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1 @c -*- coding: utf-8; mode: texinfo; -*-
2 @node Programming work
3 @chapter Programming work
4
5 @menu
6 * Overview of LilyPond architecture::
7 * LilyPond programming languages::
8 * Programming without compiling::
9 * Finding functions::
10 * Code style::
11 * 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 *-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 *-engraver.cc and *-performer.cc.
62 Much of the work of translating is handled by Scheme functions,
63 which is one of the keys to LilyPond's exceptional flexibility.
64
65 @sourceimage{architecture-diagram,,,png}
66
67
68 @node LilyPond programming languages
69 @section LilyPond programming languages
70
71 Programming in LilyPond is done in a variety of programming languages.  Each
72 language is used for a specific purpose or purposes.  This section describes
73 the languages used and provides links to reference manuals and tutorials for
74 the relevant language.
75
76 @subsection C++
77
78 The core functionality of LilyPond is implemented in C++.
79
80 C++ is so ubiquitous that it is difficult to identify either a reference
81 manual or a tutorial.  Programmers unfamiliar with C++ will need to spend some
82 time to learn the language before attempting to modify the C++ code.
83
84 The C++ code calls Scheme/GUILE through the GUILE interface, which is
85 documented in the
86 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html, GUILE
87   Reference Manual}.
88
89 @subsection Flex
90
91 The LilyPond lexer is implemented in Flex, an implementation of the Unix lex
92 lexical analyser generator.  Resources for Flex can be found
93 @uref{http://flex.sourceforge.net/, here}.
94
95 @subsection GNU Bison
96
97 The LilyPond parser is implemented in Bison, a GNU parser generator.  The
98 Bison homepage is found at @uref{http://www.gnu.org/software/bison/,
99 gnu.org}.  The manual (which includes both a reference and tutorial) is
100 @uref{http://www.gnu.org/software/bison/manual/index.html, available} in a
101 variety of formats.
102
103 @subsection GNU Make
104
105 GNU Make is used to control the compiling process and to build the
106 documentation and the website.  GNU Make documentation is available at
107 @uref{http://www.gnu.org/software/make/manual/, the GNU website}.
108
109 @subsection GUILE or Scheme
110
111 GUILE is the dialect of Scheme that is used as LilyPond's extension language.
112 Many extensions to LilyPond are written entirely in GUILE.  The
113 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html,
114 GUILE Reference Manual} is available online.
115
116 @uref{http://mitpress.mit.edu/sicp/full-text/book/book.html, Structure and
117 Interpretation of Computer Programs}, a popular textbook used to teach
118 programming in Scheme is available in its entirety online.
119
120 An introduction to Guile/Scheme as used in LilyPond can be found in the
121 @rextend{Scheme tutorial}.
122
123 @subsection MetaFont
124
125 MetaFont is used to create the music fonts used by LilyPond.  A MetaFont
126 tutorial is available at @uref{http://metafont.tutorial.free.fr/, the
127 METAFONT tutorial page}.
128
129 @subsection PostScript
130
131 PostScript is used to generate graphical output.  A brief PostScript tutorial
132 is @uref{http://local.wasp.uwa.edu.au/~pbourke/dataformats/postscript/,
133 available online}.  The
134 @uref{http://www.adobe.com/devnet/postscript/pdfs/PLRM.pdf, PostScript Language
135 Reference} is available online in PDF format.
136
137 @subsection Python
138
139 Python is used for XML2ly and is used for building the documentation and the
140 website.
141
142 Python documentation is available at @uref{http://www.python.org/doc/,
143 python.org}.
144
145 @node Programming without compiling
146 @section Programming without compiling
147
148 Much of the development work in LilyPond takes place by changing *.ly or
149 *.scm files.  These changes can be made without compiling LilyPond.  Such
150 changes are described in this section.
151
152
153 @subsection Modifying distribution files
154
155 Much of LilyPond is written in Scheme or LilyPond input files.  These
156 files are interpreted when the program is run, rather than being compiled
157 when the program is built, and are present in all LilyPond distributions.
158 You will find .ly files in the ly/ directory and the Scheme files in the
159 scm/ directory.  Both Scheme files and .ly files can be modified and
160 saved with any text editor.  It's probably wise to make a backup copy of
161 your files before you modify them, although you can reinstall if the
162 files become corrupted.
163
164 Once you've modified the files, you can test the changes just by running
165 LilyPond on some input file.  It's a good idea to create a file that
166 demonstrates the feature you're trying to add.  This file will eventually
167 become a regression test and will be part of the LilyPond distribution.
168
169 @subsection Desired file formatting
170
171 Files that are part of the LilyPond distribution have Unix-style line
172 endings (LF), rather than DOS (CR+LF) or MacOS 9 and earlier (CR).  Make
173 sure you use the necessary tools to ensure that Unix-style line endings are
174 preserved in the patches you create.
175
176 Tab characters should not be included in files for distribution.  All
177 indentation should be done with spaces.  Most editors have settings to
178 allow the setting of tab stops and ensuring that no tab characters are
179 included in the file.
180
181 Scheme files and LilyPond files should be written according to standard
182 style guidelines.  Scheme file guidelines can be found at
183 @uref{http://community.schemewiki.org/?scheme-style}.  Following these
184 guidelines will make your code easier to read.  Both you and others that
185 work on your code will be glad you followed these guidelines.
186
187 For LilyPond files, you should follow the guidelines for LilyPond snippets
188 in the documentation.  You can find these guidelines at
189 @ref{Texinfo introduction and usage policy}.
190
191 @node Finding functions
192 @section Finding functions
193
194 When making changes or fixing bugs in LilyPond, one of the initial
195 challenges is finding out where in the code tree the functions to
196 be modified live.  With nearly 3000 files in the source tree,
197 trial-and-error searching is generally ineffective.  This section
198 describes a process for finding interesting code.
199
200 @subsection Using the ROADMAP
201
202 The file ROADMAP is located in the main directory of the lilypond source.
203 ROADMAP lists all of the directories in the LilyPond source tree, along
204 with a brief description of the kind of files found in each directory.
205 This can be a very helpful tool for deciding which directories to search
206 when looking for a function.
207
208
209 @subsection Using grep to search
210
211 Having identified a likely subdirectory to search, the grep utility can
212 be used to search for a function name.  The format of the grep command is
213
214 @example
215 grep -i functionName subdirectory/*
216 @end example
217
218 This command will search all the contents of the directory subdirectory/
219 and display every line in any of the files that contains
220 functionName.  The @code{-i} option makes @command{grep} ignore
221 case -- this can be very useful if you are not yet familiar with
222 our capitalization conventions.
223
224 The most likely directories to grep for function names are scm/ for
225 scheme files, ly/ for lilypond input (*.ly) files, and lily/ for C++
226 files.
227
228
229 @subsection Using git grep to search
230
231 If you have used git to obtain the source, you have access to a
232 powerful tool to search for functions.  The command:
233
234 @example
235 git grep functionName
236 @end example
237
238 will search through all of the files that are present in the git
239 repository looking for functionName.  It also presents the results
240 of the search using @code{less}, so the results are displayed one page
241 at a time.
242
243 @subsection Searching on the git repository at Savannah
244
245 You can also use the equivalent of git grep on the Savannah server.
246
247 @itemize
248
249 @item
250 Go to http://git.sv.gnu.org/gitweb/?p=lilypond.git
251
252 @item
253 In the pulldown box that says commit, select grep.
254
255 @item
256 Type functionName in the search box, and hit enter/return
257
258 @end itemize
259
260 This will initiate a search of the remote git repository.
261
262
263 @node Code style
264 @section Code style
265
266 This section describes style guidelines for LilyPond
267 source code.
268
269 @menu
270 * Languages::
271 * Filenames::
272 * Indentation::
273 * Naming conventions::
274 * Broken code::
275 * Code comments::
276 * Handling errors::
277 * Localization::
278 @end menu
279
280
281 @node Languages
282 @subsection Languages
283
284 C++ and Python are preferred.  Python code should use PEP 8.
285
286
287 @node Filenames
288 @subsection Filenames
289
290 Definitions of classes that are only accessed via pointers (*) or
291 references (&) shall not be included as include files.
292
293 @verbatim
294    filenames
295
296         ".hh"   Include files
297              ".cc"      Implementation files
298              ".icc"     Inline definition files
299              ".tcc"     non inline Template defs
300
301    in emacs:
302
303              (setq auto-mode-alist
304                    (append '(("\\.make$" . makefile-mode)
305                         ("\\.cc$" . c++-mode)
306                         ("\\.icc$" . c++-mode)
307                         ("\\.tcc$" . c++-mode)
308                         ("\\.hh$" . c++-mode)
309                         ("\\.pod$" . text-mode)
310                         )
311                       auto-mode-alist))
312 @end verbatim
313
314 The class Class_name is coded in @q{class-name.*}
315
316
317 @node Indentation
318 @subsection Indentation
319
320 Standard GNU coding style is used.  In emacs:
321
322 @verbatim
323              (add-hook 'c++-mode-hook
324                   '(lambda() (c-set-style "gnu")
325                      ))
326 @end verbatim
327
328 If you like using font-lock, you can also add this to your
329 @q{.emacs}:
330
331 @verbatim
332              (setq font-lock-maximum-decoration t)
333              (setq c++-font-lock-keywords-3
334                    (append
335                     c++-font-lock-keywords-3
336                     '(("\\b\\(a-zA-Z_?+_\\)\\b" 1 font-lock-variable-name-face) ("\\b\\(A-Z?+a-z_?+\\)\\b" 1 font-lock-type-face))
337                     ))
338 @end verbatim
339
340 Some source files may not currently have proper indenting.  If this
341 is the case, it is desirable to fix the improper indenting when the
342 file is modified, with the hope of continually improving the code.
343
344
345 @subheading Indenting files with fixcc.py
346
347 LilyPond provides a python script that will correct the indentation
348 on a c++ file:
349
350 @example
351 scripts/auxiliar/fixcc.py lily/my-test-file.cc
352 @end example
353
354 Be sure you replace @code{my-test-file.cc} with the name of the file
355 that you edited.
356
357 If you are editing a file that contains an ADD_TRANSLATOR or ADD_INTERFACE
358 macro, the fixcc.py script will move the final parenthesis up one line
359 from where it should be.  Please check the end of the file before
360 you run fixcc.py, and then put the final parenthesis and semicolon
361 back on a line by themselves.
362
363
364 @subheading Indenting files with emacs in script mode
365
366 @c email to wl@gnu.org when I get here.
367
368 @warning{this is pending some confirmation on -devel.  July 2009 -gp}
369
370 Command-line script to format stuff with emacs:
371
372 @example
373 #!/bin/sh
374 emacs $1 -batch --eval '(indent-region (point-min) (point-max) nil)' -f save-buffer
375 @end example
376
377 (that's all on one line)
378
379 Save it as a shell script, then run on the file(s) you modified.
380
381
382 @subheading Indenting with vim
383
384 Although emacs indentation is the LilyPond standard, acceptable
385 indentation can usually be accomplished with vim.  Some hints for
386 vim are as follows:
387
388 A workable .vimrc:
389
390 @verbatim
391 set cindent
392 set smartindent
393 set autoindent
394 set expandtab
395 set softtabstop=2
396 set shiftwidth=2
397 filetype plugin indent on
398 set incsearch
399 set ignorecase smartcase
400 set hlsearch
401 set confirm
402 set statusline=%F%m%r%h%w\ %{&ff}\ %Y\ [ASCII=\%03.3b]\ [HEX=\%02.2B]\ %04l,%04v\ %p%%\ [LEN=%L]
403 set laststatus=2
404 set number
405 " Remove trailing whitespace on write
406 autocmd BufWritePre * :%s/\s\+$//e
407 @end verbatim
408
409 With this .vimrc, files can be reindented automatically by highlighting
410 the lines to be indented in visual mode (use V to enter visual mode)
411 and pressing =.
412
413 A scheme.vim file will help improve the indentation.  This one
414 was suggested by Patrick McCarty.  It should be saved in
415 ~/.vim/after/syntax/scheme.vim.
416
417 @verbatim
418 " Additional Guile-specific 'forms'
419 syn keyword schemeSyntax define-public define*-public
420 syn keyword schemeSyntax define* lambda* let-keywords*
421 syn keyword schemeSyntax defmacro defmacro* define-macro
422 syn keyword schemeSyntax defmacro-public defmacro*-public
423 syn keyword schemeSyntax use-modules define-module
424 syn keyword schemeSyntax define-method define-class
425
426 " Additional LilyPond-specific 'forms'
427 syn keyword schemeSyntax define-markup-command define-markup-list-command
428 syn keyword schemeSyntax define-safe-public define-music-function
429 syn keyword schemeSyntax def-grace-function
430
431 " All of the above should influence indenting too
432 set lw+=define-public,define*-public
433 set lw+=define*,lambda*,let-keywords*
434 set lw+=defmacro,defmacro*,define-macro
435 set lw+=defmacro-public,defmacro*-public
436 set lw+=use-modules,define-module
437 set lw+=define-method,define-class
438 set lw+=define-markup-command,define-markup-list-command
439 set lw+=define-safe-public,define-music-function
440 set lw+=def-grace-function
441
442 " These forms should not influence indenting
443 set lw-=if
444 set lw-=set!
445
446 " Try to highlight all ly: procedures
447 syn match schemeFunc "ly:[^) ]\+"
448 @end verbatim
449
450
451 @node Naming conventions
452 @subsection Naming Conventions
453
454 Naming conventions have been established for LilyPond
455 source code.
456
457 @subheading Classes and Types
458
459 Classes begin with an uppercase letter, and words
460 in class names are separated with @code{_}:
461
462 @verbatim
463 This_is_a_class
464 @end verbatim
465
466 @subheading Members
467
468 Member variable names end with an underscore:
469
470 @verbatim
471 Type Class::member_
472 @end verbatim
473
474 @subheading Macros
475
476 Macro names should be written in uppercase completely,
477 with words separated by @code{_}:
478
479 @verbatim
480 THIS_IS_A_MACRO
481 @end verbatim
482
483 @subheading Variables
484
485 Variable names should be complete words, rather than abbreviations.
486 For example, it is preferred to use @code{thickness} rather than
487 @code{th} or @code{t}.
488
489 Multi-word variable names in C++ should have the words separated
490 by the underscore character (@q{_}):
491
492 @verbatim
493 cxx_multiword_variable
494 @end verbatim
495
496 Multi-word variable names in Scheme should have the words separated
497 by a hyphen (@q{-}):
498
499 @verbatim
500 scheme-multiword-variable
501 @end verbatim
502
503 @node Broken code
504 @subsection Broken code
505
506 Do not write broken code.  This includes hardwired dependencies,
507 hardwired constants, slow algorithms and obvious limitations.  If
508 you can not avoid it, mark the place clearly, and add a comment
509 explaining shortcomings of the code.
510
511 Ideally, the comment marking the shortcoming would include
512 TODO, so that it is marked for future fixing.
513
514 We reject broken-in-advance on principle.
515
516
517 @node Code comments
518 @subsection Code comments
519
520 Comments may not be needed if descriptive variable names are used
521 in the code and the logic is straightforward.  However, if the
522 logic is difficult to follow, and particularly if non-obvious
523 code has been included to resolve a bug, a comment describing
524 the logic and/or the need for the non-obvious code should be included.
525
526 There are instances where the current code could be commented better.
527 If significant time is required to understand the code as part of
528 preparing a patch, it would be wise to add comments reflecting your
529 understanding to make future work easier.
530
531
532 @node Handling errors
533 @subsection Handling errors
534
535 As a general rule, you should always try to continue computations,
536 even if there is some kind of error.  When the program stops, it
537 is often very hard for a user to pinpoint what part of the input
538 causes an error.  Finding the culprit is much easier if there is
539 some viewable output.
540
541 So functions and methods do not return errorcodes, they never
542 crash, but report a programming_error and try to carry on.
543
544 Error and warning messages need to be localized.
545
546
547 @node Localization
548 @subsection Localization
549
550 This document provides some guidelines to help programmers write
551 proper user
552 messages.  To help translations, user messages must follow
553 uniform conventions.  Follow these rules when coding for LilyPond.
554 Hopefully, this can be replaced by general GNU guidelines in the
555 future.  Even better would be to have an English (en_BR, en_AM)
556 guide helping programmers writing consistent messages for all GNU
557 programs.
558
559 Non-preferred messages are marked with `+'.  By convention,
560 ungrammatical examples are marked with `*'.  However, such ungrammatical
561 examples may still be preferred.
562
563 @itemize
564
565 @item
566 Every message to the user should be localized (and thus be marked
567 for localization).  This includes warning and error messages.
568
569 @item
570 Do not localize/gettextify:
571
572 @itemize
573 @item
574 `programming_error ()'s
575
576 @item
577 `programming_warning ()'s
578
579 @item
580 debug strings
581
582 @item
583 output strings (PostScript, TeX, etc.)
584
585 @end itemize
586
587 @item
588 Messages to be localized must be encapsulated in `_ (STRING)' or
589 `_f (FORMAT, ...)'. E.g.:
590
591 @example
592 warning (_ ("need music in a score"));
593 error (_f ("cannot open file: `%s'", file_name));
594 @end example
595
596 In some rare cases you may need to call `gettext ()' by hand.  This
597 happens when you pre-define (a list of) string constants for later
598 use.  In that case, you'll probably also need to mark these string
599 constants for translation, using `_i (STRING)'.  The `_i' macro is
600 a no-op, it only serves as a marker for `xgettext'.
601
602 @example
603 char const* messages[] = @{
604   _i ("enable debugging output"),
605   _i ("ignore lilypond version"),
606   0
607 @};
608
609 void
610 foo (int i)
611 @{
612   puts (gettext (messages i));
613 @}
614 @end example
615
616 See also `flower/getopt-long.cc' and `lily/main.cc'.
617
618 @item
619 Do not use leading or trailing whitespace in messages.  If you need
620 whitespace to be printed, prepend or append it to the translated
621 message
622
623 @example
624 message ("Calculating line breaks..." + " ");
625 @end example
626
627 @item
628 Error or warning messages displayed with a file name and line
629 number never start with a capital, eg,
630
631 @example
632 foo.ly: 12: not a duration: 3
633 @end example
634
635 Messages containing a final verb, or a gerund (`-ing'-form) always
636 start with a capital.  Other (simpler) messages start with a
637 lowercase letter
638
639 @example
640 Processing foo.ly...
641 `foo': not declared.
642 Not declaring: `foo'.
643 @end example
644
645 @item
646 Avoid abbreviations or short forms, use `cannot' and `do not'
647 rather than `can't' or `don't'
648 To avoid having a number of different messages for the same
649 situation, well will use quoting like this `"message: `%s'"' for all
650 strings.  Numbers are not quoted:
651
652 @example
653 _f ("cannot open file: `%s'", name_str)
654 _f ("cannot find character number: %d", i)
655 @end example
656
657 @item
658 Think about translation issues.  In a lot of cases, it is better to
659 translate a whole message.  English grammar must not be imposed on the
660 translator.  So, instead of
661
662 @example
663 stem at  + moment.str () +  does not fit in beam
664 @end example
665
666 have
667
668 @example
669 _f ("stem at %s does not fit in beam", moment.str ())
670 @end example
671
672 @item
673 Split up multi-sentence messages, whenever possible.  Instead of
674
675 @example
676 warning (_f ("out of tune!  Can't find: `%s'", "Key_engraver"));
677 warning (_f ("cannot find font `%s', loading default", font_name));
678 @end example
679
680 rather say:
681
682 @example
683 warning (_ ("out of tune:"));
684 warning (_f ("cannot find: `%s', "Key_engraver"));
685 warning (_f ("cannot find font: `%s', font_name));
686 warning (_f ("Loading default font"));
687 @end example
688
689 @item
690 If you must have multiple-sentence messages, use full punctuation.
691 Use two spaces after end of sentence punctuation.  No punctuation
692 (esp. period) is used at the end of simple messages.
693
694 @example
695 _f ("Non-matching braces in text `%s', adding braces", text)
696 _ ("Debug output disabled.  Compiled with NPRINT.")
697 _f ("Huh?  Not a Request: `%s'.  Ignoring.", request)
698 @end example
699
700 @item
701 Do not modularize too much; words frequently cannot be translated
702 without context.  It is probably safe to treat most occurrences of
703 words like stem, beam, crescendo as separately translatable words.
704
705 @item
706 When translating, it is preferable to put interesting information
707 at the end of the message, rather than embedded in the middle.
708 This especially applies to frequently used messages, even if this
709 would mean sacrificing a bit of eloquency.  This holds for original
710 messages too, of course.
711
712 @example
713 en: cannot open: `foo.ly'
714 +   nl: kan `foo.ly' niet openen (1)
715 kan niet openen: `foo.ly'*   (2)
716 niet te openen: `foo.ly'*    (3)
717 @end example
718
719
720 The first nl message, although grammatically and stylistically
721 correct, is not friendly for parsing by humans (even if they speak
722 dutch).  I guess we would prefer something like (2) or (3).
723
724 @item
725 Do not run make po/po-update with GNU gettext < 0.10.35
726
727 @end itemize
728
729
730
731 @node Debugging LilyPond
732 @section Debugging LilyPond
733
734 The most commonly used tool for debugging LilyPond is the GNU
735 debugger gdb.  The gdb tool is used for investigating and debugging
736 core Lilypond code written in C++.  Another tool is available for
737 debugging Scheme code using the Guile debugger.  This section
738 describes how to use both gdb and the Guile Debugger.
739
740 @menu
741 * Debugging overview::
742 * Debugging C++ code::
743 * Debugging Scheme code::
744 @end menu
745
746 @node Debugging overview
747 @subsection Debugging overview
748
749 Using a debugger simplifies troubleshooting in at least two ways.
750
751 First, breakpoints can be set to pause execution at any desired point.
752 Then, when execution has paused, debugger commands can be issued to
753 explore the values of various variables or to execute functions.
754
755 Second, the debugger can display a stack trace, which shows the
756 sequence in which functions have been called and the arguments
757 passed to the called functions.
758
759 @node Debugging C++ code
760 @subsection Debugging C++ code
761
762 The GNU debugger, gdb, is the principal tool for debugging C++ code.
763
764 @subheading Compiling LilyPond for use with gdb
765
766 In order to use gdb with LilyPond, it is necessary to compile
767 LilyPond with debugging information.  This is accomplished by running
768 the following commands in the main LilyPond source directory.
769
770 @example
771 ./configure  --disable-optimising
772 make
773 @end example
774
775 This will create a version of LilyPond containing debugging
776 information that will allow the debugger to tie the source code
777 to the compiled code.
778
779 You should not do @var{make install} if you want to use a debugger
780 with LilyPond.  The @var{make install} command will strip debugging
781 information from the LilyPond binary.
782
783 @subheading Typical gdb usage
784
785 Once you have compiled the Lilypond image with the necessary
786 debugging information it will have been written to a location in a
787 subfolder of your current working directory:
788
789 @example
790 out/bin/lilypond
791 @end example
792
793 This is important as you will need to let gdb know where to find the
794 image containing the symbol tables.  You can invoke gdb from the
795 command line using the following:
796
797 @example
798 gdb out/bin/lilypond
799 @end example
800 @noindent
801 This loads the LilyPond symbol tables into gdb.  Then, to run
802 LilyPond on @code{test.ly} under the debugger, enter the following:
803
804 @example
805 run test.ly
806 @end example
807
808 @noindent
809 at the gdb prompt.
810
811 As an alternative to running gdb at the command line you may try
812 a graphical interface to gdb such as ddd:
813
814 @example
815 ddd out/bin/lilypond
816 @end example
817
818 You can also use sets of standard gdb commands stored in a .gdbinit
819 file (see next section).
820
821 @subheading Typical .gdbinit files
822
823 The behavior of gdb can be readily customized through the use of a
824 @var{.gdbinit} file.  A @var{.gdbinit} file is a file named
825 @var{.gdbinit} (notice the @qq{.} at the beginning of the file name)
826 that is placed in a user's home directory.
827
828 The @var{.gdbinit} file below is from Han-Wen.  It sets breakpoints
829 for all errors and defines functions for displaying scheme objects
830 (ps), grobs (pgrob), and parsed music expressions (pmusic).
831
832 @example
833 file lily/out/lilypond
834 b programming_error
835 b Grob::programming_error
836
837 define ps
838    print ly_display_scm($arg0)
839 end
840 define pgrob
841   print ly_display_scm($arg0->self_scm_)
842   print ly_display_scm($arg0->mutable_property_alist_)
843   print ly_display_scm($arg0->immutable_property_alist_)
844   print ly_display_scm($arg0->object_alist_)
845 end
846 define pmusic
847   print ly_display_scm($arg0->self_scm_)
848   print ly_display_scm($arg0->mutable_property_alist_)
849   print ly_display_scm($arg0->immutable_property_alist_)
850 end
851 @end example
852
853 @node Debugging Scheme code
854 @subsection Debugging Scheme code
855
856 Scheme code can be developed using the Guile command line
857 interpreter @code{top-repl}.  You can either investigate
858 interactively using just Guile or you can use the debugging
859 tools available within Guile.
860
861 @subheading Using Guile interactively with LilyPond
862
863 In order to experiment with Scheme programming in the LilyPond
864 environment, it is necessary to have a Guile interpreter that
865 has all the LilyPond modules loaded.  This requires the following
866 steps.
867
868 First, define a Scheme symbol for the active module in the .ly file:
869
870 @example
871 #(module-define! (resolve-module '(guile-user))
872                  'lilypond-module (current-module))
873 @end example
874
875 Now place a Scheme function in the .ly file that gives an
876 interactive Guile prompt:
877
878 @example
879 #(top-repl)
880 @end example
881
882 When the .ly file is compiled, this causes the compilation to be
883 interrupted and an interactive guile prompt to appear.  Once the
884 guile prompt appears, the LilyPond active module must be set as the
885 current guile module:
886
887 @example
888 guile> (set-current-module lilypond-module)
889 @end example
890
891 You can demonstrate these commands are operating properly by typing the name
892 of a LilyPond public scheme function to check it has been defined:
893
894 @example
895 guile> fret-diagram-verbose-markup
896 #<procedure fret-diagram-verbose-markup (layout props marking-list)>
897 @end example
898
899 If the LilyPond module has not been correctly loaded, an error
900 message will be generated:
901
902 @example
903 guile> fret-diagram-verbose-markup
904 ERROR: Unbound variable: fret-diagram-verbose-markup
905 ABORT: (unbound-variable)
906 @end example
907
908 Once the module is properly loaded, any valid LilyPond Scheme
909 expression can be entered at the interactive prompt.
910
911 After the investigation is complete, the interactive guile
912 interpreter can be exited:
913
914 @example
915 guile> (quit)
916 @end example
917
918 The compilation of the .ly file will then continue.
919
920 @subheading Using the Guile debugger
921
922 To set breakpoints and/or enable tracing in Scheme functions, put
923
924 @example
925 \include "guile-debugger.ly"
926 @end example
927
928 in your input file after any scheme procedures you have defined in
929 that file.  This will invoke the Guile command-line after having set
930 up the environment for the debug command-line.  When your input file
931 is processed, a guile prompt will be displayed.  You may now enter
932 commands to set up breakpoints and enable tracing by the Guile debugger.
933
934 @subheading Using breakpoints
935
936 At the guile prompt, you can set breakpoints with
937 the @code{set-break!} procedure:
938
939 @example
940 guile> (set-break! my-scheme-procedure)
941 @end example
942
943 Once you have set the desired breakpoints, you exit the guile repl frame
944 by typing:
945
946 @example
947 guile> (quit)
948 @end example
949
950 Then, when one of the scheme routines for which you have set
951 breakpoints is entered, guile will interrupt execution in a debug
952 frame.  At this point you will have access to Guile debugging
953 commands.  For a listing of these commands, type:
954
955 @example
956 debug> help
957 @end example
958
959 Alternatively you may code the breakpoints in your Lilypond source
960 file using a command such as:
961
962 @example
963 #(set-break! my-scheme-procedure)
964 @end example
965
966 immediately after the @code{\include} statement.  In this case the
967 breakpoint will be set straight after you enter the @code{(quit)}
968 command at the guile prompt.
969
970 Embedding breakpoint commands like this is particularly useful if
971 you want to look at how the Scheme procedures in the @var{.scm}
972 files supplied with LilyPond work.  To do this, edit the file in
973 the relevant directory to add this line near the top:
974
975 @example
976 (use-modules (scm guile-debugger))
977 @end example
978
979 Now you can set a breakpoint after the procedure you are interested
980 in has been declared.  For example, if you are working on routines
981 called by @var{print-book-with} in @var{lily-library.scm}:
982
983 @example
984 (define (print-book-with parser book process-procedure)
985   (let* ((paper (ly:parser-lookup parser '$defaultpaper))
986          (layout (ly:parser-lookup parser '$defaultlayout))
987          (outfile-name (get-outfile-name parser)))
988     (process-procedure book paper layout outfile-name)))
989
990 (define-public (print-book-with-defaults parser book)
991   (print-book-with parser book ly:book-process))
992
993 (define-public (print-book-with-defaults-as-systems parser book)
994   (print-book-with parser book ly:book-process-to-systems))
995
996 @end example
997
998 At this point in the code you could add this to set a breakpoint at
999 print-book-with:
1000
1001 @example
1002 (set-break! print-book-with)
1003 @end example
1004
1005 @subheading Tracing procedure calls and evaluator steps
1006
1007 Two forms of trace are available:
1008
1009 @example
1010 (set-trace-call! my-scheme-procedure)
1011 @end example
1012
1013 and
1014
1015 @example
1016 (set-trace-subtree! my-scheme-procedure)
1017 @end example
1018
1019 @code{set-trace-call!} causes Scheme to log a line to the standard
1020 output to show when the procedure is called and when it exits.
1021
1022 @code{set-trace-subtree!} traces every step the Scheme evaluator
1023 performs in evaluating the procedure.
1024
1025 @node Tracing object relationships
1026 @section Tracing object relationships
1027
1028 Understanding the LilyPond source often boils down to figuring out what
1029 is happening to the Grobs.  Where (and why) are they being created,
1030 modified and destroyed? Tracing Lily through a debugger in order to
1031 identify these relationships can be time-consuming and tedious.
1032
1033 In order to simplify this process, a facility has been added to
1034 display the grobs that are created and the properties that are set
1035 and modified.  Although it can be complex to get set up, once set up
1036 it easily provides detailed information about the life of grobs
1037 in the form of a network graph.
1038
1039 Each of the steps necessary to use the graphviz utility
1040 is described below.
1041
1042 @enumerate
1043
1044 @item Installing graphviz
1045
1046 In order to create the graph of the object relationships, it is
1047 first necessary to install Graphviz.  graphviz is available for a
1048 number of different platforms:
1049
1050 @example
1051 @uref{http://www.graphviz.org/Download..php}
1052 @end example
1053
1054 @item Modifying config.make
1055
1056 In order for the Graphviz tool to work, config.make must be modified.
1057 It is probably a good idea to first save a copy of config.make under
1058 a different name.  Then, edit config.make by removing every occurrence
1059 of @code{-DNDEBUG}.
1060
1061 @item Rebuilding LilyPond
1062
1063 The executable code of LilyPond must be rebuilt from scratch:
1064
1065 @example
1066 make -C lily clean && make -C lily
1067 @end example
1068
1069 @item Create a graphviz-compatible @file{.ly} file
1070
1071 In order to use the graphviz utility, the @file{.ly} file must include
1072 @file{ly/@/graphviz@/-init@/.ly}, and should then specify the
1073 grobs and symbols that should be tracked.  An example of this
1074 is found in @file{input/regression/graphviz.ly}.
1075
1076 @item Run lilypond with output sent to a log file
1077
1078 The Graphviz data is sent to stderr by lilypond, so it is
1079 necessary to redirect stderr to a logfile:
1080
1081 @example
1082 lilypond graphviz.ly 2> graphviz.log
1083 @end example
1084
1085 @item Edit the logfile
1086
1087 The logfile has standard lilypond output, as well as the Graphviz
1088 output data.  Delete everything from the beginning of the file
1089 up to but not including the first occurrence of @code{digraph}.
1090
1091 @item Process the logfile with @code{dot}
1092
1093 The directed graph is created from the log file with the program
1094 @code{dot}:
1095
1096 @example
1097 dot -Tpdf graphviz.log > graphviz.pdf
1098 @end example
1099
1100 @end enumerate
1101
1102 The pdf file can then be viewed with any pdf viewer.
1103
1104 When compiled without @code{-DNDEBUG}, lilypond may run slower
1105 than normal.  The original configuration can be restored by either
1106 renaming the saved copy of @code{config.make} or rerunning
1107 @code{configure}.  Then rebuild lilypond with
1108
1109 @example
1110 make -C lily clean && make -C lily
1111 @end example
1112
1113
1114 @node Adding or modifying features
1115 @section Adding or modifying features
1116
1117 When a new feature is to be added to LilyPond, it is necessary to
1118 ensure that the feature is properly integrated to maintain
1119 its long-term support.  This section describes the steps necessary
1120 for feature addition and modification.
1121
1122
1123 @menu
1124 * Write the code::
1125 * Write regression tests::
1126 * Write convert-ly rule::
1127 * Automatically update auxiliary information::
1128 * Manually update auxiliary information::
1129 * Edit changes.tely::
1130 * Verify successful build::
1131 * Verify regression tests::
1132 * Post patch for comments::
1133 * Push patch::
1134 * Closing the issues::
1135 @end menu
1136
1137 @node Write the code
1138 @subsection Write the code
1139
1140 You should probably create a new git branch for writing the code, as that
1141 will separate it from the master branch and allow you to continue
1142 to work on small projects related to master.
1143
1144 Please be sure to follow the rules for programming style discussed
1145 earlier in this chapter.
1146
1147
1148 @node Write regression tests
1149 @subsection Write regression tests
1150
1151 In order to demonstrate that the code works properly, you will
1152 need to write one or more regression tests.  These tests are
1153 typically .ly files that are found in input/regression.
1154
1155 Regression tests should be as brief as possible to demonstrate the
1156 functionality of the code.
1157
1158 Regression tests should generally cover one issue per test.  Several
1159 short, single-issue regression tests are preferred to a single, long,
1160 multiple-issue regression test.
1161
1162 Use existing regression tests as templates to demonstrate the type of
1163 header information that should be included in a regression test.
1164
1165
1166 @node Write convert-ly rule
1167 @subsection Write convert-ly rule
1168
1169 If the modification changes the input syntax, a convert-ly rule
1170 should be written to automatically update input files from older
1171 versions.
1172
1173 convert-ly rules are found in python/convertrules.py
1174
1175 If possible, the convert-ly rule should allow automatic updating
1176 of the file.  In some cases, this will not be possible, so the
1177 rule will simply point out to the user that the feature needs
1178 manual correction.
1179
1180 @subsubheading Updating version numbers
1181
1182 If a development release occurs between you writing your patch and
1183 having it approved+pushed, you will need to update the version
1184 numbers in your tree.  This can be done with:
1185
1186 @example
1187 scripts/auxiliar/update-patch-version old.version.number new.version.number
1188 @end example
1189
1190 It will change all files in git, so use with caution and examine
1191 the resulting diff.
1192
1193
1194 @node Automatically update auxiliary information
1195 @subsection Automatically update auxiliary information
1196
1197 convert-ly should be used to update the documentation, the snippets,
1198 and the regression tests.  This not only makes the necessary syntax
1199 changes, it also tests the convert-ly rules.
1200
1201 The automatic updating is a three step process.  First, be sure you
1202 are in the top-level source directory.  Then, for the
1203 documentation, do:
1204
1205 @example
1206 find Documentation/ -name '*.itely' | xargs convert-ly -e --from @qq{@var{X.Y.Z}}
1207 @end example
1208
1209 @noindent
1210 where @var{X.Y.Z} is the version number of the last released development
1211 version.
1212
1213 Next, for the snippets, do:
1214
1215 @example
1216 find Documentation/snippets/ -name '*.ly' | xargs convert-ly -e --from @qq{@var{X.Y.Z}}
1217 @end example
1218
1219 Finally, for the regression tests, do:
1220
1221 @example
1222 find input/regression/ -name '*.ly' | xargs convert-ly -e --from @qq{@var{X.Y.Z}}
1223
1224 @end example
1225
1226
1227 @node Manually update auxiliary information
1228 @subsection Manually update auxiliary information
1229
1230 Where the convert-ly rule is not able to automatically update the inline
1231 lilypond code in the documentation (i.e. if a NOT_SMART rule is used), the
1232 documentation must be manually updated.  The inline snippets that require
1233 changing must be changed in the English version of the docs and all
1234 translated versions.  If the inline code is not changed in the
1235 translated documentation, the old snippets will show up in the
1236 English version of the documentation.
1237
1238 Where the convert-ly rule is not able to automatically update snippets
1239 in Documentation/snippets/, those snippets must be manually updated.
1240 Those snippets should be copied to Documentation/snippets/new.  The
1241 comments at the top of the snippet describing its automatic generation
1242 should be removed.  All translated texidoc strings should be removed.
1243 The comment @qq{% begin verbatim} should be removed.  The syntax of
1244 the snippet should then be manually edited.
1245
1246 Where snippets in Documentation/snippets are made obsolete, the snippet
1247 should be copied to Documentation/snippets/new.  The comments and
1248 texidoc strings should be removed as described above.  Then the body
1249 of the snippet should be changed to:
1250
1251 @example
1252 \markup @{
1253   This snippet is deprecated as of version X.Y.Z and
1254   will be removed from the documentation.
1255 @}
1256 @end example
1257
1258 @noindent
1259 where X.Y.Z is the version number for which the convert-ly rule was
1260 written.
1261
1262 Update the snippet files by running:
1263
1264 @example
1265 scripts/auxiliar/makelsr.py
1266 @end example
1267
1268 Where the convert-ly rule is not able to automatically update regression
1269 tests, the regression tests in input/regression should be manually
1270 edited.
1271
1272 Although it is not required, it is helpful if the developer
1273 can write relevant material for inclusion in the Notation
1274 Reference.  If the developer does not feel qualified to write
1275 the documentation, a documentation editor will be able to
1276 write it from the regression tests.  The text that is added to
1277 or removed from the documentation should be changed only in
1278 the English version.
1279
1280
1281 @node Edit changes.tely
1282 @subsection Edit changes.tely
1283
1284 An entry should be added to Documentation/changes.tely to describe
1285 the feature changes to be implemented.  This is especially important
1286 for changes that change input file syntax.
1287
1288 Hints for changes.tely entries are given at the top of the file.
1289
1290 New entries in changes.tely go at the top of the file.
1291
1292 The changes.tely entry should be written to show how the new change
1293 improves LilyPond, if possible.
1294
1295
1296 @node Verify successful build
1297 @subsection Verify successful build
1298
1299 When the changes have been made, successful completion must be
1300 verified by doing
1301
1302 @example
1303 make all
1304 make doc
1305 @end example
1306
1307 When these commands complete without error, the patch is
1308 considered to function successfully.
1309
1310 Developers on Windows who are unable to build LilyPond should
1311 get help from a Linux or OSX developer to do the make tests.
1312
1313
1314 @node Verify regression tests
1315 @subsection Verify regression tests
1316
1317 In order to avoid breaking LilyPond, it is important to verify that
1318 the regression tests succeed, and that no unwanted changes are
1319 introduced into the output.  This process is described in
1320 @ref{Identifying code regressions}.
1321
1322 @subheading Typical developer's edit/compile/test cycle
1323
1324 TODO: is @code{[-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}]} useful for
1325 @code{test-baseline}, @code{check}, @code{clean},
1326 @code{test-redo}?  Neil Puttock says it is useful for
1327 everything but @code{clean}, which is disk-limited.
1328 Need to check formally.
1329
1330 @itemize
1331 @item
1332 Initial test:
1333
1334 @example
1335 make [-j@var{X}]
1336 make test-baseline
1337 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] check
1338 @end example
1339
1340 @item
1341 Edit/compile/test cycle:
1342
1343 @example
1344 @emph{## edit source files, then...}
1345
1346 make clean                    @emph{## only if needed (see below)}
1347 make [-j@var{X}]                    @emph{## only if needed (see below)}
1348 make test-redo                @emph{## redo files differing from baseline}
1349 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] check  @emph{## CPU_COUNT here?}
1350 @end example
1351
1352 @item
1353 Reset:
1354
1355 @example
1356 make test-clean
1357 @end example
1358 @end itemize
1359
1360 If you modify any source files that have to be compiled (such as
1361 @file{.cc} or @file{.hh} files in @file{flower/} or @file{lily/}),
1362 then you must run @command{make} before @command{make test-redo},
1363 so @command{make} can compile the modified files and relink all
1364 the object files.  If you only modify files which are interpreted,
1365 like those in the @file{scm/} and @file{ly/} directories, then
1366 @command{make} is not needed before @command{make test-redo}.
1367
1368 TODO:  Fix the following paragraph.  You can do @command{rm mf/out/*}
1369 instead of make clean, and you can probably do
1370 @command{make -C  mf/ clean} as well, but I haven't checked it -- cds
1371
1372 Also, if you modify any font definitions in the @file{mf/}
1373 directory then you must run @command{make clean} and
1374 @command{make} before running @command{make test-redo}.  This will
1375 recompile everything, whether modified or not, and takes a lot
1376 longer.
1377
1378 Running @command{make@tie{}check} will leave an HTML page
1379 @file{out/@/test@/-results/@/index@/.html}.  This page shows all the
1380 important differences that your change introduced, whether in the
1381 layout, MIDI, performance or error reporting.
1382
1383
1384
1385
1386 @node Post patch for comments
1387 @subsection Post patch for comments
1388
1389 For any change other than a minor change, a patch set should be
1390 posted on @uref{http://codereview.appspot.com/, Rietveld} for comment.
1391 This requires the use of an external package, git-cl, and an email
1392 account on Google.
1393
1394 git-cl is installed by:
1395
1396 @example
1397 git clone git://neugierig.org/git-cl.git
1398 @end example
1399
1400 Then, add the git-cl directory to your PATH, or create a
1401 symbolic link to the git-cl and upload.py in one of your
1402 PATH directories (like usr/bin).  git-cl is then
1403 configured by entering the command
1404
1405 @example
1406 git cl config
1407 @end example
1408
1409 @noindent
1410 in the LilyPond git directory and answering the questions that
1411 are asked.  If you do not understand the question answer with just
1412 a newline (CR).
1413
1414 The patch set is posted to Rietveld as follows.  Ensure your changes
1415 are committed in a separate branch, which should differ from the
1416 reference branch to be used by just the changes to be uploaded.
1417 If the reference branch is to be origin/master, ensure this is
1418 up-to-date.  If necessary, use git rebase to rebase the branch
1419 containing the changes to the head of origin/master.  Finally,
1420 check out branch with the changes and enter the command:
1421
1422 @example
1423 git cl upload <reference SHA1 ID>
1424 @end example
1425
1426 @noindent
1427 where <reference SHA1 ID> is the SHA1 ID of the commit to be used
1428 as a reference source for the patch.  Generally, this will be the
1429 SHA1 ID of origin/master, and in that case the command
1430
1431 @example
1432 git cl upload origin/master
1433 @end example
1434
1435 @noindent
1436 can be used.
1437
1438 After prompting for your Google email address and password, the
1439 patch set will be posted to Rietveld.
1440
1441 You should then announce the patch by sending
1442 an email to lilypond-devel, with a subject line
1443 starting with PATCH:, asking for comments on the patch.
1444
1445 As revisions are made in response to comments, successive patch sets
1446 for the same issue can be uploaded by reissuing the git-cl command
1447 with the modified branch checked out.
1448
1449 Sometimes in response to comments on revisions, the best way to
1450 work may require creation of a new branch in git.  In order to
1451 associate the new branch with an existing Rietveld issue,
1452 the following command can be used:
1453
1454 @example
1455 git cl issue issue-number
1456 @end example
1457
1458 @noindent
1459 where @code{issue-number} is the number of the existing Rietveld
1460 issue.
1461
1462
1463
1464 @node Push patch
1465 @subsection Push patch
1466
1467 Once all the comments have been addressed, the patch can be pushed.
1468
1469 If the author has push privileges, the author will push the patch.
1470 Otherwise, a developer with push privileges will push the patch.
1471
1472
1473 @node Closing the issues
1474 @subsection Closing the issues
1475
1476 Once the patch has been pushed, all the relevant issues should be
1477 closed.
1478
1479 On Rietveld, the author should log in an close the issue either by
1480 using the @q{Edit Issue} link, or by clicking the circled x icon
1481 to the left of the issue name.
1482
1483 If the changes were in response to a feature request on the Google
1484 issue tracker for LilyPond, the author should change the status to
1485 Fixed and a tag @q{fixed_x_y_z} should be added, where the patch was
1486 fixed in version x.y.z.  If
1487 the author does not have privileges to change the status, an email
1488 should be sent to bug-lilypond requesting the BugMeister to change
1489 the status.
1490
1491
1492 @node Iterator tutorial
1493 @section Iterator tutorial
1494
1495 TODO -- this is a placeholder for a tutorial on iterators
1496
1497 Iterators are routines written in C++ that process music expressions
1498 and sent the music events to the appropriate engravers and/or
1499 performers.
1500
1501
1502 @node Engraver tutorial
1503 @section Engraver tutorial
1504
1505 Engravers are C++ classes that catch music events and
1506 create the appropriate grobs for display on the page.  Though the
1507 majority of engravers are responsible for the creation of a single grob,
1508 in some cases (e.g. @code{New_fingering_engraver}), several different grobs
1509 may be created.
1510
1511 Engravers listen for events and acknowledge grobs.  Events are passed to
1512 the engraver in time-step order during the iteration phase.  Grobs are
1513 made available to the engraver when they are created by other engravers
1514 during the iteration phase.
1515
1516
1517 @menu
1518 * Useful methods for information processing::
1519 * Translation process::
1520 * Preventing garbage collection for SCM member variables::
1521 * Listening to music events::
1522 * Acknowledging grobs::
1523 * Engraver declaration/documentation::
1524 @end menu
1525
1526 @node Useful methods for information processing
1527 @subsection Useful methods for information processing
1528
1529 An engraver inherits the following public methods from the Translator
1530 base class, which can be used to process listened events and acknowledged
1531 grobs:
1532
1533 @itemize
1534 @item @code{virtual void initialize ()}
1535 @item @code{void start_translation_timestep ()}
1536 @item @code{void process_music ()}
1537 @item @code{void process_acknowledged ()}
1538 @item @code{void stop_translation_timestep ()}
1539 @item @code{virtual void finalize ()}
1540 @end itemize
1541
1542 These methods are listed in order of translation time, with
1543 @code{initialize ()} and @code{finalize ()} bookending the whole
1544 process.  @code{initialize ()} can be used for one-time initialization
1545 of context properties before translation starts, whereas
1546 @code{finalize ()} is often used to tie up loose ends at the end of
1547 translation: for example, an unterminated spanner might be completed
1548 automatically or reported with a warning message.
1549
1550
1551 @node Translation process
1552 @subsection Translation process
1553
1554 At each timestep in the music, translation proceeds by calling the
1555 following methods in turn:
1556
1557 @code{start_translation_timestep ()} is called before any user
1558 information enters the translators, i.e., no property operations
1559 (\set, \override, etc.) or events have been processed yet.
1560
1561 @code{process_music ()} and @code{process_acknowledged ()} are called
1562 after all events in the current time step have been heard, or all
1563 grobs in the current time step have been acknowledged.  The latter
1564 tends to be used exclusively with engravers which only acknowledge
1565 grobs, whereas the former is the default method for main processing
1566 within engravers.
1567
1568 @code{stop_translation_timestep ()} is called after all user
1569 information has been processed prior to beginning the translation for
1570 the next timestep.
1571
1572
1573 @node Preventing garbage collection for SCM member variables
1574 @subsection Preventing garbage collection for SCM member variables
1575
1576 In certain cases, an engraver might need to ensure private Scheme
1577 variables (with type SCM) do not get swept away by Guile's garbage
1578 collector: for example, a cache of the previous key signature which
1579 must persist between timesteps.  The method
1580 @code{virtual derived_mark () const} can be used in such cases:
1581
1582 @example
1583 Engraver_name::derived_mark ()
1584 @{
1585   scm_gc_mark (private_scm_member_)
1586 @}
1587 @end example
1588
1589
1590 @node Listening to music events
1591 @subsection Listening to music events
1592
1593 External interfaces to the engraver are implemented by protected
1594 macros including one or more of the following:
1595
1596 @itemize
1597 @item @code{DECLARE_TRANSLATOR_LISTENER (event_name)}
1598 @item @code{IMPLEMENT_TRANSLATOR_LISTENER (Engraver_name, event_name)}
1599 @end itemize
1600
1601 @noindent
1602 where @var{event_name} is the type of event required to provide the
1603 input the engraver needs and @var{Engraver_name} is the name of the
1604 engraver.
1605
1606 Following declaration of a listener, the method is implemented as follows:
1607
1608 @example
1609 IMPLEMENT_TRANSLATOR_LISTENER (Engraver_name, event_name)
1610 void
1611 Engraver_name::listen_event_name (Stream event *event)
1612 @{
1613   ...body of listener method...
1614 @}
1615 @end example
1616
1617
1618 @node Acknowledging grobs
1619 @subsection Acknowledging grobs
1620
1621 Some engravers also need information from grobs as they are created
1622 and as they terminate.  The mechanism and methods to obtain this
1623 information are set up by the macros:
1624
1625 @itemize
1626 @item @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (grob_interface)}
1627 @item @code{DECLARE_END_ACKNOWLEDGER (grob_interface)}
1628 @end itemize
1629
1630 where @var{grob_interface} is an interface supported by the
1631 grob(s) which should be acknowledged.  For example, the following
1632 code would declare acknowledgers for a @code{NoteHead} grob (via the
1633 @code{note-head-interface}) and any grobs which support the
1634 @code{side-position-interface}:
1635
1636 @example
1637 @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (note_head)}
1638 @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (side_position)}
1639 @end example
1640
1641 The @code{DECLARE_END_ACKNOWLEDGER ()} macro sets up a spanner-specific
1642 acknowledger which will be called whenever a spanner ends.
1643
1644 Following declaration of an acknowledger, the method is coded as follows:
1645
1646 @example
1647 void
1648 Engraver_name::acknowledge_interface_name (Grob_info info)
1649 @{
1650   ...body of acknowledger method...
1651 @}
1652 @end example
1653
1654
1655 @node Engraver declaration/documentation
1656 @subsection Engraver declaration/documentation
1657
1658 An engraver must have a public macro
1659
1660 @itemize
1661 @item @code{TRANSLATOR_DECLARATIONS (Engraver_name)}
1662 @end itemize
1663
1664 @noindent
1665 where @code{Engraver_name} is the name of the engraver.  This
1666 defines the common variables and methods used by every engraver.
1667
1668 At the end of the engraver file, one or both of the following
1669 macros are generally called to document the engraver in the
1670 Internals Reference:
1671
1672 @itemize
1673 @item @code{ADD_ACKNOWLEDGER (Engraver_name, grob_interface)}
1674 @item @code{ADD_TRANSLATOR (Engraver_name, Engraver_doc,
1675     Engraver_creates, Engraver_reads, Engraver_writes)}
1676 @end itemize
1677
1678 @noindent
1679 where @code{Engraver_name} is the name of the engraver, @code{grob_interface}
1680 is the name of the interface that will be acknowledged,
1681 @code{Engraver_doc} is a docstring for the engraver,
1682 @code{Engraver_creates} is the set of grobs created by the engraver,
1683 @code{Engraver_reads} is the set of properties read by the engraver,
1684 and @code{Engraver_writes} is the set of properties written by
1685 the engraver.
1686
1687 The @code{ADD_ACKNOWLEDGER} and @code{ADD_TRANSLATOR} macros use a
1688 non-standard indentation system.  Each interface, grob, read property,
1689 and write property is on its own line, and the closing parenthesis
1690 and semicolon for the macro all occupy a separate line beneath the final
1691 interface or write property.  See existing engraver files for more
1692 information.
1693
1694
1695 @node Callback tutorial
1696 @section Callback tutorial
1697
1698 TODO -- This is a placeholder for a tutorial on callback functions.
1699
1700 @node LilyPond scoping
1701 @section LilyPond scoping
1702
1703 The Lilypond language has a concept of scoping, i.e. you can do
1704
1705 @example
1706 foo = 1
1707
1708 #(begin
1709    (display (+ foo 2)))
1710 @end example
1711
1712 @noindent with @code{\paper}, @code{\midi} and @code{\header} being
1713 nested scope inside the @file{.ly} file-level scope.  @w{@code{foo = 1}}
1714 is translated in to a scheme variable definition.
1715
1716 This implemented using modules, with each scope being an anonymous
1717 module that imports its enclosing scope's module.
1718
1719 Lilypond's core, loaded from @file{.scm} files, is usually placed in the
1720 @code{lily} module, outside the @file{.ly} level.  In the case of
1721
1722 @example
1723 lilypond a.ly b.ly
1724 @end example
1725
1726 @noindent
1727 we want to reuse the built-in definitions, without changes effected in
1728 user-level @file{a.ly} leaking into the processing of @file{b.ly}.
1729
1730 The user-accessible definition commands have to take care to avoid
1731 memory leaks that could occur when running multiple files.  All
1732 information belonging to user-defined commands and markups is stored in
1733 a manner that allows it to be garbage-collected when the module is
1734 dispersed, either by being stored module-locally, or in weak hash
1735 tables.
1736
1737 @node LilyPond miscellany
1738 @section LilyPond miscellany
1739
1740 This is a place to dump information that may be of use to developers
1741 but doesn't yet have a proper home.  Ideally, the length of this section
1742 would become zero as items are moved to other homes.
1743
1744
1745 @menu
1746 * Spacing algorithms::
1747 * Info from Han-Wen email::
1748 * Music functions and GUILE debugging::
1749 @end menu
1750
1751 @node Spacing algorithms
1752 @subsection Spacing algorithms
1753
1754 Here is information from an email exchange about spacing algorithms.
1755
1756 On Thu, 2010-02-04 at 15:33 -0500, Boris Shingarov wrote:
1757 I am experimenting with some modifications to the line breaking code,
1758 and I am stuck trying to understand how some of it works.  So far my
1759 understanding is that Simple_spacer operates on a vector of Grobs, and
1760 it is a well-known Constrained-QP problem (rods = constraints, springs
1761 = quadratic function to minimize).  What I don't understand is, if the
1762 spacer operates at the level of Grobs, which are built at an earlier
1763 stage in the pipeline, how are the changes necessitated by differences
1764 in line breaking, taken into account?  in other words, if I take the
1765 last measure of a line and place it on the next line, it is not just a
1766 matter of literally moving that graphic to where the start of the next
1767 line is, but I also need to draw a clef, key signature, and possibly
1768 other fundamental things -- but at that stage in the rendering
1769 pipeline, is it not too late??
1770
1771 Joe Neeman answered:
1772
1773 We create lots of extra grobs (eg. a BarNumber at every bar line) but
1774 most of them are not drawn.  See the break-visibility property in
1775 item-interface.
1776
1777
1778 @node Info from Han-Wen email
1779 @subsection Info from Han-Wen email
1780
1781 In 2004, Douglas Linhardt decided to try starting a document that would
1782 explain LilyPond architecture and design principles.  The material below
1783 is extracted from that email, which can be found at
1784 @uref{http://thread.gmane.org/gmane.comp.gnu.lilypond.devel/2992}.
1785 The headings reflect questions from Doug or comments from Han-Wen;
1786 the body text are Han-Wen's answers.
1787
1788 @subheading Figuring out how things work.
1789
1790 I must admit that when I want to know how a program works, I use grep
1791 and emacs and dive into the source code.  The comments and the code
1792 itself are usually more revealing than technical documents.
1793
1794 @subheading What's a grob, and how is one used?
1795
1796 Graphical object - they are created from within engravers, either as
1797 Spanners (derived class) -slurs, beams- or Items (also a derived
1798 class) -notes, clefs, etc.
1799
1800 There are two other derived classes System (derived from Spanner,
1801 containing a "line of music") and Paper_column (derived from Item, it
1802 contains all items that happen at the same moment).  They are separate
1803 classes because they play a special role in the linebreaking process.
1804
1805 @subheading What's a smob, and how is one used?
1806
1807 A C(++) object that is encapsulated so it can be used as a Scheme
1808 object.  See GUILE info, "19.3 Defining New Types (Smobs)"
1809
1810 @@subheading When is each C++ class constructed and used
1811
1812 @itemize
1813
1814 @item
1815 Music classes
1816
1817 In the parser.yy see the macro calls MAKE_MUSIC_BY_NAME().
1818
1819 @item
1820 Contexts
1821
1822 Constructed during "interpreting" phase.
1823
1824 @item
1825 Engravers
1826
1827 Executive branch of Contexts, plugins that create grobs, usually one
1828 engraver per grob type.  Created  together with context.
1829
1830 @item
1831 Layout Objects
1832
1833 = grobs
1834
1835 @item
1836 Grob Interfaces
1837
1838 These are not C++ classes per se.  The idea of a Grob interface hasn't
1839 crystallized well.  ATM, an interface is a symbol, with a bunch of grob
1840 properties.  They are not objects that are created or destroyed.
1841
1842 @item
1843 Iterators
1844
1845 Objects that walk through different music classes, and deliver events
1846 in a synchronized way, so that notes that play together are processed
1847 at the same moment and (as a result) end up on the same horizontal position.
1848
1849 Created during interpreting phase.
1850
1851 BTW, the entry point for interpreting is ly:run-translator
1852 (ly_run_translator on the C++ side)
1853
1854 @end itemize
1855
1856 @subheading Can you get to Context properties from a Music object?
1857
1858 You can create music object with a Scheme function that reads context
1859 properties (the \applycontext syntax).  However, that function is
1860 executed during Interpreting, so you can not really get Context
1861 properties from Music objects, since music objects are not directly
1862 connected to Contexts.  That connection is made by the  Music_iterators
1863
1864 @subheading Can you get to Music properties from a Context object?
1865
1866 Yes, if you are given the music object within a Context
1867 object.  Normally, the music objects enter Contexts in synchronized
1868 fashion, and the synchronization is done by Music_iterators.
1869
1870 @subheading What is the relationship between C++ classes and Scheme objects?
1871
1872 Smobs are C++ objects in Scheme.  Scheme objects (lists, functions) are
1873 manipulated from C++ as well using the GUILE C function interface
1874 (prefix: scm_)
1875
1876 @subheading How do Scheme procedures get called from C++ functions?
1877
1878 scm_call_*, where * is an integer from 0 to 4.
1879 Also scm_c_eval_string (), scm_eval ()
1880
1881 @subheading How do C++ functions get called from Scheme procedures?
1882
1883 Export a C++ function to Scheme with LY_DEFINE.
1884
1885 @subheading What is the flow of control in the program?
1886
1887 Good question.  Things used to be clear-cut, but we have Scheme
1888 and SMOBs now, which means that interactions do not follow a very
1889 rigid format anymore.  See below for an overview, though.
1890
1891 @subheading Does the parser make Scheme procedure calls or C++ function calls?
1892
1893 Both.  And the Scheme calls can call C++ and vice versa.  It's nested,
1894 with the SCM datatype as lubrication between the interactions
1895
1896 (I think the word "lubrication" describes the process better than the
1897 traditional word "glue")
1898
1899 @subheading How do the front-end and back-end get started?
1900
1901 Front-end: a file is parsed, the rest follows from that.  Specifically,
1902
1903 Parsing leads to a Music + Music_output_def object (see parser.yy,
1904 definition of toplevel_expression )
1905
1906 A Music + Music_output_def object leads to a Global_context object (see
1907 ly_run_translator ())
1908
1909 During interpreting, Global_context + Music leads to a bunch of
1910 Contexts (see Global_translator::run_iterator_on_me ()).
1911
1912 After interpreting, Global_context contains a Score_context (which
1913 contains staves, lyrics etc.) as a child.  Score_context::get_output ()
1914 spews a Music_output object (either a Paper_score object for notation
1915 or Performance object for MIDI).
1916
1917 The Music_output object is the entry point for the backend (see
1918 ly_render_output ()).
1919
1920 The main steps of the backend itself are in
1921
1922 @itemize
1923
1924 @item
1925 paper-score.cc , Paper_score::process_
1926
1927 @item
1928 system.cc , System::get_lines()
1929
1930 @item
1931 The step, where things go from grobs to output, is in
1932 System::get_line(): each grob delivers a Stencil (a Device
1933 independent output description), which is interpreted by our
1934 outputting backends (scm/output-tex.scm and scm/output-ps.scm)
1935 to produce TeX and PS.
1936
1937 @end itemize
1938
1939 Interactions between grobs and putting things into .tex and .ps files
1940 have gotten a little more complex lately.  Jan has implemented
1941 page-breaking, so now the backend also involves Paper_book,
1942 Paper_lines and other things.  This area is still heavily in flux, and
1943 perhaps not something you should want to look at.
1944
1945 @subheading How do the front-end and back-end communicate?
1946
1947 There is no communication from backend to front-end.  From front-end to
1948 backend is simply the program flow: music + definitions gives
1949 contexts, contexts yield output, after processing, output is written
1950 to disk.
1951
1952 @subheading Where is the functionality associated with KEYWORDs?
1953
1954 See my-lily-lexer.cc (keywords, there aren't that many) and ly/*.ly
1955 (most of the other backslashed \words are identifiers)
1956
1957 @subheading What Contexts/Properties/Music/etc. are available when they are processed?
1958
1959 What do you mean exactly with this question?
1960
1961 See ly/engraver-init.ly for contexts, see scm/define-*.scm for other
1962 objects.
1963
1964 @subheading How do you decide if something is a Music, Context, or Grob property?
1965 Why is part-combine-status a Music property when it seems (IMO)
1966 to be related to the Staff context?
1967
1968 The Music_iterators and Context communicate through two channels
1969
1970 Music_iterators can set and read context properties, idem for
1971 Engravers and Contexts
1972
1973 Music_iterators can send "synthetic" music events (which aren't in
1974 the input) to a context.  These are caught by Engravers.  This is
1975 mostly a one way communication channel.
1976
1977 part-combine-status is part of such a synthetic event, used by
1978 Part_combine_iterator to communicate with Part_combine_engraver.
1979
1980
1981 @subheading Deciding between context and music properties
1982
1983 I'm adding a property to affect how \autochange works.  It seems to
1984 me that it should be a context property, but the Scheme autochange
1985 procedure has a Music argument.  Does this mean I should use
1986 a Music property?
1987
1988 \autochange is one of these extra strange beasts: it requires
1989 look-ahead to decide when to change staves.  This is achieved by
1990 running the interpreting step twice (see scm/part-combiner.scm , at
1991 the bottom), and storing the result of the first step (where to switch
1992 staves) in a Music property.  Since you want to influence that
1993 where-to-switch list, your must affect the code in
1994 make-autochange-music (scm/part-combiner.scm).  That code is called
1995 directly from the parser and there are no official "parsing
1996 properties" yet, so there is no generic way to tune \autochange.  We
1997 would have to invent something new for this, or add a separate
1998 argument,
1999
2000 @example
2001     \autochange #around-central-C ..music..
2002 @end example
2003
2004 @noindent
2005 where around-central-C is some function that is called from
2006 make-autochange-music.
2007
2008 @subheading More on context and music properties
2009
2010 From Neil Puttock, in response to a question about transposition:
2011
2012 Context properties (using \set & \unset) are tied to engravers: they
2013 provide information relevant to the generation of graphical objects.
2014
2015 Since transposition occurs at the music interpretation stage, it has
2016 no direct connection with engravers: the pitch of a note is fixed
2017 before a notehead is created.  Consider the following minimal snippet:
2018
2019 @example
2020 @{ c' @}
2021 @end example
2022
2023 This generates (simplified) a NoteEvent, with its pitch and duration
2024 as event properties,
2025
2026 @example
2027 (make-music
2028   'NoteEvent
2029   'duration
2030   (ly:make-duration 2 0 1 1)
2031   'pitch
2032   (ly:make-pitch 0 0 0)
2033 @end example
2034
2035 which the Note_heads_engraver hears.  It passes this information on to
2036 the NoteHead grob it creates from the event, so the head's correct
2037 position and duration-log can be determined once it's ready for
2038 printing.
2039
2040 If we transpose the snippet,
2041
2042 @example
2043 \transpose c d @{ c' @}
2044 @end example
2045
2046 the pitch is changed before it reaches the engraver (in fact, it
2047 happens just after the parsing stage with the creation of a
2048 TransposedMusic music object):
2049
2050 @example
2051 (make-music
2052  'NoteEvent
2053  'duration
2054  (ly:make-duration 2 0 1 1)
2055  'pitch
2056  (ly:make-pitch 0 1 0)
2057 @end example
2058
2059 You can see an example of a music property relevant to transposition:
2060 untransposable.
2061
2062 @example
2063 \transpose c d @{ c'2 \withMusicProperty #'untransposable ##t c' @}
2064 @end example
2065
2066 -> the second c' remains untransposed.
2067
2068 Take a look at lily/music.cc to see where the transposition takes place.
2069
2070
2071 @subheading How do I tell about the execution environment?
2072
2073 I get lost figuring out what environment the code I'm looking at is in when it
2074 executes.  I found both the C++ and Scheme autochange code.  Then I was trying
2075 to figure out where the code got called from.  I finally figured out that the
2076 Scheme procedure was called before the C++ iterator code, but it took me a
2077 while to figure that out, and I still didn't know who did the calling in the
2078 first place.  I only know a little bit about Flex and Bison, so reading those
2079 files helped only a little bit.
2080
2081 @emph{Han-Wen:} GDB can be of help here.  Set a breakpoint in C++, and run.  When you
2082 hit the breakpoint, do a backtrace.  You can inspect Scheme objects
2083 along the way by doing
2084
2085 @example
2086 p ly_display_scm(obj)
2087 @end example
2088
2089 this will display OBJ through GUILE.
2090
2091 @node Music functions and GUILE debugging
2092 @subsection Music functions and GUILE debugging
2093
2094 Ian Hulin was trying to do some debugging in music functions, and
2095 came up with the following question
2096
2097 HI all,
2098 I'm working on the Guile Debugger Stuff, and would like to try
2099 debugging a music function definition such as:
2100
2101 @example
2102 conditionalMark = #(define-music-function (parser location) ()
2103     #@{ \tag #'instrumental-part @{\mark \default@}  #@} )
2104 @end example
2105
2106 It appears conditionalMark does not get set up as an
2107 equivalent of a Scheme
2108
2109 @example
2110 (define conditionalMark = define-music-function(parser location () ...
2111 @end example
2112
2113 @noindent
2114 although something gets defined because Scheme apparently recognizes
2115
2116 @example
2117 #(set-break! conditionalMark)
2118 @end example
2119
2120 @noindent
2121 later on in the file without signalling any Guile errors.
2122
2123 However the breakpoint trap is never encountered as
2124 define-music-function passed things on to ly:make-music-function,
2125 which is really C++ code ly_make_music_function, so Guile never
2126 finds out about the breakpoint.
2127
2128 Han-Wen answered as follows:
2129
2130 You can see the definition by doing
2131
2132 @example
2133 #(display conditionalMark)
2134 @end example
2135
2136 noindent
2137 inside the .ly file.
2138
2139 The breakpoint failing may have to do with the call sequence.  See
2140 parser.yy, run_music_function().  The function is called directly from
2141 C++, without going through the GUILE evaluator, so I think that is why
2142 there is no debugger trap.