]> git.donarmstrong.com Git - lilypond.git/blob - Documentation/extending/scheme-tutorial.itely
Doc -- Extending: Lilypond data structures
[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 "2.12.0"
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 @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 Sometimes the user would like to have multiple Scheme expressions in
523 a procedure.  There are two ways that multiple expressions can be
524 combined.  The first is the @code{begin} procedure, which allows
525 multiple expressions to be evaluated, and returns the value of
526 the last expression.
527
528 @lisp
529 guile> (begin (+ 1 2) (- 5 8) (* 2 2))
530 4
531 @end lisp
532
533 The second way to combine multiple expressions is in a @code{let} block.
534 In a let block, a series of bindings are created, and then a sequence
535 of expressions that can include those bindings is evaluated.  The
536 return value of the let block is the return value of the last
537 statement in the let block:
538
539 @lisp
540 guile> (let ((x 2) (y 3) (z 4)) (display (+ x y)) (display (- z 4))
541 ... (+ (* x y) (/ z x)))
542 508
543 @end lisp
544
545 @node Scheme conditionals
546 @subsection Scheme conditionals
547
548 @subheading if
549
550 Scheme has an @code{if} procedure:
551
552 @example
553 (if test-expression true-expression false-expression)
554 @end example
555
556 @var{test-expression} is an expression that returns a boolean
557 value.  If @var{test-expression} returns @code{#t}, the if
558 procedure returns the value of @var{true-expression}, otherwise
559 it returns the value of @var{false-expression}.
560
561 @lisp
562 guile> (define a 3)
563 guile> (define b 5)
564 guile> (if (> a b) "a is greater than b" "a is not greater than b")
565 "a is not greater than b"
566 @end lisp
567
568 @subheading cond
569
570 Another conditional procedure in scheme is @code{cond}:
571
572 @example
573 (cond (test-expression-1 result-expression-sequence-1)
574       (test-expression-2 result-expression-sequence-2)
575       ...
576       (test-expression-n result-expression-sequence-n))
577 @end example
578
579 For example:
580
581 @lisp
582 guile> (define a 6)
583 guile> (define b 8)
584 guile> (cond ((< a b) "a is less than b")
585 ...          ((= a b) "a equals b")
586 ...          ((> a b) "a is greater than b"))
587 "a is less than b"
588 @end lisp
589
590 @node Scheme in LilyPond
591 @section Scheme in LilyPond
592
593
594 @menu
595 * LilyPond Scheme syntax::
596 * LilyPond variables::
597 * Input variables and Scheme::
598 * Object properties::
599 * LilyPond compound variables::
600 * Internal music representation::
601 @end menu
602
603 @node LilyPond Scheme syntax
604 @subsection LilyPond Scheme syntax
605
606 The Guile interpreter is part of LilyPond, which means that
607 Scheme can be included in LilyPond input files.  The hash mark @code{#}
608 is used to tell the LilyPond parser that the next value is a Scheme
609 value.
610
611 Once the parser sees a hash mark, input is passed to the Guile
612 interpreter to evaluate the Scheme expression.  The interpreter continues
613 to process input until the end of a Scheme expression is seen.
614
615 Scheme procedures can be defined in LilyPond input files:
616
617 @example
618 #(define (average a b c) (/ (+ a b c) 3))
619 @end example
620
621 Note that LilyPond comments (@code{%} and @code{%@{ %@}}) cannot
622 be used within Scheme code, even in a LilyPond input file, because
623 the Guile interpreter, not the LilyPond parser, is interpreting
624 the Scheme expression.  Comments in Guile Scheme are entered
625 as follows:
626
627 @example
628 ; this is a single-line comment
629
630 #!
631   This a (non-nestable) Guile-style block comment
632   But these are rarely used by Schemers and never in
633   LilyPond source code
634 !#
635 @end example
636
637 For the rest of this section, we will assume that the data is entered
638 in a music file, so we add @code{#}s at the beginning of each Scheme
639 expression.
640
641 @node LilyPond variables
642 @subsection LilyPond variables
643
644 LilyPond variables are stored internally in the form of Scheme
645 variables.  Thus,
646
647 @example
648 twelve = 12
649 @end example
650
651 @noindent
652 is equivalent to
653
654 @example
655 #(define twelve 12)
656 @end example
657
658 This means that LilyPond variables are available
659 for use in Scheme expressions.  For example, we could use
660
661 @example
662 twentyFour = #(* 2 twelve)
663 @end example
664
665 @noindent
666 which would result in the number 24 being stored in the
667 LilyPond (and Scheme) variable @code{twentyFour}.
668
669 @node Input variables and Scheme
670 @subsection Input variables and Scheme
671
672 The input format supports the notion of variables: in the following
673 example, a music expression is assigned to a variable with the name
674 @code{traLaLa}.
675
676 @example
677 traLaLa = @{ c'4 d'4 @}
678 @end example
679
680 @noindent
681
682 There is also a form of scoping: in the following example, the
683 @code{\layout} block also contains a @code{traLaLa} variable, which is
684 independent of the outer @code{\traLaLa}.
685
686 @example
687 traLaLa = @{ c'4 d'4 @}
688 \layout @{ traLaLa = 1.0 @}
689 @end example
690
691 @c
692 In effect, each input file is a scope, and all @code{\header},
693 @code{\midi}, and @code{\layout} blocks are scopes nested inside that
694 toplevel scope.
695
696 Both variables and scoping are implemented in the GUILE module system.
697 An anonymous Scheme module is attached to each scope.  An assignment of
698 the form:
699
700 @example
701 traLaLa = @{ c'4 d'4 @}
702 @end example
703
704 @noindent
705 is internally converted to a Scheme definition:
706
707 @example
708 (define traLaLa @var{Scheme value of `@code{... }'})
709 @end example
710
711 This means that LilyPond variables and Scheme variables may be freely
712 mixed.  In the following example, a music fragment is stored in the
713 variable @code{traLaLa}, and duplicated using Scheme.  The result is
714 imported in a @code{\score} block by means of a second variable
715 @code{twice}:
716
717 @lilypond[verbatim]
718 traLaLa = { c'4 d'4 }
719
720 %% dummy action to deal with parser lookahead
721 #(display "this needs to be here, sorry!")
722
723 #(define newLa (map ly:music-deep-copy
724   (list traLaLa traLaLa)))
725 #(define twice
726   (make-sequential-music newLa))
727
728 { \twice }
729 @end lilypond
730
731 @c Due to parser lookahead
732
733 In this example, the assignment happens after the parser has
734 verified that nothing interesting happens after
735 @code{traLaLa = @{ ... @}}.  Without the dummy statement in the
736 above example, the @code{newLa} definition is executed before
737 @code{traLaLa} is defined, leading to a syntax error.
738
739 The above example shows how to @q{export} music expressions from the
740 input to the Scheme interpreter.  The opposite is also possible.  By
741 wrapping a Scheme value in the function @code{ly:export}, a Scheme
742 value is interpreted as if it were entered in LilyPond syntax.
743 Instead of defining @code{\twice}, the example above could also have
744 been written as
745
746 @example
747 ...
748 @{ #(ly:export (make-sequential-music (list newLa))) @}
749 @end example
750
751 Scheme code is evaluated as soon as the parser encounters it.  To
752 define some Scheme code in a macro (to be called later), use
753 @ref{Void functions}, or
754
755 @example
756 #(define (nopc)
757   (ly:set-option 'point-and-click #f))
758
759 ...
760 #(nopc)
761 @{ c'4 @}
762 @end example
763
764 @knownissues
765
766 Mixing Scheme and LilyPond variables is not possible with the
767 @code{--safe} option.
768
769
770 @node Object properties
771 @subsection Object properties
772
773 Object properties are stored in LilyPond in the form of alist-chains,
774 which are lists of alists.  Properties are set by adding values at
775 the beginning of the property list.  Properties are read by retrieving
776 values from the alists.
777
778 Setting a new value for a property requires assigning a value to
779 the alist with both a key and a value.  The LilyPond syntax for doing
780 this is:
781
782 @example
783 \override Stem #'thickness = #2.6
784 @end example
785
786 This instruction adjusts the appearance of stems.  An alist entry
787 @code{'(thickness . 2.6)} is added to the property list of the
788 @code{Stem}
789 object.  @code{thickness} is measured relative to the thickness of
790 staff lines, so these stem lines will be @code{2.6} times the
791 width of staff lines.  This makes stems almost twice as thick as their
792 normal size.  To distinguish between variables defined in input files (like
793 @code{twentyFour} in the example above) and variables of internal
794 objects, we will call the latter @q{properties} and the former
795 @q{variables.}  So, the stem object has a @code{thickness} property,
796 while @code{twentyFour} is a variable.
797
798 @cindex properties vs. variables
799 @cindex variables vs. properties
800
801 @c  todo -- here we're getting interesting.  We're now introducing
802 @c  LilyPond variable types.  I think this deserves a section all
803 @c  its own
804
805 @node LilyPond compound variables
806 @subsection LilyPond compound variables
807
808 @subheading Offsets
809
810 Two-dimensional offsets (X and Y coordinates) are stored as @code{pairs}.
811 The @code{cdr} of the offset is the X coordinate, and the @code{cdr} is
812 the Y coordinate.
813
814 @example
815 \override TextScript #'extra-offset = #'(1 . 2)
816 @end example
817
818 This assigns the pair @code{(1 . 2)} to the @code{extra-offset}
819 property of the
820 TextScript object.  These numbers are measured in staff-spaces, so
821 this command moves the object 1 staff space to the right, and 2 spaces up.
822
823 Procedures for working with offsets are found in @file{scm/lily-library.scm}.
824
825 @unnumberedsubsubsec Extents
826 @subheading Extents
827
828 Pairs are also used to store intervals, which represent a range of numbers
829 from the minimum (the @code{car}) to the maximum (the @code{cdr}).
830 Intervals are used to store the X- and Y- extents of printable objects.
831 For X extents, the @code{car} is the left hand X coordinate, and the
832 @code{cdr} is the right hand X coordinate.  For Y extents, the @code{car}
833 is the bottom coordinate, and the @code{cdr} is the top coordinate.
834
835 Procedures for working with intervals are found in
836 @file{scm/lily-library.scm}.  These procedures should be used when possible
837 to ensure consistency of code.
838
839 @unnumberedsubsubsec Property alists
840 @subheading Property alists
841
842 A property alist is a LilyPond data structure that is an alist whose
843 keys are properties and whose values are Scheme expressions that give
844 the desired value for the property.
845
846 LilyPond properties are Scheme symbols, such as @code{'thickness}.
847
848 @unnumberedsubsubsec Alist chains
849 @subheading Alist chains
850
851 An alist chain is a list containing property alists.
852
853 The set of all properties that will apply to a grob is typically
854 stored as an alist chain.  In order to find the value for a particular
855 property that a grob should have, each alist in the chain is searched in
856 order, looking for an entry containing the property key.  The first alist
857 entry found is returned, and the value is the property value.
858
859 The Shceme procedure @code{chain-assoc-get} is normally used to get
860 grob property values.
861
862 @node Internal music representation
863 @subsection Internal music representation
864
865 Internally, music is represented as a Scheme list.  The list contains
866 various elements that affect the printed output.  Parsing is the process
867 of converting music from the LilyPond input representation to the
868 internal Scheme representation.
869
870 When a music expression is parsed, it is converted into a set of
871 Scheme music objects.  The defining property of a music object is that
872 it takes up time.  The time it takes up is called its @emph{duration}.
873 Durations are expressed as a rational number that measures the length
874 of the music object in whole notes.
875
876 A music object has three kinds of types:
877 @itemize
878 @item
879 music name: Each music expression has a name.  For example, a note
880 leads to a @rinternals{NoteEvent}, and @code{\simultaneous} leads to
881 a @rinternals{SimultaneousMusic}.  A list of all expressions
882 available is in the Internals Reference manual, under
883 @rinternals{Music expressions}.
884
885 @item
886 @q{type} or interface: Each music name has several @q{types} or
887 interfaces, for example, a note is an @code{event}, but it is also a
888 @code{note-event}, a @code{rhythmic-event}, and a
889 @code{melodic-event}.  All classes of music are listed in the
890 Internals Reference, under
891 @rinternals{Music classes}.
892
893 @item
894 C++ object: Each music object is represented by an object of the C++
895 class @code{Music}.
896 @end itemize
897
898 The actual information of a music expression is stored in properties.
899 For example, a @rinternals{NoteEvent} has @code{pitch} and
900 @code{duration} properties that store the pitch and duration of that
901 note.  A list of all properties available can be found in the
902 Internals Reference, under @rinternals{Music properties}.
903
904 A compound music expression is a music object that contains other
905 music objects in its properties.  A list of objects can be stored in
906 the @code{elements} property of a music object, or a single @q{child}
907 music object in the @code{element} property.  For example,
908 @rinternals{SequentialMusic} has its children in @code{elements},
909 and @rinternals{GraceMusic} has its single argument in
910 @code{element}.  The body of a repeat is stored in the @code{element}
911 property of @rinternals{RepeatedMusic}, and the alternatives in
912 @code{elements}.
913
914 @node Building complicated functions
915 @section Building complicated functions
916
917 This section explains how to gather the information necessary
918 to create complicated music functions.
919
920 @menu
921 * Displaying music expressions::
922 * Music properties::
923 * Doubling a note with slurs (example)::
924 * Adding articulation to notes (example)::
925 @end menu
926
927 @node Displaying music expressions
928 @subsection Displaying music expressions
929
930 @cindex internal storage
931 @cindex displaying music expressions
932 @cindex internal representation, displaying
933 @cindex displayMusic
934 @funindex \displayMusic
935
936 When writing a music function it is often instructive to inspect how
937 a music expression is stored internally.  This can be done with the
938 music function @code{\displayMusic}
939
940 @example
941 @{
942   \displayMusic @{ c'4\f @}
943 @}
944 @end example
945
946 @noindent
947 will display
948
949 @example
950 (make-music
951   'SequentialMusic
952   'elements
953   (list (make-music
954           'EventChord
955           'elements
956           (list (make-music
957                   'NoteEvent
958                   'duration
959                   (ly:make-duration 2 0 1 1)
960                   'pitch
961                   (ly:make-pitch 0 0 0))
962                 (make-music
963                   'AbsoluteDynamicEvent
964                   'text
965                   "f")))))
966 @end example
967
968 By default, LilyPond will print these messages to the console along
969 with all the other messages.  To split up these messages and save
970 the results of @code{\display@{STUFF@}}, redirect the output to
971 a file.
972
973 @example
974 lilypond file.ly >display.txt
975 @end example
976
977 With a bit of reformatting, the above information is easier to read,
978
979 @example
980 (make-music 'SequentialMusic
981   'elements (list (make-music 'EventChord
982                     'elements (list (make-music 'NoteEvent
983                                       'duration (ly:make-duration 2 0 1 1)
984                                       'pitch (ly:make-pitch 0 0 0))
985                                     (make-music 'AbsoluteDynamicEvent
986                                       'text "f")))))
987 @end example
988
989 A @code{@{ ... @}} music sequence has the name @code{SequentialMusic},
990 and its inner expressions are stored as a list in its @code{'elements}
991 property.  A note is represented as an @code{EventChord} expression,
992 containing a @code{NoteEvent} object (storing the duration and
993 pitch properties) and any extra information (in this case, an
994 @code{AbsoluteDynamicEvent} with a @code{"f"} text property.
995
996
997 @node Music properties
998 @subsection Music properties
999
1000 The @code{NoteEvent} object is the first object of the
1001 @code{'elements} property of @code{someNote}.
1002
1003 @example
1004 someNote = c'
1005 \displayMusic \someNote
1006 ===>
1007 (make-music
1008   'EventChord
1009   'elements
1010   (list (make-music
1011           'NoteEvent
1012           'duration
1013           (ly:make-duration 2 0 1 1)
1014           'pitch
1015           (ly:make-pitch 0 0 0))))
1016 @end example
1017
1018 The @code{display-scheme-music} function is the function used by
1019 @code{\displayMusic} to display the Scheme representation of a music
1020 expression.
1021
1022 @example
1023 #(display-scheme-music (first (ly:music-property someNote 'elements)))
1024 ===>
1025 (make-music
1026   'NoteEvent
1027   'duration
1028   (ly:make-duration 2 0 1 1)
1029   'pitch
1030   (ly:make-pitch 0 0 0))
1031 @end example
1032
1033 Then the note pitch is accessed through the @code{'pitch} property
1034 of the @code{NoteEvent} object,
1035
1036 @example
1037 #(display-scheme-music
1038    (ly:music-property (first (ly:music-property someNote 'elements))
1039                       'pitch))
1040 ===>
1041 (ly:make-pitch 0 0 0)
1042 @end example
1043
1044 The note pitch can be changed by setting this @code{'pitch} property,
1045
1046 @funindex \displayLilyMusic
1047
1048 @example
1049 #(set! (ly:music-property (first (ly:music-property someNote 'elements))
1050                           'pitch)
1051        (ly:make-pitch 0 1 0)) ;; set the pitch to d'.
1052 \displayLilyMusic \someNote
1053 ===>
1054 d'
1055 @end example
1056
1057
1058 @node Doubling a note with slurs (example)
1059 @subsection Doubling a note with slurs (example)
1060
1061 Suppose we want to create a function that translates input like
1062 @code{a} into @code{a( a)}.  We begin by examining the internal
1063 representation of the desired result.
1064
1065 @example
1066 \displayMusic@{ a'( a') @}
1067 ===>
1068 (make-music
1069   'SequentialMusic
1070   'elements
1071   (list (make-music
1072           'EventChord
1073           'elements
1074           (list (make-music
1075                   'NoteEvent
1076                   'duration
1077                   (ly:make-duration 2 0 1 1)
1078                   'pitch
1079                   (ly:make-pitch 0 5 0))
1080                 (make-music
1081                   'SlurEvent
1082                   'span-direction
1083                   -1)))
1084         (make-music
1085           'EventChord
1086           'elements
1087           (list (make-music
1088                   'NoteEvent
1089                   'duration
1090                   (ly:make-duration 2 0 1 1)
1091                   'pitch
1092                   (ly:make-pitch 0 5 0))
1093                 (make-music
1094                   'SlurEvent
1095                   'span-direction
1096                   1)))))
1097 @end example
1098
1099 The bad news is that the @code{SlurEvent} expressions
1100 must be added @q{inside} the note (or more precisely,
1101 inside the @code{EventChord} expression).
1102
1103 Now we examine the input,
1104
1105 @example
1106 (make-music
1107   'SequentialMusic
1108   'elements
1109   (list (make-music
1110           'EventChord
1111           'elements
1112           (list (make-music
1113                   'NoteEvent
1114                   'duration
1115                   (ly:make-duration 2 0 1 1)
1116                   'pitch
1117                   (ly:make-pitch 0 5 0))))))
1118 @end example
1119
1120 So in our function, we need to clone this expression (so that we
1121 have two notes to build the sequence), add @code{SlurEvents} to the
1122 @code{'elements} property of each one, and finally make a
1123 @code{SequentialMusic} with the two @code{EventChords}.
1124
1125 @example
1126 doubleSlur = #(define-music-function (parser location note) (ly:music?)
1127          "Return: @{ note ( note ) @}.
1128          `note' is supposed to be an EventChord."
1129          (let ((note2 (ly:music-deep-copy note)))
1130            (set! (ly:music-property note 'elements)
1131                  (cons (make-music 'SlurEvent 'span-direction -1)
1132                        (ly:music-property note 'elements)))
1133            (set! (ly:music-property note2 'elements)
1134                  (cons (make-music 'SlurEvent 'span-direction 1)
1135                        (ly:music-property note2 'elements)))
1136            (make-music 'SequentialMusic 'elements (list note note2))))
1137 @end example
1138
1139
1140 @node Adding articulation to notes (example)
1141 @subsection Adding articulation to notes (example)
1142
1143 The easy way to add articulation to notes is to merge two music
1144 expressions into one context, as explained in
1145 @ruser{Creating contexts}.  However, suppose that we want to write
1146 a music function that does this.
1147
1148 A @code{$variable} inside the @code{#@{...#@}} notation is like
1149 a regular @code{\variable} in classical LilyPond notation.  We
1150 know that
1151
1152 @example
1153 @{ \music -. -> @}
1154 @end example
1155
1156 @noindent
1157 will not work in LilyPond.  We could avoid this problem by attaching
1158 the articulation to a fake note,
1159
1160 @example
1161 @{ << \music s1*0-.-> @}
1162 @end example
1163
1164 @noindent
1165 but for the sake of this example, we will learn how to do this in
1166 Scheme.  We begin by examining our input and desired output,
1167
1168 @example
1169 %  input
1170 \displayMusic c4
1171 ===>
1172 (make-music
1173   'EventChord
1174   'elements
1175   (list (make-music
1176           'NoteEvent
1177           'duration
1178           (ly:make-duration 2 0 1 1)
1179           'pitch
1180           (ly:make-pitch -1 0 0))))
1181 =====
1182 %  desired output
1183 \displayMusic c4->
1184 ===>
1185 (make-music
1186   'EventChord
1187   'elements
1188   (list (make-music
1189           'NoteEvent
1190           'duration
1191           (ly:make-duration 2 0 1 1)
1192           'pitch
1193           (ly:make-pitch -1 0 0))
1194         (make-music
1195           'ArticulationEvent
1196           'articulation-type
1197           "marcato")))
1198 @end example
1199
1200 We see that a note (@code{c4}) is represented as an @code{EventChord}
1201 expression, with a @code{NoteEvent} expression in its elements list.  To
1202 add a marcato articulation, an @code{ArticulationEvent} expression must
1203 be added to the elements property of the @code{EventChord}
1204 expression.
1205
1206 To build this function, we begin with
1207
1208 @example
1209 (define (add-marcato event-chord)
1210   "Add a marcato ArticulationEvent to the elements of `event-chord',
1211   which is supposed to be an EventChord expression."
1212   (let ((result-event-chord (ly:music-deep-copy event-chord)))
1213     (set! (ly:music-property result-event-chord 'elements)
1214           (cons (make-music 'ArticulationEvent
1215                   'articulation-type "marcato")
1216                 (ly:music-property result-event-chord 'elements)))
1217     result-event-chord))
1218 @end example
1219
1220 The first line is the way to define a function in Scheme: the function
1221 name is @code{add-marcato}, and has one variable called
1222 @code{event-chord}.  In Scheme, the type of variable is often clear
1223 from its name.  (this is good practice in other programming languages,
1224 too!)
1225
1226 @example
1227 "Add a marcato..."
1228 @end example
1229
1230 @noindent
1231 is a description of what the function does.  This is not strictly
1232 necessary, but just like clear variable names, it is good practice.
1233
1234 @example
1235 (let ((result-event-chord (ly:music-deep-copy event-chord)))
1236 @end example
1237
1238 @code{let} is used to declare local variables.  Here we use one local
1239 variable, named @code{result-event-chord}, to which we give the value
1240 @code{(ly:music-deep-copy event-chord)}.  @code{ly:music-deep-copy} is
1241 a function specific to LilyPond, like all functions prefixed by
1242 @code{ly:}.  It is use to make a copy of a music
1243 expression.  Here we copy @code{event-chord} (the parameter of the
1244 function).  Recall that our purpose is to add a marcato to an
1245 @code{EventChord} expression.  It is better to not modify the
1246 @code{EventChord} which was given as an argument, because it may be
1247 used elsewhere.
1248
1249 Now we have a @code{result-event-chord}, which is a
1250 @code{NoteEventChord} expression and is a copy of
1251 @code{event-chord}.  We add the marcato to its @code{'elements}
1252 list property.
1253
1254 @example
1255 (set! place new-value)
1256 @end example
1257
1258 Here, what we want to set (the @q{place}) is the @code{'elements}
1259 property of @code{result-event-chord} expression.
1260
1261 @example
1262 (ly:music-property result-event-chord 'elements)
1263 @end example
1264
1265 @code{ly:music-property} is the function used to access music properties
1266 (the @code{'elements}, @code{'duration}, @code{'pitch}, etc, that we
1267 see in the @code{\displayMusic} output above).  The new value is the
1268 former @code{'elements} property, with an extra item: the
1269 @code{ArticulationEvent} expression, which we copy from the
1270 @code{\displayMusic} output,
1271
1272 @example
1273 (cons (make-music 'ArticulationEvent
1274         'articulation-type "marcato")
1275       (ly:music-property result-event-chord 'elements))
1276 @end example
1277
1278 @code{cons} is used to add an element to a list without modifying
1279 the original list.  This is what we want: the same list as before,
1280 plus the new @code{ArticulationEvent} expression.  The order
1281 inside the @code{'elements} property is not important here.
1282
1283 Finally, once we have added the marcato articulation to its @code{elements}
1284 property, we can return @code{result-event-chord}, hence the last line of
1285 the function.
1286
1287 Now we transform the @code{add-marcato} function into a music
1288 function,
1289
1290 @example
1291 addMarcato = #(define-music-function (parser location event-chord)
1292                                      (ly:music?)
1293     "Add a marcato ArticulationEvent to the elements of `event-chord',
1294     which is supposed to be an EventChord expression."
1295     (let ((result-event-chord (ly:music-deep-copy event-chord)))
1296       (set! (ly:music-property result-event-chord 'elements)
1297             (cons (make-music 'ArticulationEvent
1298                     'articulation-type "marcato")
1299                   (ly:music-property result-event-chord 'elements)))
1300       result-event-chord))
1301 @end example
1302
1303 We may verify that this music function works correctly,
1304
1305 @example
1306 \displayMusic \addMarcato c4
1307 @end example
1308
1309
1310
1311
1312
1313 @ignore
1314 @menu
1315 * Tweaking with Scheme::
1316 @end menu
1317
1318 @c @nod e Tweaking with Scheme
1319 @c @sectio n Tweaking with Scheme
1320
1321 We have seen how LilyPond output can be heavily modified using
1322 commands like
1323 @code{\override TextScript #'extra-offset = ( 1 . -1)}.  But
1324 we have even more power if we use Scheme.  For a full explanation
1325 of this, see the @ref{Scheme tutorial}, and
1326 @ref{Interfaces for programmers}.
1327
1328 We can use Scheme to simply @code{\override} commands,
1329
1330 TODO Find a simple example
1331 @c This isn't a valid example with skylining
1332 @c It works fine without padText  -td
1333 @end ignore
1334
1335 @ignore
1336 @lilypond[quote,verbatim,ragged-right]
1337 padText = #(define-music-function (parser location padding) (number?)
1338 #{
1339   \once \override TextScript #'padding = #$padding
1340 #})
1341
1342 \relative c''' {
1343   c4^"piu mosso" b a b
1344   \padText #1.8
1345   c4^"piu mosso" d e f
1346   \padText #2.6
1347   c4^"piu mosso" fis a g
1348 }
1349 @end lilypond
1350 @end ignore
1351
1352 @ignore
1353 We can use it to create new commands:
1354
1355 @c Check this is a valid example with skylining
1356 @c It is - 'padding still works
1357
1358
1359 @lilypond[quote,verbatim,ragged-right]
1360 tempoPadded = #(define-music-function (parser location padding tempotext)
1361   (number? string?)
1362 #{
1363   \once \override Score.MetronomeMark #'padding = $padding
1364   \tempo \markup { \bold $tempotext }
1365 #})
1366
1367 \relative c'' {
1368   \tempo \markup { "Low tempo" }
1369   c4 d e f g1
1370   \tempoPadded #4.0 #"High tempo"
1371   g4 f e d c1
1372 }
1373 @end lilypond
1374
1375
1376 Even music expressions can be passed in:
1377
1378 @lilypond[quote,verbatim,ragged-right]
1379 pattern = #(define-music-function (parser location x y) (ly:music? ly:music?)
1380 #{
1381   $x e8 a b $y b a e
1382 #})
1383
1384 \relative c''{
1385   \pattern c8 c8\f
1386   \pattern {d16 dis} { ais16-> b\p }
1387 }
1388 @end lilypond
1389 @end ignore