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