]> git.donarmstrong.com Git - lilypond.git/blob - Documentation/extending/scheme-tutorial.itely
b5db818d653f8a15d2680e0cb108e4d5ba543a24
[lilypond.git] / Documentation / extending / scheme-tutorial.itely
1 @c -*- coding: utf-8; mode: texinfo; -*-
2
3 @ignore
4     Translation of GIT committish: FILL-IN-HEAD-COMMITTISH
5
6     When revising a translation, copy the HEAD committish of the
7     version that you are working on.  For details, see the Contributors'
8     Guide, node Updating translation committishes..
9 @end ignore
10
11 @c \version "2.15.18"
12
13 @node Scheme tutorial
14 @chapter Scheme tutorial
15
16 @funindex #
17 @cindex Scheme
18 @cindex GUILE
19 @cindex Scheme, in-line code
20 @cindex accessing Scheme
21 @cindex evaluating Scheme
22 @cindex LISP
23
24 LilyPond uses the Scheme programming language, both as part of the
25 input syntax, and as internal mechanism to glue modules of the program
26 together.  This section is a very brief overview of entering data in
27 Scheme.  If you want to know more about Scheme, see
28 @uref{http://@/www@/.schemers@/.org}.
29
30 LilyPond uses the GNU Guile implementation of Scheme, which is
31 based on the Scheme @qq{R5RS} standard.  If you are learning Scheme
32 to use with LilyPond, working with a different implementation (or
33 referring to a different standard) is not recommended.  Information
34 on guile can be found at @uref{http://www.gnu.org/software/guile/}.
35 The @qq{R5RS} Scheme standard is located at
36 @uref{http://www.schemers.org/Documents/Standards/R5RS/}.
37
38 @menu
39 * Introduction to Scheme::
40 * Scheme in LilyPond::
41 * Building complicated functions::
42 @end menu
43
44 @node Introduction to Scheme
45 @section Introduction to Scheme
46
47 We begin with an introduction to Scheme.  For this brief introduction,
48 we will use the GUILE interpreter to explore how the language works.
49 Once we are familiar with Scheme, we will show how the language can
50 be integrated in LilyPond files.
51
52
53 @menu
54 * Scheme sandbox::
55 * Scheme variables::
56 * Scheme simple data types::
57 * Scheme compound data types::
58 * Calculations in Scheme::
59 * Scheme procedures::
60 * Scheme conditionals::
61 @end menu
62
63 @node Scheme sandbox
64 @subsection Scheme sandbox
65
66 The LilyPond installation includes the Guile implementation of
67 Scheme.  On most systems you can experiment in a Scheme sandbox by
68 opening a terminal window and typing @q{guile}.  On some systems,
69 notably Windows, you may need to set the environment variable
70 @code{GUILE_LOAD_PATH} to the directory @code{../usr/shr/guile/1.8}
71 in the LilyPond installation.  For the full path to this directory
72 see @rlearning{Other sources of information}.  Alternatively, Windows
73 users may simply choose @q{Run} from the Start menu and enter
74 @q{guile}.
75
76 Once the guile sandbox is running, you will receive a guile prompt:
77
78 @lisp
79 guile>
80 @end lisp
81
82 You can enter Scheme expressions at this prompt to experiment with Scheme.
83
84 @node Scheme variables
85 @subsection Scheme variables
86
87 Scheme variables can have any valid scheme value, including a Scheme
88 procedure.
89
90 Scheme variables are created with @code{define}:
91
92 @lisp
93 guile> (define a 2)
94 guile>
95 @end lisp
96
97 Scheme variables can be evaluated at the guile prompt simply by
98 typing the variable name:
99
100 @lisp
101 guile> a
102 2
103 guile>
104 @end lisp
105
106 Scheme variables can be printed on the display by using the display function:
107
108 @lisp
109 guile> (display a)
110 2guile>
111 @end lisp
112
113 @noindent
114 Note that both the value @code{2} and the guile prompt @code{guile}
115 showed up on the same line.  This can be avoided by calling the
116 newline procedure or displaying a newline character.
117
118 @lisp
119 guile> (display a)(newline)
120 2
121 guile> (display a)(display "\n")
122 2
123 guile>
124 @end lisp
125
126 Once a variable has been created, its value can be changed with @code{set!}:
127
128 @lisp
129 guile> (set! a 12345)
130 guile> a
131 12345
132 guile>
133 @end lisp
134
135 @node Scheme simple data types
136 @subsection Scheme simple data types
137
138 The most basic concept in a language is data typing: numbers, character
139 strings, lists, etc.  Here is a list of simple Scheme data types that are
140 often used with LilyPond.
141
142 @table @asis
143 @item Booleans
144 Boolean values are True or False.  The Scheme for True is @code{#t}
145 and False is @code{#f}.
146 @funindex ##t
147 @funindex ##f
148
149 @item Numbers
150 Numbers are entered in the standard fashion,
151 @code{1} is the (integer) number one, while @w{@code{-1.5}} is a
152 floating point number (a non-integer number).
153
154 @item Strings
155 Strings are enclosed in double quotes:
156
157 @example
158 "this is a string"
159 @end example
160
161 Strings may span several lines:
162
163 @example
164 "this
165 is
166 a string"
167 @end example
168
169 @noindent
170 and the newline characters at the end of each line will be included
171 in the string.
172
173 Newline characters can also be added by including @code{\n} in the
174 string.
175
176 @example
177 "this\nis a\nmultiline string"
178 @end example
179
180
181 Quotation marks and backslashes are added to strings
182 by preceding them with a backslash.
183 The string @code{\a said "b"} is entered as
184
185 @example
186 "\\a said \"b\""
187 @end example
188
189 @end table
190
191 There are additional Scheme data types that are not discussed here.
192 For a complete listing see the Guile reference guide,
193 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/Simple-Data-Types.html}.
194
195 @node Scheme compound data types
196 @subsection Scheme compound data types
197
198 There are also compound data types in Scheme.  The  types commonly used in
199 LilyPond programming include pairs, lists, alists, and hash tables.
200
201 @subheading Pairs
202
203 The foundational compound data type of Scheme is the @code{pair}.  As
204 might be expected from its name, a pair is two values glued together.
205 The operator used to form a pair is called @code{cons}.
206
207 @lisp
208 guile> (cons 4 5)
209 (4 . 5)
210 guile>
211 @end lisp
212
213 Note that the pair is displayed as two items surrounded by
214 parentheses and separated by whitespace, a period (@code{.}), and
215 more whitespace.  The period is @emph{not} a decimal point, but
216 rather an indicator of the pair.
217
218 Pairs can also be entered as literal values by preceding them with
219 a single quote character.
220
221 @lisp
222 guile> '(4 . 5)
223 (4 . 5)
224 guile>
225 @end lisp
226
227 The two elements of a pair may be any valid Scheme value:
228
229 @lisp
230 guile> (cons #t #f)
231 (#t . #f)
232 guile> '("blah-blah" . 3.1415926535)
233 ("blah-blah" . 3.1415926535)
234 guile>
235 @end lisp
236
237 The first and second elements of the pair can be accessed by the
238 Scheme procedures @code{car} and @code{cdr}, respectively.
239
240 @lisp
241 guile> (define mypair (cons 123 "hello there")
242 ... )
243 guile> (car mypair)
244 123
245 guile> (cdr mypair)
246 "hello there"
247 guile>
248 @end lisp
249
250 @noindent
251
252 Note:  @code{cdr} is pronounced "could-er", according Sussman and
253 Abelson, see
254 @uref{http://mitpress.mit.edu/sicp/full-text/book/book-Z-H-14.html#footnote_Temp_133}
255
256 @subheading Lists
257
258 A very common Scheme data structure is the @emph{list}.  Formally, a
259 list is defined as either the empty list (represented as @code{'()},
260 or a pair whose @code{cdr} is a list.
261
262 There are many ways of creating lists.  Perhaps the most common is
263 with the @code{list} procedure:
264
265 @lisp
266 guile> (list 1 2 3 "abc" 17.5)
267 (1 2 3 "abc" 17.5)
268 @end lisp
269
270 As can be seen, a list is displayed in the form of individual elements
271 separated by whitespace and enclosed in parentheses.  Unlike a pair,
272 there is no period between the elements.
273
274 A list can also be entered as a literal list by enclosing its
275 elements in parentheses, and adding a quote:
276
277 @lisp
278 guile> '(17 23 "foo" "bar" "bazzle")
279 (17 23 "foo" "bar" "bazzle")
280 @end lisp
281
282 Lists are a central part of Scheme.  In, fact, Scheme is considered
283 a dialect of lisp, where @q{lisp} is an abbreviation for
284 @q{List Processing}.  Scheme expressions are all lists.
285
286 @subheading Association lists (alists)
287
288 A special type of list is an @emph{association list} or @emph{alist}.
289 An alist is used to store data for easy retrieval.
290
291 Alists are lists whose elements are pairs.  The @code{car} of each
292 element is called the @emph{key}, and the @code{cdr} of each element
293 is called the @emph{value}.  The Scheme procedure @code{assoc} is
294 used to retrieve an entry from the alist, and @code{cdr} is used to
295 retrieve the value:
296
297 @lisp
298 guile> (define my-alist '((1  . "A") (2 . "B") (3 . "C")))
299 guile> my-alist
300 ((1 . "A") (2 . "B") (3 . "C"))
301 guile> (assoc 2 my-alist)
302 (2 . "B")
303 guile> (cdr (assoc 2 my-alist))
304 "B"
305 guile>
306 @end lisp
307
308 Alists are widely used in LilyPond to store properties and other data.
309
310 @subheading Hash tables
311
312 A data structure that is used occasionally in LilyPond.  A hash table
313 is similar to an array, but the indexes to the array can be any type
314 of Scheme value, not just integers.
315
316 Hash tables are more efficient than alists if there is a lot of data
317 to store and the data changes very infrequently.
318
319 The syntax to create hash tables is a bit complex, but you
320 can see examples of it in the LilyPond source.
321
322 @lisp
323 guile> (define h (make-hash-table 10))
324 guile> h
325 #<hash-table 0/31>
326 guile> (hashq-set! h 'key1 "val1")
327 "val1"
328 guile> (hashq-set! h 'key2 "val2")
329 "val2"
330 guile> (hashq-set! h 3 "val3")
331 "val3"
332 @end lisp
333
334 Values are retrieved from hash tables with @code{hashq-ref}.
335
336 @lisp
337 guile> (hashq-ref h 3)
338 "val3"
339 guile> (hashq-ref h 'key2)
340 "val2"
341 guile>
342 @end lisp
343
344 Keys and values are retrieved as a pair with @code{hashq-get-handle}.
345 This is a preferred way, because it will return @code{#f} if a key is
346 not found.
347
348 @lisp
349 guile> (hashq-get-handle h 'key1)
350 (key1 . "val1")
351 guile> (hashq-get-handle h 'frob)
352 #f
353 guile>
354 @end lisp
355
356 @node Calculations in Scheme
357 @subsection Calculations in Scheme
358
359 @ignore
360 We have been using lists all along.  A calculation, like @code{(+ 1 2)}
361 is also a list (containing the symbol @code{+} and the numbers 1
362 and@tie{}2).  Normally lists are interpreted as calculations, and the
363 Scheme interpreter substitutes the outcome of the calculation.  To enter a
364 list, we stop the evaluation.  This is done by quoting the list with a
365 quote @code{'} symbol.  So, for calculations do not use a quote.
366
367 Inside a quoted list or pair, there is no need to quote anymore.  The
368 following is a pair of symbols, a list of symbols and a list of lists
369 respectively,
370
371 @example
372 #'(stem . head)
373 #'(staff clef key-signature)
374 #'((1) (2))
375 @end example
376 @end ignore
377
378 Scheme can be used to do calculations.  It uses @emph{prefix}
379 syntax.  Adding 1 and@tie{}2 is written as @code{(+ 1 2)} rather than the
380 traditional @math{1+2}.
381
382 @lisp
383 guile> (+ 1 2)
384 3
385 @end lisp
386
387 Calculations may be nested; the result of a function may
388 be used for another calculation.
389
390 @lisp
391 guile> (+ 1 (* 3 4))
392 13
393 @end lisp
394
395 These calculations are examples of evaluations; an expression like
396 @code{(* 3 4)} is replaced by its value @code{12}.
397
398 Scheme calculations are sensitive to the differences between integers
399 and non-integers.  Integer calculations are exact, while non-integers
400 are calculated to the appropriate limits of precision:
401
402 @lisp
403 guile> (/ 7 3)
404 7/3
405 guile> (/ 7.0 3.0)
406 2.33333333333333
407 @end lisp
408
409 When the scheme interpreter encounters an expression that is a list,
410 the first element of the list is treated as a procedure to be
411 evaluated with the arguments of the remainder of the list.  Therefore,
412 all operators in Scheme are prefix operators.
413
414 If the first element of a Scheme expression that is a list passed to
415 the interpreter is @emph{not} an operator or procedure, an error will
416 occur:
417
418 @lisp
419 guile> (1 2 3)
420
421 Backtrace:
422 In current input:
423   52: 0* [1 2 3]
424
425 <unnamed port>:52:1: In expression (1 2 3):
426 <unnamed port>:52:1: Wrong type to apply: 1
427 ABORT: (misc-error)
428 guile>
429 @end lisp
430
431 Here you can see that the interpreter was trying to treat 1 as an
432 operator or procedure, and it couldn't.  Hence the error is "Wrong
433 type to apply: 1".
434
435 Therefore, to create a list we need to use the list operator, or to
436 quote the list so that the interpreter will not try to evaluate it.
437
438 @lisp
439 guile> (list 1 2 3)
440 (1 2 3)
441 guile> '(1 2 3)
442 (1 2 3)
443 guile>
444 @end lisp
445
446 This is an error that can appear as you are working with Scheme in LilyPond.
447
448 @ignore
449 The same assignment can be done in completely in Scheme as well,
450
451 @example
452 #(define twentyFour (* 2 twelve))
453 @end example
454
455 @c this next section is confusing -- need to rewrite
456
457 The @emph{name} of a variable is also an expression, similar to a
458 number or a string.  It is entered as
459
460 @example
461 #'twentyFour
462 @end example
463
464 @funindex #'symbol
465 @cindex quoting in Scheme
466
467 The quote mark @code{'} prevents the Scheme interpreter from substituting
468 @code{24} for the @code{twentyFour}.  Instead, we get the name
469 @code{twentyFour}.
470 @end ignore
471
472
473 @node Scheme procedures
474 @subsection Scheme procedures
475
476 Scheme procedures are executable scheme expressions that return a
477 value resulting from their execution.  They can also manipulate
478 variables defined outside of the procedure.
479
480 @subheading Defining procedures
481
482 Procedures are defined in Scheme with define
483
484 @example
485 (define (function-name arg1 arg2 ... argn)
486  scheme-expression-that-gives-a-return-value)
487 @end example
488
489 For example, we could define a procedure to calculate the average:
490
491 @lisp
492 guile> (define (average x y) (/ (+ x y) 2))
493 guile> average
494 #<procedure average (x y)>
495 @end lisp
496
497 Once a procedure is defined, it is called by putting the procedure
498 name and the arguments in a list.  For example, we can calculate
499 the average of 3 and 12:
500
501 @lisp
502 guile> (average 3 12)
503 15/2
504 @end lisp
505
506 @subheading Predicates
507
508 Scheme procedures that return boolean values are often called
509 @emph{predicates}.  By convention (but not necessity), predicate names
510 typically end in a question mark:
511
512 @lisp
513 guile> (define (less-than-ten? x) (< x 10))
514 guile> (less-than-ten? 9)
515 #t
516 guile> (less-than-ten? 15)
517 #f
518 @end lisp
519
520 @subheading Return values
521
522 Scheme procedures always return a return value, which is the value
523 of the last expression executed in the procedure.  The return
524 value can be any valid Scheme value, including a complex data
525 structure or a procedure.
526
527 Sometimes the user would like to have multiple Scheme expressions in
528 a procedure.  There are two ways that multiple expressions can be
529 combined.  The first is the @code{begin} procedure, which allows
530 multiple expressions to be evaluated, and returns the value of
531 the last expression.
532
533 @lisp
534 guile> (begin (+ 1 2) (- 5 8) (* 2 2))
535 4
536 @end lisp
537
538 The second way to combine multiple expressions is in a @code{let} block.
539 In a let block, a series of bindings are created, and then a sequence
540 of expressions that can include those bindings is evaluated.  The
541 return value of the let block is the return value of the last
542 statement in the let block:
543
544 @lisp
545 guile> (let ((x 2) (y 3) (z 4)) (display (+ x y)) (display (- z 4))
546 ... (+ (* x y) (/ z x)))
547 508
548 @end lisp
549
550 @node Scheme conditionals
551 @subsection Scheme conditionals
552
553 @subheading if
554
555 Scheme has an @code{if} procedure:
556
557 @example
558 (if test-expression true-expression false-expression)
559 @end example
560
561 @var{test-expression} is an expression that returns a boolean
562 value.  If @var{test-expression} returns @code{#t}, the if
563 procedure returns the value of @var{true-expression}, otherwise
564 it returns the value of @var{false-expression}.
565
566 @lisp
567 guile> (define a 3)
568 guile> (define b 5)
569 guile> (if (> a b) "a is greater than b" "a is not greater than b")
570 "a is not greater than b"
571 @end lisp
572
573 @subheading cond
574
575 Another conditional procedure in scheme is @code{cond}:
576
577 @example
578 (cond (test-expression-1 result-expression-sequence-1)
579       (test-expression-2 result-expression-sequence-2)
580       ...
581       (test-expression-n result-expression-sequence-n))
582 @end example
583
584 For example:
585
586 @lisp
587 guile> (define a 6)
588 guile> (define b 8)
589 guile> (cond ((< a b) "a is less than b")
590 ...          ((= a b) "a equals b")
591 ...          ((> a b) "a is greater than b"))
592 "a is less than b"
593 @end lisp
594
595 @node Scheme in LilyPond
596 @section Scheme in LilyPond
597
598
599 @menu
600 * LilyPond Scheme syntax::
601 * LilyPond variables::
602 * Input variables and Scheme::
603 * Object properties::
604 * LilyPond compound variables::
605 * Internal music representation::
606 @end menu
607
608 @node LilyPond Scheme syntax
609 @subsection LilyPond Scheme syntax
610
611 The Guile interpreter is part of LilyPond, which means that
612 Scheme can be included in LilyPond input files.  The hash mark@tie{}@code{#}
613 is used to tell the LilyPond parser that the next value is a Scheme
614 value.
615
616 Once the parser sees a hash mark, input is passed to the Guile
617 interpreter to evaluate the Scheme expression.  The interpreter continues
618 to process input until the end of a Scheme expression is seen.
619
620 Scheme procedures can be defined in LilyPond input files:
621
622 @example
623 #(define (average a b c) (/ (+ a b c) 3))
624 @end example
625
626 Note that LilyPond comments (@code{%} and @code{%@{ %@}}) cannot
627 be used within Scheme code, even in a LilyPond input file, because
628 the Guile interpreter, not the LilyPond parser, is interpreting
629 the Scheme expression.  Comments in Guile Scheme are entered
630 as follows:
631
632 @example
633 ; this is a single-line comment
634
635 #!
636   This a (non-nestable) Guile-style block comment
637   But these are rarely used by Schemers and never in
638   LilyPond source code
639 !#
640 @end example
641
642 For the rest of this section, we will assume that the data is entered
643 in a music file, so we add@tie{}@code{#}s at the beginning of each Scheme
644 expression.
645
646 All of the top-level Scheme expressions in a LilyPond input file can
647 be combined into a single Scheme expression by the use of the
648 @code{begin} statement:
649
650 @example
651 #(begin
652   (define foo 0)
653   (define bar 1))
654 @end example
655
656
657 @node LilyPond variables
658 @subsection LilyPond variables
659
660 LilyPond variables are stored internally in the form of Scheme
661 variables.  Thus,
662
663 @example
664 twelve = 12
665 @end example
666
667 @noindent
668 is equivalent to
669
670 @example
671 #(define twelve 12)
672 @end example
673
674 This means that LilyPond variables are available
675 for use in Scheme expressions.  For example, we could use
676
677 @example
678 twentyFour = #(* 2 twelve)
679 @end example
680
681 @noindent
682 which would result in the number 24 being stored in the
683 LilyPond (and Scheme) variable @code{twentyFour}.
684
685 @node Input variables and Scheme
686 @subsection Input variables and Scheme
687
688 The input format supports the notion of variables: in the following
689 example, a music expression is assigned to a variable with the name
690 @code{traLaLa}.
691
692 @example
693 traLaLa = @{ c'4 d'4 @}
694 @end example
695
696 @noindent
697
698 There is also a form of scoping: in the following example, the
699 @code{\layout} block also contains a @code{traLaLa} variable, which is
700 independent of the outer @code{\traLaLa}.
701
702 @example
703 traLaLa = @{ c'4 d'4 @}
704 \layout @{ traLaLa = 1.0 @}
705 @end example
706
707 @c
708 In effect, each input file is a scope, and all @code{\header},
709 @code{\midi}, and @code{\layout} blocks are scopes nested inside that
710 toplevel scope.
711
712 Both variables and scoping are implemented in the GUILE module system.
713 An anonymous Scheme module is attached to each scope.  An assignment of
714 the form:
715
716 @example
717 traLaLa = @{ c'4 d'4 @}
718 @end example
719
720 @noindent
721 is internally converted to a Scheme definition:
722
723 @example
724 (define traLaLa @var{Scheme value of `@code{... }'})
725 @end example
726
727 This means that LilyPond variables and Scheme variables may be freely
728 mixed.  In the following example, a music fragment is stored in the
729 variable @code{traLaLa}, and duplicated using Scheme.  The result is
730 imported in a @code{\score} block by means of a second variable
731 @code{twice}:
732
733 @lilypond[verbatim]
734 traLaLa = { c'4 d'4 }
735
736 %% dummy action to deal with parser lookahead
737 #(display "this needs to be here, sorry!")
738
739 #(define newLa (map ly:music-deep-copy
740   (list traLaLa traLaLa)))
741 #(define twice
742   (make-sequential-music newLa))
743
744 { \twice }
745 @end lilypond
746
747 @c Due to parser lookahead
748
749 In this example, the assignment happens after the parser has
750 verified that nothing interesting happens after
751 @code{traLaLa = @{ ... @}}.  Without the dummy statement in the
752 above example, the @code{newLa} definition is executed before
753 @code{traLaLa} is defined, leading to a syntax error.
754
755 The above example shows how to @q{export} music expressions from the
756 input to the Scheme interpreter.  The opposite is also possible.  By
757 wrapping a Scheme value in the function @code{ly:export}, a Scheme
758 value is interpreted as if it were entered in LilyPond syntax.
759 Instead of defining @code{\twice}, the example above could also have
760 been written as
761
762 @example
763 ...
764 @{ $(make-sequential-music (list newLa)) @}
765 @end example
766
767 Scheme code is evaluated as soon as the parser encounters it.  To
768 define some Scheme code in a macro (to be called later), use
769 @ref{Void scheme functions}, or
770
771 @example
772 #(define (nopc)
773   (ly:set-option 'point-and-click #f))
774
775 ...
776 #(nopc)
777 @{ c'4 @}
778 @end example
779
780 @knownissues
781
782 Mixing Scheme and LilyPond variables is not possible with the
783 @option{--safe} option.
784
785
786 @node Object properties
787 @subsection Object properties
788
789 Object properties are stored in LilyPond in the form of alist-chains,
790 which are lists of alists.  Properties are set by adding values at
791 the beginning of the property list.  Properties are read by retrieving
792 values from the alists.
793
794 Setting a new value for a property requires assigning a value to
795 the alist with both a key and a value.  The LilyPond syntax for doing
796 this is:
797
798 @example
799 \override Stem #'thickness = #2.6
800 @end example
801
802 This instruction adjusts the appearance of stems.  An alist entry
803 @code{'(thickness . 2.6)} is added to the property list of the
804 @code{Stem}
805 object.  @code{thickness} is measured relative to the thickness of
806 staff lines, so these stem lines will be @code{2.6} times the
807 width of staff lines.  This makes stems almost twice as thick as their
808 normal size.  To distinguish between variables defined in input files (like
809 @code{twentyFour} in the example above) and variables of internal
810 objects, we will call the latter @q{properties} and the former
811 @q{variables.}  So, the stem object has a @code{thickness} property,
812 while @code{twentyFour} is a variable.
813
814 @cindex properties vs. variables
815 @cindex variables vs. properties
816
817 @c  todo -- here we're getting interesting.  We're now introducing
818 @c  LilyPond variable types.  I think this deserves a section all
819 @c  its own
820
821 @node LilyPond compound variables
822 @subsection LilyPond compound variables
823
824 @subheading Offsets
825
826 Two-dimensional offsets (X and Y coordinates) are stored as @code{pairs}.
827 The @code{car} of the offset is the X coordinate, and the @code{cdr} is
828 the Y coordinate.
829
830 @example
831 \override TextScript #'extra-offset = #'(1 . 2)
832 @end example
833
834 This assigns the pair @code{(1 . 2)} to the @code{extra-offset}
835 property of the
836 TextScript object.  These numbers are measured in staff-spaces, so
837 this command moves the object 1 staff space to the right, and 2 spaces up.
838
839 Procedures for working with offsets are found in @file{scm/lily-library.scm}.
840
841 @subheading Extents
842
843 Pairs are also used to store intervals, which represent a range of numbers
844 from the minimum (the @code{car}) to the maximum (the @code{cdr}).
845 Intervals are used to store the X- and Y- extents of printable objects.
846 For X extents, the @code{car} is the left hand X coordinate, and the
847 @code{cdr} is the right hand X coordinate.  For Y extents, the @code{car}
848 is the bottom coordinate, and the @code{cdr} is the top coordinate.
849
850 Procedures for working with intervals are found in
851 @file{scm/lily-library.scm}.  These procedures should be used when possible
852 to ensure consistency of code.
853
854 @subheading Property alists
855
856 A property alist is a LilyPond data structure that is an alist whose
857 keys are properties and whose values are Scheme expressions that give
858 the desired value for the property.
859
860 LilyPond properties are Scheme symbols, such as @code{'thickness}.
861
862 @subheading Alist chains
863
864 An alist chain is a list containing property alists.
865
866 The set of all properties that will apply to a grob is typically
867 stored as an alist chain.  In order to find the value for a particular
868 property that a grob should have, each alist in the chain is searched in
869 order, looking for an entry containing the property key.  The first alist
870 entry found is returned, and the value is the property value.
871
872 The Scheme procedure @code{chain-assoc-get} is normally used to get
873 grob property values.
874
875 @node Internal music representation
876 @subsection Internal music representation
877
878 Internally, music is represented as a Scheme list.  The list contains
879 various elements that affect the printed output.  Parsing is the process
880 of converting music from the LilyPond input representation to the
881 internal Scheme representation.
882
883 When a music expression is parsed, it is converted into a set of
884 Scheme music objects.  The defining property of a music object is that
885 it takes up time.  The time it takes up is called its @emph{duration}.
886 Durations are expressed as a rational number that measures the length
887 of the music object in whole notes.
888
889 A music object has three kinds of types:
890 @itemize
891 @item
892 music name: Each music expression has a name.  For example, a note
893 leads to a @rinternals{NoteEvent}, and @code{\simultaneous} leads to
894 a @rinternals{SimultaneousMusic}.  A list of all expressions
895 available is in the Internals Reference manual, under
896 @rinternals{Music expressions}.
897
898 @item
899 @q{type} or interface: Each music name has several @q{types} or
900 interfaces, for example, a note is an @code{event}, but it is also a
901 @code{note-event}, a @code{rhythmic-event}, and a
902 @code{melodic-event}.  All classes of music are listed in the
903 Internals Reference, under
904 @rinternals{Music classes}.
905
906 @item
907 C++ object: Each music object is represented by an object of the C++
908 class @code{Music}.
909 @end itemize
910
911 The actual information of a music expression is stored in properties.
912 For example, a @rinternals{NoteEvent} has @code{pitch} and
913 @code{duration} properties that store the pitch and duration of that
914 note.  A list of all properties available can be found in the
915 Internals Reference, under @rinternals{Music properties}.
916
917 A compound music expression is a music object that contains other
918 music objects in its properties.  A list of objects can be stored in
919 the @code{elements} property of a music object, or a single @q{child}
920 music object in the @code{element} property.  For example,
921 @rinternals{SequentialMusic} has its children in @code{elements},
922 and @rinternals{GraceMusic} has its single argument in
923 @code{element}.  The body of a repeat is stored in the @code{element}
924 property of @rinternals{RepeatedMusic}, and the alternatives in
925 @code{elements}.
926
927 @node Building complicated functions
928 @section Building complicated functions
929
930 This section explains how to gather the information necessary
931 to create complicated music functions.
932
933 @menu
934 * Displaying music expressions::
935 * Music properties::
936 * Doubling a note with slurs (example)::
937 * Adding articulation to notes (example)::
938 @end menu
939
940 @node Displaying music expressions
941 @subsection Displaying music expressions
942
943 @cindex internal storage
944 @cindex displaying music expressions
945 @cindex internal representation, displaying
946 @cindex displayMusic
947 @funindex \displayMusic
948
949 When writing a music function it is often instructive to inspect how
950 a music expression is stored internally.  This can be done with the
951 music function @code{\displayMusic}
952
953 @example
954 @{
955   \displayMusic @{ c'4\f @}
956 @}
957 @end example
958
959 @noindent
960 will display
961
962 @example
963 (make-music
964   'SequentialMusic
965   'elements
966   (list (make-music
967           'EventChord
968           'elements
969           (list (make-music
970                   'NoteEvent
971                   'duration
972                   (ly:make-duration 2 0 1 1)
973                   'pitch
974                   (ly:make-pitch 0 0 0))
975                 (make-music
976                   'AbsoluteDynamicEvent
977                   'text
978                   "f")))))
979 @end example
980
981 By default, LilyPond will print these messages to the console along
982 with all the other messages.  To split up these messages and save
983 the results of @code{\display@{STUFF@}}, redirect the output to
984 a file.
985
986 @example
987 lilypond file.ly >display.txt
988 @end example
989
990 With a bit of reformatting, the above information is easier to read,
991
992 @example
993 (make-music 'SequentialMusic
994   'elements (list (make-music 'EventChord
995                     'elements (list (make-music 'NoteEvent
996                                       'duration (ly:make-duration 2 0 1 1)
997                                       'pitch (ly:make-pitch 0 0 0))
998                                     (make-music 'AbsoluteDynamicEvent
999                                       'text "f")))))
1000 @end example
1001
1002 A @code{@{ ... @}} music sequence has the name @code{SequentialMusic},
1003 and its inner expressions are stored as a list in its @code{'elements}
1004 property.  A note is represented as an @code{EventChord} expression,
1005 containing a @code{NoteEvent} object (storing the duration and
1006 pitch properties) and any extra information (in this case, an
1007 @code{AbsoluteDynamicEvent} with a @code{"f"} text property.
1008
1009 @funindex{\void}
1010 @code{\displayMusic} returns the music it displays, so it will get
1011 interpreted as well as displayed.  To avoid interpretation, write
1012 @code{\void} before @code{\displayMusic}.
1013
1014 @node Music properties
1015 @subsection Music properties
1016
1017 TODO -- make sure we delineate between @emph{music} properties,
1018 @emph{context} properties, and @emph{layout} properties.  These
1019 are potentially confusing.
1020
1021 The @code{NoteEvent} object is the first object of the
1022 @code{'elements} property of @code{someNote}.
1023
1024 @example
1025 someNote = c'
1026 \displayMusic \someNote
1027 ===>
1028 (make-music
1029   'EventChord
1030   'elements
1031   (list (make-music
1032           'NoteEvent
1033           'duration
1034           (ly:make-duration 2 0 1 1)
1035           'pitch
1036           (ly:make-pitch 0 0 0))))
1037 @end example
1038
1039 The @code{display-scheme-music} function is the function used by
1040 @code{\displayMusic} to display the Scheme representation of a music
1041 expression.
1042
1043 @example
1044 #(display-scheme-music (first (ly:music-property someNote 'elements)))
1045 ===>
1046 (make-music
1047   'NoteEvent
1048   'duration
1049   (ly:make-duration 2 0 1 1)
1050   'pitch
1051   (ly:make-pitch 0 0 0))
1052 @end example
1053
1054 Then the note pitch is accessed through the @code{'pitch} property
1055 of the @code{NoteEvent} object,
1056
1057 @example
1058 #(display-scheme-music
1059    (ly:music-property (first (ly:music-property someNote 'elements))
1060                       'pitch))
1061 ===>
1062 (ly:make-pitch 0 0 0)
1063 @end example
1064
1065 The note pitch can be changed by setting this @code{'pitch} property,
1066
1067 @funindex \displayLilyMusic
1068
1069 @example
1070 #(set! (ly:music-property (first (ly:music-property someNote 'elements))
1071                           'pitch)
1072        (ly:make-pitch 0 1 0)) ;; set the pitch to d'.
1073 \displayLilyMusic \someNote
1074 ===>
1075 d'
1076 @end example
1077
1078
1079 @node Doubling a note with slurs (example)
1080 @subsection Doubling a note with slurs (example)
1081
1082 Suppose we want to create a function that translates input like
1083 @code{a} into @code{a( a)}.  We begin by examining the internal
1084 representation of the desired result.
1085
1086 @example
1087 \displayMusic@{ a'( a') @}
1088 ===>
1089 (make-music
1090   'SequentialMusic
1091   'elements
1092   (list (make-music
1093           'EventChord
1094           'elements
1095           (list (make-music
1096                   'NoteEvent
1097                   'duration
1098                   (ly:make-duration 2 0 1 1)
1099                   'pitch
1100                   (ly:make-pitch 0 5 0))
1101                 (make-music
1102                   'SlurEvent
1103                   'span-direction
1104                   -1)))
1105         (make-music
1106           'EventChord
1107           'elements
1108           (list (make-music
1109                   'NoteEvent
1110                   'duration
1111                   (ly:make-duration 2 0 1 1)
1112                   'pitch
1113                   (ly:make-pitch 0 5 0))
1114                 (make-music
1115                   'SlurEvent
1116                   'span-direction
1117                   1)))))
1118 @end example
1119
1120 The bad news is that the @code{SlurEvent} expressions
1121 must be added @q{inside} the note (or more precisely,
1122 inside the @code{EventChord} expression).
1123
1124 Now we examine the input,
1125
1126 @example
1127 (make-music
1128   'SequentialMusic
1129   'elements
1130   (list (make-music
1131           'EventChord
1132           'elements
1133           (list (make-music
1134                   'NoteEvent
1135                   'duration
1136                   (ly:make-duration 2 0 1 1)
1137                   'pitch
1138                   (ly:make-pitch 0 5 0))))))
1139 @end example
1140
1141 So in our function, we need to clone this expression (so that we
1142 have two notes to build the sequence), add a @code{SlurEvent} to the
1143 @code{'elements} property of each one, and finally make a
1144 @code{SequentialMusic} with the two @code{EventChords}.
1145
1146 @example
1147 doubleSlur = #(define-music-function (parser location note) (ly:music?)
1148          "Return: @{ note ( note ) @}.
1149          `note' is supposed to be an EventChord."
1150          (let ((note2 (ly:music-deep-copy note)))
1151            (set! (ly:music-property note 'elements)
1152                  (cons (make-music 'SlurEvent 'span-direction -1)
1153                        (ly:music-property note 'elements)))
1154            (set! (ly:music-property note2 'elements)
1155                  (cons (make-music 'SlurEvent 'span-direction 1)
1156                        (ly:music-property note2 'elements)))
1157            (make-music 'SequentialMusic 'elements (list note note2))))
1158 @end example
1159
1160
1161 @node Adding articulation to notes (example)
1162 @subsection Adding articulation to notes (example)
1163
1164 The easy way to add articulation to notes is to merge two music
1165 expressions into one context, as explained in
1166 @ruser{Creating contexts}.  However, suppose that we want to write
1167 a music function that does this.
1168
1169 A @code{$variable} inside the @code{#@{...#@}} notation is like
1170 a regular @code{\variable} in classical LilyPond notation.  We
1171 know that
1172
1173 @example
1174 @{ \music -. -> @}
1175 @end example
1176
1177 @noindent
1178 will not work in LilyPond.  We could avoid this problem by attaching
1179 the articulation to a fake note,
1180
1181 @example
1182 @{ << \music s1*0-.-> @}
1183 @end example
1184
1185 @noindent
1186 but for the sake of this example, we will learn how to do this in
1187 Scheme.  We begin by examining our input and desired output,
1188
1189 @example
1190 %  input
1191 \displayMusic c4
1192 ===>
1193 (make-music
1194   'EventChord
1195   'elements
1196   (list (make-music
1197           'NoteEvent
1198           'duration
1199           (ly:make-duration 2 0 1 1)
1200           'pitch
1201           (ly:make-pitch -1 0 0))))
1202 =====
1203 %  desired output
1204 \displayMusic c4->
1205 ===>
1206 (make-music
1207   'EventChord
1208   'elements
1209   (list (make-music
1210           'NoteEvent
1211           'duration
1212           (ly:make-duration 2 0 1 1)
1213           'pitch
1214           (ly:make-pitch -1 0 0))
1215         (make-music
1216           'ArticulationEvent
1217           'articulation-type
1218           "marcato")))
1219 @end example
1220
1221 We see that a note (@code{c4}) is represented as an @code{EventChord}
1222 expression, with a @code{NoteEvent} expression in its elements list.  To
1223 add a marcato articulation, an @code{ArticulationEvent} expression must
1224 be added to the elements property of the @code{EventChord}
1225 expression.
1226
1227 To build this function, we begin with
1228
1229 @example
1230 (define (add-marcato event-chord)
1231   "Add a marcato ArticulationEvent to the elements of `event-chord',
1232   which is supposed to be an EventChord expression."
1233   (let ((result-event-chord (ly:music-deep-copy event-chord)))
1234     (set! (ly:music-property result-event-chord 'elements)
1235           (cons (make-music 'ArticulationEvent
1236                   'articulation-type "marcato")
1237                 (ly:music-property result-event-chord 'elements)))
1238     result-event-chord))
1239 @end example
1240
1241 The first line is the way to define a function in Scheme: the function
1242 name is @code{add-marcato}, and has one variable called
1243 @code{event-chord}.  In Scheme, the type of variable is often clear
1244 from its name.  (this is good practice in other programming languages,
1245 too!)
1246
1247 @example
1248 "Add a marcato..."
1249 @end example
1250
1251 @noindent
1252 is a description of what the function does.  This is not strictly
1253 necessary, but just like clear variable names, it is good practice.
1254
1255 @example
1256 (let ((result-event-chord (ly:music-deep-copy event-chord)))
1257 @end example
1258
1259 @code{let} is used to declare local variables.  Here we use one local
1260 variable, named @code{result-event-chord}, to which we give the value
1261 @code{(ly:music-deep-copy event-chord)}.  @code{ly:music-deep-copy} is
1262 a function specific to LilyPond, like all functions prefixed by
1263 @code{ly:}.  It is use to make a copy of a music
1264 expression.  Here we copy @code{event-chord} (the parameter of the
1265 function).  Recall that our purpose is to add a marcato to an
1266 @code{EventChord} expression.  It is better to not modify the
1267 @code{EventChord} which was given as an argument, because it may be
1268 used elsewhere.
1269
1270 Now we have a @code{result-event-chord}, which is a
1271 @code{NoteEventChord} expression and is a copy of
1272 @code{event-chord}.  We add the marcato to its @code{'elements}
1273 list property.
1274
1275 @example
1276 (set! place new-value)
1277 @end example
1278
1279 Here, what we want to set (the @q{place}) is the @code{'elements}
1280 property of @code{result-event-chord} expression.
1281
1282 @example
1283 (ly:music-property result-event-chord 'elements)
1284 @end example
1285
1286 @code{ly:music-property} is the function used to access music properties
1287 (the @code{'elements}, @code{'duration}, @code{'pitch}, etc, that we
1288 see in the @code{\displayMusic} output above).  The new value is the
1289 former @code{'elements} property, with an extra item: the
1290 @code{ArticulationEvent} expression, which we copy from the
1291 @code{\displayMusic} output,
1292
1293 @example
1294 (cons (make-music 'ArticulationEvent
1295         'articulation-type "marcato")
1296       (ly:music-property result-event-chord 'elements))
1297 @end example
1298
1299 @code{cons} is used to add an element to a list without modifying
1300 the original list.  This is what we want: the same list as before,
1301 plus the new @code{ArticulationEvent} expression.  The order
1302 inside the @code{'elements} property is not important here.
1303
1304 Finally, once we have added the marcato articulation to its @code{elements}
1305 property, we can return @code{result-event-chord}, hence the last line of
1306 the function.
1307
1308 Now we transform the @code{add-marcato} function into a music
1309 function,
1310
1311 @example
1312 addMarcato = #(define-music-function (parser location event-chord)
1313                                      (ly:music?)
1314     "Add a marcato ArticulationEvent to the elements of `event-chord',
1315     which is supposed to be an EventChord expression."
1316     (let ((result-event-chord (ly:music-deep-copy event-chord)))
1317       (set! (ly:music-property result-event-chord 'elements)
1318             (cons (make-music 'ArticulationEvent
1319                     'articulation-type "marcato")
1320                   (ly:music-property result-event-chord 'elements)))
1321       result-event-chord))
1322 @end example
1323
1324 We may verify that this music function works correctly,
1325
1326 @example
1327 \displayMusic \addMarcato c4
1328 @end example
1329
1330
1331
1332
1333
1334 @ignore
1335 @menu
1336 * Tweaking with Scheme::
1337 @end menu
1338
1339 @c @nod e Tweaking with Scheme
1340 @c @sectio n Tweaking with Scheme
1341
1342 We have seen how LilyPond output can be heavily modified using
1343 commands like
1344 @code{\override TextScript #'extra-offset = ( 1 . -1)}.  But
1345 we have even more power if we use Scheme.  For a full explanation
1346 of this, see the @ref{Scheme tutorial}, and
1347 @ref{Interfaces for programmers}.
1348
1349 We can use Scheme to simply @code{\override} commands,
1350
1351 TODO Find a simple example
1352 @c This isn't a valid example with skylining
1353 @c It works fine without padText  -td
1354 @end ignore
1355
1356 @ignore
1357 @lilypond[quote,verbatim,ragged-right]
1358 padText = #(define-music-function (parser location padding) (number?)
1359 #{
1360   \once \override TextScript #'padding = #padding
1361 #})
1362
1363 \relative c''' {
1364   c4^"piu mosso" b a b
1365   \padText #1.8
1366   c4^"piu mosso" d e f
1367   \padText #2.6
1368   c4^"piu mosso" fis a g
1369 }
1370 @end lilypond
1371 @end ignore
1372
1373 @ignore
1374 We can use it to create new commands:
1375
1376 @c Check this is a valid example with skylining
1377 @c It is - 'padding still works
1378
1379
1380 @lilypond[quote,verbatim,ragged-right]
1381 tempoPadded = #(define-music-function (parser location padding tempotext)
1382   (number? string?)
1383 #{
1384   \once \override Score.MetronomeMark #'padding = $padding
1385   \tempo \markup { \bold $tempotext }
1386 #})
1387
1388 \relative c'' {
1389   \tempo \markup { "Low tempo" }
1390   c4 d e f g1
1391   \tempoPadded #4.0 #"High tempo"
1392   g4 f e d c1
1393 }
1394 @end lilypond
1395
1396
1397 Even music expressions can be passed in:
1398
1399 @lilypond[quote,verbatim,ragged-right]
1400 pattern = #(define-music-function (parser location x y) (ly:music? ly:music?)
1401 #{
1402   $x e8 a b $y b a e
1403 #})
1404
1405 \relative c''{
1406   \pattern c8 c8\f
1407   \pattern {d16 dis} { ais16-> b\p }
1408 }
1409 @end lilypond
1410 @end ignore