* admin/gitmerge.el (gitmerge-missing):
[emacs.git] / doc / lispref / numbers.texi
blobbe74b0c61115aa748574138ee43043eb0b40fb16
1 @c -*-texinfo-*-
2 @c This is part of the GNU Emacs Lisp Reference Manual.
3 @c Copyright (C) 1990-1995, 1998-1999, 2001-2017 Free Software
4 @c Foundation, Inc.
5 @c See the file elisp.texi for copying conditions.
6 @node Numbers
7 @chapter Numbers
8 @cindex integers
9 @cindex numbers
11   GNU Emacs supports two numeric data types: @dfn{integers} and
12 @dfn{floating-point numbers}.  Integers are whole numbers such as
13 @minus{}3, 0, 7, 13, and 511.  Floating-point numbers are numbers with
14 fractional parts, such as @minus{}4.5, 0.0, and 2.71828.  They can
15 also be expressed in exponential notation: @samp{1.5e2} is the same as
16 @samp{150.0}; here, @samp{e2} stands for ten to the second power, and
17 that is multiplied by 1.5.  Integer computations are exact, though
18 they may overflow.  Floating-point computations often involve rounding
19 errors, as the numbers have a fixed amount of precision.
21 @menu
22 * Integer Basics::            Representation and range of integers.
23 * Float Basics::              Representation and range of floating point.
24 * Predicates on Numbers::     Testing for numbers.
25 * Comparison of Numbers::     Equality and inequality predicates.
26 * Numeric Conversions::       Converting float to integer and vice versa.
27 * Arithmetic Operations::     How to add, subtract, multiply and divide.
28 * Rounding Operations::       Explicitly rounding floating-point numbers.
29 * Bitwise Operations::        Logical and, or, not, shifting.
30 * Math Functions::            Trig, exponential and logarithmic functions.
31 * Random Numbers::            Obtaining random integers, predictable or not.
32 @end menu
34 @node Integer Basics
35 @section Integer Basics
37   The range of values for an integer depends on the machine.  The
38 minimum range is @minus{}536,870,912 to 536,870,911 (30 bits; i.e.,
39 @ifnottex
40 @minus{}2**29
41 @end ifnottex
42 @tex
43 @math{-2^{29}}
44 @end tex
46 @ifnottex
47 2**29 @minus{} 1),
48 @end ifnottex
49 @tex
50 @math{2^{29}-1}),
51 @end tex
52 but many machines provide a wider range.  Many examples in this
53 chapter assume the minimum integer width of 30 bits.
54 @cindex overflow
56   The Lisp reader reads an integer as a sequence of digits with optional
57 initial sign and optional final period.  An integer that is out of the
58 Emacs range is treated as a floating-point number.
60 @example
61  1               ; @r{The integer 1.}
62  1.              ; @r{The integer 1.}
63 +1               ; @r{Also the integer 1.}
64 -1               ; @r{The integer @minus{}1.}
65  9000000000000000000
66                  ; @r{The floating-point number 9e18.}
67  0               ; @r{The integer 0.}
68 -0               ; @r{The integer 0.}
69 @end example
71 @cindex integers in specific radix
72 @cindex radix for reading an integer
73 @cindex base for reading an integer
74 @cindex hex numbers
75 @cindex octal numbers
76 @cindex reading numbers in hex, octal, and binary
77   The syntax for integers in bases other than 10 uses @samp{#}
78 followed by a letter that specifies the radix: @samp{b} for binary,
79 @samp{o} for octal, @samp{x} for hex, or @samp{@var{radix}r} to
80 specify radix @var{radix}.  Case is not significant for the letter
81 that specifies the radix.  Thus, @samp{#b@var{integer}} reads
82 @var{integer} in binary, and @samp{#@var{radix}r@var{integer}} reads
83 @var{integer} in radix @var{radix}.  Allowed values of @var{radix} run
84 from 2 to 36.  For example:
86 @example
87 #b101100 @result{} 44
88 #o54 @result{} 44
89 #x2c @result{} 44
90 #24r1k @result{} 44
91 @end example
93   To understand how various functions work on integers, especially the
94 bitwise operators (@pxref{Bitwise Operations}), it is often helpful to
95 view the numbers in their binary form.
97   In 30-bit binary, the decimal integer 5 looks like this:
99 @example
100 0000...000101 (30 bits total)
101 @end example
103 @noindent
104 (The @samp{...} stands for enough bits to fill out a 30-bit word; in
105 this case, @samp{...} stands for twenty 0 bits.  Later examples also
106 use the @samp{...} notation to make binary integers easier to read.)
108   The integer @minus{}1 looks like this:
110 @example
111 1111...111111 (30 bits total)
112 @end example
114 @noindent
115 @cindex two's complement
116 @minus{}1 is represented as 30 ones.  (This is called @dfn{two's
117 complement} notation.)
119   Subtracting 4 from @minus{}1 returns the negative integer @minus{}5.
120 In binary, the decimal integer 4 is 100.  Consequently,
121 @minus{}5 looks like this:
123 @example
124 1111...111011 (30 bits total)
125 @end example
127   In this implementation, the largest 30-bit binary integer is
128 536,870,911 in decimal.  In binary, it looks like this:
130 @example
131 0111...111111 (30 bits total)
132 @end example
134   Since the arithmetic functions do not check whether integers go
135 outside their range, when you add 1 to 536,870,911, the value is the
136 negative integer @minus{}536,870,912:
138 @example
139 (+ 1 536870911)
140      @result{} -536870912
141      @result{} 1000...000000 (30 bits total)
142 @end example
144   Many of the functions described in this chapter accept markers for
145 arguments in place of numbers.  (@xref{Markers}.)  Since the actual
146 arguments to such functions may be either numbers or markers, we often
147 give these arguments the name @var{number-or-marker}.  When the argument
148 value is a marker, its position value is used and its buffer is ignored.
150 @cindex largest Lisp integer
151 @cindex maximum Lisp integer
152 @defvar most-positive-fixnum
153 The value of this variable is the largest integer that Emacs Lisp can
154 handle.  Typical values are
155 @ifnottex
156 2**29 @minus{} 1
157 @end ifnottex
158 @tex
159 @math{2^{29}-1}
160 @end tex
161 on 32-bit and
162 @ifnottex
163 2**61 @minus{} 1
164 @end ifnottex
165 @tex
166 @math{2^{61}-1}
167 @end tex
168 on 64-bit platforms.
169 @end defvar
171 @cindex smallest Lisp integer
172 @cindex minimum Lisp integer
173 @defvar most-negative-fixnum
174 The value of this variable is the smallest integer that Emacs Lisp can
175 handle.  It is negative.  Typical values are
176 @ifnottex
177 @minus{}2**29
178 @end ifnottex
179 @tex
180 @math{-2^{29}}
181 @end tex
182 on 32-bit and
183 @ifnottex
184 @minus{}2**61
185 @end ifnottex
186 @tex
187 @math{-2^{61}}
188 @end tex
189 on 64-bit platforms.
190 @end defvar
192   In Emacs Lisp, text characters are represented by integers.  Any
193 integer between zero and the value of @code{(max-char)}, inclusive, is
194 considered to be valid as a character.  @xref{Character Codes}.
196 @node Float Basics
197 @section Floating-Point Basics
199 @cindex @acronym{IEEE} floating point
200   Floating-point numbers are useful for representing numbers that are
201 not integral.  The range of floating-point numbers is
202 the same as the range of the C data type @code{double} on the machine
203 you are using.  On all computers currently supported by Emacs, this is
204 double-precision @acronym{IEEE} floating point.
206   The read syntax for floating-point numbers requires either a decimal
207 point, an exponent, or both.  Optional signs (@samp{+} or @samp{-})
208 precede the number and its exponent.  For example, @samp{1500.0},
209 @samp{+15e2}, @samp{15.0e+2}, @samp{+1500000e-3}, and @samp{.15e4} are
210 five ways of writing a floating-point number whose value is 1500.
211 They are all equivalent.  Like Common Lisp, Emacs Lisp requires at
212 least one digit after any decimal point in a floating-point number;
213 @samp{1500.} is an integer, not a floating-point number.
215   Emacs Lisp treats @code{-0.0} as numerically equal to ordinary zero
216 with respect to @code{equal} and @code{=}.  This follows the
217 @acronym{IEEE} floating-point standard, which says @code{-0.0} and
218 @code{0.0} are numerically equal even though other operations can
219 distinguish them.
221 @cindex positive infinity
222 @cindex negative infinity
223 @cindex infinity
224 @cindex NaN
225   The @acronym{IEEE} floating-point standard supports positive
226 infinity and negative infinity as floating-point values.  It also
227 provides for a class of values called NaN, or ``not a number'';
228 numerical functions return such values in cases where there is no
229 correct answer.  For example, @code{(/ 0.0 0.0)} returns a NaN@.
230 Although NaN values carry a sign, for practical purposes there is no other
231 significant difference between different NaN values in Emacs Lisp.
233 Here are read syntaxes for these special floating-point values:
235 @table @asis
236 @item infinity
237 @samp{1.0e+INF} and @samp{-1.0e+INF}
238 @item not-a-number
239 @samp{0.0e+NaN} and @samp{-0.0e+NaN}
240 @end table
242   The following functions are specialized for handling floating-point
243 numbers:
245 @defun isnan x
246 This predicate returns @code{t} if its floating-point argument is a NaN,
247 @code{nil} otherwise.
248 @end defun
250 @defun frexp x
251 This function returns a cons cell @code{(@var{s} . @var{e})},
252 where @var{s} and @var{e} are respectively the significand and
253 exponent of the floating-point number @var{x}.
255 If @var{x} is finite, then @var{s} is a floating-point number between 0.5
256 (inclusive) and 1.0 (exclusive), @var{e} is an integer, and
257 @ifnottex
258 @var{x} = @var{s} * 2**@var{e}.
259 @end ifnottex
260 @tex
261 @math{x = s 2^e}.
262 @end tex
263 If @var{x} is zero or infinity, then @var{s} is the same as @var{x}.
264 If @var{x} is a NaN, then @var{s} is also a NaN@.
265 If @var{x} is zero, then @var{e} is 0.
266 @end defun
268 @defun ldexp s e
269 Given a numeric significand @var{s} and an integer exponent @var{e},
270 this function returns the floating point number
271 @ifnottex
272 @var{s} * 2**@var{e}.
273 @end ifnottex
274 @tex
275 @math{s 2^e}.
276 @end tex
277 @end defun
279 @defun copysign x1 x2
280 This function copies the sign of @var{x2} to the value of @var{x1},
281 and returns the result.  @var{x1} and @var{x2} must be floating point.
282 @end defun
284 @defun logb x
285 This function returns the binary exponent of @var{x}.  More
286 precisely, the value is the logarithm base 2 of @math{|x|}, rounded
287 down to an integer.
289 @example
290 (logb 10)
291      @result{} 3
292 (logb 10.0e20)
293      @result{} 69
294 @end example
295 @end defun
297 @node Predicates on Numbers
298 @section Type Predicates for Numbers
299 @cindex predicates for numbers
301   The functions in this section test for numbers, or for a specific
302 type of number.  The functions @code{integerp} and @code{floatp} can
303 take any type of Lisp object as argument (they would not be of much
304 use otherwise), but the @code{zerop} predicate requires a number as
305 its argument.  See also @code{integer-or-marker-p} and
306 @code{number-or-marker-p}, in @ref{Predicates on Markers}.
308 @defun floatp object
309 This predicate tests whether its argument is floating point
310 and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
311 @end defun
313 @defun integerp object
314 This predicate tests whether its argument is an integer, and returns
315 @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
316 @end defun
318 @defun numberp object
319 This predicate tests whether its argument is a number (either integer or
320 floating point), and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
321 @end defun
323 @defun natnump object
324 @cindex natural numbers
325 This predicate (whose name comes from the phrase ``natural number'')
326 tests to see whether its argument is a nonnegative integer, and
327 returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.  0 is considered
328 non-negative.
330 @findex wholenump
331 @code{wholenump} is a synonym for @code{natnump}.
332 @end defun
334 @defun zerop number
335 This predicate tests whether its argument is zero, and returns @code{t}
336 if so, @code{nil} otherwise.  The argument must be a number.
338 @code{(zerop x)} is equivalent to @code{(= x 0)}.
339 @end defun
341 @node Comparison of Numbers
342 @section Comparison of Numbers
343 @cindex number comparison
344 @cindex comparing numbers
346   To test numbers for numerical equality, you should normally use
347 @code{=}, not @code{eq}.  There can be many distinct floating-point
348 objects with the same numeric value.  If you use @code{eq} to
349 compare them, then you test whether two values are the same
350 @emph{object}.  By contrast, @code{=} compares only the numeric values
351 of the objects.
353   In Emacs Lisp, each integer is a unique Lisp object.
354 Therefore, @code{eq} is equivalent to @code{=} where integers are
355 concerned.  It is sometimes convenient to use @code{eq} for comparing
356 an unknown value with an integer, because @code{eq} does not report an
357 error if the unknown value is not a number---it accepts arguments of
358 any type.  By contrast, @code{=} signals an error if the arguments are
359 not numbers or markers.  However, it is better programming practice to
360 use @code{=} if you can, even for comparing integers.
362   Sometimes it is useful to compare numbers with @code{equal}, which
363 treats two numbers as equal if they have the same data type (both
364 integers, or both floating point) and the same value.  By contrast,
365 @code{=} can treat an integer and a floating-point number as equal.
366 @xref{Equality Predicates}.
368   There is another wrinkle: because floating-point arithmetic is not
369 exact, it is often a bad idea to check for equality of floating-point
370 values.  Usually it is better to test for approximate equality.
371 Here's a function to do this:
373 @example
374 (defvar fuzz-factor 1.0e-6)
375 (defun approx-equal (x y)
376   (or (= x y)
377       (< (/ (abs (- x y))
378             (max (abs x) (abs y)))
379          fuzz-factor)))
380 @end example
382 @cindex CL note---integers vrs @code{eq}
383 @quotation
384 @b{Common Lisp note:} Comparing numbers in Common Lisp always requires
385 @code{=} because Common Lisp implements multi-word integers, and two
386 distinct integer objects can have the same numeric value.  Emacs Lisp
387 can have just one integer object for any given value because it has a
388 limited range of integers.
389 @end quotation
391 @defun = number-or-marker &rest number-or-markers
392 This function tests whether all its arguments are numerically equal,
393 and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
394 @end defun
396 @defun eql value1 value2
397 This function acts like @code{eq} except when both arguments are
398 numbers.  It compares numbers by type and numeric value, so that
399 @code{(eql 1.0 1)} returns @code{nil}, but @code{(eql 1.0 1.0)} and
400 @code{(eql 1 1)} both return @code{t}.
401 @end defun
403 @defun /= number-or-marker1 number-or-marker2
404 This function tests whether its arguments are numerically equal, and
405 returns @code{t} if they are not, and @code{nil} if they are.
406 @end defun
408 @defun <  number-or-marker &rest number-or-markers
409 This function tests whether each argument is strictly less than the
410 following argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
411 @end defun
413 @defun <= number-or-marker &rest number-or-markers
414 This function tests whether each argument is less than or equal to
415 the following argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
416 @end defun
418 @defun > number-or-marker &rest number-or-markers
419 This function tests whether each argument is strictly greater than
420 the following argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
421 @end defun
423 @defun >= number-or-marker &rest number-or-markers
424 This function tests whether each argument is greater than or equal to
425 the following argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
426 @end defun
428 @defun max number-or-marker &rest numbers-or-markers
429 This function returns the largest of its arguments.
431 @example
432 (max 20)
433      @result{} 20
434 (max 1 2.5)
435      @result{} 2.5
436 (max 1 3 2.5)
437      @result{} 3
438 @end example
439 @end defun
441 @defun min number-or-marker &rest numbers-or-markers
442 This function returns the smallest of its arguments.
444 @example
445 (min -4 1)
446      @result{} -4
447 @end example
448 @end defun
450 @defun abs number
451 This function returns the absolute value of @var{number}.
452 @end defun
454 @node Numeric Conversions
455 @section Numeric Conversions
456 @cindex rounding in conversions
457 @cindex number conversions
458 @cindex converting numbers
460 To convert an integer to floating point, use the function @code{float}.
462 @defun float number
463 This returns @var{number} converted to floating point.
464 If @var{number} is already floating point, @code{float} returns
465 it unchanged.
466 @end defun
468   There are four functions to convert floating-point numbers to
469 integers; they differ in how they round.  All accept an argument
470 @var{number} and an optional argument @var{divisor}.  Both arguments
471 may be integers or floating-point numbers.  @var{divisor} may also be
472 @code{nil}.  If @var{divisor} is @code{nil} or omitted, these
473 functions convert @var{number} to an integer, or return it unchanged
474 if it already is an integer.  If @var{divisor} is non-@code{nil}, they
475 divide @var{number} by @var{divisor} and convert the result to an
476 integer.  If @var{divisor} is zero (whether integer or
477 floating point), Emacs signals an @code{arith-error} error.
479 @defun truncate number &optional divisor
480 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards
481 zero.
483 @example
484 (truncate 1.2)
485      @result{} 1
486 (truncate 1.7)
487      @result{} 1
488 (truncate -1.2)
489      @result{} -1
490 (truncate -1.7)
491      @result{} -1
492 @end example
493 @end defun
495 @defun floor number &optional divisor
496 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding downward
497 (towards negative infinity).
499 If @var{divisor} is specified, this uses the kind of division
500 operation that corresponds to @code{mod}, rounding downward.
502 @example
503 (floor 1.2)
504      @result{} 1
505 (floor 1.7)
506      @result{} 1
507 (floor -1.2)
508      @result{} -2
509 (floor -1.7)
510      @result{} -2
511 (floor 5.99 3)
512      @result{} 1
513 @end example
514 @end defun
516 @defun ceiling number &optional divisor
517 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding upward
518 (towards positive infinity).
520 @example
521 (ceiling 1.2)
522      @result{} 2
523 (ceiling 1.7)
524      @result{} 2
525 (ceiling -1.2)
526      @result{} -1
527 (ceiling -1.7)
528      @result{} -1
529 @end example
530 @end defun
532 @defun round number &optional divisor
533 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards the
534 nearest integer.  Rounding a value equidistant between two integers
535 returns the even integer.
537 @example
538 (round 1.2)
539      @result{} 1
540 (round 1.7)
541      @result{} 2
542 (round -1.2)
543      @result{} -1
544 (round -1.7)
545      @result{} -2
546 @end example
547 @end defun
549 @node Arithmetic Operations
550 @section Arithmetic Operations
551 @cindex arithmetic operations
553   Emacs Lisp provides the traditional four arithmetic operations
554 (addition, subtraction, multiplication, and division), as well as
555 remainder and modulus functions, and functions to add or subtract 1.
556 Except for @code{%}, each of these functions accepts both integer and
557 floating-point arguments, and returns a floating-point number if any
558 argument is floating point.
560   Emacs Lisp arithmetic functions do not check for integer overflow.
561 Thus @code{(1+ 536870911)} may evaluate to
562 @minus{}536870912, depending on your hardware.
564 @defun 1+ number-or-marker
565 This function returns @var{number-or-marker} plus 1.
566 For example,
568 @example
569 (setq foo 4)
570      @result{} 4
571 (1+ foo)
572      @result{} 5
573 @end example
575 This function is not analogous to the C operator @code{++}---it does not
576 increment a variable.  It just computes a sum.  Thus, if we continue,
578 @example
580      @result{} 4
581 @end example
583 If you want to increment the variable, you must use @code{setq},
584 like this:
586 @example
587 (setq foo (1+ foo))
588      @result{} 5
589 @end example
590 @end defun
592 @defun 1- number-or-marker
593 This function returns @var{number-or-marker} minus 1.
594 @end defun
596 @defun + &rest numbers-or-markers
597 This function adds its arguments together.  When given no arguments,
598 @code{+} returns 0.
600 @example
602      @result{} 0
603 (+ 1)
604      @result{} 1
605 (+ 1 2 3 4)
606      @result{} 10
607 @end example
608 @end defun
610 @defun - &optional number-or-marker &rest more-numbers-or-markers
611 The @code{-} function serves two purposes: negation and subtraction.
612 When @code{-} has a single argument, the value is the negative of the
613 argument.  When there are multiple arguments, @code{-} subtracts each of
614 the @var{more-numbers-or-markers} from @var{number-or-marker},
615 cumulatively.  If there are no arguments, the result is 0.
617 @example
618 (- 10 1 2 3 4)
619      @result{} 0
620 (- 10)
621      @result{} -10
623      @result{} 0
624 @end example
625 @end defun
627 @defun * &rest numbers-or-markers
628 This function multiplies its arguments together, and returns the
629 product.  When given no arguments, @code{*} returns 1.
631 @example
633      @result{} 1
634 (* 1)
635      @result{} 1
636 (* 1 2 3 4)
637      @result{} 24
638 @end example
639 @end defun
641 @defun / number &rest divisors
642 With one or more @var{divisors}, this function divides @var{number}
643 by each divisor in @var{divisors} in turn, and returns the quotient.
644 With no @var{divisors}, this function returns 1/@var{number}, i.e.,
645 the multiplicative inverse of @var{number}.  Each argument may be a
646 number or a marker.
648 If all the arguments are integers, the result is an integer, obtained
649 by rounding the quotient towards zero after each division.
651 @example
652 @group
653 (/ 6 2)
654      @result{} 3
655 @end group
656 @group
657 (/ 5 2)
658      @result{} 2
659 @end group
660 @group
661 (/ 5.0 2)
662      @result{} 2.5
663 @end group
664 @group
665 (/ 5 2.0)
666      @result{} 2.5
667 @end group
668 @group
669 (/ 5.0 2.0)
670      @result{} 2.5
671 @end group
672 @group
673 (/ 4.0)
674      @result{} 0.25
675 @end group
676 @group
677 (/ 4)
678      @result{} 0
679 @end group
680 @group
681 (/ 25 3 2)
682      @result{} 4
683 @end group
684 @group
685 (/ -17 6)
686      @result{} -2
687 @end group
688 @end example
690 @cindex @code{arith-error} in division
691 If you divide an integer by the integer 0, Emacs signals an
692 @code{arith-error} error (@pxref{Errors}).  Floating-point division of
693 a nonzero number by zero yields either positive or negative infinity
694 (@pxref{Float Basics}).
695 @end defun
697 @defun % dividend divisor
698 @cindex remainder
699 This function returns the integer remainder after division of @var{dividend}
700 by @var{divisor}.  The arguments must be integers or markers.
702 For any two integers @var{dividend} and @var{divisor},
704 @example
705 @group
706 (+ (% @var{dividend} @var{divisor})
707    (* (/ @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
708 @end group
709 @end example
711 @noindent
712 always equals @var{dividend} if @var{divisor} is nonzero.
714 @example
715 (% 9 4)
716      @result{} 1
717 (% -9 4)
718      @result{} -1
719 (% 9 -4)
720      @result{} 1
721 (% -9 -4)
722      @result{} -1
723 @end example
724 @end defun
726 @defun mod dividend divisor
727 @cindex modulus
728 This function returns the value of @var{dividend} modulo @var{divisor};
729 in other words, the remainder after division of @var{dividend}
730 by @var{divisor}, but with the same sign as @var{divisor}.
731 The arguments must be numbers or markers.
733 Unlike @code{%}, @code{mod} permits floating-point arguments; it
734 rounds the quotient downward (towards minus infinity) to an integer,
735 and uses that quotient to compute the remainder.
737 If @var{divisor} is zero, @code{mod} signals an @code{arith-error}
738 error if both arguments are integers, and returns a NaN otherwise.
740 @example
741 @group
742 (mod 9 4)
743      @result{} 1
744 @end group
745 @group
746 (mod -9 4)
747      @result{} 3
748 @end group
749 @group
750 (mod 9 -4)
751      @result{} -3
752 @end group
753 @group
754 (mod -9 -4)
755      @result{} -1
756 @end group
757 @group
758 (mod 5.5 2.5)
759      @result{} .5
760 @end group
761 @end example
763 For any two numbers @var{dividend} and @var{divisor},
765 @example
766 @group
767 (+ (mod @var{dividend} @var{divisor})
768    (* (floor @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
769 @end group
770 @end example
772 @noindent
773 always equals @var{dividend}, subject to rounding error if either
774 argument is floating point and to an @code{arith-error} if @var{dividend} is an
775 integer and @var{divisor} is 0.  For @code{floor}, see @ref{Numeric
776 Conversions}.
777 @end defun
779 @node Rounding Operations
780 @section Rounding Operations
781 @cindex rounding without conversion
783 The functions @code{ffloor}, @code{fceiling}, @code{fround}, and
784 @code{ftruncate} take a floating-point argument and return a floating-point
785 result whose value is a nearby integer.  @code{ffloor} returns the
786 nearest integer below; @code{fceiling}, the nearest integer above;
787 @code{ftruncate}, the nearest integer in the direction towards zero;
788 @code{fround}, the nearest integer.
790 @defun ffloor float
791 This function rounds @var{float} to the next lower integral value, and
792 returns that value as a floating-point number.
793 @end defun
795 @defun fceiling float
796 This function rounds @var{float} to the next higher integral value, and
797 returns that value as a floating-point number.
798 @end defun
800 @defun ftruncate float
801 This function rounds @var{float} towards zero to an integral value, and
802 returns that value as a floating-point number.
803 @end defun
805 @defun fround float
806 This function rounds @var{float} to the nearest integral value,
807 and returns that value as a floating-point number.
808 Rounding a value equidistant between two integers returns the even integer.
809 @end defun
811 @node Bitwise Operations
812 @section Bitwise Operations on Integers
813 @cindex bitwise arithmetic
814 @cindex logical arithmetic
816   In a computer, an integer is represented as a binary number, a
817 sequence of @dfn{bits} (digits which are either zero or one).  A bitwise
818 operation acts on the individual bits of such a sequence.  For example,
819 @dfn{shifting} moves the whole sequence left or right one or more places,
820 reproducing the same pattern moved over.
822   The bitwise operations in Emacs Lisp apply only to integers.
824 @defun lsh integer1 count
825 @cindex logical shift
826 @code{lsh}, which is an abbreviation for @dfn{logical shift}, shifts the
827 bits in @var{integer1} to the left @var{count} places, or to the right
828 if @var{count} is negative, bringing zeros into the vacated bits.  If
829 @var{count} is negative, @code{lsh} shifts zeros into the leftmost
830 (most-significant) bit, producing a positive result even if
831 @var{integer1} is negative.  Contrast this with @code{ash}, below.
833 Here are two examples of @code{lsh}, shifting a pattern of bits one
834 place to the left.  We show only the low-order eight bits of the binary
835 pattern; the rest are all zero.
837 @example
838 @group
839 (lsh 5 1)
840      @result{} 10
841 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 10.}
842 00000101 @result{} 00001010
844 (lsh 7 1)
845      @result{} 14
846 ;; @r{Decimal 7 becomes decimal 14.}
847 00000111 @result{} 00001110
848 @end group
849 @end example
851 @noindent
852 As the examples illustrate, shifting the pattern of bits one place to
853 the left produces a number that is twice the value of the previous
854 number.
856 Shifting a pattern of bits two places to the left produces results
857 like this (with 8-bit binary numbers):
859 @example
860 @group
861 (lsh 3 2)
862      @result{} 12
863 ;; @r{Decimal 3 becomes decimal 12.}
864 00000011 @result{} 00001100
865 @end group
866 @end example
868 On the other hand, shifting one place to the right looks like this:
870 @example
871 @group
872 (lsh 6 -1)
873      @result{} 3
874 ;; @r{Decimal 6 becomes decimal 3.}
875 00000110 @result{} 00000011
876 @end group
878 @group
879 (lsh 5 -1)
880      @result{} 2
881 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 2.}
882 00000101 @result{} 00000010
883 @end group
884 @end example
886 @noindent
887 As the example illustrates, shifting one place to the right divides the
888 value of a positive integer by two, rounding downward.
890 The function @code{lsh}, like all Emacs Lisp arithmetic functions, does
891 not check for overflow, so shifting left can discard significant bits
892 and change the sign of the number.  For example, left shifting
893 536,870,911 produces @minus{}2 in the 30-bit implementation:
895 @example
896 (lsh 536870911 1)          ; @r{left shift}
897      @result{} -2
898 @end example
900 In binary, the argument looks like this:
902 @example
903 @group
904 ;; @r{Decimal 536,870,911}
905 0111...111111 (30 bits total)
906 @end group
907 @end example
909 @noindent
910 which becomes the following when left shifted:
912 @example
913 @group
914 ;; @r{Decimal @minus{}2}
915 1111...111110 (30 bits total)
916 @end group
917 @end example
918 @end defun
920 @defun ash integer1 count
921 @cindex arithmetic shift
922 @code{ash} (@dfn{arithmetic shift}) shifts the bits in @var{integer1}
923 to the left @var{count} places, or to the right if @var{count}
924 is negative.
926 @code{ash} gives the same results as @code{lsh} except when
927 @var{integer1} and @var{count} are both negative.  In that case,
928 @code{ash} puts ones in the empty bit positions on the left, while
929 @code{lsh} puts zeros in those bit positions.
931 Thus, with @code{ash}, shifting the pattern of bits one place to the right
932 looks like this:
934 @example
935 @group
936 (ash -6 -1) @result{} -3
937 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal @minus{}3.}
938 1111...111010 (30 bits total)
939      @result{}
940 1111...111101 (30 bits total)
941 @end group
942 @end example
944 In contrast, shifting the pattern of bits one place to the right with
945 @code{lsh} looks like this:
947 @example
948 @group
949 (lsh -6 -1) @result{} 536870909
950 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal 536,870,909.}
951 1111...111010 (30 bits total)
952      @result{}
953 0111...111101 (30 bits total)
954 @end group
955 @end example
957 Here are other examples:
959 @c !!! Check if lined up in smallbook format!  XDVI shows problem
960 @c     with smallbook but not with regular book! --rjc 16mar92
961 @smallexample
962 @group
963                    ;  @r{       30-bit binary values}
965 (lsh 5 2)          ;   5  =  @r{0000...000101}
966      @result{} 20         ;      =  @r{0000...010100}
967 @end group
968 @group
969 (ash 5 2)
970      @result{} 20
971 (lsh -5 2)         ;  -5  =  @r{1111...111011}
972      @result{} -20        ;      =  @r{1111...101100}
973 (ash -5 2)
974      @result{} -20
975 @end group
976 @group
977 (lsh 5 -2)         ;   5  =  @r{0000...000101}
978      @result{} 1          ;      =  @r{0000...000001}
979 @end group
980 @group
981 (ash 5 -2)
982      @result{} 1
983 @end group
984 @group
985 (lsh -5 -2)        ;  -5  =  @r{1111...111011}
986      @result{} 268435454
987                    ;      =  @r{0011...111110}
988 @end group
989 @group
990 (ash -5 -2)        ;  -5  =  @r{1111...111011}
991      @result{} -2         ;      =  @r{1111...111110}
992 @end group
993 @end smallexample
994 @end defun
996 @defun logand &rest ints-or-markers
997 This function returns the bitwise AND of the arguments: the @var{n}th
998 bit is 1 in the result if, and only if, the @var{n}th bit is 1 in all
999 the arguments.
1001 For example, using 4-bit binary numbers, the bitwise AND of 13 and
1002 12 is 12: 1101 combined with 1100 produces 1100.
1003 In both the binary numbers, the leftmost two bits are both 1
1004 so the leftmost two bits of the returned value are both 1.
1005 However, for the rightmost two bits, each is 0 in at least one of
1006 the arguments, so the rightmost two bits of the returned value are both 0.
1008 @noindent
1009 Therefore,
1011 @example
1012 @group
1013 (logand 13 12)
1014      @result{} 12
1015 @end group
1016 @end example
1018 If @code{logand} is not passed any argument, it returns a value of
1019 @minus{}1.  This number is an identity element for @code{logand}
1020 because its binary representation consists entirely of ones.  If
1021 @code{logand} is passed just one argument, it returns that argument.
1023 @smallexample
1024 @group
1025                    ; @r{       30-bit binary values}
1027 (logand 14 13)     ; 14  =  @r{0000...001110}
1028                    ; 13  =  @r{0000...001101}
1029      @result{} 12         ; 12  =  @r{0000...001100}
1030 @end group
1032 @group
1033 (logand 14 13 4)   ; 14  =  @r{0000...001110}
1034                    ; 13  =  @r{0000...001101}
1035                    ;  4  =  @r{0000...000100}
1036      @result{} 4          ;  4  =  @r{0000...000100}
1037 @end group
1039 @group
1040 (logand)
1041      @result{} -1         ; -1  =  @r{1111...111111}
1042 @end group
1043 @end smallexample
1044 @end defun
1046 @defun logior &rest ints-or-markers
1047 This function returns the bitwise inclusive OR of its arguments: the @var{n}th
1048 bit is 1 in the result if, and only if, the @var{n}th bit is 1 in at
1049 least one of the arguments.  If there are no arguments, the result is 0,
1050 which is an identity element for this operation.  If @code{logior} is
1051 passed just one argument, it returns that argument.
1053 @smallexample
1054 @group
1055                    ; @r{       30-bit binary values}
1057 (logior 12 5)      ; 12  =  @r{0000...001100}
1058                    ;  5  =  @r{0000...000101}
1059      @result{} 13         ; 13  =  @r{0000...001101}
1060 @end group
1062 @group
1063 (logior 12 5 7)    ; 12  =  @r{0000...001100}
1064                    ;  5  =  @r{0000...000101}
1065                    ;  7  =  @r{0000...000111}
1066      @result{} 15         ; 15  =  @r{0000...001111}
1067 @end group
1068 @end smallexample
1069 @end defun
1071 @defun logxor &rest ints-or-markers
1072 This function returns the bitwise exclusive OR of its arguments: the
1073 @var{n}th bit is 1 in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
1074 1 in an odd number of the arguments.  If there are no arguments, the
1075 result is 0, which is an identity element for this operation.  If
1076 @code{logxor} is passed just one argument, it returns that argument.
1078 @smallexample
1079 @group
1080                    ; @r{       30-bit binary values}
1082 (logxor 12 5)      ; 12  =  @r{0000...001100}
1083                    ;  5  =  @r{0000...000101}
1084      @result{} 9          ;  9  =  @r{0000...001001}
1085 @end group
1087 @group
1088 (logxor 12 5 7)    ; 12  =  @r{0000...001100}
1089                    ;  5  =  @r{0000...000101}
1090                    ;  7  =  @r{0000...000111}
1091      @result{} 14         ; 14  =  @r{0000...001110}
1092 @end group
1093 @end smallexample
1094 @end defun
1096 @defun lognot integer
1097 This function returns the bitwise complement of its argument: the @var{n}th
1098 bit is one in the result if, and only if, the @var{n}th bit is zero in
1099 @var{integer}, and vice-versa.
1101 @example
1102 (lognot 5)
1103      @result{} -6
1104 ;;  5  =  @r{0000...000101} (30 bits total)
1105 ;; @r{becomes}
1106 ;; -6  =  @r{1111...111010} (30 bits total)
1107 @end example
1108 @end defun
1110 @cindex popcount
1111 @cindex Hamming weight
1112 @cindex counting set bits
1113 @defun logcount integer
1114 This function returns the @dfn{Hamming weight} of @var{integer}: the
1115 number of ones in the binary representation of @var{integer}.
1116 If @var{integer} is negative, it returns the number of zero bits in
1117 its two's complement binary representation.  The result is always
1118 nonnegative.
1120 @example
1121 (logcount 43)     ; 43 = #b101011
1122      @result{} 4
1123 (logcount -43)    ; -43 = #b111...1010101
1124      @result{} 3
1125 @end example
1126 @end defun
1128 @node Math Functions
1129 @section Standard Mathematical Functions
1130 @cindex transcendental functions
1131 @cindex mathematical functions
1132 @cindex floating-point functions
1134   These mathematical functions allow integers as well as floating-point
1135 numbers as arguments.
1137 @defun sin arg
1138 @defunx cos arg
1139 @defunx tan arg
1140 These are the basic trigonometric functions, with argument @var{arg}
1141 measured in radians.
1142 @end defun
1144 @defun asin arg
1145 The value of @code{(asin @var{arg})} is a number between
1146 @ifnottex
1147 @minus{}pi/2
1148 @end ifnottex
1149 @tex
1150 @math{-\pi/2}
1151 @end tex
1153 @ifnottex
1154 pi/2
1155 @end ifnottex
1156 @tex
1157 @math{\pi/2}
1158 @end tex
1159 (inclusive) whose sine is @var{arg}.  If @var{arg} is out of range
1160 (outside [@minus{}1, 1]), @code{asin} returns a NaN.
1161 @end defun
1163 @defun acos arg
1164 The value of @code{(acos @var{arg})} is a number between 0 and
1165 @ifnottex
1167 @end ifnottex
1168 @tex
1169 @math{\pi}
1170 @end tex
1171 (inclusive) whose cosine is @var{arg}.  If @var{arg} is out of range
1172 (outside [@minus{}1, 1]), @code{acos} returns a NaN.
1173 @end defun
1175 @defun atan y &optional x
1176 The value of @code{(atan @var{y})} is a number between
1177 @ifnottex
1178 @minus{}pi/2
1179 @end ifnottex
1180 @tex
1181 @math{-\pi/2}
1182 @end tex
1184 @ifnottex
1185 pi/2
1186 @end ifnottex
1187 @tex
1188 @math{\pi/2}
1189 @end tex
1190 (exclusive) whose tangent is @var{y}.  If the optional second
1191 argument @var{x} is given, the value of @code{(atan y x)} is the
1192 angle in radians between the vector @code{[@var{x}, @var{y}]} and the
1193 @code{X} axis.
1194 @end defun
1196 @defun exp arg
1197 This is the exponential function; it returns @math{e} to the power
1198 @var{arg}.
1199 @end defun
1201 @defun log arg &optional base
1202 This function returns the logarithm of @var{arg}, with base
1203 @var{base}.  If you don't specify @var{base}, the natural base
1204 @math{e} is used.  If @var{arg} or @var{base} is negative, @code{log}
1205 returns a NaN.
1206 @end defun
1208 @defun expt x y
1209 This function returns @var{x} raised to power @var{y}.  If both
1210 arguments are integers and @var{y} is positive, the result is an
1211 integer; in this case, overflow causes truncation, so watch out.
1212 If @var{x} is a finite negative number and @var{y} is a finite
1213 non-integer, @code{expt} returns a NaN.
1214 @end defun
1216 @defun sqrt arg
1217 This returns the square root of @var{arg}.  If @var{arg} is finite
1218 and less than zero, @code{sqrt} returns a NaN.
1219 @end defun
1221 In addition, Emacs defines the following common mathematical
1222 constants:
1224 @defvar float-e
1225 The mathematical constant @math{e} (2.71828@dots{}).
1226 @end defvar
1228 @defvar float-pi
1229 The mathematical constant @math{pi} (3.14159@dots{}).
1230 @end defvar
1232 @node Random Numbers
1233 @section Random Numbers
1234 @cindex random numbers
1236   A deterministic computer program cannot generate true random
1237 numbers.  For most purposes, @dfn{pseudo-random numbers} suffice.  A
1238 series of pseudo-random numbers is generated in a deterministic
1239 fashion.  The numbers are not truly random, but they have certain
1240 properties that mimic a random series.  For example, all possible
1241 values occur equally often in a pseudo-random series.
1243 @cindex seed, for random number generation
1244   Pseudo-random numbers are generated from a @dfn{seed value}.  Starting from
1245 any given seed, the @code{random} function always generates the same
1246 sequence of numbers.  By default, Emacs initializes the random seed at
1247 startup, in such a way that the sequence of values of @code{random}
1248 (with overwhelming likelihood) differs in each Emacs run.
1250   Sometimes you want the random number sequence to be repeatable.  For
1251 example, when debugging a program whose behavior depends on the random
1252 number sequence, it is helpful to get the same behavior in each
1253 program run.  To make the sequence repeat, execute @code{(random "")}.
1254 This sets the seed to a constant value for your particular Emacs
1255 executable (though it may differ for other Emacs builds).  You can use
1256 other strings to choose various seed values.
1258 @defun random &optional limit
1259 This function returns a pseudo-random integer.  Repeated calls return a
1260 series of pseudo-random integers.
1262 If @var{limit} is a positive integer, the value is chosen to be
1263 nonnegative and less than @var{limit}.  Otherwise, the value might be
1264 any integer representable in Lisp, i.e., an integer between
1265 @code{most-negative-fixnum} and @code{most-positive-fixnum}
1266 (@pxref{Integer Basics}).
1268 If @var{limit} is @code{t}, it means to choose a new seed as if Emacs
1269 were restarting, typically from the system entropy.  On systems
1270 lacking entropy pools, choose the seed from less-random volatile data
1271 such as the current time.
1273 If @var{limit} is a string, it means to choose a new seed based on the
1274 string's contents.
1276 @end defun