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[lilypond.git] / Documentation / contributor / programming-work.itexi
1 @c -*- coding: utf-8; mode: texinfo; -*-
2 @node Programming work
3 @chapter Programming work
4
5 @menu
6 * Overview of LilyPond architecture::
7 * LilyPond programming languages::
8 * Programming without compiling::
9 * Finding functions::
10 * Code style::
11 * Warnings Errors Progress and Debug Output::
12 * Debugging LilyPond::
13 * Tracing object relationships::
14 * Adding or modifying features::
15 * Iterator tutorial::
16 * Engraver tutorial::
17 * Callback tutorial::
18 * Understanding pure properties::
19 * LilyPond scoping::
20 * Scheme->C interface::
21 * LilyPond miscellany::
22 @end menu
23
24 @node Overview of LilyPond architecture
25 @section Overview of LilyPond architecture
26
27 LilyPond processes the input file into graphical and musical output in a
28 number of stages.  This process, along with the types of routines that
29 accomplish the various stages of the process, is described in this section.  A
30 more complete description of the LilyPond architecture and internal program
31 execution is found in Erik Sandberg's
32 @uref{http://lilypond.org/website/pdf/thesis-erik-sandberg.pdf, master's
33 thesis}.
34
35 The first stage of LilyPond processing is @emph{parsing}.  In the parsing
36 process, music expressions in LilyPond input format are converted to music
37 expressions in Scheme format.  In Scheme format, a music expression is a list
38 in tree form, with nodes that indicate the relationships between various music
39 events.  The LilyPond parser is written in Bison.
40
41 The second stage of LilyPond processing is @emph{iterating}.  Iterating
42 assigns each music event to a context, which is the environment in which the
43 music will be finally engraved.  The context is responsible for all further
44 processing of the music.  It is during the iteration stage that contexts are
45 created as necessary to ensure that every note has a Voice type context (e.g.
46 Voice, TabVoice, DrumVoice, CueVoice, MensuralVoice, VaticanaVoice,
47 GregorianTranscriptionVoice), that the Voice type contexts exist in
48 appropriate Staff type contexts, and that parallel Staff type contexts exist
49 in StaffGroup type contexts.  In addition, during the iteration stage each
50 music event is assigned a moment, or a time in the music when the event
51 begins.
52
53 Each type of music event has an associated iterator.  Iterators are defined in
54 @file{*-iterator.cc}.  During iteration, an
55 event's iterator is called to deliver that music event to the appropriate
56 context(s).
57
58 The final stage of LilyPond processing is @emph{translation}.  During
59 translation, music events are prepared for graphical or midi output.  The
60 translation step is accomplished by the polymorphic base class Translator
61 through its two derived classes: Engraver (for graphical output) and
62 Performer (for midi output).
63
64 Translators are defined in C++ files named @file{*-engraver.cc}
65 and @file{*-performer.cc}.
66 Much of the work of translating is handled by Scheme functions,
67 which is one of the keys to LilyPond's exceptional flexibility.
68
69 @sourceimage{architecture-diagram,,,png}
70
71
72 @node LilyPond programming languages
73 @section LilyPond programming languages
74
75 Programming in LilyPond is done in a variety of programming languages.  Each
76 language is used for a specific purpose or purposes.  This section describes
77 the languages used and provides links to reference manuals and tutorials for
78 the relevant language.
79
80 @subsection C++
81
82 The core functionality of LilyPond is implemented in C++.
83
84 C++ is so ubiquitous that it is difficult to identify either a reference
85 manual or a tutorial.  Programmers unfamiliar with C++ will need to spend some
86 time to learn the language before attempting to modify the C++ code.
87
88 The C++ code calls Scheme/GUILE through the GUILE interface, which is
89 documented in the
90 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html, GUILE
91   Reference Manual}.
92
93 @subsection Flex
94
95 The LilyPond lexer is implemented in Flex, an implementation of the Unix lex
96 lexical analyser generator.  Resources for Flex can be found
97 @uref{http://flex.sourceforge.net/, here}.
98
99 @subsection GNU Bison
100
101 The LilyPond parser is implemented in Bison, a GNU parser generator.  The
102 Bison homepage is found at @uref{http://www.gnu.org/software/bison/,
103 gnu.org}.  The manual (which includes both a reference and tutorial) is
104 @uref{http://www.gnu.org/software/bison/manual/index.html, available} in a
105 variety of formats.
106
107 @subsection GNU Make
108
109 GNU Make is used to control the compiling process and to build the
110 documentation and the website.  GNU Make documentation is available at
111 @uref{http://www.gnu.org/software/make/manual/, the GNU website}.
112
113 @subsection GUILE or Scheme
114
115 GUILE is the dialect of Scheme that is used as LilyPond's extension language.
116 Many extensions to LilyPond are written entirely in GUILE.  The
117 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html,
118 GUILE Reference Manual} is available online.
119
120 @uref{http://mitpress.mit.edu/sicp/full-text/book/book.html, Structure and
121 Interpretation of Computer Programs}, a popular textbook used to teach
122 programming in Scheme is available in its entirety online.
123
124 An introduction to Guile/Scheme as used in LilyPond can be found in the
125 @rextend{Scheme tutorial}.
126
127 @subsection MetaFont
128
129 MetaFont is used to create the music fonts used by LilyPond.  A MetaFont
130 tutorial is available at @uref{http://metafont.tutorial.free.fr/, the
131 METAFONT tutorial page}.
132
133 @subsection PostScript
134
135 PostScript is used to generate graphical output.  A brief PostScript tutorial
136 is @uref{http://local.wasp.uwa.edu.au/~pbourke/dataformats/postscript/,
137 available online}.  The
138 @uref{http://www.adobe.com/products/postscript/pdfs/PLRM.pdf, PostScript Language
139 Reference} is available online in PDF format.
140
141 @subsection Python
142
143 Python is used for XML2ly and is used for building the documentation and the
144 website.
145
146 Python documentation is available at @uref{http://www.python.org/doc/,
147 python.org}.
148
149 @node Programming without compiling
150 @section Programming without compiling
151
152 Much of the development work in LilyPond takes place by changing @file{*.ly} or
153 @file{*.scm} files.  These changes can be made without compiling LilyPond.  Such
154 changes are described in this section.
155
156
157 @subsection Modifying distribution files
158
159 Much of LilyPond is written in Scheme or LilyPond input files.  These
160 files are interpreted when the program is run, rather than being compiled
161 when the program is built, and are present in all LilyPond distributions.
162 You will find @file{.ly} files in the @file{ly/} directory and the Scheme files in the
163 @file{scm/} directory.  Both Scheme files and @file{.ly} files can be modified and
164 saved with any text editor.  It's probably wise to make a backup copy of
165 your files before you modify them, although you can reinstall if the
166 files become corrupted.
167
168 Once you've modified the files, you can test the changes just by running
169 LilyPond on some input file.  It's a good idea to create a file that
170 demonstrates the feature you're trying to add.  This file will eventually
171 become a regression test and will be part of the LilyPond distribution.
172
173 @subsection Desired file formatting
174
175 Files that are part of the LilyPond distribution have Unix-style line
176 endings (LF), rather than DOS (CR+LF) or MacOS 9 and earlier (CR).  Make
177 sure you use the necessary tools to ensure that Unix-style line endings are
178 preserved in the patches you create.
179
180 Tab characters should not be included in files for distribution.  All
181 indentation should be done with spaces.  Most editors have settings to
182 allow the setting of tab stops and ensuring that no tab characters are
183 included in the file.
184
185 Scheme files and LilyPond files should be written according to standard
186 style guidelines.  Scheme file guidelines can be found at
187 @uref{http://community.schemewiki.org/?scheme-style}.  Following these
188 guidelines will make your code easier to read.  Both you and others that
189 work on your code will be glad you followed these guidelines.
190
191 For LilyPond files, you should follow the guidelines for LilyPond snippets
192 in the documentation.  You can find these guidelines at
193 @ref{Texinfo introduction and usage policy}.
194
195 @node Finding functions
196 @section Finding functions
197
198 When making changes or fixing bugs in LilyPond, one of the initial
199 challenges is finding out where in the code tree the functions to
200 be modified live.  With nearly 3000 files in the source tree,
201 trial-and-error searching is generally ineffective.  This section
202 describes a process for finding interesting code.
203
204 @subsection Using the ROADMAP
205
206 The file ROADMAP is located in the main directory of the lilypond source.
207 ROADMAP lists all of the directories in the LilyPond source tree, along
208 with a brief description of the kind of files found in each directory.
209 This can be a very helpful tool for deciding which directories to search
210 when looking for a function.
211
212
213 @subsection Using grep to search
214
215 Having identified a likely subdirectory to search, the grep utility can
216 be used to search for a function name.  The format of the grep command is
217
218 @example
219 grep -i functionName subdirectory/*
220 @end example
221
222 This command will search all the contents of the directory subdirectory/
223 and display every line in any of the files that contains
224 functionName.  The @option{-i} option makes @command{grep} ignore
225 case -- this can be very useful if you are not yet familiar with
226 our capitalization conventions.
227
228 The most likely directories to grep for function names are @file{scm/} for
229 scheme files, ly/ for lilypond input (@file{*.ly}) files, and @file{lily/} for C++
230 files.
231
232
233 @subsection Using git grep to search
234
235 If you have used git to obtain the source, you have access to a
236 powerful tool to search for functions.  The command:
237
238 @example
239 git grep functionName
240 @end example
241
242 will search through all of the files that are present in the git
243 repository looking for functionName.  It also presents the results
244 of the search using @code{less}, so the results are displayed one page
245 at a time.
246
247 @subsection Searching on the git repository at Savannah
248
249 You can also use the equivalent of git grep on the Savannah server.
250
251 @itemize
252
253 @item
254 Go to http://git.sv.gnu.org/gitweb/?p=lilypond.git
255
256 @item
257 In the pulldown box that says commit, select grep.
258
259 @item
260 Type functionName in the search box, and hit enter/return
261
262 @end itemize
263
264 This will initiate a search of the remote git repository.
265
266
267 @node Code style
268 @section Code style
269
270 This section describes style guidelines for LilyPond
271 source code.
272
273 @menu
274 * Languages::
275 * Filenames::
276 * Indentation::
277 * Naming conventions::
278 * Broken code::
279 * Code comments::
280 * Handling errors::
281 * Localization::
282 @end menu
283
284
285 @node Languages
286 @subsection Languages
287
288 C++ and Python are preferred.  Python code should use PEP 8.
289
290
291 @node Filenames
292 @subsection Filenames
293
294 Definitions of classes that are only accessed via pointers (*) or
295 references (&) shall not be included as include files.
296
297 @verbatim
298    filenames
299
300         ".hh"   Include files
301              ".cc"      Implementation files
302              ".icc"     Inline definition files
303              ".tcc"     non inline Template defs
304
305    in emacs:
306
307              (setq auto-mode-alist
308                    (append '(("\\.make$" . makefile-mode)
309                         ("\\.cc$" . c++-mode)
310                         ("\\.icc$" . c++-mode)
311                         ("\\.tcc$" . c++-mode)
312                         ("\\.hh$" . c++-mode)
313                         ("\\.pod$" . text-mode)
314                         )
315                       auto-mode-alist))
316 @end verbatim
317
318 The class Class_name is coded in @q{class-name.*}
319
320
321 @node Indentation
322 @subsection Indentation
323
324 Standard GNU coding style is used.
325
326 @subsubheading Indenting files with @code{fixcc.py} (recommended)
327
328 LilyPond provides a python script that will adjust the indentation
329 and spacing on a @code{.cc} or @code{.hh} file to very near the
330 GNU standard:
331
332 @example
333 scripts/auxiliar/fixcc.py FILENAME
334 @end example
335
336 This can be run on all files at once, but this is not recommended
337 for normal contributors or developers.
338
339 @smallexample
340 scripts/auxiliar/fixcc.py \
341   $(find flower lily -name '*cc' -o -name '*hh' | grep -v /out)
342 @end smallexample
343
344
345 @subsubheading Indenting with emacs
346
347 The following hooks will produce indentation which is similar to
348 our official indentation as produced with @code{fixcc.py}.
349
350 @example
351 (add-hook 'c++-mode-hook
352      '(lambda ()
353         (c-set-style "gnu")
354         (setq indent-tabs-mode nil))
355 @end example
356
357 If you like using font-lock, you can also add this to your
358 @file{.emacs}:
359
360 @example
361 (setq font-lock-maximum-decoration t)
362 (setq c++-font-lock-keywords-3
363       (append
364        c++-font-lock-keywords-3
365        '(("\\b\\(a-zA-Z_?+_\\)\\b" 1 font-lock-variable-name-face) ("\\b\\(A-Z?+a-z_?+\\)\\b" 1 font-lock-type-face))
366        ))
367 @end example 
368
369
370 @subheading Indenting with vim
371
372 Although emacs indentation is the GNU standard, acceptable
373 indentation can usually be accomplished with vim.  Some hints for
374 vim are as follows:
375
376 A workable .vimrc:
377
378 @example
379 set cindent
380 set smartindent
381 set autoindent
382 set expandtab
383 set softtabstop=2
384 set shiftwidth=2
385 filetype plugin indent on
386 set incsearch
387 set ignorecase smartcase
388 set hlsearch
389 set confirm
390 set statusline=%F%m%r%h%w\ %@{&ff@}\ %Y\ [ASCII=\%03.3b]\ [HEX=\%02.2B]\ %04l,%04v\ %p%%\ [LEN=%L]
391 set laststatus=2
392 set number
393 " Remove trailing whitespace on write
394 autocmd BufWritePre * :%s/\s\+$//e
395 @end example
396
397 With this @file{.vimrc}, files can be reindented automatically by
398 highlighting the lines to be indented in visual mode (use V to
399 enter visual mode) and pressing @code{=}.
400
401 A @file{scheme.vim} file will help improve the indentation.  This
402 one was suggested by Patrick McCarty.  It should be saved in
403 @file{~/.vim/after/syntax/scheme.vim}.
404
405 @example
406 " Additional Guile-specific 'forms'
407 syn keyword schemeSyntax define-public define*-public
408 syn keyword schemeSyntax define* lambda* let-keywords*
409 syn keyword schemeSyntax defmacro defmacro* define-macro
410 syn keyword schemeSyntax defmacro-public defmacro*-public
411 syn keyword schemeSyntax use-modules define-module
412 syn keyword schemeSyntax define-method define-class
413
414 " Additional LilyPond-specific 'forms'
415 syn keyword schemeSyntax define-markup-command define-markup-list-command
416 syn keyword schemeSyntax define-safe-public define-music-function
417 syn keyword schemeSyntax def-grace-function
418
419 " All of the above should influence indenting too
420 set lw+=define-public,define*-public
421 set lw+=define*,lambda*,let-keywords*
422 set lw+=defmacro,defmacro*,define-macro
423 set lw+=defmacro-public,defmacro*-public
424 set lw+=use-modules,define-module
425 set lw+=define-method,define-class
426 set lw+=define-markup-command,define-markup-list-command
427 set lw+=define-safe-public,define-music-function
428 set lw+=def-grace-function
429
430 " These forms should not influence indenting
431 set lw-=if
432 set lw-=set!
433
434 " Try to highlight all ly: procedures
435 syn match schemeFunc "ly:[^) ]\+"
436 @end example
437
438
439 @node Naming conventions
440 @subsection Naming Conventions
441
442 Naming conventions have been established for LilyPond
443 source code.
444
445 @subheading Classes and Types
446
447 Classes begin with an uppercase letter, and words
448 in class names are separated with @code{_}:
449
450 @verbatim
451 This_is_a_class
452 @end verbatim
453
454 @subheading Members
455
456 Member variable names end with an underscore:
457
458 @verbatim
459 Type Class::member_
460 @end verbatim
461
462 @subheading Macros
463
464 Macro names should be written in uppercase completely,
465 with words separated by @code{_}:
466
467 @verbatim
468 THIS_IS_A_MACRO
469 @end verbatim
470
471 @subheading Variables
472
473 Variable names should be complete words, rather than abbreviations.
474 For example, it is preferred to use @code{thickness} rather than
475 @code{th} or @code{t}.
476
477 Multi-word variable names in C++ should have the words separated
478 by the underscore character (@q{_}):
479
480 @verbatim
481 cxx_multiword_variable
482 @end verbatim
483
484 Multi-word variable names in Scheme should have the words separated
485 by a hyphen (@q{-}):
486
487 @verbatim
488 scheme-multiword-variable
489 @end verbatim
490
491 @node Broken code
492 @subsection Broken code
493
494 Do not write broken code.  This includes hardwired dependencies,
495 hardwired constants, slow algorithms and obvious limitations.  If
496 you can not avoid it, mark the place clearly, and add a comment
497 explaining shortcomings of the code.
498
499 Ideally, the comment marking the shortcoming would include
500 TODO, so that it is marked for future fixing.
501
502 We reject broken-in-advance on principle.
503
504
505 @node Code comments
506 @subsection Code comments
507
508 Comments may not be needed if descriptive variable names are used
509 in the code and the logic is straightforward.  However, if the
510 logic is difficult to follow, and particularly if non-obvious
511 code has been included to resolve a bug, a comment describing
512 the logic and/or the need for the non-obvious code should be included.
513
514 There are instances where the current code could be commented better.
515 If significant time is required to understand the code as part of
516 preparing a patch, it would be wise to add comments reflecting your
517 understanding to make future work easier.
518
519
520 @node Handling errors
521 @subsection Handling errors
522
523 As a general rule, you should always try to continue computations,
524 even if there is some kind of error.  When the program stops, it
525 is often very hard for a user to pinpoint what part of the input
526 causes an error.  Finding the culprit is much easier if there is
527 some viewable output.
528
529 So functions and methods do not return errorcodes, they never
530 crash, but report a programming_error and try to carry on.
531
532 Error and warning messages need to be localized.
533
534
535 @node Localization
536 @subsection Localization
537
538 This document provides some guidelines to help programmers write
539 proper user
540 messages.  To help translations, user messages must follow
541 uniform conventions.  Follow these rules when coding for LilyPond.
542 Hopefully, this can be replaced by general GNU guidelines in the
543 future.  Even better would be to have an English (en_BR, en_AM)
544 guide helping programmers writing consistent messages for all GNU
545 programs.
546
547 Non-preferred messages are marked with `+'.  By convention,
548 ungrammatical examples are marked with `*'.  However, such ungrammatical
549 examples may still be preferred.
550
551 @itemize
552
553 @item
554 Every message to the user should be localized (and thus be marked
555 for localization).  This includes warning and error messages.
556
557 @item
558 Do not localize/gettextify:
559
560 @itemize
561 @item
562 `programming_error ()'s
563
564 @item
565 `programming_warning ()'s
566
567 @item
568 debug strings
569
570 @item
571 output strings (PostScript, TeX, etc.)
572
573 @end itemize
574
575 @item
576 Messages to be localized must be encapsulated in `_ (STRING)' or
577 `_f (FORMAT, ...)'. E.g.:
578
579 @example
580 warning (_ ("need music in a score"));
581 error (_f ("cannot open file: `%s'", file_name));
582 @end example
583
584 In some rare cases you may need to call `gettext ()' by hand.  This
585 happens when you pre-define (a list of) string constants for later
586 use.  In that case, you'll probably also need to mark these string
587 constants for translation, using `_i (STRING)'.  The `_i' macro is
588 a no-op, it only serves as a marker for `xgettext'.
589
590 @example
591 char const* messages[] = @{
592   _i ("enable debugging output"),
593   _i ("ignore lilypond version"),
594   0
595 @};
596
597 void
598 foo (int i)
599 @{
600   puts (gettext (messages i));
601 @}
602 @end example
603
604 See also @file{flower/getopt-long.cc} and @file{lily/main.cc}.
605
606 @item
607 Do not use leading or trailing whitespace in messages.  If you need
608 whitespace to be printed, prepend or append it to the translated
609 message
610
611 @example
612 message ("Calculating line breaks..." + " ");
613 @end example
614
615 @item
616 Error or warning messages displayed with a file name and line
617 number never start with a capital, eg,
618
619 @example
620 foo.ly: 12: not a duration: 3
621 @end example
622
623 Messages containing a final verb, or a gerund (`-ing'-form) always
624 start with a capital.  Other (simpler) messages start with a
625 lowercase letter
626
627 @example
628 Processing foo.ly...
629 `foo': not declared.
630 Not declaring: `foo'.
631 @end example
632
633 @item
634 Avoid abbreviations or short forms, use `cannot' and `do not'
635 rather than `can't' or `don't'
636 To avoid having a number of different messages for the same
637 situation, well will use quoting like this `"message: `%s'"' for all
638 strings.  Numbers are not quoted:
639
640 @example
641 _f ("cannot open file: `%s'", name_str)
642 _f ("cannot find character number: %d", i)
643 @end example
644
645 @item
646 Think about translation issues.  In a lot of cases, it is better to
647 translate a whole message.  English grammar must not be imposed on the
648 translator.  So, instead of
649
650 @example
651 stem at  + moment.str () +  does not fit in beam
652 @end example
653
654 have
655
656 @example
657 _f ("stem at %s does not fit in beam", moment.str ())
658 @end example
659
660 @item
661 Split up multi-sentence messages, whenever possible.  Instead of
662
663 @example
664 warning (_f ("out of tune!  Can't find: `%s'", "Key_engraver"));
665 warning (_f ("cannot find font `%s', loading default", font_name));
666 @end example
667
668 rather say:
669
670 @example
671 warning (_ ("out of tune:"));
672 warning (_f ("cannot find: `%s', "Key_engraver"));
673 warning (_f ("cannot find font: `%s', font_name));
674 warning (_f ("Loading default font"));
675 @end example
676
677 @item
678 If you must have multiple-sentence messages, use full punctuation.
679 Use two spaces after end of sentence punctuation.  No punctuation
680 (esp. period) is used at the end of simple messages.
681
682 @example
683 _f ("Non-matching braces in text `%s', adding braces", text)
684 _ ("Debug output disabled.  Compiled with NPRINT.")
685 _f ("Huh?  Not a Request: `%s'.  Ignoring.", request)
686 @end example
687
688 @item
689 Do not modularize too much; words frequently cannot be translated
690 without context.  It is probably safe to treat most occurrences of
691 words like stem, beam, crescendo as separately translatable words.
692
693 @item
694 When translating, it is preferable to put interesting information
695 at the end of the message, rather than embedded in the middle.
696 This especially applies to frequently used messages, even if this
697 would mean sacrificing a bit of eloquence.  This holds for original
698 messages too, of course.
699
700 @example
701 en: cannot open: `foo.ly'
702 +   nl: kan `foo.ly' niet openen (1)
703 kan niet openen: `foo.ly'*   (2)
704 niet te openen: `foo.ly'*    (3)
705 @end example
706
707
708 The first nl message, although grammatically and stylistically
709 correct, is not friendly for parsing by humans (even if they speak
710 dutch).  I guess we would prefer something like (2) or (3).
711
712 @item
713 Do not run make po/po-update with GNU gettext < 0.10.35
714
715 @end itemize
716
717
718 @node Warnings Errors Progress and Debug Output
719 @section Warnings, Errors, Progress and Debug Output
720
721 @unnumberedsubsec Available log levels
722
723 LilyPond has several loglevels, which specify how verbose the output on
724 the console should be:
725 @itemize
726 @item NONE: No output at all, even on failure
727 @item ERROR: Only error messages
728 @item WARN: Only error messages and warnings
729 @item BASIC_PROGRESS: Warnings, errors and basic progress (success, etc.)
730 @item PROGRESS: Warnings, errors and full progress messages
731 @item INFO: Warnings, errors, progress and more detailed information (default)
732 @item DEBUG: All messages, including full debug messages (very verbose!)
733 @end itemize
734
735 The loglevel can either be set with the environment variable
736 @code{LILYPOND_LOGLEVEL} or on the command line with the @option{--loglevel=...}
737 option.
738
739 @unnumberedsubsec Functions for debug and log output
740
741 LilyPond has two different types of error and log functions:
742 @itemize 
743
744 @item
745 If a warning or error is caused by an identified position in the input file,
746 e.g. by a grob or by a music expression, the functions of the @code{Input}
747 class provide logging functionality that prints the position of the message
748 in addition to the message.
749
750 @item
751 If a message can not be associated with a particular position in an input file,
752 e.g. the output file cannot be written, then the functions in the 
753 @code{flower/include/warn.hh} file will provide logging functionality that 
754 only prints out the message, but no location.
755
756 @end itemize
757
758 There are also Scheme functions to access all of these logging functions from
759 scheme.  In addition, the Grob class contains some convenience wrappers for
760 even easier access to these functions.
761
762 The message and debug functions in @code{warn.hh} also have an optional 
763 argument @code{newline}, which specifies whether the message should always
764 start on a new line or continue a previous message.
765 By default, @code{progress_indication} does NOT start on a new line, but rather
766 continue the previous output.  They also do not have a particular input
767 position associated, so there are no progress functions in the Input class.
768 All other functions by default start their output on a new line.
769
770 The error functions come in three different flavors: fatal error messages,
771 programming error messages and normal error messages.  Errors written
772 by the @code{error ()} function will cause LilyPond to exit immediately,
773 errors by @code{Input::error ()} will continue the compilation, but
774 return a non-zero return value of the lilypond call (i.e. indicate an 
775 unsuccessful program execution).  All other errors will be printed on the 
776 console, but not exit LilyPond or indicate an unsuccessful return code.
777 Their only differences to a warnings are the displayed text and that
778 they will be shown with loglevel @code{ERROR}.
779
780 If the Scheme option @code{warning-as-error} is set, any warning will be
781 treated as if @code{Input::error} was called.
782
783
784 @unnumberedsubsec All logging functions at a glance
785
786 @multitable @columnfractions 0.16 0.42 0.42
787 @headitem
788 @tab C++, no location
789 @tab C++ from input location
790
791 @item ERROR
792 @tab @code{error ()}, @code{programming_error (msg)}, @code{non_fatal_error (msg)}
793 @tab @code{Input::error (msg)}, @code{Input::programming_error (msg)}
794
795 @item WARN
796 @tab @code{warning (msg)}
797 @tab @code{Input::warning (msg)}
798
799 @item BASIC
800 @tab @code{basic_progress (msg)}
801 @tab -
802
803 @item PROGRESS
804 @tab @code{progress_indication (msg)}
805 @tab -
806
807 @item INFO
808 @tab @code{message (msg)}
809 @tab @code{Input::message (msg)}
810
811 @item DEBUG
812 @tab @code{debug_output (msg)}
813 @tab @code{Input::debug_output (msg)}
814
815 @item @tab @tab
816
817 @headitem
818 @tab C++ from a Grob
819 @tab Scheme, music expression
820
821 @item ERROR
822 @tab @code{Grob::programming_error (msg)}
823 @tab -
824
825 @item WARN
826 @tab @code{Grob::warning (msg)}
827 @tab @code{(ly:music-warning music msg)}
828
829 @item BASIC
830 @tab -
831 @tab -
832
833 @item PROGRESS
834 @tab -
835 @tab -
836
837 @item INFO
838 @tab -
839 @tab @code{(ly:music-message music msg)}
840
841 @item DEBUG
842 @tab -
843 @tab -
844
845 @item @tab @tab
846
847 @headitem
848 @tab Scheme, no location
849 @tab Scheme, input location
850
851 @item ERROR
852 @tab -
853 @tab @code{(ly:error msg args)}, @code{(ly:programming-error msg args)}
854
855 @item WARN
856 @tab @code{(ly:warning msg args)}
857 @tab @code{(ly:input-warning input msg args)}
858
859 @item BASIC
860 @tab @code{(ly:basic-progress msg args)}
861 @tab -
862
863 @item PROGRESS
864 @tab @code{(ly:progress msg args)}
865 @tab -
866
867 @item INFO
868 @tab @code{(ly:message msg args)}
869 @tab @code{(ly:input-message input msg args)}
870
871 @item DEBUG
872 @tab @code{(ly:debug msg args)}
873 @tab -
874
875 @end multitable
876
877
878
879
880 @node Debugging LilyPond
881 @section Debugging LilyPond
882
883 The most commonly used tool for debugging LilyPond is the GNU
884 debugger gdb.  The gdb tool is used for investigating and debugging
885 core Lilypond code written in C++.  Another tool is available for
886 debugging Scheme code using the Guile debugger.  This section
887 describes how to use both gdb and the Guile Debugger.
888
889 @menu
890 * Debugging overview::
891 * Debugging C++ code::
892 * Debugging Scheme code::
893 @end menu
894
895 @node Debugging overview
896 @subsection Debugging overview
897
898 Using a debugger simplifies troubleshooting in at least two ways.
899
900 First, breakpoints can be set to pause execution at any desired point.
901 Then, when execution has paused, debugger commands can be issued to
902 explore the values of various variables or to execute functions.
903
904 Second, the debugger can display a stack trace, which shows the
905 sequence in which functions have been called and the arguments
906 passed to the called functions.
907
908 @node Debugging C++ code
909 @subsection Debugging C++ code
910
911 The GNU debugger, gdb, is the principal tool for debugging C++ code.
912
913 @subheading Compiling LilyPond for use with gdb
914
915 In order to use gdb with LilyPond, it is necessary to compile
916 LilyPond with debugging information.  This is accomplished by running
917 the following commands in the main LilyPond source directory.
918
919 @example
920 ./configure  --disable-optimising
921 make
922 @end example
923
924 This will create a version of LilyPond containing debugging
925 information that will allow the debugger to tie the source code
926 to the compiled code.
927
928 You should not do @var{make install} if you want to use a debugger
929 with LilyPond.  The @var{make install} command will strip debugging
930 information from the LilyPond binary.
931
932 @subheading Typical gdb usage
933
934 Once you have compiled the Lilypond image with the necessary
935 debugging information it will have been written to a location in a
936 subfolder of your current working directory:
937
938 @example
939 out/bin/lilypond
940 @end example
941
942 This is important as you will need to let gdb know where to find the
943 image containing the symbol tables.  You can invoke gdb from the
944 command line using the following:
945
946 @example
947 gdb out/bin/lilypond
948 @end example
949 @noindent
950 This loads the LilyPond symbol tables into gdb.  Then, to run
951 LilyPond on @file{test.ly} under the debugger, enter the following:
952
953 @example
954 run test.ly
955 @end example
956
957 @noindent
958 at the gdb prompt.
959
960 As an alternative to running gdb at the command line you may try
961 a graphical interface to gdb such as ddd:
962
963 @example
964 ddd out/bin/lilypond
965 @end example
966
967 You can also use sets of standard gdb commands stored in a .gdbinit
968 file (see next section).
969
970 @subheading Typical .gdbinit files
971
972 The behavior of gdb can be readily customized through the use of a
973 @var{.gdbinit} file.  A @var{.gdbinit} file is a file named
974 @var{.gdbinit} (notice the @qq{.} at the beginning of the file name)
975 that is placed in a user's home directory.
976
977 The @var{.gdbinit} file below is from Han-Wen.  It sets breakpoints
978 for all errors and defines functions for displaying scheme objects
979 (ps), grobs (pgrob), and parsed music expressions (pmusic).
980
981 @example
982 file ~/lilypond-git/build/out/bin/lilypond
983 b programming_error
984 b Grob::programming_error
985
986 define ps
987    print ly_display_scm($arg0)
988 end
989 define pgrob
990   print ly_display_scm($arg0->self_scm_)
991   print ly_display_scm($arg0->mutable_property_alist_)
992   print ly_display_scm($arg0->immutable_property_alist_)
993   print ly_display_scm($arg0->object_alist_)
994 end
995 define pmusic
996   print ly_display_scm($arg0->self_scm_)
997   print ly_display_scm($arg0->mutable_property_alist_)
998   print ly_display_scm($arg0->immutable_property_alist_)
999 end
1000 @end example
1001
1002 @node Debugging Scheme code
1003 @subsection Debugging Scheme code
1004
1005 Scheme code can be developed using the Guile command line
1006 interpreter @code{top-repl}.  You can either investigate
1007 interactively using just Guile or you can use the debugging
1008 tools available within Guile.
1009
1010 @subheading Using Guile interactively with LilyPond
1011
1012 In order to experiment with Scheme programming in the LilyPond
1013 environment, it is necessary to have a Guile interpreter that
1014 has all the LilyPond modules loaded.  This requires the following
1015 steps.
1016
1017 First, define a Scheme symbol for the active module in the @file{.ly} file:
1018
1019 @example
1020 #(module-define! (resolve-module '(guile-user))
1021                  'lilypond-module (current-module))
1022 @end example
1023
1024 Now place a Scheme function in the @file{.ly} file that gives an
1025 interactive Guile prompt:
1026
1027 @example
1028 #(top-repl)
1029 @end example
1030
1031 When the @file{.ly} file is compiled, this causes the compilation to be
1032 interrupted and an interactive guile prompt to appear.  Once the
1033 guile prompt appears, the LilyPond active module must be set as the
1034 current guile module:
1035
1036 @example
1037 guile> (set-current-module lilypond-module)
1038 @end example
1039
1040 You can demonstrate these commands are operating properly by typing the name
1041 of a LilyPond public scheme function to check it has been defined:
1042
1043 @example
1044 guile> fret-diagram-verbose-markup
1045 #<procedure fret-diagram-verbose-markup (layout props marking-list)>
1046 @end example
1047
1048 If the LilyPond module has not been correctly loaded, an error
1049 message will be generated:
1050
1051 @example
1052 guile> fret-diagram-verbose-markup
1053 ERROR: Unbound variable: fret-diagram-verbose-markup
1054 ABORT: (unbound-variable)
1055 @end example
1056
1057 Once the module is properly loaded, any valid LilyPond Scheme
1058 expression can be entered at the interactive prompt.
1059
1060 After the investigation is complete, the interactive guile
1061 interpreter can be exited:
1062
1063 @example
1064 guile> (quit)
1065 @end example
1066
1067 The compilation of the @file{.ly} file will then continue.
1068
1069 @subheading Using the Guile debugger
1070
1071 To set breakpoints and/or enable tracing in Scheme functions, put
1072
1073 @example
1074 \include "guile-debugger.ly"
1075 @end example
1076
1077 in your input file after any scheme procedures you have defined in
1078 that file.  This will invoke the Guile command-line after having set
1079 up the environment for the debug command-line.  When your input file
1080 is processed, a guile prompt will be displayed.  You may now enter
1081 commands to set up breakpoints and enable tracing by the Guile debugger.
1082
1083 @subheading Using breakpoints
1084
1085 At the guile prompt, you can set breakpoints with
1086 the @code{set-break!} procedure:
1087
1088 @example
1089 guile> (set-break! my-scheme-procedure)
1090 @end example
1091
1092 Once you have set the desired breakpoints, you exit the guile repl frame
1093 by typing:
1094
1095 @example
1096 guile> (quit)
1097 @end example
1098
1099 Then, when one of the scheme routines for which you have set
1100 breakpoints is entered, guile will interrupt execution in a debug
1101 frame.  At this point you will have access to Guile debugging
1102 commands.  For a listing of these commands, type:
1103
1104 @example
1105 debug> help
1106 @end example
1107
1108 Alternatively you may code the breakpoints in your Lilypond source
1109 file using a command such as:
1110
1111 @example
1112 #(set-break! my-scheme-procedure)
1113 @end example
1114
1115 immediately after the @code{\include} statement.  In this case the
1116 breakpoint will be set straight after you enter the @code{(quit)}
1117 command at the guile prompt.
1118
1119 Embedding breakpoint commands like this is particularly useful if
1120 you want to look at how the Scheme procedures in the @file{.scm}
1121 files supplied with LilyPond work.  To do this, edit the file in
1122 the relevant directory to add this line near the top:
1123
1124 @example
1125 (use-modules (scm guile-debugger))
1126 @end example
1127
1128 Now you can set a breakpoint after the procedure you are interested
1129 in has been declared.  For example, if you are working on routines
1130 called by @var{print-book-with} in @file{lily-library.scm}:
1131
1132 @example
1133 (define (print-book-with parser book process-procedure)
1134   (let* ((paper (ly:parser-lookup parser '$defaultpaper))
1135          (layout (ly:parser-lookup parser '$defaultlayout))
1136          (outfile-name (get-outfile-name parser)))
1137     (process-procedure book paper layout outfile-name)))
1138
1139 (define-public (print-book-with-defaults parser book)
1140   (print-book-with parser book ly:book-process))
1141
1142 (define-public (print-book-with-defaults-as-systems parser book)
1143   (print-book-with parser book ly:book-process-to-systems))
1144
1145 @end example
1146
1147 At this point in the code you could add this to set a breakpoint at
1148 print-book-with:
1149
1150 @example
1151 (set-break! print-book-with)
1152 @end example
1153
1154 @subheading Tracing procedure calls and evaluator steps
1155
1156 Two forms of trace are available:
1157
1158 @example
1159 (set-trace-call! my-scheme-procedure)
1160 @end example
1161
1162 and
1163
1164 @example
1165 (set-trace-subtree! my-scheme-procedure)
1166 @end example
1167
1168 @code{set-trace-call!} causes Scheme to log a line to the standard
1169 output to show when the procedure is called and when it exits.
1170
1171 @code{set-trace-subtree!} traces every step the Scheme evaluator
1172 performs in evaluating the procedure.
1173
1174 @node Tracing object relationships
1175 @section Tracing object relationships
1176
1177 Understanding the LilyPond source often boils down to figuring out what
1178 is happening to the Grobs.  Where (and why) are they being created,
1179 modified and destroyed? Tracing Lily through a debugger in order to
1180 identify these relationships can be time-consuming and tedious.
1181
1182 In order to simplify this process, a facility has been added to
1183 display the grobs that are created and the properties that are set
1184 and modified.  Although it can be complex to get set up, once set up
1185 it easily provides detailed information about the life of grobs
1186 in the form of a network graph.
1187
1188 Each of the steps necessary to use the graphviz utility
1189 is described below.
1190
1191 @enumerate
1192
1193 @item Installing graphviz
1194
1195 In order to create the graph of the object relationships, it is
1196 first necessary to install Graphviz.  Graphviz is available for a
1197 number of different platforms:
1198
1199 @example
1200 @uref{http://www.graphviz.org/Download..php}
1201 @end example
1202
1203 @item Modifying config.make
1204
1205 In order for the Graphviz tool to work, config.make must be modified.
1206 It is probably a good idea to first save a copy of config.make under
1207 a different name.  Then, edit config.make by removing every occurrence
1208 of @option{-DNDEBUG}.
1209
1210 @item Rebuilding LilyPond
1211
1212 The executable code of LilyPond must be rebuilt from scratch:
1213
1214 @example
1215 make -C lily clean && make -C lily
1216 @end example
1217
1218 @item Create a graphviz-compatible @file{.ly} file
1219
1220 In order to use the graphviz utility, the @file{.ly} file must include
1221 @file{ly/graphviz-init.ly}, and should then specify the
1222 grobs and symbols that should be tracked.  An example of this
1223 is found in @file{input/regression/graphviz.ly}.
1224
1225 @item Run lilypond with output sent to a log file
1226
1227 The Graphviz data is sent to stderr by lilypond, so it is
1228 necessary to redirect stderr to a logfile:
1229
1230 @example
1231 lilypond graphviz.ly 2> graphviz.log
1232 @end example
1233
1234 @item Edit the logfile
1235
1236 The logfile has standard lilypond output, as well as the Graphviz
1237 output data.  Delete everything from the beginning of the file
1238 up to but not including the first occurrence of @code{digraph}.
1239
1240 Also, delete the final lilypond message about success from the end
1241 of the file.
1242
1243 @item Process the logfile with @code{dot}
1244
1245 The directed graph is created from the log file with the program
1246 @code{dot}:
1247
1248 @example
1249 dot -Tpdf graphviz.log > graphviz.pdf
1250 @end example
1251
1252 @end enumerate
1253
1254 The pdf file can then be viewed with any pdf viewer.
1255
1256 When compiled without @option{-DNDEBUG}, lilypond may run slower
1257 than normal.  The original configuration can be restored by either
1258 renaming the saved copy of @code{config.make} or rerunning
1259 @code{configure}.  Then rebuild lilypond with
1260
1261 @example
1262 make -C lily clean && make -C lily
1263 @end example
1264
1265
1266 @node Adding or modifying features
1267 @section Adding or modifying features
1268
1269 When a new feature is to be added to LilyPond, it is necessary to
1270 ensure that the feature is properly integrated to maintain
1271 its long-term support.  This section describes the steps necessary
1272 for feature addition and modification.
1273
1274
1275 @menu
1276 * Write the code::
1277 * Write regression tests::
1278 * Write convert-ly rule::
1279 * Automatically update documentation::
1280 * Manually update documentation::
1281 * Edit changes.tely::
1282 * Verify successful build::
1283 * Verify regression tests::
1284 * Post patch for comments::
1285 * Push patch::
1286 * Closing the issues::
1287 @end menu
1288
1289 @node Write the code
1290 @subsection Write the code
1291
1292 You should probably create a new git branch for writing the code, as that
1293 will separate it from the master branch and allow you to continue
1294 to work on small projects related to master.
1295
1296 Please be sure to follow the rules for programming style discussed
1297 earlier in this chapter.
1298
1299
1300 @node Write regression tests
1301 @subsection Write regression tests
1302
1303 In order to demonstrate that the code works properly, you will
1304 need to write one or more regression tests.  These tests are
1305 typically @file{.ly} files that are found in @file{input/regression}.
1306
1307 Regression tests should be as brief as possible to demonstrate the
1308 functionality of the code.
1309
1310 Regression tests should generally cover one issue per test.  Several
1311 short, single-issue regression tests are preferred to a single, long,
1312 multiple-issue regression test.
1313
1314 If the change in the output is small or easy to overlook, use bigger
1315 staff size -- 40 or more (up to 100 in extreme cases).  Size 30 means
1316 "pay extra attention to details in general".
1317
1318 Use existing regression tests as templates to demonstrate the type of
1319 header information that should be included in a regression test.
1320
1321
1322 @node Write convert-ly rule
1323 @subsection Write convert-ly rule
1324
1325 If the modification changes the input syntax, a convert-ly rule
1326 should be written to automatically update input files from older
1327 versions.
1328
1329 convert-ly rules are found in python/convertrules.py
1330
1331 If possible, the convert-ly rule should allow automatic updating
1332 of the file.  In some cases, this will not be possible, so the
1333 rule will simply point out to the user that the feature needs
1334 manual correction.
1335
1336 @subsubheading Updating version numbers
1337
1338 If a development release occurs between you writing your patch and
1339 having it approved+pushed, you will need to update the version
1340 numbers in your tree.  This can be done with:
1341
1342 @example
1343 scripts/auxiliar/update-patch-version old.version.number new.version.number
1344 @end example
1345
1346 It will change all files in git, so use with caution and examine
1347 the resulting diff.
1348
1349
1350 @node Automatically update documentation
1351 @subsection Automatically update documentation
1352
1353 @command{convert-ly} should be used to update the documentation,
1354 the snippets, and the regression tests.  This not only makes the
1355 necessary syntax changes, it also tests the @command{convert-ly}
1356 rules.
1357
1358 The automatic updating is performed by moving to the top-level
1359 source directory, then running:
1360
1361 @example
1362 scripts/auxiliar/update-with-convert-ly.sh
1363 @end example
1364
1365 If you did an out-of-tree build, pass in the relative path:
1366
1367 @example
1368 BUILD_DIR=../build-lilypond/ scripts/auxiliar/update-with-convert-ly.sh
1369 @end example
1370
1371
1372 @node Manually update documentation
1373 @subsection Manually update documentation
1374
1375 Where the convert-ly rule is not able to automatically update the inline
1376 lilypond code in the documentation (i.e. if a NOT_SMART rule is used), the
1377 documentation must be manually updated.  The inline snippets that require
1378 changing must be changed in the English version of the docs and all
1379 translated versions.  If the inline code is not changed in the
1380 translated documentation, the old snippets will show up in the
1381 English version of the documentation.
1382
1383 Where the convert-ly rule is not able to automatically update snippets
1384 in Documentation/snippets/, those snippets must be manually updated.
1385 Those snippets should be copied to Documentation/snippets/new.  The
1386 comments at the top of the snippet describing its automatic generation
1387 should be removed.  All translated texidoc strings should be removed.
1388 The comment @qq{% begin verbatim} should be removed.  The syntax of
1389 the snippet should then be manually edited.
1390
1391 Where snippets in Documentation/snippets are made obsolete, the snippet
1392 should be copied to Documentation/snippets/new.  The comments and
1393 texidoc strings should be removed as described above.  Then the body
1394 of the snippet should be changed to:
1395
1396 @example
1397 \markup @{
1398   This snippet is deprecated as of version X.Y.Z and
1399   will be removed from the documentation.
1400 @}
1401 @end example
1402
1403 @noindent
1404 where X.Y.Z is the version number for which the convert-ly rule was
1405 written.
1406
1407 Update the snippet files by running:
1408
1409 @example
1410 scripts/auxiliar/makelsr.py
1411 @end example
1412
1413 Where the convert-ly rule is not able to automatically update regression
1414 tests, the regression tests in input/regression should be manually
1415 edited.
1416
1417 Although it is not required, it is helpful if the developer
1418 can write relevant material for inclusion in the Notation
1419 Reference.  If the developer does not feel qualified to write
1420 the documentation, a documentation editor will be able to
1421 write it from the regression tests.  The text that is added to
1422 or removed from the documentation should be changed only in
1423 the English version.
1424
1425
1426 @node Edit changes.tely
1427 @subsection Edit changes.tely
1428
1429 An entry should be added to Documentation/changes.tely to describe
1430 the feature changes to be implemented.  This is especially important
1431 for changes that change input file syntax.
1432
1433 Hints for changes.tely entries are given at the top of the file.
1434
1435 New entries in changes.tely go at the top of the file.
1436
1437 The changes.tely entry should be written to show how the new change
1438 improves LilyPond, if possible.
1439
1440
1441 @node Verify successful build
1442 @subsection Verify successful build
1443
1444 When the changes have been made, successful completion must be
1445 verified by doing
1446
1447 @example
1448 make all
1449 make doc
1450 @end example
1451
1452 When these commands complete without error, the patch is
1453 considered to function successfully.
1454
1455 Developers on Windows who are unable to build LilyPond should
1456 get help from a GNU/Linux or OSX developer to do the make tests.
1457
1458
1459 @node Verify regression tests
1460 @subsection Verify regression tests
1461
1462 In order to avoid breaking LilyPond, it is important to verify that
1463 the regression tests succeed, and that no unwanted changes are
1464 introduced into the output.  This process is described in
1465 @ref{Regtest comparison}.
1466
1467 @subheading Typical developer's edit/compile/test cycle
1468
1469 @itemize
1470 @item
1471 Initial test:
1472
1473 @example
1474 make [-j@var{X}]
1475 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] test-baseline
1476 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] check
1477 @end example
1478
1479 @item
1480 Edit/compile/test cycle:
1481
1482 @example
1483 @emph{## edit source files, then...}
1484
1485 make clean                       @emph{## only if needed (see below)}
1486 make [-j@var{X}]                       @emph{## only if needed (see below)}
1487 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] test-redo @emph{## redo files differing from baseline}
1488 make [-j@var{X} CPU_COUNT=@var{X}] check
1489 @end example
1490
1491 @item
1492 Reset:
1493
1494 @example
1495 make test-clean
1496 @end example
1497 @end itemize
1498
1499 If you modify any source files that have to be compiled (such as
1500 @file{.cc} or @file{.hh} files in @file{flower/} or @file{lily/}),
1501 then you must run @command{make} before @command{make test-redo},
1502 so @command{make} can compile the modified files and relink all
1503 the object files.  If you only modify files which are interpreted,
1504 like those in the @file{scm/} and @file{ly/} directories, then
1505 @command{make} is not needed before @command{make test-redo}.
1506
1507 Also, if you modify any font definitions in the @file{mf/}
1508 directory then you must run @command{make clean} and
1509 @command{make} before running @command{make test-redo}.  This will
1510 recompile everything, whether modified or not, and takes a lot
1511 longer.
1512
1513 Running @command{make@tie{}check} will leave an HTML page
1514 @file{out/test-results/index.html}.  This page shows all the
1515 important differences that your change introduced, whether in the
1516 layout, MIDI, performance or error reporting.
1517
1518 You only need to use @command{make test-clean} to start from
1519 scratch, prior to running @command{make@tie{}test-baseline}. To
1520 check new modifications, all that is needed is to repeat
1521 @command{make@tie{}test-redo} and @command{make@tie{}test-check}
1522 (not forgetting @command{make} if needed).
1523
1524
1525
1526
1527 @node Post patch for comments
1528 @subsection Post patch for comments
1529
1530 See @ref{Uploading a patch for review}.
1531
1532
1533 @node Push patch
1534 @subsection Push patch
1535
1536 Once all the comments have been addressed, the patch can be pushed.
1537
1538 If the author has push privileges, the author will push the patch.
1539 Otherwise, a developer with push privileges will push the patch.
1540
1541
1542 @node Closing the issues
1543 @subsection Closing the issues
1544
1545 Once the patch has been pushed, all the relevant issues should be
1546 closed.
1547
1548 On Rietveld, the author should log in and close the issue either by
1549 using the @q{Edit Issue} link, or by clicking the circled x icon
1550 to the left of the issue name.
1551
1552 If the changes were in response to a feature request on the Google
1553 issue tracker for LilyPond, the author should change the status to
1554 Fixed and a tag @q{fixed_x_y_z} should be added, where the patch was
1555 fixed in version x.y.z.  If
1556 the author does not have privileges to change the status, an email
1557 should be sent to bug-lilypond requesting the BugMeister to change
1558 the status.
1559
1560
1561 @node Iterator tutorial
1562 @section Iterator tutorial
1563
1564 TODO -- this is a placeholder for a tutorial on iterators
1565
1566 Iterators are routines written in C++ that process music expressions
1567 and sent the music events to the appropriate engravers and/or
1568 performers.
1569
1570 See a short example discussing iterators and their duties in
1571 @ref{Articulations on EventChord}.
1572
1573
1574 @node Engraver tutorial
1575 @section Engraver tutorial
1576
1577 Engravers are C++ classes that catch music events and
1578 create the appropriate grobs for display on the page.  Though the
1579 majority of engravers are responsible for the creation of a single grob,
1580 in some cases (e.g. @code{New_fingering_engraver}), several different grobs
1581 may be created.
1582
1583 Engravers listen for events and acknowledge grobs.  Events are passed to
1584 the engraver in time-step order during the iteration phase.  Grobs are
1585 made available to the engraver when they are created by other engravers
1586 during the iteration phase.
1587
1588
1589 @menu
1590 * Useful methods for information processing::
1591 * Translation process::
1592 * Preventing garbage collection for SCM member variables::
1593 * Listening to music events::
1594 * Acknowledging grobs::
1595 * Engraver declaration/documentation::
1596 @end menu
1597
1598 @node Useful methods for information processing
1599 @subsection Useful methods for information processing
1600
1601 An engraver inherits the following public methods from the Translator
1602 base class, which can be used to process listened events and acknowledged
1603 grobs:
1604
1605 @itemize
1606 @item @code{virtual void initialize ()}
1607 @item @code{void start_translation_timestep ()}
1608 @item @code{void process_music ()}
1609 @item @code{void process_acknowledged ()}
1610 @item @code{void stop_translation_timestep ()}
1611 @item @code{virtual void finalize ()}
1612 @end itemize
1613
1614 These methods are listed in order of translation time, with
1615 @code{initialize ()} and @code{finalize ()} bookending the whole
1616 process.  @code{initialize ()} can be used for one-time initialization
1617 of context properties before translation starts, whereas
1618 @code{finalize ()} is often used to tie up loose ends at the end of
1619 translation: for example, an unterminated spanner might be completed
1620 automatically or reported with a warning message.
1621
1622
1623 @node Translation process
1624 @subsection Translation process
1625
1626 At each timestep in the music, translation proceeds by calling the
1627 following methods in turn:
1628
1629 @code{start_translation_timestep ()} is called before any user
1630 information enters the translators, i.e., no property operations
1631 (\set, \override, etc.) or events have been processed yet.
1632
1633 @code{process_music ()} and @code{process_acknowledged ()} are called
1634 after all events in the current time step have been heard, or all
1635 grobs in the current time step have been acknowledged.  The latter
1636 tends to be used exclusively with engravers which only acknowledge
1637 grobs, whereas the former is the default method for main processing
1638 within engravers.
1639
1640 @code{stop_translation_timestep ()} is called after all user
1641 information has been processed prior to beginning the translation for
1642 the next timestep.
1643
1644
1645 @node Preventing garbage collection for SCM member variables
1646 @subsection Preventing garbage collection for SCM member variables
1647
1648 In certain cases, an engraver might need to ensure private Scheme
1649 variables (with type SCM) do not get swept away by Guile's garbage
1650 collector: for example, a cache of the previous key signature which
1651 must persist between timesteps.  The method
1652 @code{virtual derived_mark () const} can be used in such cases:
1653
1654 @example
1655 Engraver_name::derived_mark ()
1656 @{
1657   scm_gc_mark (private_scm_member_)
1658 @}
1659 @end example
1660
1661
1662 @node Listening to music events
1663 @subsection Listening to music events
1664
1665 External interfaces to the engraver are implemented by protected
1666 macros including one or more of the following:
1667
1668 @itemize
1669 @item @code{DECLARE_TRANSLATOR_LISTENER (event_name)}
1670 @item @code{IMPLEMENT_TRANSLATOR_LISTENER (Engraver_name, event_name)}
1671 @end itemize
1672
1673 @noindent
1674 where @var{event_name} is the type of event required to provide the
1675 input the engraver needs and @var{Engraver_name} is the name of the
1676 engraver.
1677
1678 Following declaration of a listener, the method is implemented as follows:
1679
1680 @example
1681 IMPLEMENT_TRANSLATOR_LISTENER (Engraver_name, event_name)
1682 void
1683 Engraver_name::listen_event_name (Stream event *event)
1684 @{
1685   ...body of listener method...
1686 @}
1687 @end example
1688
1689
1690 @node Acknowledging grobs
1691 @subsection Acknowledging grobs
1692
1693 Some engravers also need information from grobs as they are created
1694 and as they terminate.  The mechanism and methods to obtain this
1695 information are set up by the macros:
1696
1697 @itemize
1698 @item @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (grob_interface)}
1699 @item @code{DECLARE_END_ACKNOWLEDGER (grob_interface)}
1700 @end itemize
1701
1702 where @var{grob_interface} is an interface supported by the
1703 grob(s) which should be acknowledged.  For example, the following
1704 code would declare acknowledgers for a @code{NoteHead} grob (via the
1705 @code{note-head-interface}) and any grobs which support the
1706 @code{side-position-interface}:
1707
1708 @example
1709 @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (note_head)}
1710 @code{DECLARE_ACKNOWLEDGER (side_position)}
1711 @end example
1712
1713 The @code{DECLARE_END_ACKNOWLEDGER ()} macro sets up a spanner-specific
1714 acknowledger which will be called whenever a spanner ends.
1715
1716 Following declaration of an acknowledger, the method is coded as follows:
1717
1718 @example
1719 void
1720 Engraver_name::acknowledge_interface_name (Grob_info info)
1721 @{
1722   ...body of acknowledger method...
1723 @}
1724 @end example
1725
1726 Acknowledge functions are called in the order engravers are
1727 @code{\consist}-ed (the only exception is if you set
1728 @code{must-be-last} to @code{#t}).
1729
1730 If useful things are to be done to the acknowledged grobs, this
1731 should be deferred until all the acknowledging has finished, i.e.,
1732 store the acknowledged grobs and process the information in a
1733 @code{process-acknowledged ()} or @code{stop-translation-timestep ()} 
1734 function.
1735
1736
1737 @node Engraver declaration/documentation
1738 @subsection Engraver declaration/documentation
1739
1740 An engraver must have a public macro
1741
1742 @itemize
1743 @item @code{TRANSLATOR_DECLARATIONS (Engraver_name)}
1744 @end itemize
1745
1746 @noindent
1747 where @code{Engraver_name} is the name of the engraver.  This
1748 defines the common variables and methods used by every engraver.
1749
1750 At the end of the engraver file, one or both of the following
1751 macros are generally called to document the engraver in the
1752 Internals Reference:
1753
1754 @itemize
1755 @item @code{ADD_ACKNOWLEDGER (Engraver_name, grob_interface)}
1756 @item @code{ADD_TRANSLATOR (Engraver_name, Engraver_doc,
1757     Engraver_creates, Engraver_reads, Engraver_writes)}
1758 @end itemize
1759
1760 @noindent
1761 where @code{Engraver_name} is the name of the engraver, @code{grob_interface}
1762 is the name of the interface that will be acknowledged,
1763 @code{Engraver_doc} is a docstring for the engraver,
1764 @code{Engraver_creates} is the set of grobs created by the engraver,
1765 @code{Engraver_reads} is the set of properties read by the engraver,
1766 and @code{Engraver_writes} is the set of properties written by
1767 the engraver.
1768
1769 The @code{ADD_ACKNOWLEDGER} and @code{ADD_TRANSLATOR} macros use a
1770 non-standard indentation system.  Each interface, grob, read property,
1771 and write property is on its own line, and the closing parenthesis
1772 and semicolon for the macro all occupy a separate line beneath the final
1773 interface or write property.  See existing engraver files for more
1774 information.
1775
1776
1777 @node Callback tutorial
1778 @section Callback tutorial
1779
1780 TODO -- This is a placeholder for a tutorial on callback functions.
1781
1782
1783 @node Understanding pure properties
1784 @section Understanding pure properties
1785
1786 @menu
1787 * Purity in LilyPond::
1788 * Writing a pure function::
1789 * How purity is defined and stored::
1790 * Where purity is used::
1791 * Case studies::
1792 * Debugging tips::
1793 @end menu
1794
1795 Pure properties are some of the most difficult properties to understand
1796 in LilyPond but, once understood, it is much easier to work with
1797 horizontal spacing.  This document provides an overview of what it means
1798 for something to be @q{pure} in LilyPond, what this purity guarantees,
1799 and where pure properties are stored and used.  It finishes by
1800 discussing a few case studies for the pure programmer to save you some
1801 time and to prevent you some major headaches.
1802
1803
1804 @node Purity in LilyPond
1805 @subsection Purity in LilyPond
1806 Pure properties in LilyPond that do not have any @q{side effects}.
1807 That is, looking up a pure property should never result in calls to the
1808 following functions:
1809 @itemize
1810 @item @code{set_property}
1811 @item @code{set_object}
1812 @item @code{suicide}
1813 @end itemize
1814 This means that, if the property is calculated via a callback, this callback
1815 must not only avoid the functions above but make sure that any functions
1816 it calls also avoid the functions above.  Also, to date in LilyPond, a pure
1817 function will always return the same value before line breaking (or, more
1818 precisely, before any version of @code{break_into_pieces} is called).  This
1819 convention makes it possible to cache pure functions and be more flexible
1820 about the order in which functions are called. For example; Stem #'length has
1821 a pure property that will @emph{never} trigger one of the functions listed
1822 above and will @emph{always} return the same value before line breaking,
1823 independent of where it is called.  Sometimes, this will be the actual length
1824 of the Stem.  But sometimes it will not.  For example; stem that links up
1825 with a beam will need its end set to the Y position of the beam at the stem's
1826 X position.  However, the beam's Y positions can only be known after the score
1827 is broken up in to several systems (a beam that has a shallow slope on a
1828 compressed line of music, for example, may have a steeper one on an
1829 uncompressed line).  Thus, we only call the impure version of the properties
1830 once we are @emph{absolutely certain} that all of the parameters needed to
1831 calculate their final value have been calculated.  The pure version provides a
1832 useful estimate of what this Stem length (or any property) will be, and
1833 the art of creating good pure properties is trying to get the estimation
1834 as close to the actual value as possible.
1835
1836 Of course, like Gregory Peck and Tintin, some Grobs will have properties
1837 that will always be pure.  For example, the height of a note-head in
1838 not-crazy music will never depend on line breaking or other parameters
1839 decided late in the typesetting process.  Inversely, in rare cases,
1840 certain properties are difficult to estimate with pure values.  For
1841 example, the height of a Hairpin at a certain cross-section of its
1842 horizontal span is difficult to know without knowing the horizontal
1843 distance that the hairpin spans, and LilyPond provides an
1844 over-estimation by reporting the pure height as the entire height of the
1845 Hairpin.
1846
1847 Purity, like for those living in a convent, is more like a contract than
1848 an @emph{a priori}.  If you write a pure-function, you are promising
1849 the user (and the developer who may have to clean up after you) that
1850 your function will not be dependent on factors that change at different
1851 stages of the compilation process (compilation of a score, not of
1852 LilyPond).
1853
1854 One last oddity is that purity, in LilyPond, is currently limited
1855 exclusively to things that have to do with Y-extent and positioning.
1856 There is no concept of @q{pure X} as, by design, X is always the
1857 independent variable (i.e. from column X1 to column X2, what will be the
1858 Y height of a given grob).  Furthermore, there is no purity for
1859 properties like color, text, and other things for which a meaningful notion
1860 of estimation is either not necessary or has not yet been found.  For example,
1861 even if a color were susceptible to change at different points of the
1862 compilation process, it is not clear what a pure estimate of this color
1863 would be or how this pure color could be used.  Thus, in this document and
1864 in the source, you will see purity discussed almost interchangeably with
1865 Y-axis positioning issues.
1866
1867
1868 @node Writing a pure function
1869 @subsection Writing a pure function
1870 Pure functions take, at a minimum, three arguments: the @var{grob}, the
1871 starting column at which the function is being evaluated (hereafter
1872 referred to as @var{start}), and the end column at which the grob is
1873 being evaluated (hereafter referred to as @var{end}).  For items,
1874 @var{start} and @var{end} must be provided (meaning they are not optional)
1875 but will not have a meaningful impact on the result, as items only occupy
1876 one column and will thus yield a value or not (if they are not in the range
1877 from @var{start} to @var{end}).  For spanners however, @var{start} and
1878 @var{end} are important, as we may can get a better pure estimation of a
1879 slice of the spanner than considering it on the whole.  This is useful
1880 during line breaking, for example, when we want to estimate the Y-extent
1881 of a spanner broken at given starting and ending columns.
1882
1883
1884 @node How purity is defined and stored
1885 @subsection How purity is defined and stored
1886 Purity can currently be defined two different ways in LilyPond that
1887 correspond to two types of scenarios.  In one scenario, we know that a
1888 callback is pure, but we are not necessarily certain what properties
1889 will use this callback.  In another, we want a property to be pure, but
1890 we don't want to guarantee that its callback function will be pure in
1891 all circumstances.
1892
1893 In the first scenario, we register the callback in define-grobs.scm in
1894 one of four places depending on what the function does.
1895
1896 @itemize
1897 @item @code{pure-print-functions}: If finding a print function's vertical
1898 extent does not have any @q{side effects} we register it here. We then
1899 don't have to set the pure Y-extent property, which will be taken from the
1900 stencil.
1901
1902 @item @code{pure-print-to-height-conversions}: If a stencil can
1903 eventually be used to glean a grob's Y-extent but is not pure (meaning
1904 it will have a different height at different stages of the compilation
1905 process), we add it to this list along with a function for the pure
1906 Y-extent.
1907
1908 @item @code{pure-conversions-alist}: This list contains pairs of
1909 functions and their pure equivalents.  It is onto but not one-to-one.
1910
1911 @item @code{pure-functions}: Like pure-print-functions in that they work
1912 for both pure and impure values, but they do not return a stencil.
1913 @end itemize
1914
1915 At all stages of the compilation process, when LilyPond wants the pure
1916 version of a property, it will consult these lists and see if it can get
1917 this property for a given Grob.  Note that you do @emph{not} need to
1918 register the pure property in the grob itself.  For example, there is no
1919 property @q{pure-Y-extent}.  Rather, by registering these functions as
1920 defined above, every time LilyPond needs a pure property, it will check
1921 to see if a Grob contains one of these functions and, if so, will use
1922 its value.  If LilyPond cannot get a pure function, it will return a
1923 value of @code{##f} for the property.
1924
1925 LilyPond is smart enough to know if a series of chained functions are
1926 pure.  For example, if a Y-offset property has four chained functions
1927 and all of them have pure equivalents, LilyPond will read the four pure
1928 equivalents when calculating the pure property.  However, if even one is
1929 impure, LilyPond will not return a pure property for the offset (instead
1930 returning something like @code{#f} or @code{'()}) and will likely wreak
1931 havoc on your score.
1932
1933 In the second scenario, we create an unpure-pure-container (unpure is
1934 not a word, but hey, neither was Lilypond until the 90s).  For example:
1935
1936 @example
1937 #(define (foo grob)
1938   '(-1 . 1))
1939
1940 #(define (bar grob start end)
1941   '(-2 . 2))
1942
1943 \override Stem #'length = #(ly:make-unpure-pure-container foo bar)
1944 @end example
1945
1946 This is useful if we want to:
1947
1948 @itemize
1949 @item create overrides that have pure alternatives (should not be used
1950 in development, but useful for users)
1951
1952 @item use return values that are not functions (i.e. pairs or booleans)
1953 for either pure or unpure values.
1954
1955 @item allow a function to be considered pure in a limited amount of
1956 circumstances.  This is useful if we are sure that, when associated with
1957 one grob a function will be pure but not necessarily with another grob
1958 that has different callbacks.
1959 @end itemize
1960
1961 Items can only ever have two pure heights: their actual pure height if
1962 they are between @q{start} and @q{end}, or an empty interval if they are
1963 not.  Thus, their pure property is cached to speed LilyPond up.  Pure
1964 heights for spanners are generally not cached as they change depending
1965 on the start and end values.  They are only cached in certain particular
1966 cases.  Before writing a lot of caching code, make sure that it is a
1967 value that will be reused a lot.
1968
1969
1970 @node Where purity is used
1971 @subsection Where purity is used
1972 Pure Y values must be used in any functions that are called before
1973 line breaking.  Examples of this can be seen in
1974 @code{Separation_items::boxes} to construct horizontal skylines and in
1975 @code{Note_spacing::stem_dir_correction} to correct for optical
1976 illusions in spacing.  Pure properties are also used in the calculation
1977 of other pure properties.  For example, the @code{Axis_group_interface}
1978 has pure functions that look up other pure functions.
1979
1980 Purity is also implicitly used in any functions that should only ever
1981 return pure values.  For example, extra-spacing-height is only ever used
1982 before line-breaking and thus should never use values that would only be
1983 available after line breaking.  In this case, there is no need to create
1984 callbacks with pure equivalents because these functions, by design, need
1985 to be pure.
1986
1987 To know if a property will be called before and/or after line-breaking
1988 is sometimes tricky and can, like all things in coding, be found by
1989 using a debugger and/or adding @var{printf} statements to see where they
1990 are called in various circumstances.
1991
1992
1993 @node Case studies
1994 @subsection Case studies
1995 In each of these case studies, we expose a problem in pure properties, a
1996 solution, and the pros and cons of this solution.
1997
1998 @subheading Time signatures
1999 A time signature needs to prevent accidentals from passing over or under
2000 it, but its extent does not necessarily extend to the Y-position of
2001 accidentals.  LilyPond's horizontal spacing sometimes makes a line of
2002 music compact and, when doing so, allows certain columns to pass over
2003 each other if they will not collide.  This type of passing over is not
2004 desirable with time signatures in traditional engraving.  But how do we
2005 know if this passing over will happen before line breaking, as we are
2006 not sure what the X positions will be?  We need a pure estimation of how
2007 much extra spacing height the time signatures would need to prevent this
2008 form of passing over without making this height so large as to
2009 overly-distort the Y-extent of an system, which could result in a very
2010 @q{loose} looking score with lots of horizontal space between columns.
2011 So, to approximate this extra spacing height, we use the Y-extent of a
2012 time signature's next-door-neighbor grobs via the pure-from-neighbor
2013 interface.
2014
2015 @itemize
2016 @item pros: By extending the extra spacing height of a time signature to
2017 that of its next-door-neighbors, we make sure that grobs to the right of
2018 it that could pass above or below it do not.
2019
2020 @item cons: This over-estimation of the vertical height could prevent
2021 snug vertical spacing of systems, as the system will be registered as
2022 being taller at the point of the time signature than it actually is.
2023 This approach can be used for clefs and bar lines as well.
2024 @end itemize
2025
2026 @subheading Stems
2027 As described above, Stems need pure height approximations when they are
2028 beamed, as we do not know the beam positions before line breaking.  To
2029 estimate this pure height, we take all the stems in a beam and find
2030 their pure heights as if they were not beamed.  Then, we find the union
2031 of all these pure heights and take the intersection between this
2032 interval (which is large) and an interval going from the note-head of a
2033 stem to infinity in the direction of the stem so that the interval stops
2034 at the note head.
2035
2036 @itemize
2037 @item pros: This is guaranteed to be at least as long as the beamed
2038 stem, as a beamed stem will never go over the ideal length of the
2039 extremal beam of a stem.
2040
2041 @item cons: Certain stems will be estimated as being too long, which
2042 leads to the same problem of too-much-vertical-height as described
2043 above.
2044
2045 @end itemize
2046
2047
2048 @node Debugging tips
2049 @subsection Debugging tips
2050 A few questions to ask yourself when working with pure properties:
2051
2052 @itemize
2053 @item Is the property really pure?  Are you sure that its value could
2054 not be changed later in the compiling process due to other changes?
2055
2056 @item Can the property be made to correspond even more exactly with the
2057 eventual impure property?
2058
2059 @item For a spanner, is the pure property changing correctly depending
2060 on the starting and ending points of the spanner?
2061
2062 @item For an Item, will the item's pure height need to act in horizontal
2063 spacing but not in vertical spacing?  If so, use extra-spacing-height
2064 instead of pure height.
2065
2066 @end itemize
2067
2068
2069 @node LilyPond scoping
2070 @section LilyPond scoping
2071
2072 The Lilypond language has a concept of scoping, i.e. you can do:
2073
2074 @example
2075 foo = 1
2076
2077 #(begin
2078    (display (+ foo 2)))
2079 @end example
2080
2081 @noindent with @code{\paper}, @code{\midi} and @code{\header} being
2082 nested scope inside the @file{.ly} file-level scope.  @w{@code{foo = 1}}
2083 is translated in to a scheme variable definition.
2084
2085 This implemented using modules, with each scope being an anonymous
2086 module that imports its enclosing scope's module.
2087
2088 Lilypond's core, loaded from @file{.scm} files, is usually placed in the
2089 @code{lily} module, outside the @file{.ly} level.  In the case of
2090
2091 @example
2092 lilypond a.ly b.ly
2093 @end example
2094
2095 @noindent
2096 we want to reuse the built-in definitions, without changes effected in
2097 user-level @file{a.ly} leaking into the processing of @file{b.ly}.
2098
2099 The user-accessible definition commands have to take care to avoid
2100 memory leaks that could occur when running multiple files.  All
2101 information belonging to user-defined commands and markups is stored in
2102 a manner that allows it to be garbage-collected when the module is
2103 dispersed, either by being stored module-locally, or in weak hash
2104 tables.
2105
2106
2107 @node Scheme->C interface
2108 @section Scheme->C interface
2109
2110 Most of the C functions interfacing with Guile/Scheme used in LilyPond
2111 are described in the API Reference of the
2112 @uref{http://www.gnu.org/software/guile/manual/html_node/index.html,
2113 GUILE Reference Manual}.
2114
2115 The remaining functions are defined in @file{lily/lily-guile.cc},
2116 @file{lily/include/lily-guile.hh} and
2117 @file{lily/include/lily-guile-macros.hh}.
2118 Although their names are meaningful there's a few things you should know
2119 about them.
2120
2121 @menu
2122 * Comparison::
2123 * Conversion::
2124 @end menu
2125
2126 @node Comparison
2127 @subsection Comparison
2128
2129 This is the trickiest part of the interface.
2130
2131 Mixing Scheme values with C comparison operators won't produce any crash
2132 or warning when compiling but must be avoided:
2133
2134 @example
2135 scm_string_p (scm_value) == SCM_BOOL_T
2136 @end example
2137
2138 As we can read in the reference, @code{scm_string_p} returns a Scheme
2139 value: either @code{#t} or @code{#f} which are written @code{SCM_BOOL_T}
2140 and @code{SCM_BOOL_F} in C.  This will work, but it is not following
2141 to the API guidelines.  For further information, read this discussion:
2142
2143 @smallexample
2144 @uref{http://lists.gnu.org/archive/html/lilypond-devel/2011-08/msg00646.html}
2145 @end smallexample
2146
2147 There are functions in the Guile reference that returns C values
2148 instead of Scheme values.  In our example, a function called
2149 @code{scm_is_string} (described after @code{string?} and @code{scm_string_p})
2150 returns the C value 0 or 1.
2151
2152 So the best solution was simply:
2153
2154 @example
2155 scm_is_string (scm_value)
2156 @end example
2157
2158 There a simple solution for almost every common comparison.  Another example:
2159 we want to know if a Scheme value is a non-empty list.  Instead of:
2160
2161 @example
2162 (scm_is_true (scm_list_p (scm_value)) && scm_value != SCM_EOL)
2163 @end example
2164
2165 one can usually use:
2166
2167 @example
2168 scm_is_pair (scm_value)
2169 @end example
2170
2171 since a list of at least one member is a pair.  This test is
2172 cheap; @code{scm_list_p} is actually quite more complex since it makes
2173 sure that its argument is neither a `dotted list' where the last pair
2174 has a non-null @code{cdr}, nor a circular list.  There are few
2175 situations where the complexity of those tests make sense.
2176
2177 Unfortunately, there is not a @code{scm_is_[something]} function for
2178 everything.  That's one of the reasons why LilyPond has its own Scheme
2179 interface.  As a rule of thumb, tests that are cheap enough to be
2180 worth inlining tend to have such a C interface.  So there is
2181 @code{scm_is_pair} but not @code{scm_is_list}, and @code{scm_is_eq}
2182 but not @code{scm_is_equal}.
2183
2184 @subheading General definitions
2185
2186 @subsubheading bool to_boolean (SCM b)
2187
2188 Return @code{true} if @var{b} is @code{SCM_BOOL_T}, else return @code{false}.
2189
2190 This should be used instead of @code{scm_is_true} and
2191 @code{scm_is_false} for properties since in Lilypond, unset properties
2192 are read as an empty list, and by convention unset Boolean properties
2193 default to false.  Since both @code{scm_is_true} and
2194 @code{scm_is_false} only compare with @code{##f} in line with what
2195 Scheme's conditionals do, they are not really useful for checking the
2196 state of a Boolean property.
2197
2198 @subsubheading bool ly_is_[something] (args)
2199
2200 Behave the same as scm_is_[something] would do if it existed.
2201
2202 @subsubheading bool is_[type] (SCM s)
2203
2204 Test whether the type of @var{s} is [type].
2205 [type] is a LilyPond-only set of values (direction, axis...).  More
2206 often than not, the code checks Lilypond specific C++-implemented
2207 types using
2208
2209 @subsubheading [type *] unsmob_[type] (SCM s)
2210
2211 This tries converting a Scheme object to a pointer of the desired
2212 kind.  If the Scheme object is of the wrong type, a pointer value
2213 of@w{ }@code{0} is returned, making this suitable for a Boolean test.
2214
2215 @node Conversion
2216 @subsection Conversion
2217
2218 @subheading General definitions
2219
2220 @subsubheading bool to_boolean (SCM b)
2221
2222 Return @code{true} if @var{b} is @code{SCM_BOOL_T}, else return @code{false}.
2223
2224 This should be used instead of @code{scm_is_true} and @code{scm_is_false}
2225 for properties since empty lists are sometimes used to unset them.
2226
2227 @subsubheading [C type] ly_scm2[C type] (SCM s)
2228
2229 Behave the same as scm_to_[C type] would do if it existed.
2230
2231 @subsubheading [C type] robust_scm2[C type] (SCM s, [C type] d)
2232
2233 Behave the same as scm_to_[C type] would do if it existed.
2234 Return @var{d} if type verification fails.
2235
2236
2237 @node LilyPond miscellany
2238 @section LilyPond miscellany
2239
2240 This is a place to dump information that may be of use to developers
2241 but doesn't yet have a proper home.  Ideally, the length of this section
2242 would become zero as items are moved to other homes.
2243
2244
2245 @menu
2246 * Spacing algorithms::
2247 * Info from Han-Wen email::
2248 * Music functions and GUILE debugging::
2249 * Articulations on EventChord::
2250 @end menu
2251
2252 @node Spacing algorithms
2253 @subsection Spacing algorithms
2254
2255 Here is information from an email exchange about spacing algorithms.
2256
2257 On Thu, 2010-02-04 at 15:33 -0500, Boris Shingarov wrote:
2258 I am experimenting with some modifications to the line breaking code,
2259 and I am stuck trying to understand how some of it works.  So far my
2260 understanding is that Simple_spacer operates on a vector of Grobs, and
2261 it is a well-known Constrained-QP problem (rods = constraints, springs
2262 = quadratic function to minimize).  What I don't understand is, if the
2263 spacer operates at the level of Grobs, which are built at an earlier
2264 stage in the pipeline, how are the changes necessitated by differences
2265 in line breaking, taken into account?  in other words, if I take the
2266 last measure of a line and place it on the next line, it is not just a
2267 matter of literally moving that graphic to where the start of the next
2268 line is, but I also need to draw a clef, key signature, and possibly
2269 other fundamental things -- but at that stage in the rendering
2270 pipeline, is it not too late??
2271
2272 Joe Neeman answered:
2273
2274 We create lots of extra grobs (eg. a BarNumber at every bar line) but
2275 most of them are not drawn.  See the break-visibility property in
2276 item-interface.
2277
2278 Here is another e-mail exchange.  Janek Warchoł asked for a starting point
2279 to fixing 1301 (change clef colliding with notes).  Neil Puttock replied:
2280
2281 The clef is on a loose column (it floats before the head), so the
2282 first place I'd look would be lily/spacing-loose-columns.cc (and
2283 possibly lily/spacing-determine-loose-columns.cc).
2284 I'd guess the problem is the way loose columns are spaced between
2285 other columns: in this snippet, the columns for the quaver and tuplet
2286 minim are so close together that the clef's column gets dumped on top
2287 of the quaver (since it's loose, it doesn't influence the spacing).
2288
2289 @node Info from Han-Wen email
2290 @subsection Info from Han-Wen email
2291
2292 In 2004, Douglas Linhardt decided to try starting a document that would
2293 explain LilyPond architecture and design principles.  The material below
2294 is extracted from that email, which can be found at
2295 @uref{http://thread.gmane.org/gmane.comp.gnu.lilypond.devel/2992}.
2296 The headings reflect questions from Doug or comments from Han-Wen;
2297 the body text are Han-Wen's answers.
2298
2299 @subheading Figuring out how things work.
2300
2301 I must admit that when I want to know how a program works, I use grep
2302 and emacs and dive into the source code.  The comments and the code
2303 itself are usually more revealing than technical documents.
2304
2305 @subheading What's a grob, and how is one used?
2306
2307 Graphical object - they are created from within engravers, either as
2308 Spanners (derived class) -slurs, beams- or Items (also a derived
2309 class) -notes, clefs, etc.
2310
2311 There are two other derived classes System (derived from Spanner,
2312 containing a "line of music") and Paper_column (derived from Item, it
2313 contains all items that happen at the same moment).  They are separate
2314 classes because they play a special role in the linebreaking process.
2315
2316 @subheading What's a smob, and how is one used?
2317
2318 A C(++) object that is encapsulated so it can be used as a Scheme
2319 object.  See GUILE info, "19.3 Defining New Types (Smobs)"
2320
2321 @subheading When is each C++ class constructed and used?
2322
2323 @itemize
2324
2325 @item
2326 Music classes
2327
2328 In the parser.yy see the macro calls MAKE_MUSIC_BY_NAME().
2329
2330 @item
2331 Contexts
2332
2333 Constructed during "interpreting" phase.
2334
2335 @item
2336 Engravers
2337
2338 Executive branch of Contexts, plugins that create grobs, usually one
2339 engraver per grob type.  Created  together with context.
2340
2341 @item
2342 Layout Objects
2343
2344 = grobs
2345
2346 @item
2347 Grob Interfaces
2348
2349 These are not C++ classes per se.  The idea of a Grob interface hasn't
2350 crystallized well.  ATM, an interface is a symbol, with a bunch of grob
2351 properties.  They are not objects that are created or destroyed.
2352
2353 @item
2354 Iterators
2355
2356 Objects that walk through different music classes, and deliver events
2357 in a synchronized way, so that notes that play together are processed
2358 at the same moment and (as a result) end up on the same horizontal position.
2359
2360 Created during interpreting phase.
2361
2362 BTW, the entry point for interpreting is ly:run-translator
2363 (ly_run_translator on the C++ side)
2364
2365 @end itemize
2366
2367 @subheading Can you get to Context properties from a Music object?
2368
2369 You can create music object with a Scheme function that reads context
2370 properties (the \applycontext syntax).  However, that function is
2371 executed during Interpreting, so you can not really get Context
2372 properties from Music objects, since music objects are not directly
2373 connected to Contexts.  That connection is made by the  Music_iterators
2374
2375 @subheading Can you get to Music properties from a Context object?
2376
2377 Yes, if you are given the music object within a Context
2378 object.  Normally, the music objects enter Contexts in synchronized
2379 fashion, and the synchronization is done by Music_iterators.
2380
2381 @subheading What is the relationship between C++ classes and Scheme objects?
2382
2383 Smobs are C++ objects in Scheme.  Scheme objects (lists, functions) are
2384 manipulated from C++ as well using the GUILE C function interface
2385 (prefix: scm_)
2386
2387 @subheading How do Scheme procedures get called from C++ functions?
2388
2389 scm_call_*, where * is an integer from 0 to 4.
2390 Also scm_c_eval_string (), scm_eval ()
2391
2392 @subheading How do C++ functions get called from Scheme procedures?
2393
2394 Export a C++ function to Scheme with LY_DEFINE.
2395
2396 @subheading What is the flow of control in the program?
2397
2398 Good question.  Things used to be clear-cut, but we have Scheme
2399 and SMOBs now, which means that interactions do not follow a very
2400 rigid format anymore.  See below for an overview, though.
2401
2402 @subheading Does the parser make Scheme procedure calls or C++ function calls?
2403
2404 Both.  And the Scheme calls can call C++ and vice versa.  It's nested,
2405 with the SCM datatype as lubrication between the interactions
2406
2407 (I think the word "lubrication" describes the process better than the
2408 traditional word "glue")
2409
2410 @subheading How do the front-end and back-end get started?
2411
2412 Front-end: a file is parsed, the rest follows from that.  Specifically,
2413
2414 Parsing leads to a Music + Music_output_def object (see parser.yy,
2415 definition of toplevel_expression )
2416
2417 A Music + Music_output_def object leads to a Global_context object (see
2418 ly_run_translator ())
2419
2420 During interpreting, Global_context + Music leads to a bunch of
2421 Contexts (see Global_translator::run_iterator_on_me ()).
2422
2423 After interpreting, Global_context contains a Score_context (which
2424 contains staves, lyrics etc.) as a child.  Score_context::get_output ()
2425 spews a Music_output object (either a Paper_score object for notation
2426 or Performance object for MIDI).
2427
2428 The Music_output object is the entry point for the backend (see
2429 ly_render_output ()).
2430
2431 The main steps of the backend itself are in
2432
2433 @itemize
2434
2435 @item
2436 @file{paper-score.cc} , Paper_score::process_
2437
2438 @item
2439 @file{system.cc} , System::get_lines()
2440
2441 @item
2442 The step, where things go from grobs to output, is in
2443 System::get_line(): each grob delivers a Stencil (a Device
2444 independent output description), which is interpreted by our
2445 outputting backends (@file{scm/output-tex.scm} and
2446 @file{scm/output-ps.scm}) to produce TeX and PS.
2447
2448 @end itemize
2449
2450 Interactions between grobs and putting things into .tex and .ps files
2451 have gotten a little more complex lately.  Jan has implemented
2452 page-breaking, so now the backend also involves Paper_book,
2453 Paper_lines and other things.  This area is still heavily in flux, and
2454 perhaps not something you should want to look at.
2455
2456 @subheading How do the front-end and back-end communicate?
2457
2458 There is no communication from backend to front-end.  From front-end to
2459 backend is simply the program flow: music + definitions gives
2460 contexts, contexts yield output, after processing, output is written
2461 to disk.
2462
2463 @subheading Where is the functionality associated with KEYWORDs?
2464
2465 See @file{my-lily-lexer.cc} (keywords, there aren't that many)
2466 and @file{ly/*.ly} (most of the other backslashed @code{/\words} are identifiers)
2467
2468 @subheading What Contexts/Properties/Music/etc. are available when they are processed?
2469
2470 What do you mean exactly with this question?
2471
2472 See @file{ly/engraver-init.ly} for contexts,
2473 see @file{scm/define-*.scm} for other objects.
2474
2475 @subheading How do you decide if something is a Music, Context, or Grob property?
2476 Why is part-combine-status a Music property when it seems (IMO)
2477 to be related to the Staff context?
2478
2479 The Music_iterators and Context communicate through two channels
2480
2481 Music_iterators can set and read context properties, idem for
2482 Engravers and Contexts
2483
2484 Music_iterators can send "synthetic" music events (which aren't in
2485 the input) to a context.  These are caught by Engravers.  This is
2486 mostly a one way communication channel.
2487
2488 part-combine-status is part of such a synthetic event, used by
2489 Part_combine_iterator to communicate with Part_combine_engraver.
2490
2491
2492 @subheading Deciding between context and music properties
2493
2494 I'm adding a property to affect how \autochange works.  It seems to
2495 me that it should be a context property, but the Scheme autochange
2496 procedure has a Music argument.  Does this mean I should use
2497 a Music property?
2498
2499 \autochange is one of these extra strange beasts: it requires
2500 look-ahead to decide when to change staves.  This is achieved by
2501 running the interpreting step twice (see
2502 @file{scm/part-combiner.scm} , at the bottom), and
2503 storing the result of the first step (where to switch
2504 staves) in a Music property.  Since you want to influence that
2505 where-to-switch list, your must affect the code in
2506 make-autochange-music (@file{scm/part-combiner.scm}).
2507 That code is called directly from the parser and there are no
2508 official "parsing properties" yet, so there is no generic way
2509 to tune \autochange.  We would have to invent something new
2510 for this, or add a separate argument,
2511
2512 @example
2513     \autochange #around-central-C ..music..
2514 @end example
2515
2516 @noindent
2517 where around-central-C is some function that is called from
2518 make-autochange-music.
2519
2520 @subheading More on context and music properties
2521
2522 From Neil Puttock, in response to a question about transposition:
2523
2524 Context properties (using \set & \unset) are tied to engravers: they
2525 provide information relevant to the generation of graphical objects.
2526
2527 Since transposition occurs at the music interpretation stage, it has
2528 no direct connection with engravers: the pitch of a note is fixed
2529 before a notehead is created.  Consider the following minimal snippet:
2530
2531 @example
2532 @{ c' @}
2533 @end example
2534
2535 This generates (simplified) a NoteEvent, with its pitch and duration
2536 as event properties,
2537
2538 @example
2539 (make-music
2540   'NoteEvent
2541   'duration
2542   (ly:make-duration 2 0 1 1)
2543   'pitch
2544   (ly:make-pitch 0 0 0)
2545 @end example
2546
2547 which the Note_heads_engraver hears.  It passes this information on to
2548 the NoteHead grob it creates from the event, so the head's correct
2549 position and duration-log can be determined once it's ready for
2550 printing.
2551
2552 If we transpose the snippet,
2553
2554 @example
2555 \transpose c d @{ c' @}
2556 @end example
2557
2558 the pitch is changed before it reaches the engraver (in fact, it
2559 happens just after the parsing stage with the creation of a
2560 TransposedMusic music object):
2561
2562 @example
2563 (make-music
2564  'NoteEvent
2565  'duration
2566  (ly:make-duration 2 0 1 1)
2567  'pitch
2568  (ly:make-pitch 0 1 0)
2569 @end example
2570
2571 You can see an example of a music property relevant to transposition:
2572 untransposable.
2573
2574 @example
2575 \transpose c d @{ c'2 \withMusicProperty #'untransposable ##t c' @}
2576 @end example
2577
2578 -> the second c' remains untransposed.
2579
2580 Take a look at @file{lily/music.cc} to see where the transposition takes place.
2581
2582
2583 @subheading How do I tell about the execution environment?
2584
2585 I get lost figuring out what environment the code I'm looking at is in when it
2586 executes.  I found both the C++ and Scheme autochange code.  Then I was trying
2587 to figure out where the code got called from.  I finally figured out that the
2588 Scheme procedure was called before the C++ iterator code, but it took me a
2589 while to figure that out, and I still didn't know who did the calling in the
2590 first place.  I only know a little bit about Flex and Bison, so reading those
2591 files helped only a little bit.
2592
2593 @emph{Han-Wen:} GDB can be of help here.  Set a breakpoint in C++, and run.  When you
2594 hit the breakpoint, do a backtrace.  You can inspect Scheme objects
2595 along the way by doing
2596
2597 @example
2598 p ly_display_scm(obj)
2599 @end example
2600
2601 this will display OBJ through GUILE.
2602
2603 @node Music functions and GUILE debugging
2604 @subsection Music functions and GUILE debugging
2605
2606 Ian Hulin was trying to do some debugging in music functions, and
2607 came up with the following question
2608
2609 HI all,
2610 I'm working on the Guile Debugger Stuff, and would like to try
2611 debugging a music function definition such as:
2612
2613 @example
2614 conditionalMark = #(define-music-function (parser location) ()
2615     #@{ \tag #'instrumental-part @{\mark \default@}  #@} )
2616 @end example
2617
2618 It appears conditionalMark does not get set up as an
2619 equivalent of a Scheme
2620
2621 @example
2622 (define conditionalMark = define-music-function(parser location () ...
2623 @end example
2624
2625 @noindent
2626 although something gets defined because Scheme apparently recognizes
2627
2628 @example
2629 #(set-break! conditionalMark)
2630 @end example
2631
2632 @noindent
2633 later on in the file without signalling any Guile errors.
2634
2635 However the breakpoint trap is never encountered as
2636 define-music-function passed things on to ly:make-music-function,
2637 which is really C++ code ly_make_music_function, so Guile never
2638 finds out about the breakpoint.
2639
2640 Han-Wen answered as follows:
2641
2642 You can see the definition by doing
2643
2644 @example
2645 #(display conditionalMark)
2646 @end example
2647
2648 noindent
2649 inside the @file{.ly} file.
2650
2651 The breakpoint failing may have to do with the call sequence.  See
2652 @file{parser.yy}, run_music_function().  The function is called directly from
2653 C++, without going through the GUILE evaluator, so I think that is why
2654 there is no debugger trap.
2655
2656 @node Articulations on EventChord
2657 @subsection Articulations on EventChord
2658
2659 From David Kastrup's email
2660 @uref{http://lists.gnu.org/archive/html/lilypond-devel/2012-02/msg00189.html}:
2661
2662 LilyPond's typesetting does not act on music expressions and music
2663 events.  It acts exclusively on stream events.  It is the act of
2664 iterators to convert a music expression into a sequence of stream events
2665 played in time order.
2666
2667 The EventChord iterator is pretty simple: it just takes its "elements"
2668 field when its time comes up, turns every member into a StreamEvent and
2669 plays that through the typesetting process.  The parser currently
2670 appends all postevents belonging to a chord at the end of "elements",
2671 and thus they get played at the same point of time as the elements of
2672 the chord.  Due to this design, you can add per-chord articulations or
2673 postevents or even assemble chords with a common stem by using parallel
2674 music providing additional notes/events: the typesetter does not see a
2675 chord structure or postevents belonging to a chord, it just sees a
2676 number of events occuring at the same point of time in a Voice context.
2677
2678 So all one needs to do is let the EventChord iterator play articulations
2679 after elements, and then adding to articulations in EventChord is
2680 equivalent to adding them to elements (except in cases where the order
2681 of events matters).