]> git.donarmstrong.com Git - lilypond.git/blob - lily/page-breaking.cc
Optimizations for optimal-page-breaking.
[lilypond.git] / lily / page-breaking.cc
1 /*
2   This file is part of LilyPond, the GNU music typesetter.
3
4   Copyright (C) 2006--2010 Joe Neeman <joeneeman@gmail.com>
5
6   LilyPond is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   LilyPond is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with LilyPond.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 /*
21   This is a utility class for page-breaking algorithms. There are some complex
22   parts of this class, some of which are useful to understand if you intend
23   to write a page breaking algorithm (ie. a subclass of Page_breaking). Most
24   of these complexities were introduced in order to break the problem of
25   page-breaking into simpler subproblems and to hide some of the bookkeeping
26   complexities of page breaking from the page breaking algorithms.
27
28   COMPRESSED LINES
29   There are several functions that actually distribute systems across pages
30   (for example, the space_systems_XXX and pack_systems_XXX functions). If
31   each of these functions had to handle \noPageBreak, it would be a mess.
32   Therefore, we handle \noPageBreak by "compressing" the list of systems
33   before doing any layout: we concatenate any two systems separated by a
34   \noPageBreak into a single system. The page-breaking functions can do their
35   magic without encountering a \noPageBreak; we then "uncompress" the systems
36   at the end. We almost always work with cached_line_details_, which are
37   "compressed."
38
39   CHUNKS
40   The basic operation of a page breaking algorithm is to repeatedly request
41   some systems from the line-breaker and place those systems on some pages.
42   With each repetition, the page breaking algorithm asks the line-breaker for
43   some systems that it thinks will help it achieve a better layout. The
44   Page_breaking class provides functionality to facilitate this in the case
45   that the page breaking algorithm only cares about the number of systems.
46
47   Even if a page breaking algorithm only cares number of systems, there may
48   be many ways to satisfy its request. For example, in a piece with 2 scores
49   and a request for 10 systems, we could return 5 systems from each score or
50   4 from the first and 6 from the second. Even within a score, we might
51   want to try several different line breaking configurations with a fixed
52   system count; if there is a forced \pageBreak, for example, we might wish
53   to tweak the number of systems on both sides of the \pageBreak independently.
54
55   The Page_breaking class takes care of finding these configurations. It
56   divides the piece into "chunks" and sets up the line-breaker in such a way
57   that the number of systems in each chunk can be modified independently.
58   Chunks never cross score boundaries; each title and markup is its own chunk.
59   When a page breaking algorithm requests a number of systems, the Page_breaker
60   stores an array of potential configurations, which the page breaking
61   algorithm can iterate over using current_configuration(vsize).
62
63   LINE_DIVISION
64   A Line_division is simply a way of storing the exact way in which the
65   total number of systems is distributed among chunks. Note that a
66   Line_division may not (in fact, usually will not) describe all of the chunks
67   in the entire book. Rather, it will describe the subset of chunks that lie
68   between some fixed starting and ending point. This subset of chunks changes
69   whenever a page breaking algorithm asks to consider a different pair of
70   starting and ending breakpoints. In particular, a Line_division should be
71   discarded after a call to set_current_breakpoints, since that Line_division
72   refers to a subset of chunks which might be different from the current
73   subset of chunks under consideration.
74 */
75
76 #include "page-breaking.hh"
77
78 #include "international.hh"
79 #include "item.hh"
80 #include "output-def.hh"
81 #include "page-layout-problem.hh"
82 #include "page-spacing.hh"
83 #include "paper-book.hh"
84 #include "paper-score.hh"
85 #include "paper-system.hh"
86 #include "system.hh"
87 #include "warn.hh"
88
89 /* for each forbidden page break, merge the systems around it into one
90    system. */
91 static vector<Line_details>
92 compress_lines (const vector<Line_details> &orig)
93 {
94   vector<Line_details> ret;
95
96   for (vsize i = 0; i < orig.size (); i++)
97     {
98       if (ret.size () && !scm_is_symbol (ret.back ().page_permission_))
99         {
100           Line_details const &old = ret.back ();
101           Line_details compressed = orig[i];
102           /*
103             We must account for the padding between the lines that we are compressing.
104             The padding values come from "old," which is the upper system here. Note
105             the meaning of tight-spacing: if a system has tight-spacing, then the padding
106             _before_ it is ignored.
107           */
108           Real padding = 0;
109           if (!orig[i].tight_spacing_)
110             padding = orig[i].title_ ? old.title_padding_ : old.padding_;
111
112           compressed.shape_ = old.shape_.piggyback (orig[i].shape_, padding);
113           compressed.first_refpoint_offset_ += compressed.shape_.rest_[UP] - old.shape_.rest_[UP];
114           compressed.space_ += old.space_;
115           compressed.inverse_hooke_ += old.inverse_hooke_;
116
117           compressed.compressed_lines_count_ = old.compressed_lines_count_ + 1;
118           compressed.compressed_nontitle_lines_count_ =
119             old.compressed_nontitle_lines_count_ + (compressed.title_ ? 0 : 1);
120
121           // compressed.title_ is true if and only if the first of its
122           // compressed lines was a title.
123           compressed.title_ = old.title_;
124           ret.back () = compressed;
125         }
126       else
127         {
128           ret.push_back (orig[i]);
129           ret.back ().force_ = 0;
130         }
131     }
132   return ret;
133 }
134
135 /* translate the number of systems-per-page into something meaningful for
136    the uncompressed lines.
137 */
138 static vector<vsize>
139 uncompress_solution (vector<vsize> const &systems_per_page,
140                      vector<Line_details> const &compressed)
141 {
142   vector<vsize> ret;
143   vsize start_sys = 0;
144
145   for (vsize i = 0; i < systems_per_page.size (); i++)
146     {
147       int compressed_count = 0;
148       for (vsize j = start_sys; j < start_sys + systems_per_page[i]; j++)
149         compressed_count += compressed[j].compressed_lines_count_ - 1;
150
151       ret.push_back (systems_per_page[i] + compressed_count);
152       start_sys += systems_per_page[i];
153     }
154   return ret;
155 }
156
157 /* for Page_breaking, the start index (when we are dealing with the stuff
158    between a pair of breakpoints) refers to the break_ index of the end of
159    the previous page. So the system index of the start of the current page
160    could either be the same as the end of the previous page or one more than
161    it. */
162
163 /* Turn a break index into the sys index that starts the next page */
164 vsize
165 Page_breaking::next_system (Break_position const &break_pos) const
166 {
167   vsize sys = break_pos.system_spec_index_;
168
169   if (sys == VPOS) /* beginning of the book */
170     return 0;
171   if (system_specs_[sys].pscore_ && !break_pos.score_ender_)
172     return sys; /* the score overflows the previous page */
173   return sys + 1; /* this page starts with a new System_spec */
174 }
175
176 Page_breaking::Page_breaking (Paper_book *pb, Break_predicate is_break, Prob_break_predicate prob_break)
177 {
178   book_ = pb;
179   system_count_ = 0;
180   ragged_ = to_boolean (pb->paper_->c_variable ("ragged-bottom"));
181   ragged_last_ = to_boolean (pb->paper_->c_variable ("ragged-last-bottom"));
182   systems_per_page_ = max (0, robust_scm2int (pb->paper_->c_variable ("systems-per-page"), 0));
183   max_systems_per_page_ = max (0, robust_scm2int (pb->paper_->c_variable ("max-systems-per-page"), 0));
184   min_systems_per_page_ = max (0, robust_scm2int (pb->paper_->c_variable ("min-systems-per-page"), 0));
185   orphan_penalty_ = robust_scm2int (pb->paper_->c_variable ("orphan-penalty"), 100000);
186
187   if (systems_per_page_ && (max_systems_per_page_ || min_systems_per_page_))
188     {
189       warning (_f ("ignoring min-systems-per-page and max-systems-per-page because systems-per-page was set"));
190       min_systems_per_page_ = max_systems_per_page_ = 0;
191     }
192   if (max_systems_per_page_ && min_systems_per_page_ > max_systems_per_page_)
193     {
194       warning (_f ("min-systems-per-page is larger than max-systems-per-page, ignoring both values"));
195       min_systems_per_page_ = max_systems_per_page_ = 0;
196     }
197
198   create_system_list ();
199   find_chunks_and_breaks (is_break, prob_break);
200 }
201
202 Page_breaking::~Page_breaking ()
203 {
204 }
205
206 bool
207 Page_breaking::ragged () const
208 {
209   return ragged_;
210 }
211
212 bool
213 Page_breaking::ragged_last () const
214 {
215   return ragged_last_;
216 }
217
218 int
219 Page_breaking::systems_per_page () const
220 {
221   return systems_per_page_;
222 }
223
224 int
225 Page_breaking::max_systems_per_page () const
226 {
227   return max_systems_per_page_;
228 }
229
230 int
231 Page_breaking::min_systems_per_page () const
232 {
233   return min_systems_per_page_;
234 }
235
236 vsize
237 Page_breaking::system_count () const
238 {
239   return system_count_;
240 }
241
242 bool
243 Page_breaking::too_many_lines (int line_count) const
244 {
245   return max_systems_per_page () > 0 && line_count > max_systems_per_page ();
246 }
247
248 bool
249 Page_breaking::too_few_lines (int line_count) const
250 {
251   return line_count < min_systems_per_page ();
252 }
253
254 Real
255 Page_breaking::line_count_penalty (int line_count) const
256 {
257   if (too_many_lines (line_count))
258     return (line_count - max_systems_per_page ()) * TERRIBLE_SPACING_PENALTY;
259   if (too_few_lines (line_count))
260     return (min_systems_per_page () - line_count) * TERRIBLE_SPACING_PENALTY;
261
262   return 0;
263 }
264
265 int
266 Page_breaking::line_count_status (int line_count) const
267 {
268   if (too_many_lines (line_count))
269     return SYSTEM_COUNT_TOO_MANY;
270   if (too_few_lines (line_count))
271     return SYSTEM_COUNT_TOO_FEW;
272
273   return SYSTEM_COUNT_OK;
274 }
275
276 /* translate indices into breaks_ into start-end parameters for the line breaker */
277 void
278 Page_breaking::line_breaker_args (vsize sys,
279                                   Break_position const &start,
280                                   Break_position const &end,
281                                   vsize *line_breaker_start,
282                                   vsize *line_breaker_end)
283 {
284   assert (system_specs_[sys].pscore_);
285   assert (next_system (start) <= sys && sys <= end.system_spec_index_);
286
287   if (start.system_spec_index_ == sys)
288     *line_breaker_start = start.score_break_;
289   else
290     *line_breaker_start = 0;
291
292   if (end.system_spec_index_ == sys)
293     *line_breaker_end = end.score_break_;
294   else
295     *line_breaker_end = VPOS;
296 }
297
298 void
299 Page_breaking::break_into_pieces (vsize start_break, vsize end_break,
300                                   Line_division const &div)
301 {
302   vector<Break_position> chunks = chunk_list (start_break, end_break);
303   bool ignore_div = false;
304   if (chunks.size () != div.size () + 1)
305     {
306       programming_error ("did not find a valid page breaking configuration");
307       ignore_div = true;
308     }
309
310   for (vsize i = 0; i + 1 < chunks.size (); i++)
311     {
312       vsize sys = next_system (chunks[i]);
313       if (system_specs_[sys].pscore_)
314         {
315           vsize start;
316           vsize end;
317           line_breaker_args (sys, chunks[i], chunks[i+1], &start, &end);
318
319           vector<Column_x_positions> pos = ignore_div
320             ? line_breaking_[sys].best_solution (start, end)
321             : line_breaking_[sys].solve (start, end, div[i]);
322           system_specs_[sys].pscore_->root_system ()->break_into_pieces (pos);
323         }
324     }
325 }
326
327 SCM
328 Page_breaking::systems ()
329 {
330   SCM ret = SCM_EOL;
331   for (vsize sys = 0; sys < system_specs_.size (); sys++)
332     {
333       if (system_specs_[sys].pscore_)
334         {
335           system_specs_[sys].pscore_->root_system ()
336             ->do_break_substitution_and_fixup_refpoints ();
337           SCM lines = system_specs_[sys].pscore_->root_system ()
338             ->get_broken_system_grobs ();
339           ret = scm_cons (lines, ret);
340         }
341       else
342         {
343           Prob *pb = system_specs_[sys].prob_;
344           ret = scm_cons (scm_list_1 (pb->self_scm ()), ret);
345           pb->unprotect ();
346         }
347     }
348   return scm_append (scm_reverse (ret));
349 }
350
351 SCM
352 Page_breaking::make_page (int page_num, bool last) const
353 {
354   bool last_part = ly_scm2bool (book_->paper_->c_variable ("is-last-bookpart"));
355   SCM mod = scm_c_resolve_module ("scm page");
356   SCM make_page_scm = scm_c_module_lookup (mod, "make-page");
357
358   make_page_scm = scm_variable_ref (make_page_scm);
359
360   return scm_apply_0 (make_page_scm,
361                       scm_list_n (book_->self_scm (),
362                                   ly_symbol2scm ("page-number"), scm_from_int (page_num),
363                                   ly_symbol2scm ("is-last-bookpart"), scm_from_bool (last_part),
364                                   ly_symbol2scm ("is-bookpart-last-page"), scm_from_bool (last),
365                                   SCM_UNDEFINED));
366 }
367
368 Real
369 Page_breaking::page_height (int page_num, bool last) const
370 {
371   SCM mod = scm_c_resolve_module ("scm page");
372   SCM page = make_page (page_num, last);
373   SCM calc_height = scm_c_module_lookup (mod, "calc-printable-height");
374   calc_height = scm_variable_ref (calc_height);
375
376   SCM height = scm_apply_1 (calc_height, page, SCM_EOL);
377   return scm_to_double (height);
378 }
379
380 SCM
381 Page_breaking::breakpoint_property (vsize breakpoint, char const *str)
382 {
383   Break_position const &pos = breaks_[breakpoint];
384
385   if (pos.system_spec_index_ == VPOS)
386     return SCM_EOL;
387   if (system_specs_[pos.system_spec_index_].pscore_)
388     return pos.col_->get_property (str);
389   return system_specs_[pos.system_spec_index_].prob_->get_property (str);
390 }
391
392 SCM
393 Page_breaking::get_page_configuration (SCM systems, int page_num, bool ragged, bool last)
394 {
395   SCM dummy_page = make_page (page_num, last);
396   Page_layout_problem layout (book_, dummy_page, systems);
397   return scm_is_pair (systems) ? layout.solution (ragged) : SCM_EOL;
398 }
399
400 SCM
401 Page_breaking::draw_page (SCM systems, SCM configuration, int page_num, bool last)
402 {
403   // Create a stencil for each system.
404   SCM paper_systems = SCM_EOL;
405   for (SCM s = scm_reverse (systems); scm_is_pair (s); s = scm_cdr (s))
406     {
407       SCM paper_system = scm_car (s);
408       if (Grob *g = unsmob_grob (scm_car (s)))
409         {
410           System *sys = dynamic_cast<System*> (g);
411           paper_system = sys->get_paper_system ();
412         }
413
414       paper_systems = scm_cons (paper_system, paper_systems);
415     }
416
417   // Create the page and draw it.
418   SCM page = make_page (page_num, last);
419   SCM page_module = scm_c_resolve_module ("scm page");
420   SCM page_stencil = scm_c_module_lookup (page_module, "page-stencil");
421   page_stencil = scm_variable_ref (page_stencil);
422
423   Prob *p = unsmob_prob (page);
424   p->set_property ("lines", paper_systems);
425   p->set_property ("configuration", configuration);
426   scm_apply_1 (page_stencil, page, SCM_EOL);
427
428   return page;
429 }
430
431 SCM
432 Page_breaking::make_pages (vector<vsize> lines_per_page, SCM systems)
433 {
434   int first_page_number
435     = robust_scm2int (book_->paper_->c_variable ("first-page-number"), 1);
436   SCM ret = SCM_EOL;
437   SCM label_page_table = book_->top_paper ()->c_variable ("label-page-table");
438   if (label_page_table == SCM_UNDEFINED)
439     label_page_table = SCM_EOL;
440
441   // Build a list of (systems . configuration) pairs. Note that we lay out
442   // the staves and find the configurations before drawing anything. Some
443   // grobs (like tuplet brackets) look at their neighbours while drawing
444   // themselves. If this happens before the neighbouring staves have
445   // been laid out, bad side-effects could happen (in particular,
446   // Align_interface::align_to_ideal_distances might be called).
447   SCM systems_and_configs = SCM_EOL;
448
449   for (vsize i = 0; i < lines_per_page.size (); i++)
450     {
451       int page_num = i + first_page_number;
452       bool bookpart_last_page = (i == lines_per_page.size () - 1);
453       bool rag = ragged () || (bookpart_last_page && ragged_last ());
454       SCM line_count = scm_from_int (lines_per_page[i]);
455       SCM lines = scm_list_head (systems, line_count);
456       SCM config = get_page_configuration (lines, page_num, rag, bookpart_last_page);
457
458       systems_and_configs = scm_cons (scm_cons (lines, config), systems_and_configs);
459       systems = scm_list_tail (systems, line_count);
460     }
461
462   // Now it's safe to make the pages.
463   int page_num = first_page_number + lines_per_page.size () - 1;
464   for (SCM s = systems_and_configs; scm_is_pair (s); s = scm_cdr (s))
465     {
466       SCM lines = scm_caar (s);
467       SCM config = scm_cdar (s);
468       bool bookpart_last_page = (s == systems_and_configs);
469       SCM page = draw_page (lines, config, page_num, bookpart_last_page);
470
471       /* collect labels */
472       SCM page_num_scm = scm_from_int (page_num);
473       for (SCM l = lines ; scm_is_pair (l)  ; l = scm_cdr (l))
474         {
475           SCM labels = SCM_EOL;
476           if (Grob * line = unsmob_grob (scm_car (l)))
477             {
478               System *system = dynamic_cast<System*> (line);
479               labels = system->get_property ("labels");
480             }
481           else if (Prob *prob = unsmob_prob (scm_car (l)))
482             labels = prob->get_property ("labels");
483
484           for (SCM lbls = labels ; scm_is_pair (lbls) ; lbls = scm_cdr (lbls))
485             label_page_table = scm_cons (scm_cons (scm_car (lbls), page_num_scm),
486                                          label_page_table);
487         }
488
489       ret = scm_cons (page, ret);
490       --page_num;
491     }
492   book_->top_paper ()->set_variable (ly_symbol2scm ("label-page-table"), label_page_table);
493   return ret;
494 }
495
496 /* The page-turn-page-breaker needs to have a line-breaker between any two
497    columns with non-NULL page-turn-permission.
498
499    The optimal-breaker needs to have a line-breaker between any two columns
500    with page-break-permission = 'force.
501
502    By using a grob predicate, we can accommodate both of these uses.
503 */
504 void
505 Page_breaking::create_system_list ()
506 {
507   SCM specs = book_->get_system_specs ();
508   for (SCM s = specs; scm_is_pair (s); s = scm_cdr (s))
509     {
510       if (Paper_score *ps = dynamic_cast<Paper_score*> (unsmob_music_output (scm_car (s))))
511         {
512           system_specs_.push_back (System_spec (ps));
513         }
514       else
515         {
516           Prob *pb = unsmob_prob (scm_car (s));
517           assert (pb);
518
519           pb->protect ();
520           system_specs_.push_back (System_spec (pb));
521         }
522     }
523 }
524
525 void
526 Page_breaking::find_chunks_and_breaks (Break_predicate is_break, Prob_break_predicate prob_is_break)
527 {
528   SCM force_sym = ly_symbol2scm ("force");
529
530   chunks_.push_back (Break_position ());
531   breaks_.push_back (Break_position ());
532
533   for (vsize i = 0; i < system_specs_.size (); i++)
534     {
535       if (system_specs_[i].pscore_)
536         {
537           vector<Grob*> cols = system_specs_[i].pscore_->root_system ()->used_columns ();
538           vector<Grob*> forced_line_break_cols;
539
540           SCM system_count = system_specs_[i].pscore_->layout ()->c_variable ("system-count");
541           if (scm_is_number (system_count))
542             {
543               // With system-count given, the line configuration for
544               // this score is fixed.  We need to ensure that chunk
545               // boundaries only occur at line breaks.
546               Constrained_breaking breaking (system_specs_[i].pscore_);
547               vector<Line_details> details = breaking.line_details (0, VPOS, scm_to_int (system_count));
548
549               for (vsize j = 0; j < details.size (); j++)
550                 forced_line_break_cols.push_back (details[j].last_column_);
551             }
552
553           int last_forced_line_break_idx = 0;
554           vsize forced_line_break_idx = 0;
555           vector<vsize> line_breaker_columns;
556           line_breaker_columns.push_back (0);
557
558           for (vsize j = 1; j < cols.size (); j++)
559             {
560               if (forced_line_break_cols.size ())
561                 {
562                   if (forced_line_break_idx >= forced_line_break_cols.size ()
563                       || forced_line_break_cols[forced_line_break_idx] != cols[j])
564                     continue;
565                   else
566                     forced_line_break_idx++;
567                 }
568
569               bool last = (j == cols.size () - 1);
570               bool break_point = is_break && is_break (cols[j]);
571               bool chunk_end = cols[j]->get_property ("page-break-permission") == force_sym;
572               Break_position cur_pos = Break_position (i,
573                                                        line_breaker_columns.size (),
574                                                        cols[j],
575                                                        last);
576
577               // NOTE: even in the breaks_ list, forced_line_count_
578               // refers to the number of lines between a
579               // Break_position and the start of that /chunk/.  This
580               // is needed for system_count_bounds to work correctly,
581               // since it mixes Break_positions from breaks_ and
582               // chunks_.
583               if (scm_is_number (system_count))
584                 cur_pos.forced_line_count_ = forced_line_break_idx - last_forced_line_break_idx;
585
586               if (break_point || (i == system_specs_.size () - 1 && last))
587                 breaks_.push_back (cur_pos);
588               if (chunk_end || last)
589                 {
590                   chunks_.push_back (cur_pos);
591                   last_forced_line_break_idx = forced_line_break_idx;
592                 }
593
594               if ((break_point || chunk_end) && !last)
595                 line_breaker_columns.push_back (j);
596             }
597           line_breaking_.push_back (Constrained_breaking (system_specs_[i].pscore_, line_breaker_columns));
598         }
599       else
600         {
601           bool break_point = prob_is_break && prob_is_break (system_specs_[i].prob_);
602           if (break_point || i == system_specs_.size () - 1)
603             breaks_.push_back (Break_position (i));
604
605           chunks_.push_back (Break_position (i));
606
607           /* FIXME: shouldn't we push a Null_breaker or similar dummy
608              class? --hwn */
609           line_breaking_.push_back (Constrained_breaking (NULL));
610         }
611     }
612 }
613
614 vector<Break_position>
615 Page_breaking::chunk_list (vsize start_index, vsize end_index)
616 {
617   Break_position start = breaks_[start_index];
618   Break_position end = breaks_[end_index];
619
620   vsize i = 0;
621   for (; i < chunks_.size () && chunks_[i] <= start; i++)
622     ;
623
624   vector<Break_position> ret;
625   ret.push_back (start);
626   for (; i < chunks_.size () && chunks_[i] < end; i++)
627     ret.push_back (chunks_[i]);
628   ret.push_back (end);
629   return ret;
630 }
631
632 vsize
633 Page_breaking::min_system_count (vsize start, vsize end)
634 {
635   vector<Break_position> chunks = chunk_list (start, end);
636   Line_division div = system_count_bounds (chunks, true);
637   vsize ret = 0;
638
639   for (vsize i = 0; i < div.size (); i++)
640     ret += div[i];
641   return ret;
642 }
643
644 vsize
645 Page_breaking::max_system_count (vsize start, vsize end)
646 {
647   vector<Break_position> chunks = chunk_list (start, end);
648   Line_division div = system_count_bounds (chunks, false);
649   vsize ret = 0;
650
651   for (vsize i = 0; i < div.size (); i++)
652     ret += div[i];
653   return ret;
654 }
655
656 Page_breaking::Line_division
657 Page_breaking::system_count_bounds (vector<Break_position> const &chunks,
658                                     bool min)
659 {
660   assert (chunks.size () >= 2);
661
662   Line_division ret;
663   ret.resize (chunks.size () - 1, 1);
664
665   for (vsize i = 0; i + 1 < chunks.size (); i++)
666     {
667       vsize sys = next_system (chunks[i]);
668
669       if (chunks[i+1].forced_line_count_)
670         ret[i] = chunks[i+1].forced_line_count_;
671       else if (system_specs_[sys].pscore_)
672         {
673           vsize start;
674           vsize end;
675           line_breaker_args (sys, chunks[i], chunks[i+1], &start, &end);
676           ret[i] = min
677             ? line_breaking_[sys].min_system_count (start, end)
678             : line_breaking_[sys].max_system_count (start, end);
679         }
680     }
681
682   return ret;
683 }
684
685 void
686 Page_breaking::set_current_breakpoints (vsize start,
687                                         vsize end,
688                                         vsize system_count,
689                                         Line_division lower_bound,
690                                         Line_division upper_bound)
691 {
692   system_count_ = system_count;
693   current_chunks_ = chunk_list (start, end);
694   current_start_breakpoint_ = start;
695   current_end_breakpoint_ = end;
696   clear_line_details_cache ();
697
698   if (!lower_bound.size ())
699     lower_bound = system_count_bounds (current_chunks_, true);
700   if (!upper_bound.size ())
701     upper_bound = system_count_bounds (current_chunks_, false);
702
703   assert (lower_bound.size () == current_chunks_.size () - 1);
704   assert (upper_bound.size () == current_chunks_.size () - 1);
705
706   Line_division work_in_progress;
707   current_configurations_.clear ();
708   line_divisions_rec (system_count,
709                       lower_bound,
710                       upper_bound,
711                       &work_in_progress);
712
713   /* we only consider a constant number of configurations. Otherwise,
714      this becomes slow when there are many small scores. The constant
715      5 is somewhat arbitrary. */
716   if (current_configurations_.size () > 5)
717     {
718       vector<pair<Real,vsize> > dems_and_indices;
719
720       for (vsize i = 0; i < current_configurations_.size (); i++)
721         {
722           cache_line_details (i);
723           Real dem = 0;
724           for (vsize j = 0; j < cached_line_details_.size (); j++)
725             dem += cached_line_details_[j].force_ * cached_line_details_[j].force_
726               + cached_line_details_[j].break_penalty_;
727
728           dems_and_indices.push_back (pair<Real,vsize> (dem, i));
729         }
730       vector_sort (dems_and_indices, less<pair<Real,vsize> > ());
731
732       vector<Line_division> best_5_configurations;
733       for (vsize i = 0; i < 5; i++)
734         best_5_configurations.push_back (current_configurations_[dems_and_indices[i].second]);
735
736       clear_line_details_cache ();
737       current_configurations_ = best_5_configurations;
738     }
739 }
740
741 void
742 Page_breaking::set_to_ideal_line_configuration (vsize start, vsize end)
743 {
744   current_chunks_ = chunk_list (start, end);
745   current_start_breakpoint_ = start;
746   current_end_breakpoint_ = end;
747   clear_line_details_cache ();
748   system_count_ = 0;
749
750   Line_division div;
751   for (vsize i = 0; i+1 < current_chunks_.size (); i++)
752     {
753       vsize sys = next_system (current_chunks_[i]);
754
755       if (current_chunks_[i+1].forced_line_count_)
756         div.push_back (current_chunks_[i+1].forced_line_count_);
757       else if (system_specs_[sys].pscore_)
758         {
759           line_breaker_args (sys, current_chunks_[i], current_chunks_[i+1], &start, &end);
760           div.push_back (line_breaking_[sys].best_solution (start, end).size ());
761         }
762       else
763         div.push_back (1);
764
765       system_count_ += div.back ();
766     }
767   current_configurations_.clear ();
768   current_configurations_.push_back (div);
769 }
770
771 vsize
772 Page_breaking::current_configuration_count () const
773 {
774   return current_configurations_.size ();
775 }
776
777 void
778 Page_breaking::cache_line_details (vsize configuration_index)
779 {
780   if (cached_configuration_index_ != configuration_index)
781     {
782       cached_configuration_index_ = configuration_index;
783
784       Line_division &div = current_configurations_[configuration_index];
785       uncompressed_line_details_.clear ();
786       for (vsize i = 0; i + 1 < current_chunks_.size (); i++)
787         {
788           vsize sys = next_system (current_chunks_[i]);
789           if (system_specs_[sys].pscore_)
790             {
791               vsize start;
792               vsize end;
793               line_breaker_args (sys, current_chunks_[i], current_chunks_[i+1], &start, &end);
794
795               vector<Line_details> details = line_breaking_[sys].line_details (start, end, div[i]);
796               uncompressed_line_details_.insert (uncompressed_line_details_.end (), details.begin (), details.end ());
797             }
798           else
799             {
800               assert (div[i] == 1);
801               uncompressed_line_details_.push_back (Line_details (system_specs_[sys].prob_, book_->paper_));
802             }
803         }
804       cached_line_details_ = compress_lines (uncompressed_line_details_);
805       compute_line_heights ();
806     }
807 }
808
809 void
810 Page_breaking::clear_line_details_cache ()
811 {
812   cached_configuration_index_ = VPOS;
813   cached_line_details_.clear ();
814   uncompressed_line_details_.clear ();
815 }
816
817 void
818 Page_breaking::line_divisions_rec (vsize system_count,
819                                    Line_division const &min_sys,
820                                    Line_division const &max_sys,
821                                    Line_division *cur_division)
822 {
823   vsize my_index = cur_division->size ();
824   vsize others_min = 0;
825   vsize others_max = 0;
826
827   for (vsize i = my_index + 1; i < min_sys.size (); i++)
828     {
829       others_min += min_sys[i];
830       others_max += max_sys[i];
831     }
832   others_max = min (others_max, system_count);
833   vsize real_min = max (min_sys[my_index], system_count - others_max);
834   vsize real_max = min (max_sys[my_index], system_count - others_min);
835
836   if (real_min > real_max || real_min <= 0)
837     {
838       /* this should never happen within a recursive call. If it happens
839          at all, it means that we were called with an unsolvable problem
840          and we should return an empty result */
841       assert (my_index == 0);
842       return;
843     }
844
845   for (vsize i = real_min; i <= real_max; i++)
846     {
847       cur_division->push_back (i);
848       if (my_index == min_sys.size () - 1)
849         current_configurations_.push_back (*cur_division);
850       else
851         line_divisions_rec (system_count - i, min_sys, max_sys, cur_division);
852       cur_division->pop_back ();
853     }
854 }
855
856 void
857 Page_breaking::compute_line_heights ()
858 {
859   Real prev_hanging = 0;
860   Real prev_hanging_begin = 0;
861   Real prev_hanging_rest = 0;
862   Real prev_refpoint_hanging = 0;
863   for (vsize i = 0; i < cached_line_details_.size (); i++)
864     {
865       Line_shape shape = cached_line_details_[i].shape_;
866       Real a = shape.begin_[UP];
867       Real b = shape.rest_[UP];
868       bool title = cached_line_details_[i].title_;
869       Real refpoint_hanging = max (prev_hanging_begin + a, prev_hanging_rest + b);
870
871       if (i > 0)
872         {
873           Real padding = 0;
874           if (!cached_line_details_[i].tight_spacing_)
875             padding = title
876               ? cached_line_details_[i-1].title_padding_
877               : cached_line_details_[i-1].padding_;
878           Real min_dist = title
879             ? cached_line_details_[i-1].title_min_distance_
880             : cached_line_details_[i-1].min_distance_;
881           refpoint_hanging = max (refpoint_hanging + padding,
882                                   prev_refpoint_hanging + min_dist
883                                   + cached_line_details_[i].first_refpoint_offset_);
884         }
885
886       Real hanging_begin = refpoint_hanging - shape.begin_[DOWN];
887       Real hanging_rest = refpoint_hanging - shape.rest_[DOWN];
888       Real hanging = max (hanging_begin, hanging_rest);
889       cached_line_details_[i].tallness_ = hanging - prev_hanging;
890       prev_hanging = hanging;
891       prev_hanging_begin = hanging_begin;
892       prev_hanging_rest = hanging_rest;
893       prev_refpoint_hanging = refpoint_hanging;
894     }
895 }
896
897 vsize
898 Page_breaking::min_page_count (vsize configuration, vsize first_page_num)
899 {
900   vsize ret = 1;
901   vsize page_starter = 0;
902   Real cur_rod_height = 0;
903   Real cur_spring_height = 0;
904   Real cur_page_height = page_height (first_page_num, false);
905   int line_count = 0;
906
907   cache_line_details (configuration);
908
909   if (cached_line_details_.size ())
910     cur_page_height -= min_whitespace_at_top_of_page (cached_line_details_[0]);
911
912   for (vsize i = 0; i < cached_line_details_.size (); i++)
913     {
914       Real ext_len;
915       if (cur_rod_height > 0)
916         ext_len = cached_line_details_[i].tallness_;
917       else
918         ext_len = cached_line_details_[i].full_height();
919
920       Real next_rod_height = cur_rod_height + ext_len;
921       Real next_spring_height = cur_spring_height + cached_line_details_[i].space_;
922       Real next_height = next_rod_height + (ragged () ? next_spring_height : 0)
923         + min_whitespace_at_bottom_of_page (cached_line_details_[i]);
924       int next_line_count = line_count + cached_line_details_[i].compressed_nontitle_lines_count_;
925
926       if ((!too_few_lines (line_count) && (next_height > cur_page_height && cur_rod_height > 0))
927           || too_many_lines (next_line_count)
928           || (i > 0
929               && cached_line_details_[i-1].page_permission_ == ly_symbol2scm ("force")))
930         {
931           line_count = cached_line_details_[i].compressed_nontitle_lines_count_;
932           cur_rod_height = cached_line_details_[i].full_height();
933           cur_spring_height = cached_line_details_[i].space_;
934           page_starter = i;
935
936           cur_page_height = page_height (first_page_num + ret, false);
937           cur_page_height -= min_whitespace_at_top_of_page (cached_line_details_[i]);
938
939           ret++;
940         }
941       else
942         {
943           cur_rod_height = next_rod_height;
944           cur_spring_height = next_spring_height;
945           line_count = next_line_count;
946         }
947     }
948
949   /* there are two potential problems with the last page (because we didn't know
950      it was the last page until after we managed to fit all the systems to it):
951      - we are ragged-last but the last page has a compressed spring
952      - the value returned by page_height (num, true) is smaller than the
953        value returned by page_height (num, false) and it causes the page not to
954        fit.
955
956      In either case, we just need to add one more page. This is because the last
957      line will always fit on the extra page and by adding one more page to the
958      end, the previous page is no longer the last page, so our previous
959      calculations that treated it as a non-last page were ok.
960   */
961
962   cur_page_height = page_height (first_page_num + ret - 1, true);
963   cur_page_height -= min_whitespace_at_top_of_page (cached_line_details_[page_starter]);
964   cur_page_height -= min_whitespace_at_bottom_of_page (cached_line_details_.back ());
965
966   Real cur_height = cur_rod_height + ((ragged_last () || ragged ()) ? cur_spring_height : 0);
967   if (!too_few_lines (line_count - cached_line_details_.back ().compressed_nontitle_lines_count_)
968       && cur_height > cur_page_height
969       /* don't increase the page count if the last page had only one system */
970       && cur_rod_height > cached_line_details_.back ().full_height ())
971     ret++;
972
973   assert (ret <= cached_line_details_.size ());
974   return ret;
975 }
976
977 // If systems_per_page_ is positive, we don't really try to space on N pages;
978 // we just put the requested number of systems on each page and penalize
979 // if the result doesn't have N pages.
980 Page_spacing_result
981 Page_breaking::space_systems_on_n_pages (vsize configuration, vsize n, vsize first_page_num)
982 {
983   Page_spacing_result ret;
984
985   if (systems_per_page_ > 0)
986     {
987       Page_spacing_result ret = space_systems_with_fixed_number_per_page (configuration, first_page_num);
988       ret.demerits_ += (ret.force_.size () == n) ? 0 : BAD_SPACING_PENALTY;
989       return ret;
990     }
991
992   cache_line_details (configuration);
993   bool valid_n = (n >= min_page_count (configuration, first_page_num)
994                   && n <= cached_line_details_.size ());
995
996   if (!valid_n)
997     programming_error ("number of pages is out of bounds");
998
999   if (n == 1 && valid_n)
1000     ret = space_systems_on_1_page (cached_line_details_,
1001                                    page_height (first_page_num, is_last ()),
1002                                    ragged () || (is_last () && ragged_last ()));
1003   else if (n == 2 && valid_n)
1004     ret = space_systems_on_2_pages (configuration, first_page_num);
1005   else
1006     {
1007       Page_spacer ps (cached_line_details_, first_page_num, this);
1008       ret = ps.solve (n);
1009     }
1010
1011   return finalize_spacing_result (configuration, ret);
1012 }
1013
1014 Real
1015 Page_breaking::blank_page_penalty () const
1016 {
1017   SCM penalty_sym;
1018
1019   if (is_last ())
1020     penalty_sym = ly_symbol2scm ("blank-last-page-force");
1021   else if (ends_score ())
1022     penalty_sym = ly_symbol2scm ("blank-after-score-page-force");
1023   else
1024     penalty_sym = ly_symbol2scm ("blank-page-force");
1025
1026   Break_position const &pos = breaks_[current_end_breakpoint_];
1027   if (Paper_score *ps = system_specs_[pos.system_spec_index_].pscore_)
1028     return robust_scm2double (ps->layout ()->lookup_variable (penalty_sym), 0.0);
1029
1030   return robust_scm2double (book_->paper_->lookup_variable (penalty_sym), 0.0);
1031 }
1032
1033 // If systems_per_page_ is positive, we don't really try to space on N
1034 // or N+1 pages; see the comment to space_systems_on_n_pages.
1035 Page_spacing_result
1036 Page_breaking::space_systems_on_n_or_one_more_pages (vsize configuration, vsize n, vsize first_page_num,
1037                                                      Real penalty_for_fewer_pages)
1038 {
1039   Page_spacing_result n_res;
1040   Page_spacing_result m_res;
1041
1042   if (systems_per_page_ > 0)
1043     {
1044       Page_spacing_result ret = space_systems_with_fixed_number_per_page (configuration, first_page_num);
1045       ret.demerits_ += (ret.force_.size () == n || ret.force_.size () == (n-1)) ? 0 : BAD_SPACING_PENALTY;
1046       return ret;
1047     }
1048
1049   cache_line_details (configuration);
1050   vsize min_p_count = min_page_count (configuration, first_page_num);
1051   bool valid_n = n >= min_p_count || n <= cached_line_details_.size ();
1052
1053   if (!valid_n)
1054     programming_error ("both page counts are out of bounds");
1055
1056   if (n == 1 && valid_n)
1057     {
1058       bool rag = ragged () || (is_last () && ragged_last ());
1059       Real height = page_height (first_page_num, is_last ());
1060
1061       if (1 >= min_p_count)
1062         n_res = space_systems_on_1_page (cached_line_details_, height, rag);
1063       if (1 < cached_line_details_.size ())
1064         m_res = space_systems_on_2_pages (configuration, first_page_num);
1065     }
1066   else
1067     {
1068       Page_spacer ps (cached_line_details_, first_page_num, this);
1069       
1070       if (n >= min_p_count || !valid_n)
1071         n_res = ps.solve (n);
1072       if (n < cached_line_details_.size () || !valid_n)
1073         m_res = ps.solve (n+1);
1074     }
1075
1076   m_res = finalize_spacing_result (configuration, m_res);
1077   n_res = finalize_spacing_result (configuration, n_res);
1078
1079   Real page_spacing_weight = robust_scm2double (book_->paper_->c_variable ("page-spacing-weight"), 10);
1080   n_res.demerits_ += penalty_for_fewer_pages * page_spacing_weight;
1081
1082   if (n_res.force_.size ())
1083     n_res.force_.back () += penalty_for_fewer_pages;
1084
1085   return (m_res.demerits_ < n_res.demerits_) ? m_res : n_res;
1086 }
1087
1088 Page_spacing_result
1089 Page_breaking::space_systems_on_best_pages (vsize configuration, vsize first_page_num)
1090 {
1091   cache_line_details (configuration);
1092   Page_spacer ps (cached_line_details_, first_page_num, this);
1093
1094   return finalize_spacing_result (configuration, ps.solve ());
1095 }
1096
1097 Page_spacing_result
1098 Page_breaking::space_systems_with_fixed_number_per_page (vsize configuration,
1099                                                          vsize first_page_num)
1100 {
1101   Page_spacing_result res;
1102   Page_spacing space (page_height (first_page_num, false), this);
1103   vsize line = 0;
1104   vsize page = 0;
1105   vsize page_first_line = 0;
1106
1107   cache_line_details (configuration);
1108   while (line < cached_line_details_.size ())
1109     {
1110       page++;
1111       space.clear ();
1112       space.resize (page_height (first_page_num + page, false));
1113
1114       int system_count_on_this_page = 0;
1115       while (system_count_on_this_page < systems_per_page_
1116              && line < cached_line_details_.size ())
1117         {
1118           Line_details const &cur_line = cached_line_details_[line];
1119           space.append_system (cur_line);
1120           system_count_on_this_page += cur_line.compressed_nontitle_lines_count_;
1121           line++;
1122
1123           if (cur_line.page_permission_ == ly_symbol2scm ("force"))
1124             break;
1125         }
1126
1127       res.systems_per_page_.push_back (line - page_first_line);
1128
1129       res.force_.push_back (space.force_);
1130       res.penalty_ += cached_line_details_[line-1].page_penalty_;
1131       if (system_count_on_this_page != systems_per_page_)
1132         {
1133           res.penalty_ += TERRIBLE_SPACING_PENALTY;
1134           res.system_count_status_ |= ((system_count_on_this_page < systems_per_page_))
1135             ? SYSTEM_COUNT_TOO_FEW : SYSTEM_COUNT_TOO_MANY;
1136         }
1137
1138       page_first_line = line;
1139     }
1140
1141   /* Recalculate forces for the last page because we know now that is
1142      really the last page. */
1143   space.resize (page_height (first_page_num + page, true));
1144   res.force_.back () = space.force_;
1145   return finalize_spacing_result (configuration, res);
1146 }
1147
1148 Page_spacing_result
1149 Page_breaking::pack_systems_on_least_pages (vsize configuration, vsize first_page_num)
1150 {
1151   // TODO: add support for min/max-systems-per-page.
1152   Page_spacing_result res;
1153   vsize page = 0;
1154   vsize page_first_line = 0;
1155   Page_spacing space (page_height (first_page_num, false), this);
1156
1157   cache_line_details (configuration);
1158   for (vsize line = 0; line < cached_line_details_.size (); line++)
1159     {
1160       Real prev_force = space.force_;
1161       space.append_system (cached_line_details_[line]);
1162       if ((line > page_first_line)
1163           && (isinf (space.force_)
1164               || ((line > 0)
1165                   && (cached_line_details_[line-1].page_permission_ == ly_symbol2scm ("force")))))
1166         {
1167           res.systems_per_page_.push_back (line - page_first_line);
1168           res.force_.push_back (prev_force);
1169           res.penalty_ += cached_line_details_[line-1].page_penalty_;
1170           page++;
1171           space.resize (page_height (first_page_num + page, false));
1172           space.clear ();
1173           space.append_system (cached_line_details_[line]);
1174           page_first_line = line;
1175         }
1176
1177       if (line == cached_line_details_.size () - 1)
1178         {
1179           /* This is the last line */
1180           /* When the last page height was computed, we did not know yet that it
1181            * was the last one. If the systems put on it don't fit anymore, the last
1182            * system is moved to a new page */
1183           space.resize (page_height (first_page_num + page, true));
1184           if ((line > page_first_line) && (isinf (space.force_)))
1185             {
1186               res.systems_per_page_.push_back (line - page_first_line);
1187               res.force_.push_back (prev_force);
1188               /* the last page containing the last line */
1189               space.resize (page_height (first_page_num + page + 1, true));
1190               space.clear ();
1191               space.append_system (cached_line_details_[line]);
1192               res.systems_per_page_.push_back (1);
1193               res.force_.push_back (space.force_);
1194               res.penalty_ += cached_line_details_[line-1].page_penalty_;
1195               res.penalty_ += cached_line_details_[line].page_penalty_;
1196             }
1197           else
1198             {
1199               res.systems_per_page_.push_back (line + 1 - page_first_line);
1200               res.force_.push_back (space.force_);
1201               res.penalty_ += cached_line_details_[line].page_penalty_;
1202             }
1203         }
1204     }
1205   return finalize_spacing_result (configuration, res);
1206 }
1207
1208 /* Calculate demerits and fix res.systems_per_page_ so that
1209    it refers to the original line numbers, not the ones given by compress_lines (). */
1210 Page_spacing_result
1211 Page_breaking::finalize_spacing_result (vsize configuration, Page_spacing_result res)
1212 {
1213   if (res.force_.empty ())
1214     return res;
1215
1216   cache_line_details (configuration);
1217   res.systems_per_page_ = uncompress_solution (res.systems_per_page_, cached_line_details_);
1218
1219   Real line_force = 0;
1220   Real line_penalty = 0;
1221   Real page_demerits = res.penalty_;
1222   Real page_weighting = robust_scm2double (book_->paper_->c_variable ("page-spacing-weight"), 10);
1223
1224   for (vsize i = 0; i < uncompressed_line_details_.size (); i++)
1225     {
1226       line_force += uncompressed_line_details_[i].force_ * uncompressed_line_details_[i].force_;
1227       line_penalty += uncompressed_line_details_[i].break_penalty_;
1228     }
1229
1230   for (vsize i = 0; i < res.force_.size (); i++)
1231     {
1232       Real f = res.force_[i];
1233
1234       page_demerits += min(f*f, BAD_SPACING_PENALTY);
1235     }
1236
1237   /* for a while we tried averaging page and line forces across pages instead
1238      of summing them, but it caused a problem: if there is a single page
1239      with a very bad page force (for example because of a forced page break),
1240      the page breaker will put in a _lot_ of pages so that the bad force
1241      becomes averaged out over many pages. */
1242   res.demerits_ = line_force + line_penalty + page_demerits * page_weighting;
1243   return res;
1244
1245 }
1246
1247 /* the cases for page_count = 1 or 2 can be done in O (n) time. Since they
1248    are by far the most common cases, we have special functions for them.
1249
1250    space_systems_on_1_page has a different calling convention than most of the
1251    space_systems functions. This is because space_systems_on_1_page is (unlike
1252    the other space_systems functions) sometimes called on subsets of a full
1253    configuration. */
1254 Page_spacing_result
1255 Page_breaking::space_systems_on_1_page (vector<Line_details> const &lines, Real page_height, bool ragged)
1256 {
1257   Page_spacing space (page_height, this);
1258   Page_spacing_result ret;
1259   int line_count = 0;
1260
1261   for (vsize i = 0; i < lines.size (); i++)
1262     {
1263       space.append_system (lines[i]);
1264       line_count += lines[i].compressed_nontitle_lines_count_;
1265     }
1266
1267   ret.systems_per_page_.push_back (lines.size ());
1268   ret.force_.push_back (ragged ? min (space.force_, 0.0) : space.force_);
1269   ret.penalty_ = line_count_penalty (line_count) + lines.back ().page_penalty_ + lines.back ().turn_penalty_;
1270   ret.system_count_status_ |= line_count_status (line_count);
1271
1272   /* don't do finalize_spacing_result () because we are only an internal function */
1273   return ret;
1274 }
1275
1276 Page_spacing_result
1277 Page_breaking::space_systems_on_2_pages (vsize configuration, vsize first_page_num)
1278 {
1279   Real page1_height = page_height (first_page_num, false);
1280   Real page2_height = page_height (first_page_num + 1, is_last ());
1281   bool ragged1 = ragged ();
1282   bool ragged2 = ragged () || (is_last () && ragged_last ());
1283
1284   /* if there is a forced break, this reduces to 2 1-page problems */
1285   cache_line_details (configuration);
1286   for (vsize i = 0; i + 1 < cached_line_details_.size (); i++)
1287     if (cached_line_details_[i].page_permission_ == ly_symbol2scm ("force"))
1288       {
1289         vector<Line_details> lines1 (cached_line_details_.begin (), cached_line_details_.begin () + i + 1);
1290         vector<Line_details> lines2 (cached_line_details_.begin () + i + 1, cached_line_details_.end ());
1291         Page_spacing_result p1 = space_systems_on_1_page (lines1, page1_height, ragged1);
1292         Page_spacing_result p2 = space_systems_on_1_page (lines2, page2_height, ragged2);
1293
1294         p1.systems_per_page_.push_back (p2.systems_per_page_[0]);
1295         p1.force_.push_back (p2.force_[0]);
1296         p1.penalty_ += p2.penalty_ - cached_line_details_[i].turn_penalty_;
1297         p1.system_count_status_ |= p2.system_count_status_;
1298         return p1;
1299       }
1300
1301   vector<Real> page1_force;
1302   vector<Real> page2_force;
1303
1304   // page1_penalty and page2_penalty store the penalties based
1305   // on min-systems-per-page and max-systems-per-page.
1306   vector<Real> page1_penalty;
1307   vector<Real> page2_penalty;
1308
1309   // page1_status and page2_status keep track of whether the min-systems-per-page
1310   // and max-systems-per-page constraints are satisfied.
1311   vector<int> page1_status;
1312   vector<int> page2_status;
1313
1314   Page_spacing page1 (page1_height, this);
1315   Page_spacing page2 (page2_height, this);
1316   int page1_line_count = 0;
1317   int page2_line_count = 0;
1318
1319   page1_force.resize (cached_line_details_.size () - 1, infinity_f);
1320   page2_force.resize (cached_line_details_.size () - 1, infinity_f);
1321   page1_penalty.resize (cached_line_details_.size () - 1, infinity_f);
1322   page2_penalty.resize (cached_line_details_.size () - 1, infinity_f);
1323   page1_status.resize (cached_line_details_.size () - 1, 0);
1324   page2_status.resize (cached_line_details_.size () - 1, 0);
1325
1326   /* find the page 1 and page 2 forces for each page-breaking position */
1327   for (vsize i = 0; i < page1_force.size (); i++)
1328     {
1329       page1.append_system (cached_line_details_[i]);
1330       page2.prepend_system (cached_line_details_[cached_line_details_.size () - 1 - i]);
1331       page1_line_count += cached_line_details_[i].compressed_nontitle_lines_count_;
1332       page2_line_count += cached_line_details_[cached_line_details_.size () - 1 - i].compressed_nontitle_lines_count_;
1333
1334       page1_force[i] = (ragged1 && page1.force_ < 0 && i > 0) ? infinity_f : page1.force_;
1335       page1_penalty[i] = line_count_penalty (page1_line_count);
1336       page1_status[i] = line_count_status (page1_line_count);
1337
1338       if (ragged2)
1339         page2_force[page2_force.size () - 1 - i] =
1340           (page2.force_ < 0 && i + 1 < page1_force.size ()) ? infinity_f : 0;
1341       else
1342         page2_force[page2_force.size () - 1 - i] = page2.force_;
1343       page2_penalty[page2_penalty.size () - 1 - i] = line_count_penalty (page2_line_count);
1344       page2_status[page2_penalty.size () - 1 - i] = line_count_status (page2_line_count);
1345     }
1346
1347   /* find the position that minimises the sum of the page forces */
1348   vsize best_sys_count = 1;
1349   Real best_demerits = infinity_f;
1350   for (vsize i = 0; i < page1_force.size (); i++)
1351     {
1352       Real f = page1_force[i] * page1_force[i] + page2_force[i] * page2_force[i];
1353
1354       // NOTE: we treat max-systems-per-page and min-systems-per-page as soft
1355       // constraints. That is, we penalize harshly when they don't happen
1356       // but we don't completely reject.
1357       Real dem = f
1358         + page1_penalty[i] + page2_penalty[i]
1359         + cached_line_details_[i+1].page_penalty_
1360         + cached_line_details_.back ().page_penalty_ + cached_line_details_.back ().turn_penalty_;
1361       if (dem < best_demerits)
1362         {
1363           best_demerits = dem;
1364           best_sys_count = i+1;
1365         }
1366     }
1367
1368   Page_spacing_result ret;
1369   ret.systems_per_page_.push_back (best_sys_count);
1370   ret.systems_per_page_.push_back (cached_line_details_.size () - best_sys_count);
1371   ret.force_.push_back (page1_force[best_sys_count-1]);
1372   ret.force_.push_back (page2_force[best_sys_count-1]);
1373   ret.system_count_status_ = page1_status[best_sys_count-1] | page2_status[best_sys_count-1];
1374   ret.penalty_ = cached_line_details_[best_sys_count-1].page_penalty_
1375     + cached_line_details_.back ().page_penalty_
1376     + cached_line_details_.back ().turn_penalty_
1377     + page1_penalty[best_sys_count-1] + page2_penalty[best_sys_count-1];
1378
1379   /* don't do finalize_spacing_result () because we are only an internal function */
1380   return ret;
1381 }
1382
1383 bool
1384 Page_breaking::all_lines_stretched (vsize configuration)
1385 {
1386   cache_line_details (configuration);
1387   for (vsize i = 0; i < cached_line_details_.size (); i++)
1388     if (cached_line_details_[i].force_ < 0)
1389       return false;
1390
1391   return true;
1392 }
1393
1394 Page_breaking::Line_division
1395 Page_breaking::current_configuration (vsize configuration_index) const
1396 {
1397   return current_configurations_[configuration_index];
1398 }
1399
1400 bool
1401 Page_breaking::is_last () const
1402 {
1403   return current_end_breakpoint_ == last_break_position ();
1404 }
1405
1406 bool
1407 Page_breaking::ends_score () const
1408 {
1409   return breaks_[current_end_breakpoint_].score_ender_;
1410 }
1411
1412 vsize
1413 Page_breaking::last_break_position () const
1414 {
1415   return breaks_.size () - 1;  
1416 }
1417
1418 // This gives the minimum distance between the top of the
1419 // printable area (ie. the bottom of the top-margin) and
1420 // the extent box of the topmost system.
1421 Real
1422 Page_breaking::min_whitespace_at_top_of_page (Line_details const &line) const
1423 {
1424   SCM first_system_spacing = book_->paper_->c_variable ("top-system-spacing");
1425   if (line.title_)
1426     first_system_spacing = book_->paper_->c_variable ("top-title-spacing");
1427
1428   Real min_distance = -infinity_f;
1429   Real padding = 0;
1430
1431   Page_layout_problem::read_spacing_spec (first_system_spacing,
1432                                           &min_distance,
1433                                           ly_symbol2scm ("minimum-distance"));
1434   Page_layout_problem::read_spacing_spec (first_system_spacing,
1435                                           &padding,
1436                                           ly_symbol2scm ("padding"));
1437
1438   // FIXME: take into account the height of the header
1439   Real translate = max (line.shape_.begin_[UP], line.shape_.rest_[UP]);
1440   return max (0.0, max (padding, min_distance - translate));
1441 }
1442
1443 Real
1444 Page_breaking::min_whitespace_at_bottom_of_page (Line_details const &line) const
1445 {
1446   SCM last_system_spacing = book_->paper_->c_variable ("bottom-system-spacing");
1447   Real min_distance = -infinity_f;
1448   Real padding = 0;
1449
1450   Page_layout_problem::read_spacing_spec (last_system_spacing,
1451                                           &min_distance,
1452                                           ly_symbol2scm ("minimum-distance"));
1453   Page_layout_problem::read_spacing_spec (last_system_spacing,
1454                                           &padding,
1455                                           ly_symbol2scm ("padding"));
1456
1457   // FIXME: take into account the height of the footer
1458   Real translate = min (line.shape_.begin_[DOWN], line.shape_.rest_[DOWN]);
1459   return max (0.0, max (padding, min_distance + translate));
1460 }
1461
1462 int
1463 Page_breaking::orphan_penalty () const
1464 {
1465   return orphan_penalty_;
1466 }