Remove obsolete references to pre-C99 builds
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1 @c -*-texinfo-*-
2 @c This is part of the GNU Emacs Lisp Reference Manual.
3 @c Copyright (C) 1990-1993, 1998-1999, 2001-2014 Free Software
4 @c Foundation, Inc.
5 @c See the file elisp.texi for copying conditions.
6 @node GNU Emacs Internals
7 @appendix GNU Emacs Internals
9 This chapter describes how the runnable Emacs executable is dumped with
10 the preloaded Lisp libraries in it, how storage is allocated, and some
11 internal aspects of GNU Emacs that may be of interest to C programmers.
13 @menu
14 * Building Emacs::      How the dumped Emacs is made.
15 * Pure Storage::        Kludge to make preloaded Lisp functions shareable.
16 * Garbage Collection::  Reclaiming space for Lisp objects no longer used.
17 * Stack-allocated Objects::    Temporary conses and strings on C stack.
18 * Memory Usage::        Info about total size of Lisp objects made so far.
19 * C Dialect::           What C variant Emacs is written in.
20 * Writing Emacs Primitives::   Writing C code for Emacs.
21 * Object Internals::    Data formats of buffers, windows, processes.
22 * C Integer Types::     How C integer types are used inside Emacs.
23 @end menu
25 @node Building Emacs
26 @section Building Emacs
27 @cindex building Emacs
28 @pindex temacs
30   This section explains the steps involved in building the Emacs
31 executable.  You don't have to know this material to build and install
32 Emacs, since the makefiles do all these things automatically.  This
33 information is pertinent to Emacs developers.
35    Compilation of the C source files in the @file{src} directory
36 produces an executable file called @file{temacs}, also called a
37 @dfn{bare impure Emacs}.  It contains the Emacs Lisp interpreter and
38 I/O routines, but not the editing commands.
40 @cindex @file{loadup.el}
41   The command @w{@command{temacs -l loadup}} would run @file{temacs}
42 and direct it to load @file{loadup.el}.  The @code{loadup} library
43 loads additional Lisp libraries, which set up the normal Emacs editing
44 environment.  After this step, the Emacs executable is no longer
45 @dfn{bare}.
47 @cindex dumping Emacs
48   Because it takes some time to load the standard Lisp files, the
49 @file{temacs} executable usually isn't run directly by users.
50 Instead, as one of the last steps of building Emacs, the command
51 @samp{temacs -batch -l loadup dump} is run.  The special @samp{dump}
52 argument causes @command{temacs} to dump out an executable program,
53 called @file{emacs}, which has all the standard Lisp files preloaded.
54 (The @samp{-batch} argument prevents @file{temacs} from trying to
55 initialize any of its data on the terminal, so that the tables of
56 terminal information are empty in the dumped Emacs.)
58 @cindex preloaded Lisp files
59 @vindex preloaded-file-list
60   The dumped @file{emacs} executable (also called a @dfn{pure} Emacs)
61 is the one which is installed.  The variable
62 @code{preloaded-file-list} stores a list of the Lisp files preloaded
63 into the dumped Emacs.  If you port Emacs to a new operating system,
64 and are not able to implement dumping, then Emacs must load
65 @file{loadup.el} each time it starts.
67 @cindex @file{site-load.el}
68   You can specify additional files to preload by writing a library named
69 @file{site-load.el} that loads them.  You may need to rebuild Emacs
70 with an added definition
72 @example
73 #define SITELOAD_PURESIZE_EXTRA @var{n}
74 @end example
76 @noindent
77 to make @var{n} added bytes of pure space to hold the additional files;
78 see @file{src/puresize.h}.
79 (Try adding increments of 20000 until it is big enough.)  However, the
80 advantage of preloading additional files decreases as machines get
81 faster.  On modern machines, it is usually not advisable.
83   After @file{loadup.el} reads @file{site-load.el}, it finds the
84 documentation strings for primitive and preloaded functions (and
85 variables) in the file @file{etc/DOC} where they are stored, by
86 calling @code{Snarf-documentation} (@pxref{Definition of
87 Snarf-documentation,, Accessing Documentation}).
89 @cindex @file{site-init.el}
90 @cindex preloading additional functions and variables
91   You can specify other Lisp expressions to execute just before dumping
92 by putting them in a library named @file{site-init.el}.  This file is
93 executed after the documentation strings are found.
95   If you want to preload function or variable definitions, there are
96 three ways you can do this and make their documentation strings
97 accessible when you subsequently run Emacs:
99 @itemize @bullet
100 @item
101 Arrange to scan these files when producing the @file{etc/DOC} file,
102 and load them with @file{site-load.el}.
104 @item
105 Load the files with @file{site-init.el}, then copy the files into the
106 installation directory for Lisp files when you install Emacs.
108 @item
109 Specify a @code{nil} value for @code{byte-compile-dynamic-docstrings}
110 as a local variable in each of these files, and load them with either
111 @file{site-load.el} or @file{site-init.el}.  (This method has the
112 drawback that the documentation strings take up space in Emacs all the
113 time.)
114 @end itemize
116 @cindex change @code{load-path} at configure time
117 @cindex @option{--enable-locallisppath} option to @command{configure}
118   It is not advisable to put anything in @file{site-load.el} or
119 @file{site-init.el} that would alter any of the features that users
120 expect in an ordinary unmodified Emacs.  If you feel you must override
121 normal features for your site, do it with @file{default.el}, so that
122 users can override your changes if they wish.  @xref{Startup Summary}.
123 Note that if either @file{site-load.el} or @file{site-init.el} changes
124 @code{load-path}, the changes will be lost after dumping.
125 @xref{Library Search}.  To make a permanent change to
126 @code{load-path}, use the @option{--enable-locallisppath} option
127 of @command{configure}.
129   In a package that can be preloaded, it is sometimes necessary (or
130 useful) to delay certain evaluations until Emacs subsequently starts
131 up.  The vast majority of such cases relate to the values of
132 customizable variables.  For example, @code{tutorial-directory} is a
133 variable defined in @file{startup.el}, which is preloaded.  The default
134 value is set based on @code{data-directory}.  The variable needs to
135 access the value of @code{data-directory} when Emacs starts, not when
136 it is dumped, because the Emacs executable has probably been installed
137 in a different location since it was dumped.
139 @defun custom-initialize-delay symbol value
140 This function delays the initialization of @var{symbol} to the next
141 Emacs start.  You normally use this function by specifying it as the
142 @code{:initialize} property of a customizable variable.  (The argument
143 @var{value} is unused, and is provided only for compatibility with the
144 form Custom expects.)
145 @end defun
147 In the unlikely event that you need a more general functionality than
148 @code{custom-initialize-delay} provides, you can use
149 @code{before-init-hook} (@pxref{Startup Summary}).
151 @defun dump-emacs to-file from-file
152 @cindex unexec
153 This function dumps the current state of Emacs into an executable file
154 @var{to-file}.  It takes symbols from @var{from-file} (this is normally
155 the executable file @file{temacs}).
157 If you want to use this function in an Emacs that was already dumped,
158 you must run Emacs with @samp{-batch}.
159 @end defun
161 @node Pure Storage
162 @section Pure Storage
163 @cindex pure storage
165   Emacs Lisp uses two kinds of storage for user-created Lisp objects:
166 @dfn{normal storage} and @dfn{pure storage}.  Normal storage is where
167 all the new data created during an Emacs session are kept
168 (@pxref{Garbage Collection}).  Pure storage is used for certain data
169 in the preloaded standard Lisp files---data that should never change
170 during actual use of Emacs.
172   Pure storage is allocated only while @command{temacs} is loading the
173 standard preloaded Lisp libraries.  In the file @file{emacs}, it is
174 marked as read-only (on operating systems that permit this), so that
175 the memory space can be shared by all the Emacs jobs running on the
176 machine at once.  Pure storage is not expandable; a fixed amount is
177 allocated when Emacs is compiled, and if that is not sufficient for
178 the preloaded libraries, @file{temacs} allocates dynamic memory for
179 the part that didn't fit.  The resulting image will work, but garbage
180 collection (@pxref{Garbage Collection}) is disabled in this situation,
181 causing a memory leak.  Such an overflow normally won't happen unless
182 you try to preload additional libraries or add features to the
183 standard ones.  Emacs will display a warning about the overflow when
184 it starts.  If this happens, you should increase the compilation
185 parameter @code{SYSTEM_PURESIZE_EXTRA} in the file
186 @file{src/puresize.h} and rebuild Emacs.
188 @defun purecopy object
189 This function makes a copy in pure storage of @var{object}, and returns
190 it.  It copies a string by simply making a new string with the same
191 characters, but without text properties, in pure storage.  It
192 recursively copies the contents of vectors and cons cells.  It does
193 not make copies of other objects such as symbols, but just returns
194 them unchanged.  It signals an error if asked to copy markers.
196 This function is a no-op except while Emacs is being built and dumped;
197 it is usually called only in preloaded Lisp files.
198 @end defun
200 @defvar pure-bytes-used
201 The value of this variable is the number of bytes of pure storage
202 allocated so far.  Typically, in a dumped Emacs, this number is very
203 close to the total amount of pure storage available---if it were not,
204 we would preallocate less.
205 @end defvar
207 @defvar purify-flag
208 This variable determines whether @code{defun} should make a copy of the
209 function definition in pure storage.  If it is non-@code{nil}, then the
210 function definition is copied into pure storage.
212 This flag is @code{t} while loading all of the basic functions for
213 building Emacs initially (allowing those functions to be shareable and
214 non-collectible).  Dumping Emacs as an executable always writes
215 @code{nil} in this variable, regardless of the value it actually has
216 before and after dumping.
218 You should not change this flag in a running Emacs.
219 @end defvar
221 @node Garbage Collection
222 @section Garbage Collection
224 @cindex memory allocation
225   When a program creates a list or the user defines a new function
226 (such as by loading a library), that data is placed in normal storage.
227 If normal storage runs low, then Emacs asks the operating system to
228 allocate more memory.  Different types of Lisp objects, such as
229 symbols, cons cells, small vectors, markers, etc., are segregated in
230 distinct blocks in memory.  (Large vectors, long strings, buffers and
231 certain other editing types, which are fairly large, are allocated in
232 individual blocks, one per object; small strings are packed into blocks
233 of 8k bytes, and small vectors are packed into blocks of 4k bytes).
235 @cindex vector-like objects, storage
236 @cindex storage of vector-like Lisp objects
237   Beyond the basic vector, a lot of objects like window, buffer, and
238 frame are managed as if they were vectors.  The corresponding C data
239 structures include the @code{struct vectorlike_header} field whose
240 @code{size} member contains the subtype enumerated by @code{enum pvec_type}
241 and an information about how many @code{Lisp_Object} fields this structure
242 contains and what the size of the rest data is.  This information is
243 needed to calculate the memory footprint of an object, and used
244 by the vector allocation code while iterating over the vector blocks.
246 @cindex garbage collection
247   It is quite common to use some storage for a while, then release it
248 by (for example) killing a buffer or deleting the last pointer to an
249 object.  Emacs provides a @dfn{garbage collector} to reclaim this
250 abandoned storage.  The garbage collector operates by finding and
251 marking all Lisp objects that are still accessible to Lisp programs.
252 To begin with, it assumes all the symbols, their values and associated
253 function definitions, and any data presently on the stack, are
254 accessible.  Any objects that can be reached indirectly through other
255 accessible objects are also accessible.
257   When marking is finished, all objects still unmarked are garbage.  No
258 matter what the Lisp program or the user does, it is impossible to refer
259 to them, since there is no longer a way to reach them.  Their space
260 might as well be reused, since no one will miss them.  The second
261 (``sweep'') phase of the garbage collector arranges to reuse them.
263 @c ??? Maybe add something describing weak hash tables here?
265 @cindex free list
266   The sweep phase puts unused cons cells onto a @dfn{free list}
267 for future allocation; likewise for symbols and markers.  It compacts
268 the accessible strings so they occupy fewer 8k blocks; then it frees the
269 other 8k blocks.  Unreachable vectors from vector blocks are coalesced
270 to create largest possible free areas; if a free area spans a complete
271 4k block, that block is freed.  Otherwise, the free area is recorded
272 in a free list array, where each entry corresponds to a free list
273 of areas of the same size.  Large vectors, buffers, and other large
274 objects are allocated and freed individually.
276 @cindex CL note---allocate more storage
277 @quotation
278 @b{Common Lisp note:} Unlike other Lisps, GNU Emacs Lisp does not
279 call the garbage collector when the free list is empty.  Instead, it
280 simply requests the operating system to allocate more storage, and
281 processing continues until @code{gc-cons-threshold} bytes have been
282 used.
284 This means that you can make sure that the garbage collector will not
285 run during a certain portion of a Lisp program by calling the garbage
286 collector explicitly just before it (provided that portion of the
287 program does not use so much space as to force a second garbage
288 collection).
289 @end quotation
291 @deffn Command garbage-collect
292 This command runs a garbage collection, and returns information on
293 the amount of space in use.  (Garbage collection can also occur
294 spontaneously if you use more than @code{gc-cons-threshold} bytes of
295 Lisp data since the previous garbage collection.)
297 @code{garbage-collect} returns a list with information on amount of space in
298 use, where each entry has the form @samp{(@var{name} @var{size} @var{used})}
299 or @samp{(@var{name} @var{size} @var{used} @var{free})}.  In the entry,
300 @var{name} is a symbol describing the kind of objects this entry represents,
301 @var{size} is the number of bytes used by each one, @var{used} is the number
302 of those objects that were found live in the heap, and optional @var{free} is
303 the number of those objects that are not live but that Emacs keeps around for
304 future allocations.  So an overall result is:
306 @example
307 ((@code{conses} @var{cons-size} @var{used-conses} @var{free-conses})
308  (@code{symbols} @var{symbol-size} @var{used-symbols} @var{free-symbols})
309  (@code{miscs} @var{misc-size} @var{used-miscs} @var{free-miscs})
310  (@code{strings} @var{string-size} @var{used-strings} @var{free-strings})
311  (@code{string-bytes} @var{byte-size} @var{used-bytes})
312  (@code{vectors} @var{vector-size} @var{used-vectors})
313  (@code{vector-slots} @var{slot-size} @var{used-slots} @var{free-slots})
314  (@code{floats} @var{float-size} @var{used-floats} @var{free-floats})
315  (@code{intervals} @var{interval-size} @var{used-intervals} @var{free-intervals})
316  (@code{buffers} @var{buffer-size} @var{used-buffers})
317  (@code{heap} @var{unit-size} @var{total-size} @var{free-size}))
318 @end example
320 Here is an example:
322 @example
323 (garbage-collect)
324       @result{} ((conses 16 49126 8058) (symbols 48 14607 0)
325                  (miscs 40 34 56) (strings 32 2942 2607)
326                  (string-bytes 1 78607) (vectors 16 7247)
327                  (vector-slots 8 341609 29474) (floats 8 71 102)
328                  (intervals 56 27 26) (buffers 944 8)
329                  (heap 1024 11715 2678))
330 @end example
332 Below is a table explaining each element.  Note that last @code{heap} entry
333 is optional and present only if an underlying @code{malloc} implementation
334 provides @code{mallinfo} function.
336 @table @var
337 @item cons-size
338 Internal size of a cons cell, i.e., @code{sizeof (struct Lisp_Cons)}.
340 @item used-conses
341 The number of cons cells in use.
343 @item free-conses
344 The number of cons cells for which space has been obtained from
345 the operating system, but that are not currently being used.
347 @item symbol-size
348 Internal size of a symbol, i.e., @code{sizeof (struct Lisp_Symbol)}.
350 @item used-symbols
351 The number of symbols in use.
353 @item free-symbols
354 The number of symbols for which space has been obtained from
355 the operating system, but that are not currently being used.
357 @item misc-size
358 Internal size of a miscellaneous entity, i.e.,
359 @code{sizeof (union Lisp_Misc)}, which is a size of the
360 largest type enumerated in @code{enum Lisp_Misc_Type}.
362 @item used-miscs
363 The number of miscellaneous objects in use.  These include markers
364 and overlays, plus certain objects not visible to users.
366 @item free-miscs
367 The number of miscellaneous objects for which space has been obtained
368 from the operating system, but that are not currently being used.
370 @item string-size
371 Internal size of a string header, i.e., @code{sizeof (struct Lisp_String)}.
373 @item used-strings
374 The number of string headers in use.
376 @item free-strings
377 The number of string headers for which space has been obtained
378 from the operating system, but that are not currently being used.
380 @item byte-size
381 This is used for convenience and equals to @code{sizeof (char)}.
383 @item used-bytes
384 The total size of all string data in bytes.
386 @item vector-size
387 Internal size of a vector header, i.e., @code{sizeof (struct Lisp_Vector)}.
389 @item used-vectors
390 The number of vector headers allocated from the vector blocks.
392 @item slot-size
393 Internal size of a vector slot, always equal to @code{sizeof (Lisp_Object)}.
395 @item used-slots
396 The number of slots in all used vectors.
398 @item free-slots
399 The number of free slots in all vector blocks.
401 @item float-size
402 Internal size of a float object, i.e., @code{sizeof (struct Lisp_Float)}.
403 (Do not confuse it with the native platform @code{float} or @code{double}.)
405 @item used-floats
406 The number of floats in use.
408 @item free-floats
409 The number of floats for which space has been obtained from
410 the operating system, but that are not currently being used.
412 @item interval-size
413 Internal size of an interval object, i.e., @code{sizeof (struct interval)}.
415 @item used-intervals
416 The number of intervals in use.
418 @item free-intervals
419 The number of intervals for which space has been obtained from
420 the operating system, but that are not currently being used.
422 @item buffer-size
423 Internal size of a buffer, i.e., @code{sizeof (struct buffer)}.
424 (Do not confuse with the value returned by @code{buffer-size} function.)
426 @item used-buffers
427 The number of buffer objects in use.  This includes killed buffers
428 invisible to users, i.e., all buffers in @code{all_buffers} list.
430 @item unit-size
431 The unit of heap space measurement, always equal to 1024 bytes.
433 @item total-size
434 Total heap size, in @var{unit-size} units.
436 @item free-size
437 Heap space which is not currently used, in @var{unit-size} units.
438 @end table
440 If there was overflow in pure space (@pxref{Pure Storage}),
441 @code{garbage-collect} returns @code{nil}, because a real garbage
442 collection cannot be done.
443 @end deffn
445 @defopt garbage-collection-messages
446 If this variable is non-@code{nil}, Emacs displays a message at the
447 beginning and end of garbage collection.  The default value is
448 @code{nil}.
449 @end defopt
451 @defvar post-gc-hook
452 This is a normal hook that is run at the end of garbage collection.
453 Garbage collection is inhibited while the hook functions run, so be
454 careful writing them.
455 @end defvar
457 @defopt gc-cons-threshold
458 The value of this variable is the number of bytes of storage that must
459 be allocated for Lisp objects after one garbage collection in order to
460 trigger another garbage collection.  You can use the result returned by
461 @code{garbage-collect} to get an information about size of the particular
462 object type; space allocated to the contents of buffers does not count.
463 Note that the subsequent garbage collection does not happen immediately
464 when the threshold is exhausted, but only the next time the Lisp interpreter
465 is called.
467 The initial threshold value is @code{GC_DEFAULT_THRESHOLD}, defined in
468 @file{alloc.c}.  Since it's defined in @code{word_size} units, the value
469 is 400,000 for the default 32-bit configuration and 800,000 for the 64-bit
470 one.  If you specify a larger value, garbage collection will happen less
471 often.  This reduces the amount of time spent garbage collecting, but
472 increases total memory use.  You may want to do this when running a program
473 that creates lots of Lisp data.
475 You can make collections more frequent by specifying a smaller value, down
476 to 1/10th of @code{GC_DEFAULT_THRESHOLD}.  A value less than this minimum
477 will remain in effect only until the subsequent garbage collection, at which
478 time @code{garbage-collect} will set the threshold back to the minimum.
479 @end defopt
481 @defopt gc-cons-percentage
482 The value of this variable specifies the amount of consing before a
483 garbage collection occurs, as a fraction of the current heap size.
484 This criterion and @code{gc-cons-threshold} apply in parallel, and
485 garbage collection occurs only when both criteria are satisfied.
487 As the heap size increases, the time to perform a garbage collection
488 increases.  Thus, it can be desirable to do them less frequently in
489 proportion.
490 @end defopt
492   The value returned by @code{garbage-collect} describes the amount of
493 memory used by Lisp data, broken down by data type.  By contrast, the
494 function @code{memory-limit} provides information on the total amount of
495 memory Emacs is currently using.
497 @defun memory-limit
498 This function returns the address of the last byte Emacs has allocated,
499 divided by 1024.  We divide the value by 1024 to make sure it fits in a
500 Lisp integer.
502 You can use this to get a general idea of how your actions affect the
503 memory usage.
504 @end defun
506 @defvar memory-full
507 This variable is @code{t} if Emacs is nearly out of memory for Lisp
508 objects, and @code{nil} otherwise.
509 @end defvar
511 @defun memory-use-counts
512 This returns a list of numbers that count the number of objects
513 created in this Emacs session.  Each of these counters increments for
514 a certain kind of object.  See the documentation string for details.
515 @end defun
517 @defun memory-info
518 This functions returns an amount of total system memory and how much
519 of it is free.  On an unsupported system, the value may be @code{nil}.
520 @end defun
522 @defvar gcs-done
523 This variable contains the total number of garbage collections
524 done so far in this Emacs session.
525 @end defvar
527 @defvar gc-elapsed
528 This variable contains the total number of seconds of elapsed time
529 during garbage collection so far in this Emacs session, as a
530 floating-point number.
531 @end defvar
533 @node Stack-allocated Objects
534 @section Stack-allocated Objects
536 @cindex stack allocated Lisp objects
537 @cindex Lisp objects, stack-allocated
538   The garbage collector described above is used to manage data visible
539 from Lisp programs, as well as most of the data internally used by the
540 Lisp interpreter.  Sometimes it may be useful to allocate temporary
541 internal objects using the C stack of the interpreter.  This can help
542 performance, as stack allocation is typically faster than using heap
543 memory to allocate and the garbage collector to free.  The downside is
544 that using such objects after they are freed results in undefined
545 behavior, so uses should be well thought out and carefully debugged by
546 using the @code{GC_CHECK_MARKED_OBJECTS} feature (see
547 @file{src/alloc.c}).  In particular, stack-allocated objects should
548 never be made visible to user Lisp code.
550   Currently, cons cells and strings can be allocated this way.  This
551 is implemented by C macros like @code{AUTO_CONS} and
552 @code{AUTO_STRING} that define a named @code{Lisp_Object} with block
553 lifetime.  These objects are not freed by the garbage collector;
554 instead, they have automatic storage duration, i.e., they are
555 allocated like local variables and are automatically freed at the end
556 of execution of the C block that defined the object.
558   For performance reasons, stack-allocated strings are limited to
559 @acronym{ASCII} characters, and many of these strings are immutable,
560 i.e., calling @code{ASET} on them produces undefined behavior.
562 @node Memory Usage
563 @section Memory Usage
564 @cindex memory usage
566   These functions and variables give information about the total amount
567 of memory allocation that Emacs has done, broken down by data type.
568 Note the difference between these and the values returned by
569 @code{garbage-collect}; those count objects that currently exist, but
570 these count the number or size of all allocations, including those for
571 objects that have since been freed.
573 @defvar cons-cells-consed
574 The total number of cons cells that have been allocated so far
575 in this Emacs session.
576 @end defvar
578 @defvar floats-consed
579 The total number of floats that have been allocated so far
580 in this Emacs session.
581 @end defvar
583 @defvar vector-cells-consed
584 The total number of vector cells that have been allocated so far
585 in this Emacs session.
586 @end defvar
588 @defvar symbols-consed
589 The total number of symbols that have been allocated so far
590 in this Emacs session.
591 @end defvar
593 @defvar string-chars-consed
594 The total number of string characters that have been allocated so far
595 in this session.
596 @end defvar
598 @defvar misc-objects-consed
599 The total number of miscellaneous objects that have been allocated so
600 far in this session.  These include markers and overlays, plus
601 certain objects not visible to users.
602 @end defvar
604 @defvar intervals-consed
605 The total number of intervals that have been allocated so far
606 in this Emacs session.
607 @end defvar
609 @defvar strings-consed
610 The total number of strings that have been allocated so far in this
611 Emacs session.
612 @end defvar
614 @node C Dialect
615 @section C Dialect
616 @cindex C programming language
618 The C part of Emacs is portable to C99 or later: C11-specific features such
619 as @samp{<stdalign.h>} and @samp{_Noreturn} are not used without a check,
620 typically at configuration time, and the Emacs build procedure
621 provides a substitute implementation if necessary.  Some C11 features,
622 such as anonymous structures and unions, are too difficult to emulate,
623 so they are avoided entirely.
625 At some point in the future the base C dialect will no doubt change to C11.
627 @node Writing Emacs Primitives
628 @section Writing Emacs Primitives
629 @cindex primitive function internals
630 @cindex writing Emacs primitives
632   Lisp primitives are Lisp functions implemented in C@.  The details of
633 interfacing the C function so that Lisp can call it are handled by a few
634 C macros.  The only way to really understand how to write new C code is
635 to read the source, but we can explain some things here.
637   An example of a special form is the definition of @code{or}, from
638 @file{eval.c}.  (An ordinary function would have the same general
639 appearance.)
641 @cindex garbage collection protection
642 @smallexample
643 @group
644 DEFUN ("or", For, Sor, 0, UNEVALLED, 0,
645   doc: /* Eval args until one of them yields non-nil, then return
646 that value.
647 The remaining args are not evalled at all.
648 If all args return nil, return nil.
649 @end group
650 @group
651 usage: (or CONDITIONS ...)  */)
652   (Lisp_Object args)
654   register Lisp_Object val = Qnil;
655   struct gcpro gcpro1;
656 @end group
658 @group
659   GCPRO1 (args);
660 @end group
662 @group
663   while (CONSP (args))
664     @{
665       val = eval_sub (XCAR (args));
666       if (!NILP (val))
667         break;
668       args = XCDR (args);
669     @}
670 @end group
672 @group
673   UNGCPRO;
674   return val;
676 @end group
677 @end smallexample
679 @cindex @code{DEFUN}, C macro to define Lisp primitives
680   Let's start with a precise explanation of the arguments to the
681 @code{DEFUN} macro.  Here is a template for them:
683 @example
684 DEFUN (@var{lname}, @var{fname}, @var{sname}, @var{min}, @var{max}, @var{interactive}, @var{doc})
685 @end example
687 @table @var
688 @item lname
689 This is the name of the Lisp symbol to define as the function name; in
690 the example above, it is @code{or}.
692 @item fname
693 This is the C function name for this function.  This is the name that
694 is used in C code for calling the function.  The name is, by
695 convention, @samp{F} prepended to the Lisp name, with all dashes
696 (@samp{-}) in the Lisp name changed to underscores.  Thus, to call
697 this function from C code, call @code{For}.
699 @item sname
700 This is a C variable name to use for a structure that holds the data for
701 the subr object that represents the function in Lisp.  This structure
702 conveys the Lisp symbol name to the initialization routine that will
703 create the symbol and store the subr object as its definition.  By
704 convention, this name is always @var{fname} with @samp{F} replaced with
705 @samp{S}.
707 @item min
708 This is the minimum number of arguments that the function requires.  The
709 function @code{or} allows a minimum of zero arguments.
711 @item max
712 This is the maximum number of arguments that the function accepts, if
713 there is a fixed maximum.  Alternatively, it can be @code{UNEVALLED},
714 indicating a special form that receives unevaluated arguments, or
715 @code{MANY}, indicating an unlimited number of evaluated arguments (the
716 equivalent of @code{&rest}).  Both @code{UNEVALLED} and @code{MANY} are
717 macros.  If @var{max} is a number, it must be more than @var{min} but
718 less than 8.
720 @cindex interactive specification in primitives
721 @item interactive
722 This is an interactive specification, a string such as might be used
723 as the argument of @code{interactive} in a Lisp function.  In the case
724 of @code{or}, it is 0 (a null pointer), indicating that @code{or}
725 cannot be called interactively.  A value of @code{""} indicates a
726 function that should receive no arguments when called interactively.
727 If the value begins with a @samp{"(}, the string is evaluated as a
728 Lisp form.  For example:
730 @example
731 @group
732 DEFUN ("foo", Ffoo, Sfoo, 0, UNEVALLED,
733        "(list (read-char-by-name \"Insert character: \")\
734               (prefix-numeric-value current-prefix-arg)\
735               t))",
736   doc: /* @dots{} /*)
737 @end group
738 @end example
740 @item doc
741 This is the documentation string.  It uses C comment syntax rather
742 than C string syntax because comment syntax requires nothing special
743 to include multiple lines.  The @samp{doc:} identifies the comment
744 that follows as the documentation string.  The @samp{/*} and @samp{*/}
745 delimiters that begin and end the comment are not part of the
746 documentation string.
748 If the last line of the documentation string begins with the keyword
749 @samp{usage:}, the rest of the line is treated as the argument list
750 for documentation purposes.  This way, you can use different argument
751 names in the documentation string from the ones used in the C code.
752 @samp{usage:} is required if the function has an unlimited number of
753 arguments.
755 All the usual rules for documentation strings in Lisp code
756 (@pxref{Documentation Tips}) apply to C code documentation strings
757 too.
758 @end table
760   After the call to the @code{DEFUN} macro, you must write the
761 argument list for the C function, including the types for the
762 arguments.  If the primitive accepts a fixed maximum number of Lisp
763 arguments, there must be one C argument for each Lisp argument, and
764 each argument must be of type @code{Lisp_Object}.  (Various macros and
765 functions for creating values of type @code{Lisp_Object} are declared
766 in the file @file{lisp.h}.)  If the primitive has no upper limit on
767 the number of Lisp arguments, it must have exactly two C arguments:
768 the first is the number of Lisp arguments, and the second is the
769 address of a block containing their values.  These have types
770 @code{int} and @w{@code{Lisp_Object *}} respectively.  Since
771 @code{Lisp_Object} can hold any Lisp object of any data type, you
772 can determine the actual data type only at run time; so if you want
773 a primitive to accept only a certain type of argument, you must check
774 the type explicitly using a suitable predicate (@pxref{Type Predicates}).
775 @cindex type checking internals
777 @cindex @code{GCPRO} and @code{UNGCPRO}
778 @cindex protect C variables from garbage collection
779   Within the function @code{For} itself, note the use of the macros
780 @code{GCPRO1} and @code{UNGCPRO}.  These macros are defined for the
781 sake of the few platforms which do not use Emacs' default
782 stack-marking garbage collector.  The @code{GCPRO1} macro ``protects''
783 a variable from garbage collection, explicitly informing the garbage
784 collector that that variable and all its contents must be as
785 accessible.  GC protection is necessary in any function which can
786 perform Lisp evaluation by calling @code{eval_sub} or @code{Feval} as
787 a subroutine, either directly or indirectly.
789   It suffices to ensure that at least one pointer to each object is
790 GC-protected.  Thus, a particular local variable can do without
791 protection if it is certain that the object it points to will be
792 preserved by some other pointer (such as another local variable that
793 has a @code{GCPRO}).  Otherwise, the local variable needs a
794 @code{GCPRO}.
796   The macro @code{GCPRO1} protects just one local variable.  If you
797 want to protect two variables, use @code{GCPRO2} instead; repeating
798 @code{GCPRO1} will not work.  Macros @code{GCPRO3}, @code{GCPRO4},
799 @code{GCPRO5}, and @code{GCPRO6} also exist.  All these macros
800 implicitly use local variables such as @code{gcpro1}; you must declare
801 these explicitly, with type @code{struct gcpro}.  Thus, if you use
802 @code{GCPRO2}, you must declare @code{gcpro1} and @code{gcpro2}.
804   @code{UNGCPRO} cancels the protection of the variables that are
805 protected in the current function.  It is necessary to do this
806 explicitly.
808   You must not use C initializers for static or global variables unless
809 the variables are never written once Emacs is dumped.  These variables
810 with initializers are allocated in an area of memory that becomes
811 read-only (on certain operating systems) as a result of dumping Emacs.
812 @xref{Pure Storage}.
814 @cindex @code{defsubr}, Lisp symbol for a primitive
815   Defining the C function is not enough to make a Lisp primitive
816 available; you must also create the Lisp symbol for the primitive and
817 store a suitable subr object in its function cell.  The code looks like
818 this:
820 @example
821 defsubr (&@var{sname});
822 @end example
824 @noindent
825 Here @var{sname} is the name you used as the third argument to @code{DEFUN}.
827   If you add a new primitive to a file that already has Lisp primitives
828 defined in it, find the function (near the end of the file) named
829 @code{syms_of_@var{something}}, and add the call to @code{defsubr}
830 there.  If the file doesn't have this function, or if you create a new
831 file, add to it a @code{syms_of_@var{filename}} (e.g.,
832 @code{syms_of_myfile}).  Then find the spot in @file{emacs.c} where all
833 of these functions are called, and add a call to
834 @code{syms_of_@var{filename}} there.
836 @anchor{Defining Lisp variables in C}
837 @vindex byte-boolean-vars
838 @cindex defining Lisp variables in C
839 @cindex @code{DEFVAR_INT}, @code{DEFVAR_LISP}, @code{DEFVAR_BOOL}
840   The function @code{syms_of_@var{filename}} is also the place to define
841 any C variables that are to be visible as Lisp variables.
842 @code{DEFVAR_LISP} makes a C variable of type @code{Lisp_Object} visible
843 in Lisp.  @code{DEFVAR_INT} makes a C variable of type @code{int}
844 visible in Lisp with a value that is always an integer.
845 @code{DEFVAR_BOOL} makes a C variable of type @code{int} visible in Lisp
846 with a value that is either @code{t} or @code{nil}.  Note that variables
847 defined with @code{DEFVAR_BOOL} are automatically added to the list
848 @code{byte-boolean-vars} used by the byte compiler.
850 @cindex defining customization variables in C
851   If you want to make a Lisp variables that is defined in C behave
852 like one declared with @code{defcustom}, add an appropriate entry to
853 @file{cus-start.el}.
855 @cindex @code{staticpro}, protection from GC
856   If you define a file-scope C variable of type @code{Lisp_Object},
857 you must protect it from garbage-collection by calling @code{staticpro}
858 in @code{syms_of_@var{filename}}, like this:
860 @example
861 staticpro (&@var{variable});
862 @end example
864   Here is another example function, with more complicated arguments.
865 This comes from the code in @file{window.c}, and it demonstrates the use
866 of macros and functions to manipulate Lisp objects.
868 @smallexample
869 @group
870 DEFUN ("coordinates-in-window-p", Fcoordinates_in_window_p,
871   Scoordinates_in_window_p, 2, 2, 0,
872   doc: /* Return non-nil if COORDINATES are in WINDOW.
873   ...
874 @end group
875 @group
876   or `right-margin' is returned.  */)
877   (register Lisp_Object coordinates, Lisp_Object window)
879   struct window *w;
880   struct frame *f;
881   int x, y;
882   Lisp_Object lx, ly;
883 @end group
885 @group
886   CHECK_LIVE_WINDOW (window);
887   w = XWINDOW (window);
888   f = XFRAME (w->frame);
889   CHECK_CONS (coordinates);
890   lx = Fcar (coordinates);
891   ly = Fcdr (coordinates);
892   CHECK_NUMBER_OR_FLOAT (lx);
893   CHECK_NUMBER_OR_FLOAT (ly);
894   x = FRAME_PIXEL_X_FROM_CANON_X (f, lx) + FRAME_INTERNAL_BORDER_WIDTH(f);
895   y = FRAME_PIXEL_Y_FROM_CANON_Y (f, ly) + FRAME_INTERNAL_BORDER_WIDTH(f);
896 @end group
898 @group
899   switch (coordinates_in_window (w, x, y))
900     @{
901     case ON_NOTHING:            /* NOT in window at all. */
902       return Qnil;
903 @end group
905     ...
907 @group
908     case ON_MODE_LINE:          /* In mode line of window. */
909       return Qmode_line;
910 @end group
912     ...
914 @group
915     case ON_SCROLL_BAR:         /* On scroll-bar of window.  */
916       /* Historically we are supposed to return nil in this case.  */
917       return Qnil;
918 @end group
920 @group
921     default:
922       abort ();
923     @}
925 @end group
926 @end smallexample
928   Note that C code cannot call functions by name unless they are defined
929 in C@.  The way to call a function written in Lisp is to use
930 @code{Ffuncall}, which embodies the Lisp function @code{funcall}.  Since
931 the Lisp function @code{funcall} accepts an unlimited number of
932 arguments, in C it takes two: the number of Lisp-level arguments, and a
933 one-dimensional array containing their values.  The first Lisp-level
934 argument is the Lisp function to call, and the rest are the arguments to
935 pass to it.  Since @code{Ffuncall} can call the evaluator, you must
936 protect pointers from garbage collection around the call to
937 @code{Ffuncall}.
939   The C functions @code{call0}, @code{call1}, @code{call2}, and so on,
940 provide handy ways to call a Lisp function conveniently with a fixed
941 number of arguments.  They work by calling @code{Ffuncall}.
943   @file{eval.c} is a very good file to look through for examples;
944 @file{lisp.h} contains the definitions for some important macros and
945 functions.
947   If you define a function which is side-effect free, update the code
948 in @file{byte-opt.el} that binds @code{side-effect-free-fns} and
949 @code{side-effect-and-error-free-fns} so that the compiler optimizer
950 knows about it.
952 @node Object Internals
953 @section Object Internals
954 @cindex object internals
956   Emacs Lisp provides a rich set of the data types.  Some of them, like cons
957 cells, integers and strings, are common to nearly all Lisp dialects.  Some
958 others, like markers and buffers, are quite special and needed to provide
959 the basic support to write editor commands in Lisp.  To implement such
960 a variety of object types and provide an efficient way to pass objects between
961 the subsystems of an interpreter, there is a set of C data structures and
962 a special type to represent the pointers to all of them, which is known as
963 @dfn{tagged pointer}.
965   In C, the tagged pointer is an object of type @code{Lisp_Object}.  Any
966 initialized variable of such a type always holds the value of one of the
967 following basic data types: integer, symbol, string, cons cell, float,
968 vectorlike or miscellaneous object.  Each of these data types has the
969 corresponding tag value.  All tags are enumerated by @code{enum Lisp_Type}
970 and placed into a 3-bit bitfield of the @code{Lisp_Object}.  The rest of the
971 bits is the value itself.  Integers are immediate, i.e., directly
972 represented by those @dfn{value bits}, and all other objects are represented
973 by the C pointers to a corresponding object allocated from the heap.  Width
974 of the @code{Lisp_Object} is platform- and configuration-dependent: usually
975 it's equal to the width of an underlying platform pointer (i.e., 32-bit on
976 a 32-bit machine and 64-bit on a 64-bit one), but also there is a special
977 configuration where @code{Lisp_Object} is 64-bit but all pointers are 32-bit.
978 The latter trick was designed to overcome the limited range of values for
979 Lisp integers on a 32-bit system by using 64-bit @code{long long} type for
980 @code{Lisp_Object}.
982   The following C data structures are defined in @file{lisp.h} to represent
983 the basic data types beyond integers:
985 @table @code
986 @item struct Lisp_Cons
987 Cons cell, an object used to construct lists.
989 @item struct Lisp_String
990 String, the basic object to represent a sequence of characters.
992 @item struct Lisp_Vector
993 Array, a fixed-size set of Lisp objects which may be accessed by an index.
995 @item struct Lisp_Symbol
996 Symbol, the unique-named entity commonly used as an identifier.
998 @item struct Lisp_Float
999 Floating-point value.
1001 @item union Lisp_Misc
1002 Miscellaneous kinds of objects which don't fit into any of the above.
1003 @end table
1005   These types are the first-class citizens of an internal type system.
1006 Since the tag space is limited, all other types are the subtypes of either
1007 @code{Lisp_Vectorlike} or @code{Lisp_Misc}.  Vector subtypes are enumerated
1008 by @code{enum pvec_type}, and nearly all complex objects like windows, buffers,
1009 frames, and processes fall into this category.  The rest of special types,
1010 including markers and overlays, are enumerated by @code{enum Lisp_Misc_Type}
1011 and form the set of subtypes of @code{Lisp_Misc}.
1013   Below there is a description of a few subtypes of @code{Lisp_Vectorlike}.
1014 Buffer object represents the text to display and edit.  Window is the part
1015 of display structure which shows the buffer or used as a container to
1016 recursively place other windows on the same frame.  (Do not confuse Emacs Lisp
1017 window object with the window as an entity managed by the user interface
1018 system like X; in Emacs terminology, the latter is called frame.)  Finally,
1019 process object is used to manage the subprocesses.
1021 @menu
1022 * Buffer Internals::    Components of a buffer structure.
1023 * Window Internals::    Components of a window structure.
1024 * Process Internals::   Components of a process structure.
1025 @end menu
1027 @node Buffer Internals
1028 @subsection Buffer Internals
1029 @cindex internals, of buffer
1030 @cindex buffer internals
1032   Two structures (see @file{buffer.h}) are used to represent buffers
1033 in C@.  The @code{buffer_text} structure contains fields describing the
1034 text of a buffer; the @code{buffer} structure holds other fields.  In
1035 the case of indirect buffers, two or more @code{buffer} structures
1036 reference the same @code{buffer_text} structure.
1038 Here are some of the fields in @code{struct buffer_text}:
1040 @table @code
1041 @item beg
1042 The address of the buffer contents.
1044 @item gpt
1045 @itemx gpt_byte
1046 The character and byte positions of the buffer gap.  @xref{Buffer
1047 Gap}.
1049 @item z
1050 @itemx z_byte
1051 The character and byte positions of the end of the buffer text.
1053 @item gap_size
1054 The size of buffer's gap.  @xref{Buffer Gap}.
1056 @item modiff
1057 @itemx save_modiff
1058 @itemx chars_modiff
1059 @itemx overlay_modiff
1060 These fields count the number of buffer-modification events performed
1061 in this buffer.  @code{modiff} is incremented after each
1062 buffer-modification event, and is never otherwise changed;
1063 @code{save_modiff} contains the value of @code{modiff} the last time
1064 the buffer was visited or saved; @code{chars_modiff} counts only
1065 modifications to the characters in the buffer, ignoring all other
1066 kinds of changes; and @code{overlay_modiff} counts only modifications
1067 to the overlays.
1069 @item beg_unchanged
1070 @itemx end_unchanged
1071 The number of characters at the start and end of the text that are
1072 known to be unchanged since the last complete redisplay.
1074 @item unchanged_modified
1075 @itemx overlay_unchanged_modified
1076 The values of @code{modiff} and @code{overlay_modiff}, respectively,
1077 after the last complete redisplay.  If their current values match
1078 @code{modiff} or @code{overlay_modiff}, that means
1079 @code{beg_unchanged} and @code{end_unchanged} contain no useful
1080 information.
1082 @item markers
1083 The markers that refer to this buffer.  This is actually a single
1084 marker, and successive elements in its marker @code{chain} are the other
1085 markers referring to this buffer text.
1087 @item intervals
1088 The interval tree which records the text properties of this buffer.
1089 @end table
1091 Some of the fields of @code{struct buffer} are:
1093 @table @code
1094 @item header
1095 A header of type @code{struct vectorlike_header} is common to all
1096 vectorlike objects.
1098 @item own_text
1099 A @code{struct buffer_text} structure that ordinarily holds the buffer
1100 contents.  In indirect buffers, this field is not used.
1102 @item text
1103 A pointer to the @code{buffer_text} structure for this buffer.  In an
1104 ordinary buffer, this is the @code{own_text} field above.  In an
1105 indirect buffer, this is the @code{own_text} field of the base buffer.
1107 @item next
1108 A pointer to the next buffer, in the chain of all buffers, including
1109 killed buffers.  This chain is used only for allocation and garbage
1110 collection, in order to collect killed buffers properly.
1112 @item pt
1113 @itemx pt_byte
1114 The character and byte positions of point in a buffer.
1116 @item begv
1117 @itemx begv_byte
1118 The character and byte positions of the beginning of the accessible
1119 range of text in the buffer.
1121 @item zv
1122 @itemx zv_byte
1123 The character and byte positions of the end of the accessible range of
1124 text in the buffer.
1126 @item base_buffer
1127 In an indirect buffer, this points to the base buffer.  In an ordinary
1128 buffer, it is null.
1130 @item local_flags
1131 This field contains flags indicating that certain variables are local
1132 in this buffer.  Such variables are declared in the C code using
1133 @code{DEFVAR_PER_BUFFER}, and their buffer-local bindings are stored
1134 in fields in the buffer structure itself.  (Some of these fields are
1135 described in this table.)
1137 @item modtime
1138 The modification time of the visited file.  It is set when the file is
1139 written or read.  Before writing the buffer into a file, this field is
1140 compared to the modification time of the file to see if the file has
1141 changed on disk.  @xref{Buffer Modification}.
1143 @item auto_save_modified
1144 The time when the buffer was last auto-saved.
1146 @item last_window_start
1147 The @code{window-start} position in the buffer as of the last time the
1148 buffer was displayed in a window.
1150 @item clip_changed
1151 This flag indicates that narrowing has changed in the buffer.
1152 @xref{Narrowing}.
1154 @item prevent_redisplay_optimizations_p
1155 This flag indicates that redisplay optimizations should not be used to
1156 display this buffer.
1158 @item overlay_center
1159 This field holds the current overlay center position.  @xref{Managing
1160 Overlays}.
1162 @item overlays_before
1163 @itemx overlays_after
1164 These fields hold, respectively, a list of overlays that end at or
1165 before the current overlay center, and a list of overlays that end
1166 after the current overlay center.  @xref{Managing Overlays}.
1167 @code{overlays_before} is sorted in order of decreasing end position,
1168 and @code{overlays_after} is sorted in order of increasing beginning
1169 position.
1171 @c FIXME? the following are now all Lisp_Object BUFFER_INTERNAL_FIELD (foo).
1173 @item name
1174 A Lisp string that names the buffer.  It is guaranteed to be unique.
1175 @xref{Buffer Names}.
1177 @item save_length
1178 The length of the file this buffer is visiting, when last read or
1179 saved.  This and other fields concerned with saving are not kept in
1180 the @code{buffer_text} structure because indirect buffers are never
1181 saved.
1183 @item directory
1184 The directory for expanding relative file names.  This is the value of
1185 the buffer-local variable @code{default-directory} (@pxref{File Name Expansion}).
1187 @item filename
1188 The name of the file visited in this buffer, or @code{nil}.  This is
1189 the value of the buffer-local variable @code{buffer-file-name}
1190 (@pxref{Buffer File Name}).
1192 @item undo_list
1193 @itemx backed_up
1194 @itemx auto_save_file_name
1195 @itemx auto_save_file_format
1196 @itemx read_only
1197 @itemx file_format
1198 @itemx file_truename
1199 @itemx invisibility_spec
1200 @itemx display_count
1201 @itemx display_time
1202 These fields store the values of Lisp variables that are automatically
1203 buffer-local (@pxref{Buffer-Local Variables}), whose corresponding
1204 variable names have the additional prefix @code{buffer-} and have
1205 underscores replaced with dashes.  For instance, @code{undo_list}
1206 stores the value of @code{buffer-undo-list}.
1208 @item mark
1209 The mark for the buffer.  The mark is a marker, hence it is also
1210 included on the list @code{markers}.  @xref{The Mark}.
1212 @item local_var_alist
1213 The association list describing the buffer-local variable bindings of
1214 this buffer, not including the built-in buffer-local bindings that
1215 have special slots in the buffer object.  (Those slots are omitted
1216 from this table.)  @xref{Buffer-Local Variables}.
1218 @item major_mode
1219 Symbol naming the major mode of this buffer, e.g., @code{lisp-mode}.
1221 @item mode_name
1222 Pretty name of the major mode, e.g., @code{"Lisp"}.
1224 @item keymap
1225 @itemx abbrev_table
1226 @itemx syntax_table
1227 @itemx category_table
1228 @itemx display_table
1229 These fields store the buffer's local keymap (@pxref{Keymaps}), abbrev
1230 table (@pxref{Abbrev Tables}), syntax table (@pxref{Syntax Tables}),
1231 category table (@pxref{Categories}), and display table (@pxref{Display
1232 Tables}).
1234 @item downcase_table
1235 @itemx upcase_table
1236 @itemx case_canon_table
1237 These fields store the conversion tables for converting text to lower
1238 case, upper case, and for canonicalizing text for case-fold search.
1239 @xref{Case Tables}.
1241 @item minor_modes
1242 An alist of the minor modes of this buffer.
1244 @item pt_marker
1245 @itemx begv_marker
1246 @itemx zv_marker
1247 These fields are only used in an indirect buffer, or in a buffer that
1248 is the base of an indirect buffer.  Each holds a marker that records
1249 @code{pt}, @code{begv}, and @code{zv} respectively, for this buffer
1250 when the buffer is not current.
1252 @item mode_line_format
1253 @itemx header_line_format
1254 @itemx case_fold_search
1255 @itemx tab_width
1256 @itemx fill_column
1257 @itemx left_margin
1258 @itemx auto_fill_function
1259 @itemx truncate_lines
1260 @itemx word_wrap
1261 @itemx ctl_arrow
1262 @itemx bidi_display_reordering
1263 @itemx bidi_paragraph_direction
1264 @itemx selective_display
1265 @itemx selective_display_ellipses
1266 @itemx overwrite_mode
1267 @itemx abbrev_mode
1268 @itemx mark_active
1269 @itemx enable_multibyte_characters
1270 @itemx buffer_file_coding_system
1271 @itemx cache_long_line_scans
1272 @itemx point_before_scroll
1273 @itemx left_fringe_width
1274 @itemx right_fringe_width
1275 @itemx fringes_outside_margins
1276 @itemx scroll_bar_width
1277 @itemx indicate_empty_lines
1278 @itemx indicate_buffer_boundaries
1279 @itemx fringe_indicator_alist
1280 @itemx fringe_cursor_alist
1281 @itemx scroll_up_aggressively
1282 @itemx scroll_down_aggressively
1283 @itemx cursor_type
1284 @itemx cursor_in_non_selected_windows
1285 These fields store the values of Lisp variables that are automatically
1286 buffer-local (@pxref{Buffer-Local Variables}), whose corresponding
1287 variable names have underscores replaced with dashes.  For instance,
1288 @code{mode_line_format} stores the value of @code{mode-line-format}.
1290 @item last_selected_window
1291 This is the last window that was selected with this buffer in it, or @code{nil}
1292 if that window no longer displays this buffer.
1293 @end table
1295 @node Window Internals
1296 @subsection Window Internals
1297 @cindex internals, of window
1298 @cindex window internals
1300   The fields of a window (for a complete list, see the definition of
1301 @code{struct window} in @file{window.h}) include:
1303 @table @code
1304 @item frame
1305 The frame that this window is on.
1307 @item mini_p
1308 Non-@code{nil} if this window is a minibuffer window.
1310 @item parent
1311 Internally, Emacs arranges windows in a tree; each group of siblings has
1312 a parent window whose area includes all the siblings.  This field points
1313 to a window's parent.
1315 Parent windows do not display buffers, and play little role in display
1316 except to shape their child windows.  Emacs Lisp programs usually have
1317 no access to the parent windows; they operate on the windows at the
1318 leaves of the tree, which actually display buffers.
1320 @c FIXME: These two slots and the `buffer' slot below were replaced
1321 @c with a single slot `contents' on 2013-03-28.  --xfq
1322 @item hchild
1323 @itemx vchild
1324 These fields contain the window's leftmost child and its topmost child
1325 respectively.  @code{hchild} is used if the window is subdivided
1326 horizontally by child windows, and @code{vchild} if it is subdivided
1327 vertically.  In a live window, only one of @code{hchild}, @code{vchild},
1328 and @code{buffer} (q.v.@:) is non-@code{nil}.
1330 @item next
1331 @itemx prev
1332 The next sibling and previous sibling of this window.  @code{next} is
1333 @code{nil} if the window is the right-most or bottom-most in its group;
1334 @code{prev} is @code{nil} if it is the left-most or top-most in its
1335 group.
1337 @item left_col
1338 The left-hand edge of the window, measured in columns, relative to the
1339 leftmost column in the frame (column 0).
1341 @item top_line
1342 The top edge of the window, measured in lines, relative to the topmost
1343 line in the frame (line 0).
1345 @item total_cols
1346 @itemx total_lines
1347 The width and height of the window, measured in columns and lines
1348 respectively.  The width includes the scroll bar and fringes, and/or
1349 the separator line on the right of the window (if any).
1351 @item buffer
1352 The buffer that the window is displaying.
1354 @item start
1355 A marker pointing to the position in the buffer that is the first
1356 character displayed in the window.
1358 @item pointm
1359 @cindex window point internals
1360 This is the value of point in the current buffer when this window is
1361 selected; when it is not selected, it retains its previous value.
1363 @item force_start
1364 If this flag is non-@code{nil}, it says that the window has been
1365 scrolled explicitly by the Lisp program.  This affects what the next
1366 redisplay does if point is off the screen: instead of scrolling the
1367 window to show the text around point, it moves point to a location that
1368 is on the screen.
1370 @item frozen_window_start_p
1371 This field is set temporarily to 1 to indicate to redisplay that
1372 @code{start} of this window should not be changed, even if point
1373 gets invisible.
1375 @item start_at_line_beg
1376 Non-@code{nil} means current value of @code{start} was the beginning of a line
1377 when it was chosen.
1379 @item use_time
1380 This is the last time that the window was selected.  The function
1381 @code{get-lru-window} uses this field.
1383 @item sequence_number
1384 A unique number assigned to this window when it was created.
1386 @item last_modified
1387 The @code{modiff} field of the window's buffer, as of the last time
1388 a redisplay completed in this window.
1390 @item last_overlay_modified
1391 The @code{overlay_modiff} field of the window's buffer, as of the last
1392 time a redisplay completed in this window.
1394 @item last_point
1395 The buffer's value of point, as of the last time a redisplay completed
1396 in this window.
1398 @item last_had_star
1399 A non-@code{nil} value means the window's buffer was ``modified'' when the
1400 window was last updated.
1402 @item vertical_scroll_bar
1403 This window's vertical scroll bar.
1405 @item left_margin_cols
1406 @itemx right_margin_cols
1407 The widths of the left and right margins in this window.  A value of
1408 @code{nil} means no margin.
1410 @item left_fringe_width
1411 @itemx right_fringe_width
1412 The widths of the left and right fringes in this window.  A value of
1413 @code{nil} or @code{t} means use the values of the frame.
1415 @item fringes_outside_margins
1416 A non-@code{nil} value means the fringes outside the display margins;
1417 othersize they are between the margin and the text.
1419 @item window_end_pos
1420 This is computed as @code{z} minus the buffer position of the last glyph
1421 in the current matrix of the window.  The value is only valid if
1422 @code{window_end_valid} is not @code{nil}.
1424 @item window_end_bytepos
1425 The byte position corresponding to @code{window_end_pos}.
1427 @item window_end_vpos
1428 The window-relative vertical position of the line containing
1429 @code{window_end_pos}.
1431 @item window_end_valid
1432 This field is set to a non-@code{nil} value if @code{window_end_pos} is truly
1433 valid.  This is @code{nil} if nontrivial redisplay is pre-empted, since in that
1434 case the display that @code{window_end_pos} was computed for did not get
1435 onto the screen.
1437 @item cursor
1438 A structure describing where the cursor is in this window.
1440 @item last_cursor
1441 The value of @code{cursor} as of the last redisplay that finished.
1443 @item phys_cursor
1444 A structure describing where the cursor of this window physically is.
1446 @item phys_cursor_type
1447 @c FIXME What is this?
1448 @c itemx phys_cursor_ascent
1449 @itemx phys_cursor_height
1450 @itemx phys_cursor_width
1451 The type, height, and width of the cursor that was last displayed on
1452 this window.
1454 @item phys_cursor_on_p
1455 This field is non-zero if the cursor is physically on.
1457 @item cursor_off_p
1458 Non-zero means the cursor in this window is logically off.  This is
1459 used for blinking the cursor.
1461 @item last_cursor_off_p
1462 This field contains the value of @code{cursor_off_p} as of the time of
1463 the last redisplay.
1465 @item must_be_updated_p
1466 This is set to 1 during redisplay when this window must be updated.
1468 @item hscroll
1469 This is the number of columns that the display in the window is scrolled
1470 horizontally to the left.  Normally, this is 0.
1472 @item vscroll
1473 Vertical scroll amount, in pixels.  Normally, this is 0.
1475 @item dedicated
1476 Non-@code{nil} if this window is dedicated to its buffer.
1478 @item display_table
1479 The window's display table, or @code{nil} if none is specified for it.
1481 @item update_mode_line
1482 Non-@code{nil} means this window's mode line needs to be updated.
1484 @item base_line_number
1485 The line number of a certain position in the buffer, or @code{nil}.
1486 This is used for displaying the line number of point in the mode line.
1488 @item base_line_pos
1489 The position in the buffer for which the line number is known, or
1490 @code{nil} meaning none is known.  If it is a buffer, don't display
1491 the line number as long as the window shows that buffer.
1493 @item column_number_displayed
1494 The column number currently displayed in this window's mode line, or @code{nil}
1495 if column numbers are not being displayed.
1497 @item current_matrix
1498 @itemx desired_matrix
1499 Glyph matrices describing the current and desired display of this window.
1500 @end table
1502 @node Process Internals
1503 @subsection Process Internals
1504 @cindex internals, of process
1505 @cindex process internals
1507   The fields of a process (for a complete list, see the definition of
1508 @code{struct Lisp_Process} in @file{process.h}) include:
1510 @table @code
1511 @item name
1512 A string, the name of the process.
1514 @item command
1515 A list containing the command arguments that were used to start this
1516 process.  For a network or serial process, it is @code{nil} if the
1517 process is running or @code{t} if the process is stopped.
1519 @item filter
1520 A function used to accept output from the process.
1522 @item sentinel
1523 A function called whenever the state of the process changes.
1525 @item buffer
1526 The associated buffer of the process.
1528 @item pid
1529 An integer, the operating system's process @acronym{ID}.
1530 Pseudo-processes such as network or serial connections use a value of 0.
1532 @item childp
1533 A flag, @code{t} if this is really a child process.  For a network or
1534 serial connection, it is a plist based on the arguments to
1535 @code{make-network-process} or @code{make-serial-process}.
1537 @item mark
1538 A marker indicating the position of the end of the last output from this
1539 process inserted into the buffer.  This is often but not always the end
1540 of the buffer.
1542 @item kill_without_query
1543 If this is non-zero, killing Emacs while this process is still running
1544 does not ask for confirmation about killing the process.
1546 @item raw_status
1547 The raw process status, as returned by the @code{wait} system call.
1549 @item status
1550 The process status, as @code{process-status} should return it.
1552 @item tick
1553 @itemx update_tick
1554 If these two fields are not equal, a change in the status of the process
1555 needs to be reported, either by running the sentinel or by inserting a
1556 message in the process buffer.
1558 @item pty_flag
1559 Non-@code{nil} if communication with the subprocess uses a pty;
1560 @code{nil} if it uses a pipe.
1562 @item infd
1563 The file descriptor for input from the process.
1565 @item outfd
1566 The file descriptor for output to the process.
1568 @item tty_name
1569 The name of the terminal that the subprocess is using,
1570 or @code{nil} if it is using pipes.
1572 @item decode_coding_system
1573 Coding-system for decoding the input from this process.
1575 @item decoding_buf
1576 A working buffer for decoding.
1578 @item decoding_carryover
1579 Size of carryover in decoding.
1581 @item encode_coding_system
1582 Coding-system for encoding the output to this process.
1584 @item encoding_buf
1585 A working buffer for encoding.
1587 @item inherit_coding_system_flag
1588 Flag to set @code{coding-system} of the process buffer from the
1589 coding system used to decode process output.
1591 @item type
1592 Symbol indicating the type of process: @code{real}, @code{network},
1593 @code{serial}.
1595 @end table
1597 @node C Integer Types
1598 @section C Integer Types
1599 @cindex integer types (C programming language)
1601 Here are some guidelines for use of integer types in the Emacs C
1602 source code.  These guidelines sometimes give competing advice; common
1603 sense is advised.
1605 @itemize @bullet
1606 @item
1607 Avoid arbitrary limits.  For example, avoid @code{int len = strlen
1608 (s);} unless the length of @code{s} is required for other reasons to
1609 fit in @code{int} range.
1611 @item
1612 Do not assume that signed integer arithmetic wraps around on overflow.
1613 This is no longer true of Emacs porting targets: signed integer
1614 overflow has undefined behavior in practice, and can dump core or
1615 even cause earlier or later code to behave ``illogically''.  Unsigned
1616 overflow does wrap around reliably, modulo a power of two.
1618 @item
1619 Prefer signed types to unsigned, as code gets confusing when signed
1620 and unsigned types are combined.  Many other guidelines assume that
1621 types are signed; in the rarer cases where unsigned types are needed,
1622 similar advice may apply to the unsigned counterparts (e.g.,
1623 @code{size_t} instead of @code{ptrdiff_t}, or @code{uintptr_t} instead
1624 of @code{intptr_t}).
1626 @item
1627 Prefer @code{int} for Emacs character codes, in the range 0 ..@: 0x3FFFFF.
1628 More generally, prefer @code{int} for integers known to be in
1629 @code{int} range, e.g., screen column counts.
1631 @item
1632 Prefer @code{ptrdiff_t} for sizes, i.e., for integers bounded by the
1633 maximum size of any individual C object or by the maximum number of
1634 elements in any C array.  This is part of Emacs's general preference
1635 for signed types.  Using @code{ptrdiff_t} limits objects to
1636 @code{PTRDIFF_MAX} bytes, but larger objects would cause trouble
1637 anyway since they would break pointer subtraction, so this does not
1638 impose an arbitrary limit.
1640 @item
1641 Avoid @code{ssize_t} except when communicating to low-level APIs that
1642 have @code{ssize_t}-related limitations.  Although it's equivalent to
1643 @code{ptrdiff_t} on typical platforms, @code{ssize_t} is occasionally
1644 narrower, so using it for size-related calculations could overflow.
1645 Also, @code{ptrdiff_t} is more ubiquitous and better-standardized, has
1646 standard @code{printf} formats, and is the basis for Emacs's internal
1647 size-overflow checking.  When using @code{ssize_t}, please note that
1648 POSIX requires support only for values in the range @minus{}1 ..@:
1649 @code{SSIZE_MAX}.
1651 @item
1652 Prefer @code{intptr_t} for internal representations of pointers, or
1653 for integers bounded only by the number of objects that can exist at
1654 any given time or by the total number of bytes that can be allocated.
1655 Currently Emacs sometimes uses other types when @code{intptr_t} would
1656 be better; fixing this is lower priority, as the code works as-is on
1657 Emacs's current porting targets.
1659 @item
1660 Prefer the Emacs-defined type @code{EMACS_INT} for representing values
1661 converted to or from Emacs Lisp fixnums, as fixnum arithmetic is based
1662 on @code{EMACS_INT}.
1664 @item
1665 When representing a system value (such as a file size or a count of
1666 seconds since the Epoch), prefer the corresponding system type (e.g.,
1667 @code{off_t}, @code{time_t}).  Do not assume that a system type is
1668 signed, unless this assumption is known to be safe.  For example,
1669 although @code{off_t} is always signed, @code{time_t} need not be.
1671 @item
1672 Prefer the Emacs-defined type @code{printmax_t} for representing
1673 values that might be any signed integer that can be printed,
1674 using a @code{printf}-family function.
1676 @item
1677 Prefer @code{intmax_t} for representing values that might be any
1678 signed integer value.
1680 @item
1681 Prefer @code{bool}, @code{false} and @code{true} for booleans.
1682 Using @code{bool} can make programs easier to read and a bit faster than
1683 using @code{int}.  Although it is also OK to use @code{int}, @code{0}
1684 and @code{1}, this older style is gradually being phased out.  When
1685 using @code{bool}, respect the limitations of the replacement
1686 implementation of @code{bool}, as documented in the source file
1687 @file{lib/stdbool.in.h}.  In particular, boolean bitfields should be of type
1688 @code{bool_bf}, not @code{bool}, so that they work correctly even when
1689 compiling Objective C with standard GCC.
1691 @item
1692 In bitfields, prefer @code{unsigned int} or @code{signed int} to
1693 @code{int}, as @code{int} is less portable: it might be signed, and
1694 might not be.  Single-bit bit fields should be @code{unsigned int} or
1695 @code{bool_bf} so that their values are 0 or 1.
1696 @end itemize
1698 @c FIXME Mention src/globals.h somewhere in this file?