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