]> git.donarmstrong.com Git - lilypond.git/blob - Documentation/extending/scheme-tutorial.itely
Doc: More work on Extending Scheme Tutorial
[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 @subheading Extents
826
827 Pairs are also used to store intervals, which represent a range of numbers
828 from the minimum (the @code{car}) to the maximum (the @code{cdr}).
829 Intervals are used to store the X- and Y- extents of printable objects.
830 For X extents, the @code{car} is the left hand X coordinate, and the
831 @code{cdr} is the right hand X coordinate.  For Y extents, the @code{car}
832 is the bottom coordinate, and the @code{cdr} is the top coordinate.
833
834 Procedures for working with intervals are found in
835 @file{scm/lily-library.scm}.  These procedures should be used when possible
836 to ensure consistency of code.
837
838 @subheading Property alists
839
840 A property alist is a LilyPond data structure that is an alist whose
841 keys are properties and whose values are Scheme expressions that give
842 the desired value for the property.
843
844 LilyPond properties are Scheme symbols, such as @code{'thickness}.
845
846 @subheading Alist chains
847
848 An alist chain is a list containing property alists.
849
850 The set of all properties that will apply to a grob is typically
851 stored as an alist chain.  In order to find the value for a particular
852 property that a grob should have, each alist in the chain is searched in
853 order, looking for an entry containing the property key.  The first alist
854 entry found is returned, and the value is the property value.
855
856 The Scheme procedure @code{chain-assoc-get} is normally used to get
857 grob property values.
858
859 @node Internal music representation
860 @subsection Internal music representation
861
862 Internally, music is represented as a Scheme list.  The list contains
863 various elements that affect the printed output.  Parsing is the process
864 of converting music from the LilyPond input representation to the
865 internal Scheme representation.
866
867 When a music expression is parsed, it is converted into a set of
868 Scheme music objects.  The defining property of a music object is that
869 it takes up time.  The time it takes up is called its @emph{duration}.
870 Durations are expressed as a rational number that measures the length
871 of the music object in whole notes.
872
873 A music object has three kinds of types:
874 @itemize
875 @item
876 music name: Each music expression has a name.  For example, a note
877 leads to a @rinternals{NoteEvent}, and @code{\simultaneous} leads to
878 a @rinternals{SimultaneousMusic}.  A list of all expressions
879 available is in the Internals Reference manual, under
880 @rinternals{Music expressions}.
881
882 @item
883 @q{type} or interface: Each music name has several @q{types} or
884 interfaces, for example, a note is an @code{event}, but it is also a
885 @code{note-event}, a @code{rhythmic-event}, and a
886 @code{melodic-event}.  All classes of music are listed in the
887 Internals Reference, under
888 @rinternals{Music classes}.
889
890 @item
891 C++ object: Each music object is represented by an object of the C++
892 class @code{Music}.
893 @end itemize
894
895 The actual information of a music expression is stored in properties.
896 For example, a @rinternals{NoteEvent} has @code{pitch} and
897 @code{duration} properties that store the pitch and duration of that
898 note.  A list of all properties available can be found in the
899 Internals Reference, under @rinternals{Music properties}.
900
901 A compound music expression is a music object that contains other
902 music objects in its properties.  A list of objects can be stored in
903 the @code{elements} property of a music object, or a single @q{child}
904 music object in the @code{element} property.  For example,
905 @rinternals{SequentialMusic} has its children in @code{elements},
906 and @rinternals{GraceMusic} has its single argument in
907 @code{element}.  The body of a repeat is stored in the @code{element}
908 property of @rinternals{RepeatedMusic}, and the alternatives in
909 @code{elements}.
910
911 @node Building complicated functions
912 @section Building complicated functions
913
914 This section explains how to gather the information necessary
915 to create complicated music functions.
916
917 @menu
918 * Displaying music expressions::
919 * Music properties::
920 * Doubling a note with slurs (example)::
921 * Adding articulation to notes (example)::
922 @end menu
923
924 @node Displaying music expressions
925 @subsection Displaying music expressions
926
927 @cindex internal storage
928 @cindex displaying music expressions
929 @cindex internal representation, displaying
930 @cindex displayMusic
931 @funindex \displayMusic
932
933 When writing a music function it is often instructive to inspect how
934 a music expression is stored internally.  This can be done with the
935 music function @code{\displayMusic}
936
937 @example
938 @{
939   \displayMusic @{ c'4\f @}
940 @}
941 @end example
942
943 @noindent
944 will display
945
946 @example
947 (make-music
948   'SequentialMusic
949   'elements
950   (list (make-music
951           'EventChord
952           'elements
953           (list (make-music
954                   'NoteEvent
955                   'duration
956                   (ly:make-duration 2 0 1 1)
957                   'pitch
958                   (ly:make-pitch 0 0 0))
959                 (make-music
960                   'AbsoluteDynamicEvent
961                   'text
962                   "f")))))
963 @end example
964
965 By default, LilyPond will print these messages to the console along
966 with all the other messages.  To split up these messages and save
967 the results of @code{\display@{STUFF@}}, redirect the output to
968 a file.
969
970 @example
971 lilypond file.ly >display.txt
972 @end example
973
974 With a bit of reformatting, the above information is easier to read,
975
976 @example
977 (make-music 'SequentialMusic
978   'elements (list (make-music 'EventChord
979                     'elements (list (make-music 'NoteEvent
980                                       'duration (ly:make-duration 2 0 1 1)
981                                       'pitch (ly:make-pitch 0 0 0))
982                                     (make-music 'AbsoluteDynamicEvent
983                                       'text "f")))))
984 @end example
985
986 A @code{@{ ... @}} music sequence has the name @code{SequentialMusic},
987 and its inner expressions are stored as a list in its @code{'elements}
988 property.  A note is represented as an @code{EventChord} expression,
989 containing a @code{NoteEvent} object (storing the duration and
990 pitch properties) and any extra information (in this case, an
991 @code{AbsoluteDynamicEvent} with a @code{"f"} text property.
992
993
994 @node Music properties
995 @subsection Music properties
996
997 TODO -- make sure we delineate between @emph{music} properties,
998 @emph{context} properties, and @emph{layout} properties.  These
999 are potentially confusing.
1000
1001 The @code{NoteEvent} object is the first object of the
1002 @code{'elements} property of @code{someNote}.
1003
1004 @example
1005 someNote = c'
1006 \displayMusic \someNote
1007 ===>
1008 (make-music
1009   'EventChord
1010   'elements
1011   (list (make-music
1012           'NoteEvent
1013           'duration
1014           (ly:make-duration 2 0 1 1)
1015           'pitch
1016           (ly:make-pitch 0 0 0))))
1017 @end example
1018
1019 The @code{display-scheme-music} function is the function used by
1020 @code{\displayMusic} to display the Scheme representation of a music
1021 expression.
1022
1023 @example
1024 #(display-scheme-music (first (ly:music-property someNote 'elements)))
1025 ===>
1026 (make-music
1027   'NoteEvent
1028   'duration
1029   (ly:make-duration 2 0 1 1)
1030   'pitch
1031   (ly:make-pitch 0 0 0))
1032 @end example
1033
1034 Then the note pitch is accessed through the @code{'pitch} property
1035 of the @code{NoteEvent} object,
1036
1037 @example
1038 #(display-scheme-music
1039    (ly:music-property (first (ly:music-property someNote 'elements))
1040                       'pitch))
1041 ===>
1042 (ly:make-pitch 0 0 0)
1043 @end example
1044
1045 The note pitch can be changed by setting this @code{'pitch} property,
1046
1047 @funindex \displayLilyMusic
1048
1049 @example
1050 #(set! (ly:music-property (first (ly:music-property someNote 'elements))
1051                           'pitch)
1052        (ly:make-pitch 0 1 0)) ;; set the pitch to d'.
1053 \displayLilyMusic \someNote
1054 ===>
1055 d'
1056 @end example
1057
1058
1059 @node Doubling a note with slurs (example)
1060 @subsection Doubling a note with slurs (example)
1061
1062 Suppose we want to create a function that translates input like
1063 @code{a} into @code{a( a)}.  We begin by examining the internal
1064 representation of the desired result.
1065
1066 @example
1067 \displayMusic@{ a'( a') @}
1068 ===>
1069 (make-music
1070   'SequentialMusic
1071   'elements
1072   (list (make-music
1073           'EventChord
1074           'elements
1075           (list (make-music
1076                   'NoteEvent
1077                   'duration
1078                   (ly:make-duration 2 0 1 1)
1079                   'pitch
1080                   (ly:make-pitch 0 5 0))
1081                 (make-music
1082                   'SlurEvent
1083                   'span-direction
1084                   -1)))
1085         (make-music
1086           'EventChord
1087           'elements
1088           (list (make-music
1089                   'NoteEvent
1090                   'duration
1091                   (ly:make-duration 2 0 1 1)
1092                   'pitch
1093                   (ly:make-pitch 0 5 0))
1094                 (make-music
1095                   'SlurEvent
1096                   'span-direction
1097                   1)))))
1098 @end example
1099
1100 The bad news is that the @code{SlurEvent} expressions
1101 must be added @q{inside} the note (or more precisely,
1102 inside the @code{EventChord} expression).
1103
1104 Now we examine the input,
1105
1106 @example
1107 (make-music
1108   'SequentialMusic
1109   'elements
1110   (list (make-music
1111           'EventChord
1112           'elements
1113           (list (make-music
1114                   'NoteEvent
1115                   'duration
1116                   (ly:make-duration 2 0 1 1)
1117                   'pitch
1118                   (ly:make-pitch 0 5 0))))))
1119 @end example
1120
1121 So in our function, we need to clone this expression (so that we
1122 have two notes to build the sequence), add @code{SlurEvents} to the
1123 @code{'elements} property of each one, and finally make a
1124 @code{SequentialMusic} with the two @code{EventChords}.
1125
1126 @example
1127 doubleSlur = #(define-music-function (parser location note) (ly:music?)
1128          "Return: @{ note ( note ) @}.
1129          `note' is supposed to be an EventChord."
1130          (let ((note2 (ly:music-deep-copy note)))
1131            (set! (ly:music-property note 'elements)
1132                  (cons (make-music 'SlurEvent 'span-direction -1)
1133                        (ly:music-property note 'elements)))
1134            (set! (ly:music-property note2 'elements)
1135                  (cons (make-music 'SlurEvent 'span-direction 1)
1136                        (ly:music-property note2 'elements)))
1137            (make-music 'SequentialMusic 'elements (list note note2))))
1138 @end example
1139
1140
1141 @node Adding articulation to notes (example)
1142 @subsection Adding articulation to notes (example)
1143
1144 The easy way to add articulation to notes is to merge two music
1145 expressions into one context, as explained in
1146 @ruser{Creating contexts}.  However, suppose that we want to write
1147 a music function that does this.
1148
1149 A @code{$variable} inside the @code{#@{...#@}} notation is like
1150 a regular @code{\variable} in classical LilyPond notation.  We
1151 know that
1152
1153 @example
1154 @{ \music -. -> @}
1155 @end example
1156
1157 @noindent
1158 will not work in LilyPond.  We could avoid this problem by attaching
1159 the articulation to a fake note,
1160
1161 @example
1162 @{ << \music s1*0-.-> @}
1163 @end example
1164
1165 @noindent
1166 but for the sake of this example, we will learn how to do this in
1167 Scheme.  We begin by examining our input and desired output,
1168
1169 @example
1170 %  input
1171 \displayMusic c4
1172 ===>
1173 (make-music
1174   'EventChord
1175   'elements
1176   (list (make-music
1177           'NoteEvent
1178           'duration
1179           (ly:make-duration 2 0 1 1)
1180           'pitch
1181           (ly:make-pitch -1 0 0))))
1182 =====
1183 %  desired output
1184 \displayMusic c4->
1185 ===>
1186 (make-music
1187   'EventChord
1188   'elements
1189   (list (make-music
1190           'NoteEvent
1191           'duration
1192           (ly:make-duration 2 0 1 1)
1193           'pitch
1194           (ly:make-pitch -1 0 0))
1195         (make-music
1196           'ArticulationEvent
1197           'articulation-type
1198           "marcato")))
1199 @end example
1200
1201 We see that a note (@code{c4}) is represented as an @code{EventChord}
1202 expression, with a @code{NoteEvent} expression in its elements list.  To
1203 add a marcato articulation, an @code{ArticulationEvent} expression must
1204 be added to the elements property of the @code{EventChord}
1205 expression.
1206
1207 To build this function, we begin with
1208
1209 @example
1210 (define (add-marcato event-chord)
1211   "Add a marcato ArticulationEvent to the elements of `event-chord',
1212   which is supposed to be an EventChord expression."
1213   (let ((result-event-chord (ly:music-deep-copy event-chord)))
1214     (set! (ly:music-property result-event-chord 'elements)
1215           (cons (make-music 'ArticulationEvent
1216                   'articulation-type "marcato")
1217                 (ly:music-property result-event-chord 'elements)))
1218     result-event-chord))
1219 @end example
1220
1221 The first line is the way to define a function in Scheme: the function
1222 name is @code{add-marcato}, and has one variable called
1223 @code{event-chord}.  In Scheme, the type of variable is often clear
1224 from its name.  (this is good practice in other programming languages,
1225 too!)
1226
1227 @example
1228 "Add a marcato..."
1229 @end example
1230
1231 @noindent
1232 is a description of what the function does.  This is not strictly
1233 necessary, but just like clear variable names, it is good practice.
1234
1235 @example
1236 (let ((result-event-chord (ly:music-deep-copy event-chord)))
1237 @end example
1238
1239 @code{let} is used to declare local variables.  Here we use one local
1240 variable, named @code{result-event-chord}, to which we give the value
1241 @code{(ly:music-deep-copy event-chord)}.  @code{ly:music-deep-copy} is
1242 a function specific to LilyPond, like all functions prefixed by
1243 @code{ly:}.  It is use to make a copy of a music
1244 expression.  Here we copy @code{event-chord} (the parameter of the
1245 function).  Recall that our purpose is to add a marcato to an
1246 @code{EventChord} expression.  It is better to not modify the
1247 @code{EventChord} which was given as an argument, because it may be
1248 used elsewhere.
1249
1250 Now we have a @code{result-event-chord}, which is a
1251 @code{NoteEventChord} expression and is a copy of
1252 @code{event-chord}.  We add the marcato to its @code{'elements}
1253 list property.
1254
1255 @example
1256 (set! place new-value)
1257 @end example
1258
1259 Here, what we want to set (the @q{place}) is the @code{'elements}
1260 property of @code{result-event-chord} expression.
1261
1262 @example
1263 (ly:music-property result-event-chord 'elements)
1264 @end example
1265
1266 @code{ly:music-property} is the function used to access music properties
1267 (the @code{'elements}, @code{'duration}, @code{'pitch}, etc, that we
1268 see in the @code{\displayMusic} output above).  The new value is the
1269 former @code{'elements} property, with an extra item: the
1270 @code{ArticulationEvent} expression, which we copy from the
1271 @code{\displayMusic} output,
1272
1273 @example
1274 (cons (make-music 'ArticulationEvent
1275         'articulation-type "marcato")
1276       (ly:music-property result-event-chord 'elements))
1277 @end example
1278
1279 @code{cons} is used to add an element to a list without modifying
1280 the original list.  This is what we want: the same list as before,
1281 plus the new @code{ArticulationEvent} expression.  The order
1282 inside the @code{'elements} property is not important here.
1283
1284 Finally, once we have added the marcato articulation to its @code{elements}
1285 property, we can return @code{result-event-chord}, hence the last line of
1286 the function.
1287
1288 Now we transform the @code{add-marcato} function into a music
1289 function,
1290
1291 @example
1292 addMarcato = #(define-music-function (parser location event-chord)
1293                                      (ly:music?)
1294     "Add a marcato ArticulationEvent to the elements of `event-chord',
1295     which is supposed to be an EventChord expression."
1296     (let ((result-event-chord (ly:music-deep-copy event-chord)))
1297       (set! (ly:music-property result-event-chord 'elements)
1298             (cons (make-music 'ArticulationEvent
1299                     'articulation-type "marcato")
1300                   (ly:music-property result-event-chord 'elements)))
1301       result-event-chord))
1302 @end example
1303
1304 We may verify that this music function works correctly,
1305
1306 @example
1307 \displayMusic \addMarcato c4
1308 @end example
1309
1310
1311
1312
1313
1314 @ignore
1315 @menu
1316 * Tweaking with Scheme::
1317 @end menu
1318
1319 @c @nod e Tweaking with Scheme
1320 @c @sectio n Tweaking with Scheme
1321
1322 We have seen how LilyPond output can be heavily modified using
1323 commands like
1324 @code{\override TextScript #'extra-offset = ( 1 . -1)}.  But
1325 we have even more power if we use Scheme.  For a full explanation
1326 of this, see the @ref{Scheme tutorial}, and
1327 @ref{Interfaces for programmers}.
1328
1329 We can use Scheme to simply @code{\override} commands,
1330
1331 TODO Find a simple example
1332 @c This isn't a valid example with skylining
1333 @c It works fine without padText  -td
1334 @end ignore
1335
1336 @ignore
1337 @lilypond[quote,verbatim,ragged-right]
1338 padText = #(define-music-function (parser location padding) (number?)
1339 #{
1340   \once \override TextScript #'padding = #$padding
1341 #})
1342
1343 \relative c''' {
1344   c4^"piu mosso" b a b
1345   \padText #1.8
1346   c4^"piu mosso" d e f
1347   \padText #2.6
1348   c4^"piu mosso" fis a g
1349 }
1350 @end lilypond
1351 @end ignore
1352
1353 @ignore
1354 We can use it to create new commands:
1355
1356 @c Check this is a valid example with skylining
1357 @c It is - 'padding still works
1358
1359
1360 @lilypond[quote,verbatim,ragged-right]
1361 tempoPadded = #(define-music-function (parser location padding tempotext)
1362   (number? string?)
1363 #{
1364   \once \override Score.MetronomeMark #'padding = $padding
1365   \tempo \markup { \bold $tempotext }
1366 #})
1367
1368 \relative c'' {
1369   \tempo \markup { "Low tempo" }
1370   c4 d e f g1
1371   \tempoPadded #4.0 #"High tempo"
1372   g4 f e d c1
1373 }
1374 @end lilypond
1375
1376
1377 Even music expressions can be passed in:
1378
1379 @lilypond[quote,verbatim,ragged-right]
1380 pattern = #(define-music-function (parser location x y) (ly:music? ly:music?)
1381 #{
1382   $x e8 a b $y b a e
1383 #})
1384
1385 \relative c''{
1386   \pattern c8 c8\f
1387   \pattern {d16 dis} { ais16-> b\p }
1388 }
1389 @end lilypond
1390 @end ignore