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1 @c -*- coding: utf-8; mode: texinfo; -*-
2 @node Programming work
3 @chapter Programming work
4
5 @menu
6 * Overview of LilyPond architecture::
7 * LilyPond programming languages::
8 * Programming without compiling::
9 * Finding functions::
10 * Code style::
11 * Warnings Errors Progress and Debug Output::
12 * Debugging LilyPond::
13 * Tracing object relationships::
14 * Adding or modifying features::
15 * Iterator tutorial::
16 * Engraver tutorial::
17 * Callback tutorial::
18 * Understanding pure properties::
19 * LilyPond scoping::
20 * Scheme->C interface::
21 * LilyPond miscellany::
22 @end menu
23
24 @node Overview of LilyPond architecture
25 @section Overview of LilyPond architecture
26
27 LilyPond processes the input file into graphical and musical output in a
28 number of stages.  This process, along with the types of routines that
29 accomplish the various stages of the process, is described in this section.  A
30 more complete description of the LilyPond architecture and internal program
31 execution is found in Erik Sandberg's
32 @uref{http://lilypond.org/website/pdf/thesis-erik-sandberg.pdf, master's
33 thesis}.
34
35 The first stage of LilyPond processing is @emph{parsing}.  In the parsing
36 process, music expressions in LilyPond input format are converted to music
37 expressions in Scheme format.  In Scheme format, a music expression is a list
38 in tree form, with nodes that indicate the relationships between various music
39 events.  The LilyPond parser is written in Bison.
40
41 The second stage of LilyPond processing is @emph{iterating}.  Iterating
42 assigns each music event to a context, which is the environment in which the
43 music will be finally engraved.  The context is responsible for all further
44 processing of the music.  It is during the iteration stage that contexts are
45 created as necessary to ensure that every note has a Voice type context (e.g.
46 Voice, TabVoice, DrumVoice, CueVoice, MensuralVoice, VaticanaVoice,
47 GregorianTranscriptionVoice), that the Voice type contexts exist in
48 appropriate Staff type contexts, and that parallel Staff type contexts exist
49 in StaffGroup type contexts.  In addition, during the iteration stage each
50 music event is assigned a moment, or a time in the music when the event
51 begins.
52
53 Each type of music event has an associated iterator.  Iterators are defined in
54 @file{*-iterator.cc}.  During iteration, an
55 event's iterator is called to deliver that music event to the appropriate
56 context(s).
57
58 The final stage of LilyPond processing is @emph{translation}.  During
59 translation, music events are prepared for graphical or midi output.  The
60 translation step is accomplished by the polymorphic base class Translator
61 through its two derived classes: Engraver (for graphical output) and
62 Performer (for midi output).
63
64 Translators are defined in C++ files named @file{*-engraver.cc}
65 and @file{*-performer.cc}.
66 Much of the work of translating is handled by Scheme functions,
67 which is one of the keys to LilyPond's exceptional flexibility.
68
69 @sourceimage{architecture-diagram,,,png}
70
71
72 @node LilyPond programming languages
73 @section LilyPond programming languages
74
75 Programming in LilyPond is done in a variety of programming languages.  Each
76 language is used for a specific purpose or purposes.  This section describes
77 the languages used and provides links to reference manuals and tutorials for
78 the relevant language.
79
80 @subsection C++
81
82 The core functionality of LilyPond is implemented in C++.
83
84 C++ is so ubiquitous that it is difficult to identify either a reference
85 manual or a tutorial.  Programmers unfamiliar with C++ will need to spend some
86 time to learn the language before attempting to modify the C++ code.
87
88 The C++ code calls Scheme/GUILE through the GUILE interface, which is
89 documented in the
90 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html, GUILE
91   Reference Manual}.
92
93 @subsection Flex
94
95 The LilyPond lexer is implemented in Flex, an implementation of the Unix lex
96 lexical analyser generator.  Resources for Flex can be found
97 @uref{http://flex.sourceforge.net/, here}.
98
99 @subsection GNU Bison
100
101 The LilyPond parser is implemented in Bison, a GNU parser generator.  The
102 Bison homepage is found at @uref{http://www.gnu.org/software/bison/,
103 gnu.org}.  The manual (which includes both a reference and tutorial) is
104 @uref{http://www.gnu.org/software/bison/manual/index.html, available} in a
105 variety of formats.
106
107 @subsection GNU Make
108
109 GNU Make is used to control the compiling process and to build the
110 documentation and the website.  GNU Make documentation is available at
111 @uref{http://www.gnu.org/software/make/manual/, the GNU website}.
112
113 @subsection GUILE or Scheme
114
115 GUILE is the dialect of Scheme that is used as LilyPond's extension language.
116 Many extensions to LilyPond are written entirely in GUILE.  The
117 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html,
118 GUILE Reference Manual} is available online.
119
120 @uref{http://mitpress.mit.edu/sicp/full-text/book/book.html, Structure and
121 Interpretation of Computer Programs}, a popular textbook used to teach
122 programming in Scheme is available in its entirety online.
123
124 An introduction to Guile/Scheme as used in LilyPond can be found in the
125 @rextend{Scheme tutorial}.
126
127 @subsection MetaFont
128
129 MetaFont is used to create the music fonts used by LilyPond.  A MetaFont
130 tutorial is available at @uref{http://metafont.tutorial.free.fr/, the
131 METAFONT tutorial page}.
132
133 @subsection PostScript
134
135 PostScript is used to generate graphical output.  A brief PostScript tutorial
136 is @uref{http://local.wasp.uwa.edu.au/~pbourke/dataformats/postscript/,
137 available online}.  The
138 @uref{http://www.adobe.com/products/postscript/pdfs/PLRM.pdf, PostScript Language
139 Reference} is available online in PDF format.
140
141 @subsection Python
142
143 Python is used for XML2ly and is used for building the documentation and the
144 website.
145
146 Python documentation is available at @uref{http://www.python.org/doc/,
147 python.org}.
148
149 @node Programming without compiling
150 @section Programming without compiling
151
152 Much of the development work in LilyPond takes place by changing @file{*.ly} or
153 @file{*.scm} files.  These changes can be made without compiling LilyPond.  Such
154 changes are described in this section.
155
156
157 @subsection Modifying distribution files
158
159 Much of LilyPond is written in Scheme or LilyPond input files.  These
160 files are interpreted when the program is run, rather than being compiled
161 when the program is built, and are present in all LilyPond distributions.
162 You will find @file{.ly} files in the @file{ly/} directory and the Scheme files in the
163 @file{scm/} directory.  Both Scheme files and @file{.ly} files can be modified and
164 saved with any text editor.  It's probably wise to make a backup copy of
165 your files before you modify them, although you can reinstall if the
166 files become corrupted.
167
168 Once you've modified the files, you can test the changes just by running
169 LilyPond on some input file.  It's a good idea to create a file that
170 demonstrates the feature you're trying to add.  This file will eventually
171 become a regression test and will be part of the LilyPond distribution.
172
173 @subsection Desired file formatting
174
175 Files that are part of the LilyPond distribution have Unix-style line
176 endings (LF), rather than DOS (CR+LF) or MacOS 9 and earlier (CR).  Make
177 sure you use the necessary tools to ensure that Unix-style line endings are
178 preserved in the patches you create.
179
180 Tab characters should not be included in files for distribution.  All
181 indentation should be done with spaces.  Most editors have settings to
182 allow the setting of tab stops and ensuring that no tab characters are
183 included in the file.
184
185 Scheme files and LilyPond files should be written according to standard
186 style guidelines.  Scheme file guidelines can be found at
187 @uref{http://community.schemewiki.org/?scheme-style}.  Following these
188 guidelines will make your code easier to read.  Both you and others that
189 work on your code will be glad you followed these guidelines.
190
191 For LilyPond files, you should follow the guidelines for LilyPond snippets
192 in the documentation.  You can find these guidelines at
193 @ref{Texinfo introduction and usage policy}.
194
195 @node Finding functions
196 @section Finding functions
197
198 When making changes or fixing bugs in LilyPond, one of the initial
199 challenges is finding out where in the code tree the functions to
200 be modified live.  With nearly 3000 files in the source tree,
201 trial-and-error searching is generally ineffective.  This section
202 describes a process for finding interesting code.
203
204 @subsection Using the ROADMAP
205
206 The file ROADMAP is located in the main directory of the lilypond source.
207 ROADMAP lists all of the directories in the LilyPond source tree, along
208 with a brief description of the kind of files found in each directory.
209 This can be a very helpful tool for deciding which directories to search
210 when looking for a function.
211
212
213 @subsection Using grep to search
214
215 Having identified a likely subdirectory to search, the grep utility can
216 be used to search for a function name.  The format of the grep command is
217
218 @example
219 grep -i functionName subdirectory/*
220 @end example
221
222 This command will search all the contents of the directory subdirectory/
223 and display every line in any of the files that contains
224 functionName.  The @option{-i} option makes @command{grep} ignore
225 case -- this can be very useful if you are not yet familiar with
226 our capitalization conventions.
227
228 The most likely directories to grep for function names are @file{scm/} for
229 scheme files, ly/ for lilypond input (@file{*.ly}) files, and @file{lily/} for C++
230 files.
231
232
233 @subsection Using git grep to search
234
235 If you have used git to obtain the source, you have access to a
236 powerful tool to search for functions.  The command:
237
238 @example
239 git grep functionName
240 @end example
241
242 will search through all of the files that are present in the git
243 repository looking for functionName.  It also presents the results
244 of the search using @code{less}, so the results are displayed one page
245 at a time.
246
247 @subsection Searching on the git repository at Savannah
248
249 You can also use the equivalent of git grep on the Savannah server.
250
251 @itemize
252
253 @item
254 Go to http://git.sv.gnu.org/gitweb/?p=lilypond.git
255
256 @item
257 In the pulldown box that says commit, select grep.
258
259 @item
260 Type functionName in the search box, and hit enter/return
261
262 @end itemize
263
264 This will initiate a search of the remote git repository.
265
266
267 @node Code style
268 @section Code style
269
270 This section describes style guidelines for LilyPond
271 source code.
272
273 @menu
274 * Languages::
275 * Filenames::
276 * Indentation::
277 * Naming conventions::
278 * Broken code::
279 * Code comments::
280 * Handling errors::
281 * Localization::
282 @end menu
283
284
285 @node Languages
286 @subsection Languages
287
288 C++ and Python are preferred.  Python code should use PEP 8.
289
290
291 @node Filenames
292 @subsection Filenames
293
294 Definitions of classes that are only accessed via pointers (*) or
295 references (&) shall not be included as include files.
296
297 @verbatim
298    filenames
299
300         ".hh"   Include files
301              ".cc"      Implementation files
302              ".icc"     Inline definition files
303              ".tcc"     non inline Template defs
304
305    in emacs:
306
307              (setq auto-mode-alist
308                    (append '(("\\.make$" . makefile-mode)
309                         ("\\.cc$" . c++-mode)
310                         ("\\.icc$" . c++-mode)
311                         ("\\.tcc$" . c++-mode)
312                         ("\\.hh$" . c++-mode)
313                         ("\\.pod$" . text-mode)
314                         )
315                       auto-mode-alist))
316 @end verbatim
317
318 The class Class_name is coded in @q{class-name.*}
319
320
321 @node Indentation
322 @subsection Indentation
323
324 Standard GNU coding style is used.
325
326 @subsubheading Indenting files with @code{fixcc.py} (recommended)
327
328 LilyPond provides a python script that will adjust the indentation
329 and spacing on a @code{.cc} or @code{.hh} file to very near the
330 GNU standard:
331
332 @example
333 scripts/auxiliar/fixcc.py FILENAME
334 @end example
335
336 This can be run on all files at once, but this is not recommended
337 for normal contributors or developers.
338
339 @smallexample
340 scripts/auxiliar/fixcc.py \
341   $(find flower lily -name '*cc' -o -name '*hh' | grep -v /out)
342 @end smallexample
343
344
345 @subsubheading Indenting with emacs
346
347 The following hooks will produce indentation which is similar to
348 our official indentation as produced with @code{fixcc.py}.
349
350 @example
351 (add-hook 'c++-mode-hook
352      '(lambda ()
353         (c-set-style "gnu")
354         (setq indent-tabs-mode nil))
355 @end example
356
357 If you like using font-lock, you can also add this to your
358 @file{.emacs}:
359
360 @example
361 (setq font-lock-maximum-decoration t)
362 (setq c++-font-lock-keywords-3
363       (append
364        c++-font-lock-keywords-3
365        '(("\\b\\(a-zA-Z_?+_\\)\\b" 1 font-lock-variable-name-face) ("\\b\\(A-Z?+a-z_?+\\)\\b" 1 font-lock-type-face))
366        ))
367 @end example 
368
369
370 @subheading Indenting with vim
371
372 Although emacs indentation is the GNU standard, acceptable
373 indentation can usually be accomplished with vim.  Some hints for
374 vim are as follows:
375
376 A workable .vimrc:
377
378 @example
379 set cindent
380 set smartindent
381 set autoindent
382 set expandtab
383 set softtabstop=2
384 set shiftwidth=2
385 filetype plugin indent on
386 set incsearch
387 set ignorecase smartcase
388 set hlsearch
389 set confirm
390 set statusline=%F%m%r%h%w\ %@{&ff@}\ %Y\ [ASCII=\%03.3b]\ [HEX=\%02.2B]\ %04l,%04v\ %p%%\ [LEN=%L]
391 set laststatus=2
392 set number
393 " Remove trailing whitespace on write
394 autocmd BufWritePre * :%s/\s\+$//e
395 @end example
396
397 With this @file{.vimrc}, files can be reindented automatically by
398 highlighting the lines to be indented in visual mode (use V to
399 enter visual mode) and pressing @code{=}.
400
401 A @file{scheme.vim} file will help improve the indentation.  This
402 one was suggested by Patrick McCarty.  It should be saved in
403 @file{~/.vim/after/syntax/scheme.vim}.
404
405 @example
406 " Additional Guile-specific 'forms'
407 syn keyword schemeSyntax define-public define*-public
408 syn keyword schemeSyntax define* lambda* let-keywords*
409 syn keyword schemeSyntax defmacro defmacro* define-macro
410 syn keyword schemeSyntax defmacro-public defmacro*-public
411 syn keyword schemeSyntax use-modules define-module
412 syn keyword schemeSyntax define-method define-class
413
414 " Additional LilyPond-specific 'forms'
415 syn keyword schemeSyntax define-markup-command define-markup-list-command
416 syn keyword schemeSyntax define-safe-public define-music-function
417 syn keyword schemeSyntax def-grace-function
418
419 " All of the above should influence indenting too
420 set lw+=define-public,define*-public
421 set lw+=define*,lambda*,let-keywords*
422 set lw+=defmacro,defmacro*,define-macro
423 set lw+=defmacro-public,defmacro*-public
424 set lw+=use-modules,define-module
425 set lw+=define-method,define-class
426 set lw+=define-markup-command,define-markup-list-command
427 set lw+=define-safe-public,define-music-function
428 set lw+=def-grace-function
429
430 " These forms should not influence indenting
431 set lw-=if
432 set lw-=set!
433
434 " Try to highlight all ly: procedures
435 syn match schemeFunc "ly:[^) ]\+"
436 @end example
437
438
439 @node Naming conventions
440 @subsection Naming Conventions
441
442 Naming conventions have been established for LilyPond
443 source code.
444
445 @subheading Classes and Types
446
447 Classes begin with an uppercase letter, and words
448 in class names are separated with @code{_}:
449
450 @verbatim
451 This_is_a_class
452 @end verbatim
453
454 @subheading Members
455
456 Member variable names end with an underscore:
457
458 @verbatim
459 Type Class::member_
460 @end verbatim
461
462 @subheading Macros
463
464 Macro names should be written in uppercase completely,
465 with words separated by @code{_}:
466
467 @verbatim
468 THIS_IS_A_MACRO
469 @end verbatim
470
471 @subheading Variables
472
473 Variable names should be complete words, rather than abbreviations.
474 For example, it is preferred to use @code{thickness} rather than
475 @code{th} or @code{t}.
476
477 Multi-word variable names in C++ should have the words separated
478 by the underscore character (@q{_}):
479
480 @verbatim
481 cxx_multiword_variable
482 @end verbatim
483
484 Multi-word variable names in Scheme should have the words separated
485 by a hyphen (@q{-}):
486
487 @verbatim
488 scheme-multiword-variable
489 @end verbatim
490
491 @node Broken code
492 @subsection Broken code
493
494 Do not write broken code.  This includes hardwired dependencies,
495 hardwired constants, slow algorithms and obvious limitations.  If
496 you can not avoid it, mark the place clearly, and add a comment
497 explaining shortcomings of the code.
498
499 Ideally, the comment marking the shortcoming would include
500 TODO, so that it is marked for future fixing.
501
502 We reject broken-in-advance on principle.
503
504
505 @node Code comments
506 @subsection Code comments
507
508 Comments may not be needed if descriptive variable names are used
509 in the code and the logic is straightforward.  However, if the
510 logic is difficult to follow, and particularly if non-obvious
511 code has been included to resolve a bug, a comment describing
512 the logic and/or the need for the non-obvious code should be included.
513
514 There are instances where the current code could be commented better.
515 If significant time is required to understand the code as part of
516 preparing a patch, it would be wise to add comments reflecting your
517 understanding to make future work easier.
518
519
520 @node Handling errors
521 @subsection Handling errors
522
523 As a general rule, you should always try to continue computations,
524 even if there is some kind of error.  When the program stops, it
525 is often very hard for a user to pinpoint what part of the input
526 causes an error.  Finding the culprit is much easier if there is
527 some viewable output.
528
529 So functions and methods do not return errorcodes, they never
530 crash, but report a programming_error and try to carry on.
531
532 Error and warning messages need to be localized.
533
534
535 @node Localization
536 @subsection Localization
537
538 This document provides some guidelines to help programmers write
539 proper user
540 messages.  To help translations, user messages must follow
541 uniform conventions.  Follow these rules when coding for LilyPond.
542 Hopefully, this can be replaced by general GNU guidelines in the
543 future.  Even better would be to have an English (en_BR, en_AM)
544 guide helping programmers writing consistent messages for all GNU
545 programs.
546
547 Non-preferred messages are marked with `+'.  By convention,
548 ungrammatical examples are marked with `*'.  However, such ungrammatical
549 examples may still be preferred.
550
551 @itemize
552
553 @item
554 Every message to the user should be localized (and thus be marked
555 for localization).  This includes warning and error messages.
556
557 @item
558 Do not localize/gettextify:
559
560 @itemize
561 @item
562 `programming_error ()'s
563
564 @item
565 `programming_warning ()'s
566
567 @item
568 debug strings
569
570 @item
571 output strings (PostScript, TeX, etc.)
572
573 @end itemize
574
575 @item
576 Messages to be localized must be encapsulated in `_ (STRING)' or
577 `_f (FORMAT, ...)'. E.g.:
578
579 @example
580 warning (_ ("need music in a score"));
581 error (_f ("cannot open file: `%s'", file_name));
582 @end example
583
584 In some rare cases you may need to call `gettext ()' by hand.  This
585 happens when you pre-define (a list of) string constants for later
586 use.  In that case, you'll probably also need to mark these string
587 constants for translation, using `_i (STRING)'.  The `_i' macro is
588 a no-op, it only serves as a marker for `xgettext'.
589
590 @example
591 char const* messages[] = @{
592   _i ("enable debugging output"),
593   _i ("ignore lilypond version"),
594   0
595 @};
596
597 void
598 foo (int i)
599 @{
600   puts (gettext (messages i));
601 @}
602 @end example
603
604 See also @file{flower/getopt-long.cc} and @file{lily/main.cc}.
605
606 @item
607 Do not use leading or trailing whitespace in messages.  If you need
608 whitespace to be printed, prepend or append it to the translated
609 message
610
611 @example
612 message ("Calculating line breaks..." + " ");
613 @end example
614
615 @item
616 Error or warning messages displayed with a file name and line
617 number never start with a capital, eg,
618
619 @example
620 foo.ly: 12: not a duration: 3
621 @end example
622
623 Messages containing a final verb, or a gerund (`-ing'-form) always
624 start with a capital.  Other (simpler) messages start with a
625 lowercase letter
626
627 @example
628 Processing foo.ly...
629 `foo': not declared.
630 Not declaring: `foo'.
631 @end example
632
633 @item
634 Avoid abbreviations or short forms, use `cannot' and `do not'
635 rather than `can't' or `don't'
636 To avoid having a number of different messages for the same
637 situation, well will use quoting like this `"message: `%s'"' for all
638 strings.  Numbers are not quoted:
639
640 @example
641 _f ("cannot open file: `%s'", name_str)
642 _f ("cannot find character number: %d", i)
643 @end example
644
645 @item
646 Think about translation issues.  In a lot of cases, it is better to
647 translate a whole message.  English grammar must not be imposed on the
648 translator.  So, instead of
649
650 @example
651 stem at  + moment.str () +  does not fit in beam
652 @end example
653
654 have
655
656 @example
657 _f ("stem at %s does not fit in beam", moment.str ())
658 @end example
659
660 @item
661 Split up multi-sentence messages, whenever possible.  Instead of
662
663 @example
664 warning (_f ("out of tune!  Can't find: `%s'", "Key_engraver"));
665 warning (_f ("cannot find font `%s', loading default", font_name));
666 @end example
667
668 rather say:
669
670 @example
671 warning (_ ("out of tune:"));
672 warning (_f ("cannot find: `%s', "Key_engraver"));
673 warning (_f ("cannot find font: `%s', font_name));
674 warning (_f ("Loading default font"));
675 @end example
676
677 @item
678 If you must have multiple-sentence messages, use full punctuation.
679 Use two spaces after end of sentence punctuation.  No punctuation
680 (esp. period) is used at the end of simple messages.
681
682 @example
683 _f ("Non-matching braces in text `%s', adding braces", text)
684 _ ("Debug output disabled.  Compiled with NPRINT.")
685 _f ("Huh?  Not a Request: `%s'.  Ignoring.", request)
686 @end example
687
688 @item
689 Do not modularize too much; words frequently cannot be translated
690 without context.  It is probably safe to treat most occurrences of
691 words like stem, beam, crescendo as separately translatable words.
692
693 @item
694 When translating, it is preferable to put interesting information
695 at the end of the message, rather than embedded in the middle.
696 This especially applies to frequently used messages, even if this
697 would mean sacrificing a bit of eloquence.  This holds for original
698 messages too, of course.
699
700 @example
701 en: cannot open: `foo.ly'
702 +   nl: kan `foo.ly' niet openen (1)
703 kan niet openen: `foo.ly'*   (2)
704 niet te openen: `foo.ly'*    (3)
705 @end example
706
707
708 The first nl message, although grammatically and stylistically
709 correct, is not friendly for parsing by humans (even if they speak
710 dutch).  I guess we would prefer something like (2) or (3).
711
712 @item
713 Do not run make po/po-update with GNU gettext < 0.10.35
714
715 @end itemize
716
717
718 @node Warnings Errors Progress and Debug Output
719 @section Warnings, Errors, Progress and Debug Output
720
721 @unnumberedsubsec Available log levels
722
723 LilyPond has several loglevels, which specify how verbose the output on
724 the console should be:
725 @itemize
726 @item NONE: No output at all, even on failure
727 @item ERROR: Only error messages
728 @item WARN: Only error messages and warnings
729 @item BASIC_PROGRESS: Warnings, errors and basic progress (success, etc.)
730 @item PROGRESS: Warnings, errors and full progress messages
731 @item INFO: Warnings, errors, progress and more detailed information (default)
732 @item DEBUG: All messages, including full debug messages (very verbose!)
733 @end itemize
734
735 The loglevel can either be set with the environment variable
736 @code{LILYPOND_LOGLEVEL} or on the command line with the @option{--loglevel=...}
737 option.
738
739 @unnumberedsubsec Functions for debug and log output
740
741 LilyPond has two different types of error and log functions:
742 @itemize 
743
744 @item
745 If a warning or error is caused by an identified position in the input file,
746 e.g. by a grob or by a music expression, the functions of the @code{Input}
747 class provide logging functionality that prints the position of the message
748 in addition to the message.
749
750 @item
751 If a message can not be associated with a particular position in an input file,
752 e.g. the output file cannot be written, then the functions in the 
753 @code{flower/include/warn.hh} file will provide logging functionality that 
754 only prints out the message, but no location.
755
756 @end itemize
757
758 There are also Scheme functions to access all of these logging functions from
759 scheme.  In addition, the Grob class contains some convenience wrappers for
760 even easier access to these functions.
761
762 The message and debug functions in @code{warn.hh} also have an optional 
763 argument @code{newline}, which specifies whether the message should always
764 start on a new line or continue a previous message.
765 By default, @code{progress_indication} does NOT start on a new line, but rather
766 continue the previous output.  They also do not have a particular input
767 position associated, so there are no progress functions in the Input class.
768 All other functions by default start their output on a new line.
769
770 The error functions come in three different flavors: fatal error messages,
771 programming error messages and normal error messages.  Errors written
772 by the @code{error ()} function will cause LilyPond to exit immediately,
773 errors by @code{Input::error ()} will continue the compilation, but
774 return a non-zero return value of the lilypond call (i.e. indicate an 
775 unsuccessful program execution).  All other errors will be printed on the 
776 console, but not exit LilyPond or indicate an unsuccessful return code.
777 Their only differences to a warnings are the displayed text and that
778 they will be shown with loglevel @code{ERROR}.
779
780 If the Scheme option @code{warning-as-error} is set, any warning will be
781 treated as if @code{Input::error} was called.
782
783
784 @unnumberedsubsec All logging functions at a glance
785
786 @multitable @columnfractions 0.16 0.42 0.42
787 @headitem
788 @tab C++, no location
789 @tab C++ from input location
790
791 @item ERROR
792 @tab @code{error ()}, @code{programming_error (msg)}, @code{non_fatal_error (msg)}
793 @tab @code{Input::error (msg)}, @code{Input::programming_error (msg)}
794
795 @item WARN
796 @tab @code{warning (msg)}
797 @tab @code{Input::warning (msg)}
798
799 @item BASIC
800 @tab @code{basic_progress (msg)}
801 @tab -
802
803 @item PROGRESS
804 @tab @code{progress_indication (msg)}
805 @tab -
806
807 @item INFO
808 @tab @code{message (msg)}
809 @tab @code{Input::message (msg)}
810
811 @item DEBUG
812 @tab @code{debug_output (msg)}
813 @tab @code{Input::debug_output (msg)}
814
815 @item @tab @tab
816
817 @headitem
818 @tab C++ from a Grob
819 @tab Scheme, music expression
820
821 @item ERROR
822 @tab @code{Grob::programming_error (msg)}
823 @tab -
824
825 @item WARN
826 @tab @code{Grob::warning (msg)}
827 @tab @code{(ly:music-warning music msg)}
828
829 @item BASIC
830 @tab -
831 @tab -
832
833 @item PROGRESS
834 @tab -
835 @tab -
836
837 @item INFO
838 @tab -
839 @tab @code{(ly:music-message music msg)}
840
841 @item DEBUG
842 @tab -
843 @tab -
844
845 @item @tab @tab
846
847 @headitem
848 @tab Scheme, no location
849 @tab Scheme, input location
850
851 @item ERROR
852 @tab -
853 @tab @code{(ly:error msg args)}, @code{(ly:programming-error msg args)}
854
855 @item WARN
856 @tab @code{(ly:warning msg args)}
857 @tab @code{(ly:input-warning input msg args)}
858
859 @item BASIC
860 @tab @code{(ly:basic-progress msg args)}
861 @tab -
862
863 @item PROGRESS
864 @tab @code{(ly:progress msg args)}
865 @tab -
866
867 @item INFO
868 @tab @code{(ly:message msg args)}
869 @tab @code{(ly:input-message input msg args)}
870
871 @item DEBUG
872 @tab @code{(ly:debug msg args)}
873 @tab -
874
875 @end multitable
876
877
878
879
880 @node Debugging LilyPond
881 @section Debugging LilyPond
882
883 The most commonly used tool for debugging LilyPond is the GNU
884 debugger gdb.  The gdb tool is used for investigating and debugging
885 core Lilypond code written in C++.  Another tool is available for
886 debugging Scheme code using the Guile debugger.  This section
887 describes how to use both gdb and the Guile Debugger.
888
889 @menu
890 * Debugging overview::
891 * Debugging C++ code::
892 * Debugging Scheme code::
893 @end menu
894
895 @node Debugging overview
896 @subsection Debugging overview
897
898 Using a debugger simplifies troubleshooting in at least two ways.
899
900 First, breakpoints can be set to pause execution at any desired point.
901 Then, when execution has paused, debugger commands can be issued to
902 explore the values of various variables or to execute functions.
903
904 Second, the debugger can display a stack trace, which shows the
905 sequence in which functions have been called and the arguments
906 passed to the called functions.
907
908 @node Debugging C++ code
909 @subsection Debugging C++ code
910
911 The GNU debugger, gdb, is the principal tool for debugging C++ code.
912
913 @subheading Compiling LilyPond for use with gdb
914
915 In order to use gdb with LilyPond, it is necessary to compile
916 LilyPond with debugging information.  This is accomplished by running
917 the following commands in the main LilyPond source directory.
918
919 @example
920 ./configure  --disable-optimising
921 make
922 @end example
923
924 This will create a version of LilyPond containing debugging
925 information that will allow the debugger to tie the source code
926 to the compiled code.
927
928 You should not do @var{make install} if you want to use a debugger
929 with LilyPond.  The @var{make install} command will strip debugging
930 information from the LilyPond binary.
931
932 @subheading Typical gdb usage
933
934 Once you have compiled the Lilypond image with the necessary
935 debugging information it will have been written to a location in a
936 subfolder of your current working directory:
937
938 @example
939 out/bin/lilypond
940 @end example
941
942 This is important as you will need to let gdb know where to find the
943 image containing the symbol tables.  You can invoke gdb from the
944 command line using the following:
945
946 @example
947 gdb out/bin/lilypond
948 @end example
949 @noindent
950 This loads the LilyPond symbol tables into gdb.  Then, to run
951 LilyPond on @file{test.ly} under the debugger, enter the following:
952
953 @example
954 run test.ly
955 @end example
956
957 @noindent
958 at the gdb prompt.
959
960 As an alternative to running gdb at the command line you may try
961 a graphical interface to gdb such as ddd:
962
963 @example
964 ddd out/bin/lilypond
965 @end example
966
967 You can also use sets of standard gdb commands stored in a .gdbinit
968 file (see next section).
969
970 @subheading Typical .gdbinit files
971
972 The behavior of gdb can be readily customized through the use of a
973 @var{.gdbinit} file.  A @var{.gdbinit} file is a file named
974 @var{.gdbinit} (notice the @qq{.} at the beginning of the file name)
975 that is placed in a user's home directory.
976
977 The @var{.gdbinit} file below is from Han-Wen.  It sets breakpoints
978 for all errors and defines functions for displaying scheme objects
979 (ps), grobs (pgrob), and parsed music expressions (pmusic).
980
981 @example
982 file $LILYPOND_GIT/build/out/bin/lilypond
983 b programming_error
984 b Grob::programming_error
985
986 define ps
987    print ly_display_scm($arg0)
988 end
989 define pgrob
990   print ly_display_scm($arg0->self_scm_)
991   print ly_display_scm($arg0->mutable_property_alist_)
992   print ly_display_scm($arg0->immutable_property_alist_)
993   print ly_display_scm($arg0->object_alist_)
994 end
995 define pmusic
996   print ly_display_scm($arg0->self_scm_)
997   print ly_display_scm($arg0->mutable_property_alist_)
998   print ly_display_scm($arg0->immutable_property_alist_)
999 end
1000 @end example
1001
1002 @node Debugging Scheme code
1003 @subsection Debugging Scheme code
1004
1005 Scheme code can be developed using the Guile command line
1006 interpreter @code{top-repl}.  You can either investigate
1007 interactively using just Guile or you can use the debugging
1008 tools available within Guile.
1009
1010 @subheading Using Guile interactively with LilyPond
1011
1012 In order to experiment with Scheme programming in the LilyPond
1013 environment, it is necessary to have a Guile interpreter that
1014 has all the LilyPond modules loaded.  This requires the following
1015 steps.
1016
1017 First, define a Scheme symbol for the active module in the @file{.ly} file:
1018
1019 @example
1020 #(module-define! (resolve-module '(guile-user))
1021                  'lilypond-module (current-module))
1022 @end example
1023
1024 Now place a Scheme function in the @file{.ly} file that gives an
1025 interactive Guile prompt:
1026
1027 @example
1028 #(top-repl)
1029 @end example
1030
1031 When the @file{.ly} file is compiled, this causes the compilation to be
1032 interrupted and an interactive guile prompt to appear.  Once the
1033 guile prompt appears, the LilyPond active module must be set as the
1034 current guile module:
1035
1036 @example
1037 guile> (set-current-module lilypond-module)
1038 @end example
1039
1040 You can demonstrate these commands are operating properly by typing the name
1041 of a LilyPond public scheme function to check it has been defined:
1042
1043 @example
1044 guile> fret-diagram-verbose-markup
1045 #<procedure fret-diagram-verbose-markup (layout props marking-list)>
1046 @end example
1047
1048 If the LilyPond module has not been correctly loaded, an error
1049 message will be generated:
1050
1051 @example
1052 guile> fret-diagram-verbose-markup
1053 ERROR: Unbound variable: fret-diagram-verbose-markup
1054 ABORT: (unbound-variable)
1055 @end example
1056
1057 Once the module is properly loaded, any valid LilyPond Scheme
1058 expression can be entered at the interactive prompt.
1059
1060 After the investigation is complete, the interactive guile
1061 interpreter can be exited:
1062
1063 @example
1064 guile> (quit)
1065 @end example
1066
1067 The compilation of the @file{.ly} file will then continue.
1068
1069 @subheading Using the Guile debugger
1070
1071 To set breakpoints and/or enable tracing in Scheme functions, put
1072
1073 @example
1074 \include "guile-debugger.ly"
1075 @end example
1076
1077 in your input file after any scheme procedures you have defined in
1078 that file.  This will invoke the Guile command-line after having set
1079 up the environment for the debug command-line.  When your input file
1080 is processed, a guile prompt will be displayed.  You may now enter
1081 commands to set up breakpoints and enable tracing by the Guile debugger.
1082
1083 @subheading Using breakpoints
1084
1085 At the guile prompt, you can set breakpoints with
1086 the @code{set-break!} procedure:
1087
1088 @example
1089 guile> (set-break! my-scheme-procedure)
1090 @end example
1091
1092 Once you have set the desired breakpoints, you exit the guile repl frame
1093 by typing:
1094
1095 @example
1096 guile> (quit)
1097 @end example
1098
1099 Then, when one of the scheme routines for which you have set
1100 breakpoints is entered, guile will interrupt execution in a debug
1101 frame.  At this point you will have access to Guile debugging
1102 commands.  For a listing of these commands, type:
1103
1104 @example
1105 debug> help
1106 @end example
1107
1108 Alternatively you may code the breakpoints in your Lilypond source
1109 file using a command such as:
1110
1111 @example
1112 #(set-break! my-scheme-procedure)
1113 @end example
1114
1115 immediately after the @code{\include} statement.  In this case the
1116 breakpoint will be set straight after you enter the @code{(quit)}
1117 command at the guile prompt.
1118
1119 Embedding breakpoint commands like this is particularly useful if
1120 you want to look at how the Scheme procedures in the @file{.scm}
1121 files supplied with LilyPond work.  To do this, edit the file in
1122 the relevant directory to add this line near the top:
1123
1124 @example
1125 (use-modules (scm guile-debugger))
1126 @end example
1127
1128 Now you can set a breakpoint after the procedure you are interested
1129 in has been declared.  For example, if you are working on routines
1130 called by @var{print-book-with} in @file{lily-library.scm}:
1131
1132 @example
1133 (define (print-book-with parser book process-procedure)
1134   (let* ((paper (ly:parser-lookup parser '$defaultpaper))
1135          (layout (ly:parser-lookup parser '$defaultlayout))
1136          (outfile-name (get-outfile-name parser)))
1137     (process-procedure book paper layout outfile-name)))
1138
1139 (define-public (print-book-with-defaults parser book)
1140   (print-book-with parser book ly:book-process))
1141
1142 (define-public (print-book-with-defaults-as-systems parser book)
1143   (print-book-with parser book ly:book-process-to-systems))
1144
1145 @end example
1146
1147 At this point in the code you could add this to set a breakpoint at
1148 print-book-with:
1149
1150 @example
1151 (set-break! print-book-with)
1152 @end example
1153
1154 @subheading Tracing procedure calls and evaluator steps
1155
1156 Two forms of trace are available:
1157
1158 @example
1159 (set-trace-call! my-scheme-procedure)
1160 @end example
1161
1162 and
1163
1164 @example
1165 (set-trace-subtree! my-scheme-procedure)
1166 @end example
1167
1168 @code{set-trace-call!} causes Scheme to log a line to the standard
1169 output to show when the procedure is called and when it exits.
1170
1171 @code{set-trace-subtree!} traces every step the Scheme evaluator
1172 performs in evaluating the procedure.
1173
1174 @node Tracing object relationships
1175 @section Tracing object relationships
1176
1177 Understanding the LilyPond source often boils down to figuring out what
1178 is happening to the Grobs.  Where (and why) are they being created,
1179 modified and destroyed? Tracing Lily through a debugger in order to
1180 identify these relationships can be time-consuming and tedious.
1181
1182 In order to simplify this process, a facility has been added to
1183 display the grobs that are created and the properties that are set
1184 and modified.  Although it can be complex to get set up, once set up
1185 it easily provides detailed information about the life of grobs
1186 in the form of a network graph.
1187
1188 Each of the steps necessary to use the graphviz utility
1189 is described below.
1190
1191 @enumerate
1192
1193 @item Installing graphviz
1194
1195 In order to create the graph of the object relationships, it is
1196 first necessary to install Graphviz.  Graphviz is available for a
1197 number of different platforms:
1198
1199 @example
1200 @uref{http://www.graphviz.org/Download..php}
1201 @end example
1202
1203 @item Modifying config.make
1204
1205 In order for the Graphviz tool to work, config.make must be modified.
1206 It is probably a good idea to first save a copy of config.make under
1207 a different name.  Then, edit config.make by removing every occurrence
1208 of @option{-DNDEBUG}.
1209
1210 @item Rebuilding LilyPond
1211
1212 The executable code of LilyPond must be rebuilt from scratch:
1213
1214 @example
1215 make -C lily clean && make -C lily
1216 @end example
1217
1218 @item Create a graphviz-compatible @file{.ly} file
1219
1220 In order to use the graphviz utility, the @file{.ly} file must include
1221 @file{ly/graphviz-init.ly}, and should then specify the
1222 grobs and symbols that should be tracked.  An example of this
1223 is found in @file{input/regression/graphviz.ly}.
1224
1225 @item Run lilypond with output sent to a log file
1226
1227 The Graphviz data is sent to stderr by lilypond, so it is
1228 necessary to redirect stderr to a logfile:
1229
1230 @example
1231 lilypond graphviz.ly 2> graphviz.log
1232 @end example
1233
1234 @item Edit the logfile
1235
1236 The logfile has standard lilypond output, as well as the Graphviz
1237 output data.  Delete everything from the beginning of the file
1238 up to but not including the first occurrence of @code{digraph}.
1239
1240 Also, delete the final lilypond message about success from the end
1241 of the file.
1242
1243 @item Process the logfile with @code{dot}
1244
1245 The directed graph is created from the log file with the program
1246 @code{dot}:
1247
1248 @example
1249 dot -Tpdf graphviz.log > graphviz.pdf
1250 @end example
1251
1252 @end enumerate
1253
1254 The pdf file can then be viewed with any pdf viewer.
1255
1256 When compiled without @option{-DNDEBUG}, lilypond may run slower
1257 than normal.  The original configuration can be restored by either
1258 renaming the saved copy of @code{config.make} or rerunning
1259 @code{configure}.  Then rebuild lilypond with
1260
1261 @example
1262 make -C lily clean && make -C lily
1263 @end example
1264
1265
1266 @node Adding or modifying features
1267 @section Adding or modifying features
1268
1269 When a new feature is to be added to LilyPond, it is necessary to
1270 ensure that the feature is properly integrated to maintain
1271 its long-term support.  This section describes the steps necessary
1272 for feature addition and modification.
1273
1274
1275 @menu
1276 * Write the code::
1277 * Write regression tests::
1278 * Write convert-ly rule::
1279 * Automatically update documentation::
1280 * Manually update documentation::
1281 * Edit changes.tely::
1282 * Verify successful build::
1283 * Verify regression tests::
1284 * Post patch for comments::
1285 * Push patch::
1286 * Closing the issues::
1287 @end menu
1288
1289 @node Write the code
1290 @subsection Write the code
1291
1292 You should probably create a new git branch for writing the code, as that
1293 will separate it from the master branch and allow you to continue
1294 to work on small projects related to master.
1295
1296 Please be sure to follow the rules for programming style discussed
1297 earlier in this chapter.
1298
1299
1300 @node Write regression tests
1301 @subsection Write regression tests
1302
1303 In order to demonstrate that the code works properly, you will
1304 need to write one or more regression tests.  These tests are
1305 typically @file{.ly} files that are found in @file{input/regression}.
1306
1307 Regression tests should be as brief as possible to demonstrate the
1308 functionality of the code.
1309
1310 Regression tests should generally cover one issue per test.  Several
1311 short, single-issue regression tests are preferred to a single, long,
1312 multiple-issue regression test.
1313
1314 If the change in the output is small or easy to overlook, use bigger
1315 staff size -- 40 or more (up to 100 in extreme cases).  Size 30 means
1316 "pay extra attention to details in general".
1317
1318 Use existing regression tests as templates to demonstrate the type of
1319 header information that should be included in a regression test.
1320
1321
1322 @node Write convert-ly rule
1323 @subsection Write convert-ly rule
1324
1325 If the modification changes the input syntax, a convert-ly rule
1326 should be written to automatically update input files from older
1327 versions.
1328
1329 convert-ly rules are found in python/convertrules.py
1330
1331 If possible, the convert-ly rule should allow automatic updating
1332 of the file.  In some cases, this will not be possible, so the
1333 rule will simply point out to the user that the feature needs
1334 manual correction.
1335
1336 @subsubheading Updating version numbers
1337
1338 If a development release occurs between you writing your patch and
1339 having it approved+pushed, you will need to update the version
1340 numbers in your tree.  This can be done with:
1341
1342 @example
1343 scripts/auxiliar/update-patch-version old.version.number new.version.number
1344 @end example
1345
1346 It will change all files in git, so use with caution and examine
1347 the resulting diff.
1348
1349
1350 @node Automatically update documentation
1351 @subsection Automatically update documentation
1352
1353 @command{convert-ly} should be used to update the documentation,
1354 the snippets, and the regression tests.  This not only makes the
1355 necessary syntax changes, it also tests the @command{convert-ly}
1356 rules.
1357
1358 The automatic updating is performed by moving to the top-level
1359 source directory, then running:
1360
1361 @example
1362 scripts/auxiliar/update-with-convert-ly.sh
1363 @end example
1364
1365 If you did an out-of-tree build, pass in the relative path:
1366
1367 @example
1368 BUILD_DIR=../build-lilypond/ scripts/auxiliar/update-with-convert-ly.sh
1369 @end example
1370
1371
1372 @node Manually update documentation
1373 @subsection Manually update documentation
1374
1375 Where the convert-ly rule is not able to automatically update the inline
1376 lilypond code in the documentation (i.e. if a NOT_SMART rule is used), the
1377 documentation must be manually updated.  The inline snippets that require
1378 changing must be changed in the English version of the docs and all
1379 translated versions.  If the inline code is not changed in the
1380 translated documentation, the old snippets will show up in the
1381 English version of the documentation.
1382
1383 Where the convert-ly rule is not able to automatically update snippets
1384 in Documentation/snippets/, those snippets must be manually updated.
1385 Those snippets should be copied to Documentation/snippets/new.  The
1386 comments at the top of the snippet describing its automatic generation
1387 should be removed.  All translated texidoc strings should be removed.
1388 The comment @qq{% begin verbatim} should be removed.  The syntax of
1389 the snippet should then be manually edited.
1390
1391 Where snippets in Documentation/snippets are made obsolete, the snippet
1392 should be copied to Documentation/snippets/new.  The comments and
1393 texidoc strings should be removed as described above.  Then the body
1394 of the snippet should be changed to:
1395
1396 @example
1397 \markup @{
1398   This snippet is deprecated as of version X.Y.Z and
1399   will be removed from the documentation.
1400 @}
1401 @end example
1402
1403 @noindent
1404 where X.Y.Z is the version number for which the convert-ly rule was
1405 written.
1406
1407 Update the snippet files by running:
1408
1409 @example
1410 scripts/auxiliar/makelsr.py
1411 @end example
1412
1413 Where the convert-ly rule is not able to automatically update regression
1414 tests, the regression tests in input/regression should be manually
1415 edited.
1416
1417 Although it is not required, it is helpful if the developer
1418 can write relevant material for inclusion in the Notation
1419 Reference.  If the developer does not feel qualified to write
1420 the documentation, a documentation editor will be able to
1421 write it from the regression tests.  In this case the developer
1422 should raise a new issue with the Type=Documentation tag containing
1423 a reference to the original issue number and/or the committish of
1424 the pushed patch so that the need for new documention is not
1425 overlooked.
1426
1427 Any text that is added to or removed from the documentation should
1428 be changed only in the English version.
1429
1430
1431 @node Edit changes.tely
1432 @subsection Edit changes.tely
1433
1434 An entry should be added to Documentation/changes.tely to describe
1435 the feature changes to be implemented.  This is especially important
1436 for changes that change input file syntax.
1437
1438 Hints for changes.tely entries are given at the top of the file.
1439
1440 New entries in changes.tely go at the top of the file.
1441
1442 The changes.tely entry should be written to show how the new change
1443 improves LilyPond, if possible.
1444
1445
1446 @node Verify successful build
1447 @subsection Verify successful build
1448
1449 When the changes have been made, successful completion must be
1450 verified by doing
1451
1452 @example
1453 make all
1454 make doc
1455 @end example
1456
1457 When these commands complete without error, the patch is
1458 considered to function successfully.
1459
1460 Developers on Windows who are unable to build LilyPond should
1461 get help from a GNU/Linux or OSX developer to do the make tests.
1462
1463
1464 @node Verify regression tests
1465 @subsection Verify regression tests
1466
1467 In order to avoid breaking LilyPond, it is important to verify that
1468 the regression tests succeed, and that no unwanted changes are
1469 introduced into the output.  This process is described in
1470 @ref{Regtest comparison}.
1471
1472 @subheading Typical developer's edit/compile/test cycle
1473
1474 @itemize
1475 @item
1476 Initial test:
1477
1478 @example
1479 make [-j@var{X}]
1480 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] test-baseline
1481 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] check
1482 @end example
1483
1484 @item
1485 Edit/compile/test cycle:
1486
1487 @example
1488 @emph{## edit source files, then...}
1489
1490 make clean                       @emph{## only if needed (see below)}
1491 make [-j@var{X}]                       @emph{## only if needed (see below)}
1492 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] test-redo @emph{## redo files differing from baseline}
1493 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] check
1494 @end example
1495
1496 @item
1497 Reset:
1498
1499 @example
1500 make test-clean
1501 @end example
1502 @end itemize
1503
1504 If you modify any source files that have to be compiled (such as
1505 @file{.cc} or @file{.hh} files in @file{flower/} or @file{lily/}),
1506 then you must run @command{make} before @command{make test-redo},
1507 so @command{make} can compile the modified files and relink all
1508 the object files.  If you only modify files which are interpreted,
1509 like those in the @file{scm/} and @file{ly/} directories, then
1510 @command{make} is not needed before @command{make test-redo}.
1511
1512 Also, if you modify any font definitions in the @file{mf/}
1513 directory then you must run @command{make clean} and
1514 @command{make} before running @command{make test-redo}.  This will
1515 recompile everything, whether modified or not, and takes a lot
1516 longer.
1517
1518 Running @command{make@tie{}check} will leave an HTML page
1519 @file{out/test-results/index.html}.  This page shows all the
1520 important differences that your change introduced, whether in the
1521 layout, MIDI, performance or error reporting.
1522
1523 You only need to use @command{make test-clean} to start from
1524 scratch, prior to running @command{make@tie{}test-baseline}. To
1525 check new modifications, all that is needed is to repeat
1526 @command{make@tie{}test-redo} and @command{make@tie{}test-check}
1527 (not forgetting @command{make} if needed).
1528
1529
1530
1531
1532 @node Post patch for comments
1533 @subsection Post patch for comments
1534
1535 See @ref{Uploading a patch for review}.
1536
1537
1538 @node Push patch
1539 @subsection Push patch
1540
1541 Once all the comments have been addressed, the patch can be pushed.
1542
1543 If the author has push privileges, the author will push the patch.
1544 Otherwise, a developer with push privileges will push the patch.
1545
1546
1547 @node Closing the issues
1548 @subsection Closing the issues
1549
1550 Once the patch has been pushed, all the relevant issues should be
1551 closed.
1552
1553 On Rietveld, the author should log in and close the issue either by
1554 using the @q{Edit Issue} link, or by clicking the circled x icon
1555 to the left of the issue name.
1556
1557 If the changes were in response to a feature request on the Google
1558 issue tracker for LilyPond, the author should change the status to
1559 Fixed and a tag @q{fixed_x_y_z} should be added, where the patch was
1560 fixed in version x.y.z.  If
1561 the author does not have privileges to change the status, an email
1562 should be sent to bug-lilypond requesting the BugMeister to change
1563 the status.
1564
1565
1566 @node Iterator tutorial
1567 @section Iterator tutorial
1568
1569 TODO -- this is a placeholder for a tutorial on iterators
1570
1571 Iterators are routines written in C++ that process music expressions
1572 and sent the music events to the appropriate engravers and/or
1573 performers.
1574
1575 See a short example discussing iterators and their duties in
1576 @ref{Articulations on EventChord}.
1577
1578
1579 @node Engraver tutorial
1580 @section Engraver tutorial
1581
1582 Engravers are C++ classes that catch music events and
1583 create the appropriate grobs for display on the page.  Though the
1584 majority of engravers are responsible for the creation of a single grob,
1585 in some cases (e.g. @code{New_fingering_engraver}), several different grobs
1586 may be created.
1587
1588 Engravers listen for events and acknowledge grobs.  Events are passed to
1589 the engraver in time-step order during the iteration phase.  Grobs are
1590 made available to the engraver when they are created by other engravers
1591 during the iteration phase.
1592
1593
1594 @menu
1595 * Useful methods for information processing::
1596 * Translation process::
1597 * Preventing garbage collection for SCM member variables::
1598 * Listening to music events::
1599 * Acknowledging grobs::
1600 * Engraver declaration/documentation::
1601 @end menu
1602
1603 @node Useful methods for information processing
1604 @subsection Useful methods for information processing
1605
1606 An engraver inherits the following public methods from the Translator
1607 base class, which can be used to process listened events and acknowledged
1608 grobs:
1609
1610 @itemize
1611 @item @code{virtual void initialize ()}
1612 @item @code{void start_translation_timestep ()}
1613 @item @code{void process_music ()}
1614 @item @code{void process_acknowledged ()}
1615 @item @code{void stop_translation_timestep ()}
1616 @item @code{virtual void finalize ()}
1617 @end itemize
1618
1619 These methods are listed in order of translation time, with
1620 @code{initialize ()} and @code{finalize ()} bookending the whole
1621 process.  @code{initialize ()} can be used for one-time initialization
1622 of context properties before translation starts, whereas
1623 @code{finalize ()} is often used to tie up loose ends at the end of
1624 translation: for example, an unterminated spanner might be completed
1625 automatically or reported with a warning message.
1626
1627
1628 @node Translation process
1629 @subsection Translation process
1630
1631 At each timestep in the music, translation proceeds by calling the
1632 following methods in turn:
1633
1634 @code{start_translation_timestep ()} is called before any user
1635 information enters the translators, i.e., no property operations
1636 (\set, \override, etc.) or events have been processed yet.
1637
1638 @code{process_music ()} and @code{process_acknowledged ()} are called
1639 after all events in the current time step have been heard, or all
1640 grobs in the current time step have been acknowledged.  The latter
1641 tends to be used exclusively with engravers which only acknowledge
1642 grobs, whereas the former is the default method for main processing
1643 within engravers.
1644
1645 @code{stop_translation_timestep ()} is called after all user
1646 information has been processed prior to beginning the translation for
1647 the next timestep.
1648
1649
1650 @node Preventing garbage collection for SCM member variables
1651 @subsection Preventing garbage collection for SCM member variables
1652
1653 In certain cases, an engraver might need to ensure private Scheme
1654 variables (with type SCM) do not get swept away by Guile's garbage
1655 collector: for example, a cache of the previous key signature which
1656 must persist between timesteps.  The method
1657 @code{virtual derived_mark () const} can be used in such cases:
1658
1659 @example
1660 Engraver_name::derived_mark ()
1661 @{
1662   scm_gc_mark (private_scm_member_)
1663 @}
1664 @end example
1665
1666
1667 @node Listening to music events
1668 @subsection Listening to music events
1669
1670 External interfaces to the engraver are implemented by protected
1671 macros including one or more of the following:
1672
1673 @itemize
1674 @item @code{DECLARE_TRANSLATOR_LISTENER (event_name)}
1675 @item @code{IMPLEMENT_TRANSLATOR_LISTENER (Engraver_name, event_name)}
1676 @end itemize
1677
1678 @noindent
1679 where @var{event_name} is the type of event required to provide the
1680 input the engraver needs and @var{Engraver_name} is the name of the
1681 engraver.
1682
1683 Following declaration of a listener, the method is implemented as follows:
1684
1685 @example
1686 IMPLEMENT_TRANSLATOR_LISTENER (Engraver_name, event_name)
1687 void
1688 Engraver_name::listen_event_name (Stream event *event)
1689 @{
1690   ...body of listener method...
1691 @}
1692 @end example
1693
1694
1695 @node Acknowledging grobs
1696 @subsection Acknowledging grobs
1697
1698 Some engravers also need information from grobs as they are created
1699 and as they terminate.  The mechanism and methods to obtain this
1700 information are set up by the macros:
1701
1702 @itemize
1703 @item @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (grob_interface)}
1704 @item @code{DECLARE_END_ACKNOWLEDGER (grob_interface)}
1705 @end itemize
1706
1707 where @var{grob_interface} is an interface supported by the
1708 grob(s) which should be acknowledged.  For example, the following
1709 code would declare acknowledgers for a @code{NoteHead} grob (via the
1710 @code{note-head-interface}) and any grobs which support the
1711 @code{side-position-interface}:
1712
1713 @example
1714 @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (note_head)}
1715 @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (side_position)}
1716 @end example
1717
1718 The @code{DECLARE_END_ACKNOWLEDGER ()} macro sets up a spanner-specific
1719 acknowledger which will be called whenever a spanner ends.
1720
1721 Following declaration of an acknowledger, the method is coded as follows:
1722
1723 @example
1724 void
1725 Engraver_name::acknowledge_interface_name (Grob_info info)
1726 @{
1727   ...body of acknowledger method...
1728 @}
1729 @end example
1730
1731 Acknowledge functions are called in the order engravers are
1732 @code{\consist}-ed (the only exception is if you set
1733 @code{must-be-last} to @code{#t}).
1734
1735 If useful things are to be done to the acknowledged grobs, this
1736 should be deferred until all the acknowledging has finished, i.e.,
1737 store the acknowledged grobs and process the information in a
1738 @code{process-acknowledged ()} or @code{stop-translation-timestep ()} 
1739 function.
1740
1741
1742 @node Engraver declaration/documentation
1743 @subsection Engraver declaration/documentation
1744
1745 An engraver must have a public macro
1746
1747 @itemize
1748 @item @code{TRANSLATOR_DECLARATIONS (Engraver_name)}
1749 @end itemize
1750
1751 @noindent
1752 where @code{Engraver_name} is the name of the engraver.  This
1753 defines the common variables and methods used by every engraver.
1754
1755 At the end of the engraver file, one or both of the following
1756 macros are generally called to document the engraver in the
1757 Internals Reference:
1758
1759 @itemize
1760 @item @code{ADD_ACKNOWLEDGER (Engraver_name, grob_interface)}
1761 @item @code{ADD_TRANSLATOR (Engraver_name, Engraver_doc,
1762     Engraver_creates, Engraver_reads, Engraver_writes)}
1763 @end itemize
1764
1765 @noindent
1766 where @code{Engraver_name} is the name of the engraver, @code{grob_interface}
1767 is the name of the interface that will be acknowledged,
1768 @code{Engraver_doc} is a docstring for the engraver,
1769 @code{Engraver_creates} is the set of grobs created by the engraver,
1770 @code{Engraver_reads} is the set of properties read by the engraver,
1771 and @code{Engraver_writes} is the set of properties written by
1772 the engraver.
1773
1774 The @code{ADD_ACKNOWLEDGER} and @code{ADD_TRANSLATOR} macros use a
1775 non-standard indentation system.  Each interface, grob, read property,
1776 and write property is on its own line, and the closing parenthesis
1777 and semicolon for the macro all occupy a separate line beneath the final
1778 interface or write property.  See existing engraver files for more
1779 information.
1780
1781
1782 @node Callback tutorial
1783 @section Callback tutorial
1784
1785 TODO -- This is a placeholder for a tutorial on callback functions.
1786
1787
1788 @node Understanding pure properties
1789 @section Understanding pure properties
1790
1791 @menu
1792 * Purity in LilyPond::
1793 * Writing a pure function::
1794 * How purity is defined and stored::
1795 * Where purity is used::
1796 * Case studies::
1797 * Debugging tips::
1798 @end menu
1799
1800 Pure properties are some of the most difficult properties to understand
1801 in LilyPond but, once understood, it is much easier to work with
1802 horizontal spacing.  This document provides an overview of what it means
1803 for something to be @q{pure} in LilyPond, what this purity guarantees,
1804 and where pure properties are stored and used.  It finishes by
1805 discussing a few case studies for the pure programmer to save you some
1806 time and to prevent you some major headaches.
1807
1808
1809 @node Purity in LilyPond
1810 @subsection Purity in LilyPond
1811 Pure properties in LilyPond that do not have any @q{side effects}.
1812 That is, looking up a pure property should never result in calls to the
1813 following functions:
1814 @itemize
1815 @item @code{set_property}
1816 @item @code{set_object}
1817 @item @code{suicide}
1818 @end itemize
1819 This means that, if the property is calculated via a callback, this callback
1820 must not only avoid the functions above but make sure that any functions
1821 it calls also avoid the functions above.  Also, to date in LilyPond, a pure
1822 function will always return the same value before line breaking (or, more
1823 precisely, before any version of @code{break_into_pieces} is called).  This
1824 convention makes it possible to cache pure functions and be more flexible
1825 about the order in which functions are called. For example; Stem #'length has
1826 a pure property that will @emph{never} trigger one of the functions listed
1827 above and will @emph{always} return the same value before line breaking,
1828 independent of where it is called.  Sometimes, this will be the actual length
1829 of the Stem.  But sometimes it will not.  For example; stem that links up
1830 with a beam will need its end set to the Y position of the beam at the stem's
1831 X position.  However, the beam's Y positions can only be known after the score
1832 is broken up in to several systems (a beam that has a shallow slope on a
1833 compressed line of music, for example, may have a steeper one on an
1834 uncompressed line).  Thus, we only call the impure version of the properties
1835 once we are @emph{absolutely certain} that all of the parameters needed to
1836 calculate their final value have been calculated.  The pure version provides a
1837 useful estimate of what this Stem length (or any property) will be, and
1838 the art of creating good pure properties is trying to get the estimation
1839 as close to the actual value as possible.
1840
1841 Of course, like Gregory Peck and Tintin, some Grobs will have properties
1842 that will always be pure.  For example, the height of a note-head in
1843 not-crazy music will never depend on line breaking or other parameters
1844 decided late in the typesetting process.  Inversely, in rare cases,
1845 certain properties are difficult to estimate with pure values.  For
1846 example, the height of a Hairpin at a certain cross-section of its
1847 horizontal span is difficult to know without knowing the horizontal
1848 distance that the hairpin spans, and LilyPond provides an
1849 over-estimation by reporting the pure height as the entire height of the
1850 Hairpin.
1851
1852 Purity, like for those living in a convent, is more like a contract than
1853 an @emph{a priori}.  If you write a pure-function, you are promising
1854 the user (and the developer who may have to clean up after you) that
1855 your function will not be dependent on factors that change at different
1856 stages of the compilation process (compilation of a score, not of
1857 LilyPond).
1858
1859 One last oddity is that purity, in LilyPond, is currently limited
1860 exclusively to things that have to do with Y-extent and positioning.
1861 There is no concept of @q{pure X} as, by design, X is always the
1862 independent variable (i.e. from column X1 to column X2, what will be the
1863 Y height of a given grob).  Furthermore, there is no purity for
1864 properties like color, text, and other things for which a meaningful notion
1865 of estimation is either not necessary or has not yet been found.  For example,
1866 even if a color were susceptible to change at different points of the
1867 compilation process, it is not clear what a pure estimate of this color
1868 would be or how this pure color could be used.  Thus, in this document and
1869 in the source, you will see purity discussed almost interchangeably with
1870 Y-axis positioning issues.
1871
1872
1873 @node Writing a pure function
1874 @subsection Writing a pure function
1875 Pure functions take, at a minimum, three arguments: the @var{grob}, the
1876 starting column at which the function is being evaluated (hereafter
1877 referred to as @var{start}), and the end column at which the grob is
1878 being evaluated (hereafter referred to as @var{end}).  For items,
1879 @var{start} and @var{end} must be provided (meaning they are not optional)
1880 but will not have a meaningful impact on the result, as items only occupy
1881 one column and will thus yield a value or not (if they are not in the range
1882 from @var{start} to @var{end}).  For spanners however, @var{start} and
1883 @var{end} are important, as we may can get a better pure estimation of a
1884 slice of the spanner than considering it on the whole.  This is useful
1885 during line breaking, for example, when we want to estimate the Y-extent
1886 of a spanner broken at given starting and ending columns.
1887
1888
1889 @node How purity is defined and stored
1890 @subsection How purity is defined and stored
1891 Purity is defined in LilyPond with the creation of an unpure-pure container
1892 (unpure is not a word, but hey, neither was Lilypond until the 90s).  For example:
1893
1894 @example
1895 #(define (foo grob)
1896   '(-1 . 1))
1897
1898 #(define (bar grob start end)
1899   '(-2 . 2))
1900
1901 \override Stem #'length = #(ly:make-unpure-pure-container foo bar)
1902 @end example
1903
1904 Note that items can only ever have two pure heights: their actual pure height
1905 if they are between @q{start} and @q{end}, or an empty interval if they are
1906 not.  Thus, their pure property is cached to speed LilyPond up.  Pure
1907 heights for spanners are generally not cached as they change depending
1908 on the start and end values.  They are only cached in certain particular
1909 cases.  Before writing a lot of caching code, make sure that it is a
1910 value that will be reused a lot.
1911
1912
1913 @node Where purity is used
1914 @subsection Where purity is used
1915 Pure Y values must be used in any functions that are called before
1916 line breaking.  Examples of this can be seen in
1917 @code{Separation_items::boxes} to construct horizontal skylines and in
1918 @code{Note_spacing::stem_dir_correction} to correct for optical
1919 illusions in spacing.  Pure properties are also used in the calculation
1920 of other pure properties.  For example, the @code{Axis_group_interface}
1921 has pure functions that look up other pure functions.
1922
1923 Purity is also implicitly used in any functions that should only ever
1924 return pure values.  For example, extra-spacing-height is only ever used
1925 before line-breaking and thus should never use values that would only be
1926 available after line breaking.  In this case, there is no need to create
1927 callbacks with pure equivalents because these functions, by design, need
1928 to be pure.
1929
1930 To know if a property will be called before and/or after line-breaking
1931 is sometimes tricky and can, like all things in coding, be found by
1932 using a debugger and/or adding @var{printf} statements to see where they
1933 are called in various circumstances.
1934
1935
1936 @node Case studies
1937 @subsection Case studies
1938 In each of these case studies, we expose a problem in pure properties, a
1939 solution, and the pros and cons of this solution.
1940
1941 @subheading Time signatures
1942 A time signature needs to prevent accidentals from passing over or under
1943 it, but its extent does not necessarily extend to the Y-position of
1944 accidentals.  LilyPond's horizontal spacing sometimes makes a line of
1945 music compact and, when doing so, allows certain columns to pass over
1946 each other if they will not collide.  This type of passing over is not
1947 desirable with time signatures in traditional engraving.  But how do we
1948 know if this passing over will happen before line breaking, as we are
1949 not sure what the X positions will be?  We need a pure estimation of how
1950 much extra spacing height the time signatures would need to prevent this
1951 form of passing over without making this height so large as to
1952 overly-distort the Y-extent of an system, which could result in a very
1953 @q{loose} looking score with lots of horizontal space between columns.
1954 So, to approximate this extra spacing height, we use the Y-extent of a
1955 time signature's next-door-neighbor grobs via the pure-from-neighbor
1956 interface.
1957
1958 @itemize
1959 @item pros: By extending the extra spacing height of a time signature to
1960 that of its next-door-neighbors, we make sure that grobs to the right of
1961 it that could pass above or below it do not.
1962
1963 @item cons: This over-estimation of the vertical height could prevent
1964 snug vertical spacing of systems, as the system will be registered as
1965 being taller at the point of the time signature than it actually is.
1966 This approach can be used for clefs and bar lines as well.
1967 @end itemize
1968
1969 @subheading Stems
1970 As described above, Stems need pure height approximations when they are
1971 beamed, as we do not know the beam positions before line breaking.  To
1972 estimate this pure height, we take all the stems in a beam and find
1973 their pure heights as if they were not beamed.  Then, we find the union
1974 of all these pure heights and take the intersection between this
1975 interval (which is large) and an interval going from the note-head of a
1976 stem to infinity in the direction of the stem so that the interval stops
1977 at the note head.
1978
1979 @itemize
1980 @item pros: This is guaranteed to be at least as long as the beamed
1981 stem, as a beamed stem will never go over the ideal length of the
1982 extremal beam of a stem.
1983
1984 @item cons: Certain stems will be estimated as being too long, which
1985 leads to the same problem of too-much-vertical-height as described
1986 above.
1987
1988 @end itemize
1989
1990
1991 @node Debugging tips
1992 @subsection Debugging tips
1993 A few questions to ask yourself when working with pure properties:
1994
1995 @itemize
1996 @item Is the property really pure?  Are you sure that its value could
1997 not be changed later in the compiling process due to other changes?
1998
1999 @item Can the property be made to correspond even more exactly with the
2000 eventual impure property?
2001
2002 @item For a spanner, is the pure property changing correctly depending
2003 on the starting and ending points of the spanner?
2004
2005 @item For an Item, will the item's pure height need to act in horizontal
2006 spacing but not in vertical spacing?  If so, use extra-spacing-height
2007 instead of pure height.
2008
2009 @end itemize
2010
2011
2012 @node LilyPond scoping
2013 @section LilyPond scoping
2014
2015 The Lilypond language has a concept of scoping, i.e. you can do:
2016
2017 @example
2018 foo = 1
2019
2020 #(begin
2021    (display (+ foo 2)))
2022 @end example
2023
2024 @noindent with @code{\paper}, @code{\midi} and @code{\header} being
2025 nested scope inside the @file{.ly} file-level scope.  @w{@code{foo = 1}}
2026 is translated in to a scheme variable definition.
2027
2028 This implemented using modules, with each scope being an anonymous
2029 module that imports its enclosing scope's module.
2030
2031 Lilypond's core, loaded from @file{.scm} files, is usually placed in the
2032 @code{lily} module, outside the @file{.ly} level.  In the case of
2033
2034 @example
2035 lilypond a.ly b.ly
2036 @end example
2037
2038 @noindent
2039 we want to reuse the built-in definitions, without changes effected in
2040 user-level @file{a.ly} leaking into the processing of @file{b.ly}.
2041
2042 The user-accessible definition commands have to take care to avoid
2043 memory leaks that could occur when running multiple files.  All
2044 information belonging to user-defined commands and markups is stored in
2045 a manner that allows it to be garbage-collected when the module is
2046 dispersed, either by being stored module-locally, or in weak hash
2047 tables.
2048
2049
2050 @node Scheme->C interface
2051 @section Scheme->C interface
2052
2053 Most of the C functions interfacing with Guile/Scheme used in LilyPond
2054 are described in the API Reference of the
2055 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html,
2056 GUILE Reference Manual}.
2057
2058 The remaining functions are defined in @file{lily/lily-guile.cc},
2059 @file{lily/include/lily-guile.hh} and
2060 @file{lily/include/lily-guile-macros.hh}.
2061 Although their names are meaningful there's a few things you should know
2062 about them.
2063
2064 @menu
2065 * Comparison::
2066 * Conversion::
2067 @end menu
2068
2069 @node Comparison
2070 @subsection Comparison
2071
2072 This is the trickiest part of the interface.
2073
2074 Mixing Scheme values with C comparison operators won't produce any crash
2075 or warning when compiling but must be avoided:
2076
2077 @example
2078 scm_string_p (scm_value) == SCM_BOOL_T
2079 @end example
2080
2081 As we can read in the reference, @code{scm_string_p} returns a Scheme
2082 value: either @code{#t} or @code{#f} which are written @code{SCM_BOOL_T}
2083 and @code{SCM_BOOL_F} in C.  This will work, but it is not following
2084 to the API guidelines.  For further information, read this discussion:
2085
2086 @smallexample
2087 @uref{http://lists.gnu.org/archive/html/lilypond-devel/2011-08/msg00646.html}
2088 @end smallexample
2089
2090 There are functions in the Guile reference that returns C values
2091 instead of Scheme values.  In our example, a function called
2092 @code{scm_is_string} (described after @code{string?} and @code{scm_string_p})
2093 returns the C value 0 or 1.
2094
2095 So the best solution was simply:
2096
2097 @example
2098 scm_is_string (scm_value)
2099 @end example
2100
2101 There a simple solution for almost every common comparison.  Another example:
2102 we want to know if a Scheme value is a non-empty list.  Instead of:
2103
2104 @example
2105 (scm_is_true (scm_list_p (scm_value)) && scm_value != SCM_EOL)
2106 @end example
2107
2108 one can usually use:
2109
2110 @example
2111 scm_is_pair (scm_value)
2112 @end example
2113
2114 since a list of at least one member is a pair.  This test is
2115 cheap; @code{scm_list_p} is actually quite more complex since it makes
2116 sure that its argument is neither a `dotted list' where the last pair
2117 has a non-null @code{cdr}, nor a circular list.  There are few
2118 situations where the complexity of those tests make sense.
2119
2120 Unfortunately, there is not a @code{scm_is_[something]} function for
2121 everything.  That's one of the reasons why LilyPond has its own Scheme
2122 interface.  As a rule of thumb, tests that are cheap enough to be
2123 worth inlining tend to have such a C interface.  So there is
2124 @code{scm_is_pair} but not @code{scm_is_list}, and @code{scm_is_eq}
2125 but not @code{scm_is_equal}.
2126
2127 @subheading General definitions
2128
2129 @subsubheading bool to_boolean (SCM b)
2130
2131 Return @code{true} if @var{b} is @code{SCM_BOOL_T}, else return @code{false}.
2132
2133 This should be used instead of @code{scm_is_true} and
2134 @code{scm_is_false} for properties since in Lilypond, unset properties
2135 are read as an empty list, and by convention unset Boolean properties
2136 default to false.  Since both @code{scm_is_true} and
2137 @code{scm_is_false} only compare with @code{##f} in line with what
2138 Scheme's conditionals do, they are not really useful for checking the
2139 state of a Boolean property.
2140
2141 @subsubheading bool ly_is_[something] (args)
2142
2143 Behave the same as scm_is_[something] would do if it existed.
2144
2145 @subsubheading bool is_[type] (SCM s)
2146
2147 Test whether the type of @var{s} is [type].
2148 [type] is a LilyPond-only set of values (direction, axis...).  More
2149 often than not, the code checks Lilypond specific C++-implemented
2150 types using
2151
2152 @subsubheading [type *] unsmob_[type] (SCM s)
2153
2154 This tries converting a Scheme object to a pointer of the desired
2155 kind.  If the Scheme object is of the wrong type, a pointer value
2156 of@w{ }@code{0} is returned, making this suitable for a Boolean test.
2157
2158 @node Conversion
2159 @subsection Conversion
2160
2161 @subheading General definitions
2162
2163 @subsubheading bool to_boolean (SCM b)
2164
2165 Return @code{true} if @var{b} is @code{SCM_BOOL_T}, else return @code{false}.
2166
2167 This should be used instead of @code{scm_is_true} and @code{scm_is_false}
2168 for properties since empty lists are sometimes used to unset them.
2169
2170 @subsubheading [C type] ly_scm2[C type] (SCM s)
2171
2172 Behave the same as scm_to_[C type] would do if it existed.
2173
2174 @subsubheading [C type] robust_scm2[C type] (SCM s, [C type] d)
2175
2176 Behave the same as scm_to_[C type] would do if it existed.
2177 Return @var{d} if type verification fails.
2178
2179
2180 @node LilyPond miscellany
2181 @section LilyPond miscellany
2182
2183 This is a place to dump information that may be of use to developers
2184 but doesn't yet have a proper home.  Ideally, the length of this section
2185 would become zero as items are moved to other homes.
2186
2187
2188 @menu
2189 * Spacing algorithms::
2190 * Info from Han-Wen email::
2191 * Music functions and GUILE debugging::
2192 * Articulations on EventChord::
2193 @end menu
2194
2195 @node Spacing algorithms
2196 @subsection Spacing algorithms
2197
2198 Here is information from an email exchange about spacing algorithms.
2199
2200 On Thu, 2010-02-04 at 15:33 -0500, Boris Shingarov wrote:
2201 I am experimenting with some modifications to the line breaking code,
2202 and I am stuck trying to understand how some of it works.  So far my
2203 understanding is that Simple_spacer operates on a vector of Grobs, and
2204 it is a well-known Constrained-QP problem (rods = constraints, springs
2205 = quadratic function to minimize).  What I don't understand is, if the
2206 spacer operates at the level of Grobs, which are built at an earlier
2207 stage in the pipeline, how are the changes necessitated by differences
2208 in line breaking, taken into account?  in other words, if I take the
2209 last measure of a line and place it on the next line, it is not just a
2210 matter of literally moving that graphic to where the start of the next
2211 line is, but I also need to draw a clef, key signature, and possibly
2212 other fundamental things -- but at that stage in the rendering
2213 pipeline, is it not too late??
2214
2215 Joe Neeman answered:
2216
2217 We create lots of extra grobs (eg. a BarNumber at every bar line) but
2218 most of them are not drawn.  See the break-visibility property in
2219 item-interface.
2220
2221 Here is another e-mail exchange.  Janek Warchoł asked for a starting point
2222 to fixing 1301 (change clef colliding with notes).  Neil Puttock replied:
2223
2224 The clef is on a loose column (it floats before the head), so the
2225 first place I'd look would be lily/spacing-loose-columns.cc (and
2226 possibly lily/spacing-determine-loose-columns.cc).
2227 I'd guess the problem is the way loose columns are spaced between
2228 other columns: in this snippet, the columns for the quaver and tuplet
2229 minim are so close together that the clef's column gets dumped on top
2230 of the quaver (since it's loose, it doesn't influence the spacing).
2231
2232 @node Info from Han-Wen email
2233 @subsection Info from Han-Wen email
2234
2235 In 2004, Douglas Linhardt decided to try starting a document that would
2236 explain LilyPond architecture and design principles.  The material below
2237 is extracted from that email, which can be found at
2238 @uref{http://thread.gmane.org/gmane.comp.gnu.lilypond.devel/2992}.
2239 The headings reflect questions from Doug or comments from Han-Wen;
2240 the body text are Han-Wen's answers.
2241
2242 @subheading Figuring out how things work.
2243
2244 I must admit that when I want to know how a program works, I use grep
2245 and emacs and dive into the source code.  The comments and the code
2246 itself are usually more revealing than technical documents.
2247
2248 @subheading What's a grob, and how is one used?
2249
2250 Graphical object - they are created from within engravers, either as
2251 Spanners (derived class) -slurs, beams- or Items (also a derived
2252 class) -notes, clefs, etc.
2253
2254 There are two other derived classes System (derived from Spanner,
2255 containing a "line of music") and Paper_column (derived from Item, it
2256 contains all items that happen at the same moment).  They are separate
2257 classes because they play a special role in the linebreaking process.
2258
2259 @subheading What's a smob, and how is one used?
2260
2261 A C(++) object that is encapsulated so it can be used as a Scheme
2262 object.  See GUILE info, "19.3 Defining New Types (Smobs)"
2263
2264 @subheading When is each C++ class constructed and used?
2265
2266 @itemize
2267
2268 @item
2269 Music classes
2270
2271 In the parser.yy see the macro calls MAKE_MUSIC_BY_NAME().
2272
2273 @item
2274 Contexts
2275
2276 Constructed during "interpreting" phase.
2277
2278 @item
2279 Engravers
2280
2281 Executive branch of Contexts, plugins that create grobs, usually one
2282 engraver per grob type.  Created  together with context.
2283
2284 @item
2285 Layout Objects
2286
2287 = grobs
2288
2289 @item
2290 Grob Interfaces
2291
2292 These are not C++ classes per se.  The idea of a Grob interface hasn't
2293 crystallized well.  ATM, an interface is a symbol, with a bunch of grob
2294 properties.  They are not objects that are created or destroyed.
2295
2296 @item
2297 Iterators
2298
2299 Objects that walk through different music classes, and deliver events
2300 in a synchronized way, so that notes that play together are processed
2301 at the same moment and (as a result) end up on the same horizontal position.
2302
2303 Created during interpreting phase.
2304
2305 BTW, the entry point for interpreting is ly:run-translator
2306 (ly_run_translator on the C++ side)
2307
2308 @end itemize
2309
2310 @subheading Can you get to Context properties from a Music object?
2311
2312 You can create music object with a Scheme function that reads context
2313 properties (the \applycontext syntax).  However, that function is
2314 executed during Interpreting, so you can not really get Context
2315 properties from Music objects, since music objects are not directly
2316 connected to Contexts.  That connection is made by the  Music_iterators
2317
2318 @subheading Can you get to Music properties from a Context object?
2319
2320 Yes, if you are given the music object within a Context
2321 object.  Normally, the music objects enter Contexts in synchronized
2322 fashion, and the synchronization is done by Music_iterators.
2323
2324 @subheading What is the relationship between C++ classes and Scheme objects?
2325
2326 Smobs are C++ objects in Scheme.  Scheme objects (lists, functions) are
2327 manipulated from C++ as well using the GUILE C function interface
2328 (prefix: scm_)
2329
2330 @subheading How do Scheme procedures get called from C++ functions?
2331
2332 scm_call_*, where * is an integer from 0 to 4.
2333 Also scm_c_eval_string (), scm_eval ()
2334
2335 @subheading How do C++ functions get called from Scheme procedures?
2336
2337 Export a C++ function to Scheme with LY_DEFINE.
2338
2339 @subheading What is the flow of control in the program?
2340
2341 Good question.  Things used to be clear-cut, but we have Scheme
2342 and SMOBs now, which means that interactions do not follow a very
2343 rigid format anymore.  See below for an overview, though.
2344
2345 @subheading Does the parser make Scheme procedure calls or C++ function calls?
2346
2347 Both.  And the Scheme calls can call C++ and vice versa.  It's nested,
2348 with the SCM datatype as lubrication between the interactions
2349
2350 (I think the word "lubrication" describes the process better than the
2351 traditional word "glue")
2352
2353 @subheading How do the front-end and back-end get started?
2354
2355 Front-end: a file is parsed, the rest follows from that.  Specifically,
2356
2357 Parsing leads to a Music + Music_output_def object (see parser.yy,
2358 definition of toplevel_expression )
2359
2360 A Music + Music_output_def object leads to a Global_context object (see
2361 ly_run_translator ())
2362
2363 During interpreting, Global_context + Music leads to a bunch of
2364 Contexts (see Global_translator::run_iterator_on_me ()).
2365
2366 After interpreting, Global_context contains a Score_context (which
2367 contains staves, lyrics etc.) as a child.  Score_context::get_output ()
2368 spews a Music_output object (either a Paper_score object for notation
2369 or Performance object for MIDI).
2370
2371 The Music_output object is the entry point for the backend (see
2372 ly_render_output ()).
2373
2374 The main steps of the backend itself are in
2375
2376 @itemize
2377
2378 @item
2379 @file{paper-score.cc} , Paper_score::process_
2380
2381 @item
2382 @file{system.cc} , System::get_lines()
2383
2384 @item
2385 The step, where things go from grobs to output, is in
2386 System::get_line(): each grob delivers a Stencil (a Device
2387 independent output description), which is interpreted by our
2388 outputting backends (@file{scm/output-tex.scm} and
2389 @file{scm/output-ps.scm}) to produce TeX and PS.
2390
2391 @end itemize
2392
2393 Interactions between grobs and putting things into .tex and .ps files
2394 have gotten a little more complex lately.  Jan has implemented
2395 page-breaking, so now the backend also involves Paper_book,
2396 Paper_lines and other things.  This area is still heavily in flux, and
2397 perhaps not something you should want to look at.
2398
2399 @subheading How do the front-end and back-end communicate?
2400
2401 There is no communication from backend to front-end.  From front-end to
2402 backend is simply the program flow: music + definitions gives
2403 contexts, contexts yield output, after processing, output is written
2404 to disk.
2405
2406 @subheading Where is the functionality associated with KEYWORDs?
2407
2408 See @file{my-lily-lexer.cc} (keywords, there aren't that many)
2409 and @file{ly/*.ly} (most of the other backslashed @code{/\words} are identifiers)
2410
2411 @subheading What Contexts/Properties/Music/etc. are available when they are processed?
2412
2413 What do you mean exactly with this question?
2414
2415 See @file{ly/engraver-init.ly} for contexts,
2416 see @file{scm/define-*.scm} for other objects.
2417
2418 @subheading How do you decide if something is a Music, Context, or Grob property?
2419 Why is part-combine-status a Music property when it seems (IMO)
2420 to be related to the Staff context?
2421
2422 The Music_iterators and Context communicate through two channels
2423
2424 Music_iterators can set and read context properties, idem for
2425 Engravers and Contexts
2426
2427 Music_iterators can send "synthetic" music events (which aren't in
2428 the input) to a context.  These are caught by Engravers.  This is
2429 mostly a one way communication channel.
2430
2431 part-combine-status is part of such a synthetic event, used by
2432 Part_combine_iterator to communicate with Part_combine_engraver.
2433
2434
2435 @subheading Deciding between context and music properties
2436
2437 I'm adding a property to affect how \autochange works.  It seems to
2438 me that it should be a context property, but the Scheme autochange
2439 procedure has a Music argument.  Does this mean I should use
2440 a Music property?
2441
2442 \autochange is one of these extra strange beasts: it requires
2443 look-ahead to decide when to change staves.  This is achieved by
2444 running the interpreting step twice (see
2445 @file{scm/part-combiner.scm} , at the bottom), and
2446 storing the result of the first step (where to switch
2447 staves) in a Music property.  Since you want to influence that
2448 where-to-switch list, your must affect the code in
2449 make-autochange-music (@file{scm/part-combiner.scm}).
2450 That code is called directly from the parser and there are no
2451 official "parsing properties" yet, so there is no generic way
2452 to tune \autochange.  We would have to invent something new
2453 for this, or add a separate argument,
2454
2455 @example
2456     \autochange #around-central-C ..music..
2457 @end example
2458
2459 @noindent
2460 where around-central-C is some function that is called from
2461 make-autochange-music.
2462
2463 @subheading More on context and music properties
2464
2465 From Neil Puttock, in response to a question about transposition:
2466
2467 Context properties (using \set & \unset) are tied to engravers: they
2468 provide information relevant to the generation of graphical objects.
2469
2470 Since transposition occurs at the music interpretation stage, it has
2471 no direct connection with engravers: the pitch of a note is fixed
2472 before a notehead is created.  Consider the following minimal snippet:
2473
2474 @example
2475 @{ c' @}
2476 @end example
2477
2478 This generates (simplified) a NoteEvent, with its pitch and duration
2479 as event properties,
2480
2481 @example
2482 (make-music
2483   'NoteEvent
2484   'duration
2485   (ly:make-duration 2 0 1 1)
2486   'pitch
2487   (ly:make-pitch 0 0 0)
2488 @end example
2489
2490 which the Note_heads_engraver hears.  It passes this information on to
2491 the NoteHead grob it creates from the event, so the head's correct
2492 position and duration-log can be determined once it's ready for
2493 printing.
2494
2495 If we transpose the snippet,
2496
2497 @example
2498 \transpose c d @{ c' @}
2499 @end example
2500
2501 the pitch is changed before it reaches the engraver (in fact, it
2502 happens just after the parsing stage with the creation of a
2503 TransposedMusic music object):
2504
2505 @example
2506 (make-music
2507  'NoteEvent
2508  'duration
2509  (ly:make-duration 2 0 1 1)
2510  'pitch
2511  (ly:make-pitch 0 1 0)
2512 @end example
2513
2514 You can see an example of a music property relevant to transposition:
2515 untransposable.
2516
2517 @example
2518 \transpose c d @{ c'2 \withMusicProperty #'untransposable ##t c' @}
2519 @end example
2520
2521 -> the second c' remains untransposed.
2522
2523 Take a look at @file{lily/music.cc} to see where the transposition takes place.
2524
2525
2526 @subheading How do I tell about the execution environment?
2527
2528 I get lost figuring out what environment the code I'm looking at is in when it
2529 executes.  I found both the C++ and Scheme autochange code.  Then I was trying
2530 to figure out where the code got called from.  I finally figured out that the
2531 Scheme procedure was called before the C++ iterator code, but it took me a
2532 while to figure that out, and I still didn't know who did the calling in the
2533 first place.  I only know a little bit about Flex and Bison, so reading those
2534 files helped only a little bit.
2535
2536 @emph{Han-Wen:} GDB can be of help here.  Set a breakpoint in C++, and run.  When you
2537 hit the breakpoint, do a backtrace.  You can inspect Scheme objects
2538 along the way by doing
2539
2540 @example
2541 p ly_display_scm(obj)
2542 @end example
2543
2544 this will display OBJ through GUILE.
2545
2546 @node Music functions and GUILE debugging
2547 @subsection Music functions and GUILE debugging
2548
2549 Ian Hulin was trying to do some debugging in music functions, and
2550 came up with the following question
2551
2552 HI all,
2553 I'm working on the Guile Debugger Stuff, and would like to try
2554 debugging a music function definition such as:
2555
2556 @example
2557 conditionalMark = #(define-music-function (parser location) ()
2558     #@{ \tag #'instrumental-part @{\mark \default@}  #@} )
2559 @end example
2560
2561 It appears conditionalMark does not get set up as an
2562 equivalent of a Scheme
2563
2564 @example
2565 (define conditionalMark = define-music-function(parser location () ...
2566 @end example
2567
2568 @noindent
2569 although something gets defined because Scheme apparently recognizes
2570
2571 @example
2572 #(set-break! conditionalMark)
2573 @end example
2574
2575 @noindent
2576 later on in the file without signalling any Guile errors.
2577
2578 However the breakpoint trap is never encountered as
2579 define-music-function passed things on to ly:make-music-function,
2580 which is really C++ code ly_make_music_function, so Guile never
2581 finds out about the breakpoint.
2582
2583 Han-Wen answered as follows:
2584
2585 You can see the definition by doing
2586
2587 @example
2588 #(display conditionalMark)
2589 @end example
2590
2591 noindent
2592 inside the @file{.ly} file.
2593
2594 The breakpoint failing may have to do with the call sequence.  See
2595 @file{parser.yy}, run_music_function().  The function is called directly from
2596 C++, without going through the GUILE evaluator, so I think that is why
2597 there is no debugger trap.
2598
2599 @node Articulations on EventChord
2600 @subsection Articulations on EventChord
2601
2602 From David Kastrup's email
2603 @uref{http://lists.gnu.org/archive/html/lilypond-devel/2012-02/msg00189.html}:
2604
2605 LilyPond's typesetting does not act on music expressions and music
2606 events.  It acts exclusively on stream events.  It is the act of
2607 iterators to convert a music expression into a sequence of stream events
2608 played in time order.
2609
2610 The EventChord iterator is pretty simple: it just takes its "elements"
2611 field when its time comes up, turns every member into a StreamEvent and
2612 plays that through the typesetting process.  The parser currently
2613 appends all postevents belonging to a chord at the end of "elements",
2614 and thus they get played at the same point of time as the elements of
2615 the chord.  Due to this design, you can add per-chord articulations or
2616 postevents or even assemble chords with a common stem by using parallel
2617 music providing additional notes/events: the typesetter does not see a
2618 chord structure or postevents belonging to a chord, it just sees a
2619 number of events occuring at the same point of time in a Voice context.
2620
2621 So all one needs to do is let the EventChord iterator play articulations
2622 after elements, and then adding to articulations in EventChord is
2623 equivalent to adding them to elements (except in cases where the order
2624 of events matters).