding functions::
10 * Code style::
11 * Debugging LilyPond::
12 * Adding or modifying features::
13 * Iterator tutorial::
14 * Engraver tutorial::
15 * Callback tutorial::
16 * LilyPond scoping::
17 @end menu
18
19 @node Overview of LilyPond architecture
20 @section Overview of LilyPond architecture
21
22 LilyPond processes the input file into graphical and musical output in a
23 number of stages.  This process, along with the types of routines that
24 accomplish the various stages of the process, is described in this section.  A
25 more complete description of the LilyPond architecture and internal program
26 execution is found in Erik Sandberg's
27 @uref{http://lilypond.org/web/images/thesis-erik-sandberg.pdf, master's
28 thesis}.
29
30
31 The first stage of LilyPond processing is @emph{parsing}.  In the parsing
32 process, music expressions in LilyPond input format are converted to music
33 expressions in Scheme format.  In Scheme format, a music expression is a list
34 in tree form, with nodes that indicate the relationships between various music
35 events.  The LilyPond parser is written in Bison.
36
37 The second stage of LilyPond processing is @emph{iterating}.  Iterating
38 assigns each music event to a context, which is the environment in which the
39 music will be finally engraved.  The context is responsible for all further
40 processing of the music.  It is during the iteration stage that contexts are
41 created as necessary to ensure that every note has a Voice type context (e.g.
42 Voice, TabVoice, DrumVoice, CueVoice, MensuralVoice, VaticanaVoice,
43 GregorianTranscriptionVoice), that the Voice type contexts exist in
44 appropriate Staff type contexts, and that parallel Staff type contexts exist
45 in StaffGroup type contexts.  In addition, during the iteration stage each
46 music event is assigned a moment, or a time in the music when the event
47 begins.
48
49 Each type of music event has an associated iterator.  Iterators are defined in
50 *-iterator.cc. During iteration, an
51 event's iterator is called to deliver that music event to the appropriate
52 context(s).
53
54 The final stage of LilyPond processing is @emph{translation}.  During
55 translation, music events are prepared for graphical or midi output.  The
56 translation step is accomplished by the polymorphic base class Translator
57 through its two derived classes: Engraver (for graphical output) and
58 Performer (for midi output).
59
60 Translators are defined in C++ files named *-engraver.cc and *-performer.cc.
61 Much of the work of translating is handled by Scheme functions,
62 which is one of the keys to LilyPond's exceptional flexibility.
63
64 @sourceimage{architecture-diagram,,,png}
65
66
67 @node LilyPond programming languages
68 @section LilyPond programming languages
69
70 Programming in LilyPond is done in a variety of programming languages.  Each
71 language is used for a specific purpose or purposes.  This section describes
72 the languages used and provides links to reference manuals and tutorials for
73 the relevant language.
74
75 @subsection C++
76
77 The core functionality of LilyPond is implemented in C++.
78
79 C++ is so ubiquitous that it is difficult to identify either a reference
80 manual or a tutorial.  Programmers unfamiliar with C++ will need to spend some
81 time to learn the language before attempting to modify the C++ code.
82
83 The C++ code calls Scheme/GUILE through the GUILE interface, which is
84 documented in the
85 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html, GUILE
86   Reference Manual}.
87
88 @subsection Flex
89
90 The LilyPond lexer is implemented in Flex, an implementation of the Unix lex
91 lexical analyser generator.  Resources for Flex can be found
92 @uref{http://flex.sourceforge.net/, here}.
93
94 @subsection GNU Bison
95
96 The LilyPond parser is implemented in Bison, a GNU parser generator.  The
97 Bison homepage is found at @uref{http://www.gnu.org/software/bison/,
98 gnu.org}.  The manual (which includes both a reference and tutorial) is
99 @uref{http://www.gnu.org/software/bison/manual/index.html, available} in a
100 variety of formats.
101
102 @subsection GNU Make
103
104 GNU Make is used to control the compiling process and to build the
105 documentation and the website.  GNU Make documentation is available at
106 @uref{http://www.gnu.org/software/make/manual/, the GNU website}.
107
108 @subsection GUILE or Scheme
109
110 GUILE is the dialect of Scheme that is used as LilyPond's extension language.
111 Many extensions to LilyPond are written entirely in GUILE.  The
112 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html,
113 GUILE Reference Manual} is available online.
114
115 @uref{http://mitpress.mit.edu/sicp/full-text/book/book.html, Structure and
116 Interpretation of Computer Programs}, a popular textbook used to teach
117 programming in Scheme is available in its entirety online.
118
119 An introduction to Guile/Scheme as used in LilyPond can be found in the
120 Learning Manual, see @rlearning{Scheme tutorial}.
121
122 @subsection MetaFont
123
124 MetaFont is used to create the music fonts used by LilyPond.  A MetaFont
125 tutorial is available at @uref{http://metafont.tutorial.free.fr/, the
126 METAFONT tutorial page}.
127
128 @subsection PostScript
129
130 PostScript is used to generate graphical output.  A brief PostScript tutorial
131 is @uref{http://local.wasp.uwa.edu.au/~pbourke/dataformats/postscript/,
132 available online}.  The
133 @uref{http://www.adobe.com/devnet/postscript/pdfs/PLRM.pdf, PostScript Lanugage
134 Reference} is available online in PDF format.
135
136 @subsection Python
137
138 Python is used for XML2ly and is used for buillding the documentation and the
139 website.
140
141 Python documentation is available at @uref{http://www.python.org/doc/,
142 python.org}.
143
144 @node Programming without compiling
145 @section Programming without compiling
146
147 Much of the development work in LilyPond takes place by changing *.ly or
148 *.scm files.  These changes can be made without compiling LilyPond.  Such
149 changes are described in this section.
150
151
152 @subsection Modifying distribution files
153
154 Much of LilyPond is written in Scheme or LilyPond input files.  These
155 files are interpreted when the program is run, rather than being compiled
156 when the program is built, and are present in all LilyPond distributions.
157 You will find .ly files in the ly/ directory and the Scheme files in the
158 scm/ directory.  Both Scheme files and .ly files can be modified and
159 saved with any text editor.  It's probably wise to make a backup copy of
160 your files before you modify them, although you can reinstall if the
161 files become corrupted.
162
163 Once you've modified the files, you can test the changes just by running
164 LilyPond on some input file.  It's a good idea to create a file that
165 demonstrates the feature you're trying to add.  This file will eventually
166 become a regression test and will be part of the LilyPond distribution.
167
168 @subsection Desired file formatting
169
170 Files that are part of the LilyPond distribution have Unix-style line
171 endings (LF), rather than DOS (CR+LF) or MacOS 9 and earlier (CR).  Make
172 sure you use the necessary tools to ensure that Unix-style line endings are
173 preserved in the patches you create.
174
175 Tab characters should not be included in files for distribution.  All
176 indentation should be done with spaces.  Most editors have settings to
177 allow the setting of tab stops and ensuring that no tab characters are
178 included in the file.
179
180 Scheme files and LilyPond files should be written according to standard
181 style guidelines.  Scheme file guidelines can be found at
182 @uref{http://community.schemewiki.org/?scheme-style}.  Following these
183 guidelines will make your code easier to read.  Both you and others that
184 work on your code will be glad you followed these guidelines.
185
186 For LilyPond files, you should follow the guidelines for LilyPond snippets
187 in the documentation.  You can find these guidelines at
188 @ref{Texinfo introduction and usage policy}.
189
190 @node Finding functions
191 @section Finding functions
192
193 When making changes or fixing bugs in LilyPond, one of the initial
194 challenges is finding out where in the code tree the functions to
195 be modified live.  With nearly 3000 files in the source tree,
196 trial-and-error searching is generally ineffective. This section
197 describes a process for finding interesting code.
198
199 @subsection Using the ROADMAP
200
201 The file ROADMAP is located in the main directory of the lilypond source.
202 ROADMAP lists all of the directories in the LilPond source tree, along
203 with a brief description of the kind of files found in each directory.
204 This can be a very helpful tool for deciding which directories to search
205 when looking for a function.
206
207
208 @subsection Using grep to search
209
210 Having identified a likely subdirectory to search, the grep utility can
211 be used to search for a function name.  The format of the grep command is
212
213 @example
214 grep -i functionName subdirectory/*
215 @end example
216
217 This command will search all the contents of the directory subdirectory/
218 and display every line in any of the files that contains
219 functionName.  The @code{-i} option makes @command{grep} ignore
220 case -- this can be very useful if you are not yet familiar with
221 our capitalization conventions.
222
223 The most likely directories to grep for function names are scm/ for
224 scheme files, ly/ for lilypond input (*.ly) files, and lily/ for C++
225 files.
226
227
228 @subsection Using git grep to search
229
230 If you have used git to obtain the source, you have access to a
231 powerful tool to search for functions.  The command:
232
233 @example
234 git grep functionName
235 @end example
236
237 will search through all of the files that are present in the git
238 repository looking for functionName.  It also presents the results
239 of the search using @code{less}, so the results are displayed one page
240 at a time.
241
242 @subsection Searching on the git repository at Savannah
243
244 You can also use the equivalent of git grep on the Savannah server.
245
246 @itemize
247
248 @item
249 Go to http://git.sv.gnu.org/gitweb/?p=lilypond.git
250
251 @item
252 In the pulldown box that says commit, select grep.
253
254 @item
255 Type functionName in the search box, and hit enter/return
256
257 @end itemize
258
259 This will initiate a search of the remote git repository.
260
261
262 @node Code style
263 @section Code style
264
265 @menu
266 @end menu
267
268 @subsection Handling errors
269
270 As a general rule, you should always try to continue computations,
271 even if there is some kind of error.  When the program stops, it
272 is often very hard for a user to pinpoint what part of the input
273 causes an error.  Finding the culprit is much easier if there is
274 some viewable output.
275
276 So functions and methods do not return errorcodes, they never
277 crash, but report a programming_error and try to carry on.
278
279 @subsection Languages
280
281 C++ and Python are preferred.  Python code should use PEP 8.
282
283 @subsection Filenames
284
285 Definitions of classes that are only accessed via pointers (*) or
286 references (&) shall not be included as include files.
287
288 @verbatim
289    filenames
290
291         ".hh"   Include files
292              ".cc"      Implementation files
293              ".icc"     Inline definition files
294              ".tcc"     non inline Template defs
295
296    in emacs:
297
298              (setq auto-mode-alist
299                    (append '(("\\.make$" . makefile-mode)
300                         ("\\.cc$" . c++-mode)
301                         ("\\.icc$" . c++-mode)
302                         ("\\.tcc$" . c++-mode)
303                         ("\\.hh$" . c++-mode)
304                         ("\\.pod$" . text-mode)
305                         )
306                       auto-mode-alist))
307 @end verbatim
308
309 The class Class_name is coded in @q{class-name.*}
310
311 @subsection Indentation
312
313 Standard GNU coding style is used. In emacs:
314
315 @verbatim
316              (add-hook 'c++-mode-hook
317                   '(lambda() (c-set-style "gnu")
318                      ))
319 @end verbatim
320
321 If you like using font-lock, you can also add this to your
322 @q{.emacs}:
323
324 @verbatim
325              (setq font-lock-maximum-decoration t)
326              (setq c++-font-lock-keywords-3
327                    (append
328                     c++-font-lock-keywords-3
329                     '(("\\b\\(a-zA-Z_?+_\\)\\b" 1 font-lock-variable-name-face) ("\\b\\(A-Z?+a-z_?+\\)\\b" 1 font-lock-type-face))
330                     ))
331 @end verbatim
332
333 Some source files may not currently have proper indenting.  If this
334 is the case, it is desirable to fix the improper indenting when the
335 file is modified, with the hope of continually improving the code.
336
337 @subsection Indenting files with emacs in script mode
338
339 @c email to wl@gnu.org when I get here.
340
341 @warning{this is pending some confirmation on -devel.  July 2009 -gp}
342
343 Command-line script to format stuff with emacs:
344
345 @example
346 #!/bin/sh
347 emacs $1 -batch --eval '(indent-region (point-min) (point-max) nil)' -f save-buffer
348 @end example
349
350 (that's all on one line)
351
352 Save it as a shell script, then run on the file(s) you modified.
353
354 @subsection Indenting with vim
355
356 Although emacs indentation is the LilyPond standard, acceptable
357 indentation can usually be accomplished with vim.  Some hints for
358 vim are as follows:
359
360 A workable .vimrc:
361
362 @verbatim
363 set cindent
364 set smartindent
365 set autoindent
366 set expandtab
367 set softtabstop=2
368 set shiftwidth=2
369 filetype plugin indent on
370 set incsearch
371 set ignorecase smartcase
372 set hlsearch
373 set confirm
374 set statusline=%F%m%r%h%w\ %{&ff}\ %Y\ [ASCII=\%03.3b]\ [HEX=\%02.2B]\ %04l,%04v\ %p%%\ [LEN=%L]
375 set laststatus=2
376 set number
377 " Remove trailing whitespace on write
378 autocmd BufWritePre * :%s/\s\+$//e
379 @end verbatim
380
381 With this .vimrc, files can be reindented automatically by highlihting
382 the lines to be indented in visual mode (use V to enter visual mode)
383 and pressing =.
384
385 A scheme.vim file will help improve the indentation.  This one
386 was suggested by Patrick McCarty.  It should be saved in
387 ~/.vim/after/syntax/scheme.vim.
388
389 @verbatim
390 " Additional Guile-specific 'forms'
391 syn keyword schemeSyntax define-public define* define-safe-public
392 syn keyword schemeSyntax use-modules define-module
393 syn keyword schemeSyntax defmacro-public define-macro
394 syn keyword schemeSyntax define-builtin-markup-command
395 syn keyword schemeSyntax define-markup-command
396 syn keyword schemeSyntax define-builtin-markup-list-command
397 syn keyword schemeSyntax let-keywords* lambda* define*-public
398 syn keyword schemeSyntax defmacro* defmacro*-public
399
400 " All of the above should influence indenting too
401 set lw+=define-public,define*,define-safe-public,use-modules,define-module
402 set lw+=defmacro-public,define-macro,define-builtin-markup-command
403 set lw+=define-markup-command,define-builtin-markup-list-command
404 set lw+=let-keywords*,lambda*,define*-public,defmacro*,defmacro*-public
405
406 " These forms should not influence indenting
407 set lw-=if
408 set lw-=set!
409
410 " Try to highlight all ly: procedures
411 syn match schemeFunc "ly:[^) ]\+"
412 @end verbatim
413
414 @subsection Classes and Types
415
416 @verbatim
417 This_is_a_class
418 @end verbatim
419
420
421 @subsection Members
422
423 Member variable names end with an underscore:
424
425 @verbatim
426 Type Class::member_
427 @end verbatim
428
429
430 @subsection Macros
431
432 Macro names should be written in uppercase completely.
433
434
435 @subsection Broken code
436
437 Do not write broken code.  This includes hardwired dependencies,
438 hardwired constants, slow algorithms and obvious limitations.  If
439 you can not avoid it, mark the place clearly, and add a comment
440 explaining shortcomings of the code.
441
442 We reject broken-in-advance on principle.
443
444 @subsection Naming
445
446 Variable names should be complete words, rather than abbreviations.
447 For example, it is preferred to use @code{thickness} rather than
448 @code{th} or @code{t}.
449
450 Multi-word variable names in C++ should have the words separated
451 by the underscore character (@q{_}).
452
453 Multi-word variable names in Scheme should have the words separated
454 by a hyphen (@q{-}).
455
456 @subsection Comments
457
458 Comments may not be needed if descriptive variable names are used
459 in the code and the logic is straightforward.  However, if the
460 logic is difficult to follow, and particularly if non-obvious
461 code has been included to resolve a bug, a comment describing
462 the logic and/or the need for the non-obvious code should be included.
463
464 There are instances where the current code could be commented better.
465 If significant time is required to understand the code as part of
466 preparing a patch, it would be wise to add comments reflecting your
467 understanding to make future work easier.
468
469 @subsection Messages
470
471 Messages need to follow Localization.
472
473
474 @subsection Localization
475
476 This document provides some guidelines for programmers write user
477 messages.  To help translations, user messages must follow
478 uniform conventions.  Follow these rules when coding for LilyPond.
479 Hopefully, this can be replaced by general GNU guidelines in the
480 future.  Even better would be to have an English (en_BR, en_AM)
481 guide helping programmers writing consistent messages for all GNU
482 programs.
483
484 Non-preferred messages are marked with `+'. By convention,
485 ungrammatical examples are marked with `*'.  However, such ungrammatical
486 examples may still be preferred.
487
488 @itemize
489
490 @item
491 Every message to the user should be localized (and thus be marked
492 for localization). This includes warning and error messages.
493
494 @item
495 Do not localize/gettextify:
496
497 @itemize
498 @item
499 `programming_error ()'s
500
501 @item
502 `programming_warning ()'s
503
504 @item
505 debug strings
506
507 @item
508 output strings (PostScript, TeX, etc.)
509
510 @end itemize
511
512 @item
513 Messages to be localized must be encapsulated in `_ (STRING)' or
514 `_f (FORMAT, ...)'. E.g.:
515
516 @example
517 warning (_ ("need music in a score"));
518 error (_f ("cannot open file: `%s'", file_name));
519 @end example
520
521 In some rare cases you may need to call `gettext ()' by hand. This
522 happens when you pre-define (a list of) string constants for later
523 use. In that case, you'll probably also need to mark these string
524 constants for translation, using `_i (STRING)'. The `_i' macro is
525 a no-op, it only serves as a marker for `xgettext'.
526
527 @example
528 char const* messages[] = @{
529   _i ("enable debugging output"),
530   _i ("ignore lilypond version"),
531   0
532 @};
533
534 void
535 foo (int i)
536 @{
537   puts (gettext (messages i));
538 @}
539 @end example
540
541 See also `flower/getopt-long.cc' and `lily/main.cc'.
542
543 @item
544 Do not use leading or trailing whitespace in messages. If you need
545 whitespace to be printed, prepend or append it to the translated
546 message
547
548 @example
549 message ("Calculating line breaks..." + " ");
550 @end example
551
552 @item
553 Error or warning messages displayed with a file name and line
554 number never start with a capital, eg,
555
556 @example
557 foo.ly: 12: not a duration: 3
558 @end example
559
560 Messages containing a final verb, or a gerund (`-ing'-form) always
561 start with a capital. Other (simpler) messages start with a
562 lowercase letter
563
564 @example
565 Processing foo.ly...
566 `foo': not declared.
567 Not declaring: `foo'.
568 @end example
569
570 @item
571 Avoid abbreviations or short forms, use `cannot' and `do not'
572 rather than `can't' or `don't'
573 To avoid having a number of different messages for the same
574 situation, well will use quoting like this `"message: `%s'"' for all
575 strings. Numbers are not quoted:
576
577 @example
578 _f ("cannot open file: `%s'", name_str)
579 _f ("cannot find character number: %d", i)
580 @end example
581
582 @item
583 Think about translation issues. In a lot of cases, it is better to
584 translate a whole message. The english grammar must not be imposed
585 on the translator. So, instead of
586
587 @example
588 stem at  + moment.str () +  does not fit in beam
589 @end example
590
591 have
592
593 @example
594 _f ("stem at %s does not fit in beam", moment.str ())
595 @end example
596
597 @item
598 Split up multi-sentence messages, whenever possible. Instead of
599
600 @example
601 warning (_f ("out of tune!  Can't find: `%s'", "Key_engraver"));
602 warning (_f ("cannot find font `%s', loading default", font_name));
603 @end example
604
605 rather say:
606
607 @example
608 warning (_ ("out of tune:"));
609 warning (_f ("cannot find: `%s', "Key_engraver"));
610 warning (_f ("cannot find font: `%s', font_name));
611 warning (_f ("Loading default font"));
612 @end example
613
614 @item
615 If you must have multiple-sentence messages, use full punctuation.
616 Use two spaces after end of sentence punctuation. No punctuation
617 (esp. period) is used at the end of simple messages.
618
619 @example
620 _f ("Non-matching braces in text `%s', adding braces", text)
621 _ ("Debug output disabled.  Compiled with NPRINT.")
622 _f ("Huh?  Not a Request: `%s'.  Ignoring.", request)
623 @end example
624
625 @item
626 Do not modularize too much; words frequently cannot be translated
627 without context. It is probably safe to treat most occurences of
628 words like stem, beam, crescendo as separately translatable words.
629
630 @item
631 When translating, it is preferable to put interesting information
632 at the end of the message, rather than embedded in the middle.
633 This especially applies to frequently used messages, even if this
634 would mean sacrificing a bit of eloquency. This holds for original
635 messages too, of course.
636
637 @example
638 en: cannot open: `foo.ly'
639 +   nl: kan `foo.ly' niet openen (1)
640 kan niet openen: `foo.ly'*   (2)
641 niet te openen: `foo.ly'*    (3)
642 @end example
643
644
645 The first nl message, although grammatically and stylistically
646 correct, is not friendly for parsing by humans (even if they speak
647 dutch). I guess we would prefer something like (2) or (3).
648
649 @item
650 Do not run make po/po-update with GNU gettext < 0.10.35
651
652 @end itemize
653
654
655
656 @node Debugging LilyPond
657 @section Debugging LilyPond
658
659 The most commonly used tool for debugging LilyPond is the GNU debugger
660 gdb.  Use of gdb is described in this section.
661
662 @subsection Debugging overview
663
664 Using a debugger simplifies troubleshooting in at least two ways.
665
666 First, breakpoints can be set to pause execution at any desired point.
667 Then, when execution has paused, debugger commands can be issued to
668 explore the values of various variables or to execute functions.
669
670 Second, the debugger allows the display of a stack trace, which shows
671 the sequence in which functions are called and the arguments to the
672 various function calls.
673
674
675 @subsection Compiling with debugging information
676
677 In order to use a debugger with LilyPond, it is necessary to compile
678 LilyPond with debugging information.  This is accomplished by running
679 the following commands in the main LilyPond source directory.
680
681 @example
682 ./configure  --disable-optimising
683
684 make
685 @end example
686
687 This will create a version of LilyPond that contains the debugging
688 information that will allow the debugger to tie the source code
689 to the compiled code.
690
691 You should not do @var{make install} if you want to use a debugger
692 with LilyPond.  @var{make install} will strip the debugging information
693 from the LilyPond binary.
694
695 To set breakpoints in Scheme functions, put
696
697 @example
698 \include "guile-debugger.ly"
699 @end example
700
701 in your input file after any scheme procedures you have defined in
702 that file.  When your input file is processed, a guile prompt
703 will be displayed.  At the guile prompt, you can set breakpoints with
704 the @code{break!} procedure:
705
706 @example
707 guile> (break! my-scheme-procedure)
708 @end example
709
710 Once you have set the desired breakpoints, you exit the guile repl frame
711 by typing:
712
713 @example
714 guile> (quit)
715 @end example
716
717 When one of the scheme routines for which you have set breakpoints is
718 entered, guile will interrupt execution in a debug frame.  At this point,
719 you will have access to guile debugging commands.  For a listing of these
720 commands, type:
721
722 @example
723 debug> help
724 @end example
725
726 @subsection Typical gdb usage
727
728 @subsection Typical .gdbinit files
729
730 The behavior of gdb can be readily customized through the use of
731 @var{.gdbinit} files.  A @var{.gdbinit} file is a file named
732 @var{.gdbinit} (notice the @qq{.} at the beginning of the file name)
733 that is placed in a user's home directory.
734
735 The @var{.gdbinit} file below is from Han-Wen.  It sets breakpoints
736 for all errors and defines functions for displaying scheme objects
737 (ps), grobs (pgrob), and parsed music expressions (pmusic).
738
739 @example
740 file lily/out/lilypond
741 b programming_error
742 b Grob::programming_error
743
744 define ps
745    print ly_display_scm($arg0)
746 end
747 define pgrob
748   print ly_display_scm($arg0->self_scm_)
749   print ly_display_scm($arg0->mutable_property_alist_)
750   print ly_display_scm($arg0->immutable_property_alist_)
751   print ly_display_scm($arg0->object_alist_)
752 end
753 define pmusic
754   print ly_display_scm($arg0->self_scm_)
755   print ly_display_scm($arg0->mutable_property_alist_)
756   print ly_display_scm($arg0->immutable_property_alist_)
757 end
758 @end example
759
760 @subsection Using Guile interactively with LilyPond
761
762 In order to experiment with Scheme programming in the LilyPond
763 environment, it is convenient to have a Guile interpreter that
764 has all the LilyPond modules loaded.  This requires the following
765 steps.
766
767 First, define a Scheme symbol for the active module
768 in the .ly file:
769
770 @example
771 #(module-define! (resolve-module '(guile-user))
772                  'lilypond-module (current-module))
773 @end example
774
775 Second, place a Scheme function in the .ly file that gives an interactive Guile
776 prompt:
777
778 @example
779 #(top-repl)
780 @end example
781
782 When the .ly file is compiled, this causes the compilation to be interrupted
783 and an interactive guile prompt to appear.  When the guile prompt appears,
784 the LilyPond active module must be set as the current guile module:
785
786 @example
787 guile> (set-current-module lilypond-module)
788 @end example
789
790 Proper operation of these commands can be demonstrated by typing the name
791 of a LilyPond public scheme function to see if it's properly defined:
792
793 @example
794 guile> fret-diagram-verbose-markup
795 #<procedure fret-diagram-verbose-markup (layout props marking-list)>
796 @end example
797
798 If the LilyPond module has not been correctly loaded, an error
799 message will be generated:
800
801 @example
802 guile> fret-diagram-verbose-markup
803 ERROR: Unbound variable: fret-diagram-verbose-markup
804 ABORT: (unbound-variable)
805 @end example
806
807 Once the module is properly loaded, any valid LilyPond Scheme expression
808 can be entered at the interactive prompt.
809
810 After the investigation is complete, the interactive guile interpreter
811 can be exited:
812
813 @example
814 guile> (quit)
815 @end example
816
817 The compilation of the .ly file will then continue.
818
819 @node Adding or modifying features
820 @section Adding or modifying features
821
822 When a new feature is to be added to LilyPond, it is necessary to
823 ensure that the feature is properly integrated to maintain
824 its long-term support.  This section describes the steps necessary
825 for feature addition and modification.
826
827 @subsection Write the code
828
829 You should probably create a new git branch for writing the code, as that
830 will separate it from the master branch and allow you to continue
831 to work on small projects related to master.
832
833 Please be sure to follow the rules for programming style discussed
834 earlier in this chapter.
835
836 @subsection Write regression tests
837
838 In order to demonstrate that the code works properly, you will
839 need to write one or more regression tests.  These tests are
840 typically .ly files that are found in input/regression.
841
842 Regression tests should be as brief as possible to demonstrate the
843 functionality of the code.
844
845 Regression tests should generally cover one issue per test.  Several
846 short, single-issue regression tests are preferred to a single, long,
847 multiple-issue regression test.
848
849 Use existing regression tests as templates to demonstrate the type of
850 header information that should be included in a regression test.
851
852 @subsection Write convert-ly rule
853
854 If the modification changes the input syntax, a convert-ly rule
855 should be written to automatically update input files from older
856 versions.
857
858 convert-ly rules are found in python/convertrules.py
859
860 If possible, the convert-ly rule should allow automatic updating
861 of the file.  In some cases, this will not be possible, so the
862 rule will simply point out to the user that the feature needs
863 manual correction.
864
865 @subsection Automatically update documentation, snippets, and regtests
866
867 convert-ly should be used to update the documentation, the snippets,
868 and the regression tests.  This not only makes the necessary syntax
869 changes, it also tests the convert-ly rules.
870
871 The automatic updating is a three step process.  First, be sure you
872 are in the top-level source directory.  Then, for the
873 documentation, do:
874
875 @example
876 find Documentation/ -name '*.itely' | xargs convert-ly -e --from @qq{@var{X.Y.Z}}
877 @end example
878
879 @noindent
880 where @var{X.Y.Z} is the version number of the last released development
881 version.
882
883 Next, for the snippets, do:
884
885 @example
886 find Documentation/snippets/ -name '*.ly' | xargs convert-ly -e --from @qq{@var{X.Y.Z}}
887 @end example
888
889 Finally, for the regression tests, do:
890
891 @example
892 find input/regression/ -name '*.ly' | xargs convert-ly -e --from @qq{@var{X.Y.Z}}
893
894 @end example
895
896 @subsection Manually update documentation, snippets, and regtests
897
898 Where the convert-ly rule is not able to automatically update the inline
899 lilypond code in the documentation (i.e. if a NOT_SMART rule is used), the
900 documentation must be manually updated.  The inline snippets that require
901 changing must be changed in the English version of the docs and all
902 translated versions.  If the inline code is not changed in the
903 translated documentation, the old snippets will show up in the
904 English version of the documentation.
905
906 Where the convert-ly rule is not able to automatically update snippets
907 in Documentation/snippets/, those snippets must be manually updated.
908 Those snippets should be copied to Documentation/snippets/new.  The
909 comments at the top of the snippet describing its automatice generation
910 should be removed.  All translated texidoc strings should be removed.
911 The comment @qq{% begin verbatim} should be removed.  The syntax of
912 the snippet should then be manually edited.
913
914 Where snippets in Documentation/snippets are made obsolete, the snippet
915 should be copied to Documentation/snippets/new.  The comments and
916 texidoc strings should be removed as described above.  Then the body
917 of the snippet should be changed to:
918
919 @example
920 \markup @{
921   This snippet is deprecated as of version X.Y.Z and
922   will be removed from the documentation.
923 @}
924 @end example
925
926 @noindent
927 where X.Y.Z is the version number for which the convert-ly rule was
928 written.
929
930 Update the snippet files by running:
931
932 @example
933 scripts/auxiliar/makelsr.py
934 @end example
935
936 Where the convert-ly rule is not able to automatically update regression
937 tests, the regression tests in input/regression should be manually
938 edited.
939
940 Although it is not required, it is helpful if the developer
941 can write relevant material for inclusion in the Notation
942 Reference.  If the developer does not feel qualified to write
943 the documentation, a documentation editor will be able to
944 write it from the regression tests.  The text that is added to
945 or removed from the documentation should be changed only in
946 the English version.
947
948 @subsection Edit changes.tely
949
950 An entry should be added to Documentation/changes.tely to describe
951 the feature changes to be implemented.  This is especially important
952 for changes that change input file syntax.
953
954 Hints for changes.tely entries are given at the top of the file.
955
956 New entries in changes.tely go at the top of the file.
957
958 The changes.tely entry should be written to show how the new change
959 improves LilyPond, if possible.
960
961 @subsection Verify successful build
962
963 When the changes have been made, successful completion must be
964 verified by doing
965
966 @example
967 make all
968 make doc
969 @end example
970
971 When these commands complete without error, the patch is
972 considered to function successfully.
973
974 Developers on Windows who are unable to build LilyPond should
975 get help from a Linux or OSX developer to do the make tests.
976
977 @subsection Verify regression test
978
979 In order to avoid breaking LilyPond, it is important to verify that
980 the regression tests all succeed.  This process is described in
981 @ref{Regression tests}.
982
983 @subsection Post patch for comments
984
985 For any change other than a minor change, a patch set should be
986 posted on @uref{http://codereview.appspot.com/, Rietveld} for comment.
987 This requires the use of an external package, git-cl, and an email
988 account on Google.
989
990 git-cl is installed by:
991
992 @example
993 git clone git://neugierig.org/git-cl.git
994 @end example
995
996 Then, add the git-cl directory to your PATH, or create a
997 symbolic link to the git-cl and upload.py in one of your
998 PATH directories (like usr/bin).  git-cl is then
999 configured by entering the command
1000
1001 @example
1002 git cl config
1003 @end example
1004
1005 @noindent
1006 in the LilyPond git directory and answering the questions that
1007 are asked.  If you do not understand the question answer with just
1008 a newline (CR).
1009
1010 The patch set is posted to Rietveld as follows.  Ensure your changes
1011 are committed in a separate branch, which should differ from the
1012 reference branch to be used by just the changes to be uploaded.
1013 If the reference branch is to be origin/master, ensure this is
1014 up-to-date.  If necessary, use git rebase to rebase the branch
1015 containing the changes to the head of origin/master.  Finally,
1016 check out branch with the changes and enter the command:
1017
1018 @example
1019 git cl upload <reference SHA1 ID>
1020 @end example
1021
1022 @noindent
1023 where <reference SHA1 ID> is the SHA1 ID of the commit to be used
1024 as a reference source for the patch.  Generally, this will be the
1025 SHA1 ID of origin/master, and in that case the command
1026
1027 @example
1028 git cl upload origin/master
1029 @end example
1030
1031 @noindent
1032 can be used.
1033
1034 After prompting for your Google email address and password, the
1035 patch set will be posted to Rietveld.
1036
1037 You should then announce the patch by sending
1038 an email to lilypond-devel, with a subject line
1039 starting with PATCH:, asking for comments on the patch.
1040
1041 As revisions are made in response to comments, successive patch sets
1042 for the same issue can be uploaded by reissuing the git-cl command
1043 with the modified branch checked out.
1044
1045 @subsection Push patch
1046
1047 Once all the comments have been addressed, the patch can be pushed.
1048
1049 If the author has push privileges, the author will push the patch.
1050 Otherwise, a developer with push privileges will push the patch.
1051
1052 @subsection Closing the issues
1053
1054 Once the patch has been pushed, all the relevant issues should be
1055 closed.
1056
1057 On Rietveld, the author should log in an close the issue either by
1058 using the @q{Edit Issue} link, or by clicking the circled x icon
1059 to the left of the issue name.
1060
1061 If the changes were in response to a feature request on the Google
1062 issue tracker for LilyPond, the author should change the status to
1063 @q{Fixed_x_y_z} where the patch was fixed in version x.y.z.  If
1064 the author does not have privileges to change the status, an email
1065 should be sent to bug-lilypond requesting the BugMeister to change
1066 the status.
1067
1068 @node Iterator tutorial
1069 @section Iterator tutorial
1070
1071 FIXME -- this is a placeholder for a tutorial on iterators
1072
1073 Iterators are routines written in C++ that process music expressions
1074 and sent the music events to the appropriate engravers and/or
1075 performers.
1076
1077 @node Engraver tutorial
1078 @section Engraver tutorial
1079
1080 FIXME -- This is a placeholder for a tutorial on how engravers work.
1081
1082 Engravers are C++ classes that catch music events and
1083 create the appropriate grobs for display on the page.  Though the
1084 majority of engravers are responsible for the creation of a single grob,
1085 in some cases (e.g. @code{New_fingering_engraver}), several different grobs
1086 may be created.
1087
1088 @subsection Useful methods for information processing
1089
1090 An engraver inherits the following public methods from the Translator
1091 base class, which can be used to process listened events and acknowledged
1092 grobs:
1093
1094 @itemize
1095 @item @code{virtual void initialize ()}
1096 @item @code{void start_translation_timestep ()}
1097 @item @code{void process_music ()}
1098 @item @code{void process_acknowledged ()}
1099 @item @code{void stop_translation_timestep ()}
1100 @item @code{virtual void finalize ()}
1101 @end itemize
1102
1103 These methods are listed in order of translation time, with
1104 @code{initialize ()} and @code{finalize ()} bookending the whole
1105 process.  @code{initialize ()} can be used for one-time initialization
1106 of context properties before translation starts, whereas
1107 @code{finalize ()} is often used to tie up loose ends at the end of
1108 translation: for example, an unterminated spanner might be completed
1109 automatically or reported with a warning message.
1110
1111 @subsection Translation process
1112
1113 At each timestep in the music, translation proceeds by calling the
1114 following methods in turn:
1115
1116 @code{start_translation_timestep ()} is called before any user information enters
1117 the translators, i.e., no property operations (\set, \override, etc.) or events
1118 have been processed yet.
1119
1120 @code{process_music ()} and @code{process_acknowledged ()} are called after events
1121 have been heard, or grobs have been acknowledged.  The latter tends to be used
1122 exclusively with engravers which only acknowledge grobs, whereas the former is
1123 the default method for main processing within engravers.
1124
1125 @code{stop_translation_timestep ()} is called after all user information has been
1126 processed prior to beginning the translation for the next timestep.
1127
1128 @subsection Preventing garbage collection for SCM member variables
1129
1130 In certain cases, an engraver might need to ensure private Scheme variables
1131 (with type SCM) do not get swept away by Guile's garbage collector: for example,
1132 a cache of the previous key signature which must persist persist between timesteps.
1133 The method @code{virtual derived_mark () const} can be used in such cases to mark
1134 such objects as follows:
1135
1136 @example
1137 Engraver_name::derived_mark ()
1138 @{
1139   scm_gc_mark (private_scm_member_)
1140 @}
1141 @end example
1142
1143
1144 @subsection Listening to music events
1145
1146 External interfaces to to the engraver are implemented by protected
1147 macros including one or more of the following:
1148
1149 @itemize
1150 @item @code{DECLARE_TRANSLATOR_LISTENER (event_name)}
1151 @item @code{IMPLEMENT_TRANSLATOR_LISTENER (Engraver_name, event_name)}
1152 @end itemize
1153
1154 @noindent
1155 where @var{event_name} is the type of event required to provide the
1156 input the engraver needs and @var{Engraver_name} is the name of the
1157 engraver.
1158
1159 Following declaration of a listener, the method is implemented as follows:
1160
1161 @example
1162 IMPLEMENT_TRANSLATOR_LISTENER (Engraver_name, event_name)
1163 void
1164 Engraver_name::listen_event_name (Stream event *event)
1165 @{
1166   ...body of listener method...
1167 @}
1168 @end example
1169
1170 @subsection Acknowledging grobs
1171
1172 Some engravers also need information from grobs as they are created
1173 and as they terminate.  The mechanism and methods to obtain this
1174 information are set up by the macros:
1175
1176 @itemize
1177 @item @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (grob_interface)}
1178 @item @code{DECLARE_END_ACKNOWLEDGER (grob_interface)}
1179 @end itemize
1180
1181 where @var{grob_interface} is an interface supported by the
1182 grob(s) which should be acknowledged.  For example, the following
1183 code would declare acknowledgers for a @code{NoteHead} grob (via the
1184 @code{note-head-interface}) and any grobs which support the
1185 @code{side-position-interface}:
1186
1187 @example
1188 @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (note_head)}
1189 @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (side_position)}
1190 @end example
1191
1192 The @code{DECLARE_END_ACKNOWLEDGER ()} macro sets up a spanner-specific
1193 acknowledger which will be called whenever a spanner ends.
1194
1195 Following declaration of an acknowledger, the method is coded as follows:
1196
1197 @example
1198 void
1199 Engraver_name::acknowledge_interface_name (Grob_info info)
1200 @{
1201   ...body of acknowledger method...
1202 @}
1203 @end example
1204
1205 @subsection Engraver declaration/documentation
1206
1207 An engraver must have a public macro
1208
1209 @itemize
1210 @item @code{TRANSLATOR_DECLARATIONS (Engraver_name)}
1211 @end itemize
1212
1213 @noindent
1214 where @code{Engraver_name} is the name of the engraver.  This
1215 defines the common variables and methods used by every engraver.
1216
1217 At the end of the engraver file, one or both of the following
1218 macros are generally called to document the engraver in the
1219 Internals Reference:
1220
1221 @itemize
1222 @item @code{ADD_ACKNOWLEDGER (Engraver_name, grob_interface)}
1223 @item @code{ADD_TRANSLATOR (Engraver_name, Engraver_doc,
1224     Engraver_creates, Engraver_reads, Engraver_writes)}
1225 @end itemize
1226
1227 @noindent
1228 where @code{Engraver_name} is the name of the engraver, @code{grob_interface}
1229 is the name of the interface that will be acknowledged,
1230 @code{Engraver_doc} is a docstring for the engraver,
1231 @code{Engraver_creates} is the set of grobs created by the engraver,
1232 @code{Engraver_reads} is the set of properties read by the engraver,
1233 and @code{Engraver_writes} is the set of properties written by
1234 the engraver.
1235
1236 @node Callback tutorial
1237 @section Callback tutorial
1238
1239 FIXME -- This is a placeholder for a tutorial on callback functions.
1240
1241 @node LilyPond scoping
1242 @section LilyPond scoping
1243
1244 The Lilypond language has a concept of scoping, ie you can do
1245
1246 @example
1247 foo = 1
1248
1249 #(begin
1250    (display (+ foo 2)))
1251 @end example
1252
1253 @noindent with @code{\paper}, @code{\midi} and @code{\header} being
1254 nested scope inside the .ly file-level scope.  @w{@code{foo = 1}} is
1255 translated in to a scheme variable definition.
1256
1257 This implemented using modules, with each scope being an anonymous
1258 module that imports its enclosing scope's module.
1259
1260 The reason to put some functions (@qq{builtin}) outside the .ly level,
1261 is that in case of
1262
1263 @example
1264 lilypond a.ly b.ly
1265 @end example
1266
1267 @noindent
1268 we want to reuse the built-in definitions, without changes
1269 effected in a.ly leaking into the processing of b.ly.
1270
1271 Maintaining this scoping when one .ly file can be included in another
1272 .ly file can be challenging.  A @code{define-public-toplevel} macro
1273 has been created in order to handle a difficulty caused by the modules
1274 being not the same when a .ly file is included into another.
1275 This provided a way to define all markup commands in the same module.
1276 At this time, we have found no easier way to define a function in a given
1277 module (not the current one) than to define this macro.
1278
1279 With this architecture, the guile module system is not bypassed:
1280 module-define!, module-export!  and module-ref are all guile module
1281 primitives.
1282
1283 A second reason for using this current architecture is to avoid memory
1284 leaks that could occur when running multiple files if toplevel
1285 functions were registered permanently.
1286
1287