Update copyright year to 2014 by running admin/update-copyright.
[emacs.git] / doc / lispref / numbers.texi
blob5bff56e4cee1c5f2e809efc88dc99d93ca9459af
1 @c -*-texinfo-*-
2 @c This is part of the GNU Emacs Lisp Reference Manual.
3 @c Copyright (C) 1990-1995, 1998-1999, 2001-2014 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.  Their values are exact.  Floating point
14 numbers are numbers with fractional parts, such as @minus{}4.5, 0.0, or
15 2.71828.  They can also be expressed in exponential notation: 1.5e2
16 equals 150; in this example, @samp{e2} stands for ten to the second
17 power, and that is multiplied by 1.5.  Floating point values are not
18 exact; they have a fixed, limited amount of precision.
20 @menu
21 * Integer Basics::            Representation and range of integers.
22 * Float Basics::              Representation and range of floating point.
23 * Predicates on Numbers::     Testing for numbers.
24 * Comparison of Numbers::     Equality and inequality predicates.
25 * Numeric Conversions::       Converting float to integer and vice versa.
26 * Arithmetic Operations::     How to add, subtract, multiply and divide.
27 * Rounding Operations::       Explicitly rounding floating point numbers.
28 * Bitwise Operations::        Logical and, or, not, shifting.
29 * Math Functions::            Trig, exponential and logarithmic functions.
30 * Random Numbers::            Obtaining random integers, predictable or not.
31 @end menu
33 @node Integer Basics
34 @section Integer Basics
36   The range of values for an integer depends on the machine.  The
37 minimum range is @minus{}536870912 to 536870911 (30 bits; i.e.,
38 @ifnottex
39 -2**29
40 @end ifnottex
41 @tex
42 @math{-2^{29}}
43 @end tex
45 @ifnottex
46 2**29 @minus{} 1),
47 @end ifnottex
48 @tex
49 @math{2^{29}-1}),
50 @end tex
51 but many machines provide a wider range.  Many examples in this
52 chapter assume the minimum integer width of 30 bits.
53 @cindex overflow
55   The Lisp reader reads an integer as a sequence of digits with optional
56 initial sign and optional final period.  An integer that is out of the
57 Emacs range is treated as a floating-point number.
59 @example
60  1               ; @r{The integer 1.}
61  1.              ; @r{The integer 1.}
62 +1               ; @r{Also the integer 1.}
63 -1               ; @r{The integer @minus{}1.}
64  1073741825      ; @r{The floating point number 1073741825.0.}
65  0               ; @r{The integer 0.}
66 -0               ; @r{The integer 0.}
67 @end example
69 @cindex integers in specific radix
70 @cindex radix for reading an integer
71 @cindex base for reading an integer
72 @cindex hex numbers
73 @cindex octal numbers
74 @cindex reading numbers in hex, octal, and binary
75   The syntax for integers in bases other than 10 uses @samp{#}
76 followed by a letter that specifies the radix: @samp{b} for binary,
77 @samp{o} for octal, @samp{x} for hex, or @samp{@var{radix}r} to
78 specify radix @var{radix}.  Case is not significant for the letter
79 that specifies the radix.  Thus, @samp{#b@var{integer}} reads
80 @var{integer} in binary, and @samp{#@var{radix}r@var{integer}} reads
81 @var{integer} in radix @var{radix}.  Allowed values of @var{radix} run
82 from 2 to 36.  For example:
84 @example
85 #b101100 @result{} 44
86 #o54 @result{} 44
87 #x2c @result{} 44
88 #24r1k @result{} 44
89 @end example
91   To understand how various functions work on integers, especially the
92 bitwise operators (@pxref{Bitwise Operations}), it is often helpful to
93 view the numbers in their binary form.
95   In 30-bit binary, the decimal integer 5 looks like this:
97 @example
98 0000...000101 (30 bits total)
99 @end example
101 @noindent
102 (The @samp{...} stands for enough bits to fill out a 30-bit word; in
103 this case, @samp{...} stands for twenty 0 bits.  Later examples also
104 use the @samp{...} notation to make binary integers easier to read.)
106   The integer @minus{}1 looks like this:
108 @example
109 1111...111111 (30 bits total)
110 @end example
112 @noindent
113 @cindex two's complement
114 @minus{}1 is represented as 30 ones.  (This is called @dfn{two's
115 complement} notation.)
117   The negative integer, @minus{}5, is creating by subtracting 4 from
118 @minus{}1.  In binary, the decimal integer 4 is 100.  Consequently,
119 @minus{}5 looks like this:
121 @example
122 1111...111011 (30 bits total)
123 @end example
125   In this implementation, the largest 30-bit binary integer value is
126 536,870,911 in decimal.  In binary, it looks like this:
128 @example
129 0111...111111 (30 bits total)
130 @end example
132   Since the arithmetic functions do not check whether integers go
133 outside their range, when you add 1 to 536,870,911, the value is the
134 negative integer @minus{}536,870,912:
136 @example
137 (+ 1 536870911)
138      @result{} -536870912
139      @result{} 1000...000000 (30 bits total)
140 @end example
142   Many of the functions described in this chapter accept markers for
143 arguments in place of numbers.  (@xref{Markers}.)  Since the actual
144 arguments to such functions may be either numbers or markers, we often
145 give these arguments the name @var{number-or-marker}.  When the argument
146 value is a marker, its position value is used and its buffer is ignored.
148 @cindex largest Lisp integer number
149 @cindex maximum Lisp integer number
150 @defvar most-positive-fixnum
151 The value of this variable is the largest integer that Emacs Lisp
152 can handle.
153 @end defvar
155 @cindex smallest Lisp integer number
156 @cindex minimum Lisp integer number
157 @defvar most-negative-fixnum
158 The value of this variable is the smallest integer that Emacs Lisp can
159 handle.  It is negative.
160 @end defvar
162   In Emacs Lisp, text characters are represented by integers.  Any
163 integer between zero and the value of @code{max-char}, inclusive, is
164 considered to be valid as a character.  @xref{String Basics}.
166 @node Float Basics
167 @section Floating Point Basics
169 @cindex @acronym{IEEE} floating point
170   Floating point numbers are useful for representing numbers that are
171 not integral.  The precise range of floating point numbers is
172 machine-specific; it is the same as the range of the C data type
173 @code{double} on the machine you are using.  Emacs uses the
174 @acronym{IEEE} floating point standard, which is supported by all
175 modern computers.
177   The read syntax for floating point numbers requires either a decimal
178 point (with at least one digit following), an exponent, or both.  For
179 example, @samp{1500.0}, @samp{15e2}, @samp{15.0e2}, @samp{1.5e3}, and
180 @samp{.15e4} are five ways of writing a floating point number whose
181 value is 1500.  They are all equivalent.  You can also use a minus
182 sign to write negative floating point numbers, as in @samp{-1.0}.
184   Emacs Lisp treats @code{-0.0} as equal to ordinary zero (with
185 respect to @code{equal} and @code{=}), even though the two are
186 distinguishable in the @acronym{IEEE} floating point standard.
188 @cindex positive infinity
189 @cindex negative infinity
190 @cindex infinity
191 @cindex NaN
192   The @acronym{IEEE} floating point standard supports positive
193 infinity and negative infinity as floating point values.  It also
194 provides for a class of values called NaN or ``not-a-number'';
195 numerical functions return such values in cases where there is no
196 correct answer.  For example, @code{(/ 0.0 0.0)} returns a NaN@.  (NaN
197 values can also carry a sign, but for practical purposes there's no
198 significant difference between different NaN values in Emacs Lisp.)
200 When a function is documented to return a NaN, it returns an
201 implementation-defined value when Emacs is running on one of the
202 now-rare platforms that do not use @acronym{IEEE} floating point.  For
203 example, @code{(log -1.0)} typically returns a NaN, but on
204 non-@acronym{IEEE} platforms it returns an implementation-defined
205 value.
207 Here are the read syntaxes for these special floating point values:
209 @table @asis
210 @item positive infinity
211 @samp{1.0e+INF}
212 @item negative infinity
213 @samp{-1.0e+INF}
214 @item Not-a-number
215 @samp{0.0e+NaN} or @samp{-0.0e+NaN}.
216 @end table
218 @defun isnan number
219 This predicate tests whether its argument is NaN, and returns @code{t}
220 if so, @code{nil} otherwise.  The argument must be a number.
221 @end defun
223   The following functions are specialized for handling floating point
224 numbers:
226 @defun frexp x
227 This function returns a cons cell @code{(@var{sig} . @var{exp})},
228 where @var{sig} and @var{exp} are respectively the significand and
229 exponent of the floating point number @var{x}:
231 @smallexample
232 @var{x} = @var{sig} * 2^@var{exp}
233 @end smallexample
235 @var{sig} is a floating point number between 0.5 (inclusive) and 1.0
236 (exclusive).  If @var{x} is zero, the return value is @code{(0 . 0)}.
237 @end defun
239 @defun ldexp sig &optional exp
240 This function returns a floating point number corresponding to the
241 significand @var{sig} and exponent @var{exp}.
242 @end defun
244 @defun copysign x1 x2
245 This function copies the sign of @var{x2} to the value of @var{x1},
246 and returns the result.  @var{x1} and @var{x2} must be floating point
247 numbers.
248 @end defun
250 @defun logb number
251 This function returns the binary exponent of @var{number}.  More
252 precisely, the value is the logarithm of |@var{number}| base 2, rounded
253 down to an integer.
255 @example
256 (logb 10)
257      @result{} 3
258 (logb 10.0e20)
259      @result{} 69
260 @end example
261 @end defun
263 @node Predicates on Numbers
264 @section Type Predicates for Numbers
265 @cindex predicates for numbers
267   The functions in this section test for numbers, or for a specific
268 type of number.  The functions @code{integerp} and @code{floatp} can
269 take any type of Lisp object as argument (they would not be of much
270 use otherwise), but the @code{zerop} predicate requires a number as
271 its argument.  See also @code{integer-or-marker-p} and
272 @code{number-or-marker-p}, in @ref{Predicates on Markers}.
274 @defun floatp object
275 This predicate tests whether its argument is a floating point
276 number and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
277 @end defun
279 @defun integerp object
280 This predicate tests whether its argument is an integer, and returns
281 @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
282 @end defun
284 @defun numberp object
285 This predicate tests whether its argument is a number (either integer or
286 floating point), and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
287 @end defun
289 @defun natnump object
290 @cindex natural numbers
291 This predicate (whose name comes from the phrase ``natural number'')
292 tests to see whether its argument is a nonnegative integer, and
293 returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.  0 is considered
294 non-negative.
296 @findex wholenump number
297 This is a synonym for @code{natnump}.
298 @end defun
300 @defun zerop number
301 This predicate tests whether its argument is zero, and returns @code{t}
302 if so, @code{nil} otherwise.  The argument must be a number.
304 @code{(zerop x)} is equivalent to @code{(= x 0)}.
305 @end defun
307 @node Comparison of Numbers
308 @section Comparison of Numbers
309 @cindex number comparison
310 @cindex comparing numbers
312   To test numbers for numerical equality, you should normally use
313 @code{=}, not @code{eq}.  There can be many distinct floating point
314 number objects with the same numeric value.  If you use @code{eq} to
315 compare them, then you test whether two values are the same
316 @emph{object}.  By contrast, @code{=} compares only the numeric values
317 of the objects.
319   In Emacs Lisp, each integer value is a unique Lisp object.
320 Therefore, @code{eq} is equivalent to @code{=} where integers are
321 concerned.  It is sometimes convenient to use @code{eq} for comparing
322 an unknown value with an integer, because @code{eq} does not report an
323 error if the unknown value is not a number---it accepts arguments of
324 any type.  By contrast, @code{=} signals an error if the arguments are
325 not numbers or markers.  However, it is better programming practice to
326 use @code{=} if you can, even for comparing integers.
328   Sometimes it is useful to compare numbers with @code{equal}, which
329 treats two numbers as equal if they have the same data type (both
330 integers, or both floating point) and the same value.  By contrast,
331 @code{=} can treat an integer and a floating point number as equal.
332 @xref{Equality Predicates}.
334   There is another wrinkle: because floating point arithmetic is not
335 exact, it is often a bad idea to check for equality of two floating
336 point values.  Usually it is better to test for approximate equality.
337 Here's a function to do this:
339 @example
340 (defvar fuzz-factor 1.0e-6)
341 (defun approx-equal (x y)
342   (or (and (= x 0) (= y 0))
343       (< (/ (abs (- x y))
344             (max (abs x) (abs y)))
345          fuzz-factor)))
346 @end example
348 @cindex CL note---integers vrs @code{eq}
349 @quotation
350 @b{Common Lisp note:} Comparing numbers in Common Lisp always requires
351 @code{=} because Common Lisp implements multi-word integers, and two
352 distinct integer objects can have the same numeric value.  Emacs Lisp
353 can have just one integer object for any given value because it has a
354 limited range of integer values.
355 @end quotation
357 @defun = number-or-marker &rest number-or-markers
358 This function tests whether all its arguments are numerically equal,
359 and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
360 @end defun
362 @defun eql value1 value2
363 This function acts like @code{eq} except when both arguments are
364 numbers.  It compares numbers by type and numeric value, so that
365 @code{(eql 1.0 1)} returns @code{nil}, but @code{(eql 1.0 1.0)} and
366 @code{(eql 1 1)} both return @code{t}.
367 @end defun
369 @defun /= number-or-marker1 number-or-marker2
370 This function tests whether its arguments are numerically equal, and
371 returns @code{t} if they are not, and @code{nil} if they are.
372 @end defun
374 @defun <  number-or-marker &rest number-or-markers
375 This function tests whether every argument is strictly less than the
376 respective next argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
377 otherwise.
378 @end defun
380 @defun <= number-or-marker &rest number-or-markers
381 This function tests whether every argument is less than or equal to
382 the respective next argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
383 otherwise.
384 @end defun
386 @defun > number-or-marker &rest number-or-markers
387 This function tests whether every argument is strictly greater than
388 the respective next argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
389 otherwise.
390 @end defun
392 @defun >= number-or-marker &rest number-or-markers
393 This function tests whether every argument is greater than or equal to
394 the respective next argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
395 otherwise.
396 @end defun
398 @defun max number-or-marker &rest numbers-or-markers
399 This function returns the largest of its arguments.
400 If any of the arguments is floating-point, the value is returned
401 as floating point, even if it was given as an integer.
403 @example
404 (max 20)
405      @result{} 20
406 (max 1 2.5)
407      @result{} 2.5
408 (max 1 3 2.5)
409      @result{} 3.0
410 @end example
411 @end defun
413 @defun min number-or-marker &rest numbers-or-markers
414 This function returns the smallest of its arguments.
415 If any of the arguments is floating-point, the value is returned
416 as floating point, even if it was given as an integer.
418 @example
419 (min -4 1)
420      @result{} -4
421 @end example
422 @end defun
424 @defun abs number
425 This function returns the absolute value of @var{number}.
426 @end defun
428 @node Numeric Conversions
429 @section Numeric Conversions
430 @cindex rounding in conversions
431 @cindex number conversions
432 @cindex converting numbers
434 To convert an integer to floating point, use the function @code{float}.
436 @defun float number
437 This returns @var{number} converted to floating point.
438 If @var{number} is already a floating point number, @code{float} returns
439 it unchanged.
440 @end defun
442   There are four functions to convert floating point numbers to
443 integers; they differ in how they round.  All accept an argument
444 @var{number} and an optional argument @var{divisor}.  Both arguments
445 may be integers or floating point numbers.  @var{divisor} may also be
446 @code{nil}.  If @var{divisor} is @code{nil} or omitted, these
447 functions convert @var{number} to an integer, or return it unchanged
448 if it already is an integer.  If @var{divisor} is non-@code{nil}, they
449 divide @var{number} by @var{divisor} and convert the result to an
450 integer.  integer.  If @var{divisor} is zero (whether integer or
451 floating-point), Emacs signals an @code{arith-error} error.
453 @defun truncate number &optional divisor
454 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards
455 zero.
457 @example
458 (truncate 1.2)
459      @result{} 1
460 (truncate 1.7)
461      @result{} 1
462 (truncate -1.2)
463      @result{} -1
464 (truncate -1.7)
465      @result{} -1
466 @end example
467 @end defun
469 @defun floor number &optional divisor
470 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding downward
471 (towards negative infinity).
473 If @var{divisor} is specified, this uses the kind of division
474 operation that corresponds to @code{mod}, rounding downward.
476 @example
477 (floor 1.2)
478      @result{} 1
479 (floor 1.7)
480      @result{} 1
481 (floor -1.2)
482      @result{} -2
483 (floor -1.7)
484      @result{} -2
485 (floor 5.99 3)
486      @result{} 1
487 @end example
488 @end defun
490 @defun ceiling number &optional divisor
491 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding upward
492 (towards positive infinity).
494 @example
495 (ceiling 1.2)
496      @result{} 2
497 (ceiling 1.7)
498      @result{} 2
499 (ceiling -1.2)
500      @result{} -1
501 (ceiling -1.7)
502      @result{} -1
503 @end example
504 @end defun
506 @defun round number &optional divisor
507 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards the
508 nearest integer.  Rounding a value equidistant between two integers
509 may choose the integer closer to zero, or it may prefer an even integer,
510 depending on your machine.
512 @example
513 (round 1.2)
514      @result{} 1
515 (round 1.7)
516      @result{} 2
517 (round -1.2)
518      @result{} -1
519 (round -1.7)
520      @result{} -2
521 @end example
522 @end defun
524 @node Arithmetic Operations
525 @section Arithmetic Operations
526 @cindex arithmetic operations
528   Emacs Lisp provides the traditional four arithmetic operations
529 (addition, subtraction, multiplication, and division), as well as
530 remainder and modulus functions, and functions to add or subtract 1.
531 Except for @code{%}, each of these functions accepts both integer and
532 floating point arguments, and returns a floating point number if any
533 argument is a floating point number.
535   It is important to note that in Emacs Lisp, arithmetic functions
536 do not check for overflow.  Thus @code{(1+ 536870911)} may evaluate to
537 @minus{}536870912, depending on your hardware.
539 @defun 1+ number-or-marker
540 This function returns @var{number-or-marker} plus 1.
541 For example,
543 @example
544 (setq foo 4)
545      @result{} 4
546 (1+ foo)
547      @result{} 5
548 @end example
550 This function is not analogous to the C operator @code{++}---it does not
551 increment a variable.  It just computes a sum.  Thus, if we continue,
553 @example
555      @result{} 4
556 @end example
558 If you want to increment the variable, you must use @code{setq},
559 like this:
561 @example
562 (setq foo (1+ foo))
563      @result{} 5
564 @end example
565 @end defun
567 @defun 1- number-or-marker
568 This function returns @var{number-or-marker} minus 1.
569 @end defun
571 @defun + &rest numbers-or-markers
572 This function adds its arguments together.  When given no arguments,
573 @code{+} returns 0.
575 @example
577      @result{} 0
578 (+ 1)
579      @result{} 1
580 (+ 1 2 3 4)
581      @result{} 10
582 @end example
583 @end defun
585 @defun - &optional number-or-marker &rest more-numbers-or-markers
586 The @code{-} function serves two purposes: negation and subtraction.
587 When @code{-} has a single argument, the value is the negative of the
588 argument.  When there are multiple arguments, @code{-} subtracts each of
589 the @var{more-numbers-or-markers} from @var{number-or-marker},
590 cumulatively.  If there are no arguments, the result is 0.
592 @example
593 (- 10 1 2 3 4)
594      @result{} 0
595 (- 10)
596      @result{} -10
598      @result{} 0
599 @end example
600 @end defun
602 @defun * &rest numbers-or-markers
603 This function multiplies its arguments together, and returns the
604 product.  When given no arguments, @code{*} returns 1.
606 @example
608      @result{} 1
609 (* 1)
610      @result{} 1
611 (* 1 2 3 4)
612      @result{} 24
613 @end example
614 @end defun
616 @defun / dividend divisor &rest divisors
617 This function divides @var{dividend} by @var{divisor} and returns the
618 quotient.  If there are additional arguments @var{divisors}, then it
619 divides @var{dividend} by each divisor in turn.  Each argument may be a
620 number or a marker.
622 If all the arguments are integers, the result is an integer, obtained
623 by rounding the quotient towards zero after each division.
624 (Hypothetically, some machines may have different rounding behavior
625 for negative arguments, because @code{/} is implemented using the C
626 division operator, which permits machine-dependent rounding; but this
627 does not happen in practice.)
629 @example
630 @group
631 (/ 6 2)
632      @result{} 3
633 @end group
634 @group
635 (/ 5 2)
636      @result{} 2
637 @end group
638 @group
639 (/ 5.0 2)
640      @result{} 2.5
641 @end group
642 @group
643 (/ 5 2.0)
644      @result{} 2.5
645 @end group
646 @group
647 (/ 5.0 2.0)
648      @result{} 2.5
649 @end group
650 @group
651 (/ 25 3 2)
652      @result{} 4
653 @end group
654 @group
655 (/ -17 6)
656      @result{} -2
657 @end group
658 @end example
660 @cindex @code{arith-error} in division
661 If you divide an integer by the integer 0, Emacs signals an
662 @code{arith-error} error (@pxref{Errors}).  If you divide a floating
663 point number by 0, or divide by the floating point number 0.0, the
664 result is either positive or negative infinity (@pxref{Float Basics}).
665 @end defun
667 @defun % dividend divisor
668 @cindex remainder
669 This function returns the integer remainder after division of @var{dividend}
670 by @var{divisor}.  The arguments must be integers or markers.
672 For any two integers @var{dividend} and @var{divisor},
674 @example
675 @group
676 (+ (% @var{dividend} @var{divisor})
677    (* (/ @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
678 @end group
679 @end example
681 @noindent
682 always equals @var{dividend}.  If @var{divisor} is zero, Emacs signals
683 an @code{arith-error} error.
685 @example
686 (% 9 4)
687      @result{} 1
688 (% -9 4)
689      @result{} -1
690 (% 9 -4)
691      @result{} 1
692 (% -9 -4)
693      @result{} -1
694 @end example
695 @end defun
697 @defun mod dividend divisor
698 @cindex modulus
699 This function returns the value of @var{dividend} modulo @var{divisor};
700 in other words, the remainder after division of @var{dividend}
701 by @var{divisor}, but with the same sign as @var{divisor}.
702 The arguments must be numbers or markers.
704 Unlike @code{%}, @code{mod} permits floating point arguments; it
705 rounds the quotient downward (towards minus infinity) to an integer,
706 and uses that quotient to compute the remainder.
708 If @var{divisor} is zero, @code{mod} signals an @code{arith-error}
709 error if both arguments are integers, and returns a NaN otherwise.
711 @example
712 @group
713 (mod 9 4)
714      @result{} 1
715 @end group
716 @group
717 (mod -9 4)
718      @result{} 3
719 @end group
720 @group
721 (mod 9 -4)
722      @result{} -3
723 @end group
724 @group
725 (mod -9 -4)
726      @result{} -1
727 @end group
728 @group
729 (mod 5.5 2.5)
730      @result{} .5
731 @end group
732 @end example
734 For any two numbers @var{dividend} and @var{divisor},
736 @example
737 @group
738 (+ (mod @var{dividend} @var{divisor})
739    (* (floor @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
740 @end group
741 @end example
743 @noindent
744 always equals @var{dividend}, subject to rounding error if either
745 argument is floating point.  For @code{floor}, see @ref{Numeric
746 Conversions}.
747 @end defun
749 @node Rounding Operations
750 @section Rounding Operations
751 @cindex rounding without conversion
753 The functions @code{ffloor}, @code{fceiling}, @code{fround}, and
754 @code{ftruncate} take a floating point argument and return a floating
755 point result whose value is a nearby integer.  @code{ffloor} returns the
756 nearest integer below; @code{fceiling}, the nearest integer above;
757 @code{ftruncate}, the nearest integer in the direction towards zero;
758 @code{fround}, the nearest integer.
760 @defun ffloor float
761 This function rounds @var{float} to the next lower integral value, and
762 returns that value as a floating point number.
763 @end defun
765 @defun fceiling float
766 This function rounds @var{float} to the next higher integral value, and
767 returns that value as a floating point number.
768 @end defun
770 @defun ftruncate float
771 This function rounds @var{float} towards zero to an integral value, and
772 returns that value as a floating point number.
773 @end defun
775 @defun fround float
776 This function rounds @var{float} to the nearest integral value,
777 and returns that value as a floating point number.
778 @end defun
780 @node Bitwise Operations
781 @section Bitwise Operations on Integers
782 @cindex bitwise arithmetic
783 @cindex logical arithmetic
785   In a computer, an integer is represented as a binary number, a
786 sequence of @dfn{bits} (digits which are either zero or one).  A bitwise
787 operation acts on the individual bits of such a sequence.  For example,
788 @dfn{shifting} moves the whole sequence left or right one or more places,
789 reproducing the same pattern ``moved over''.
791   The bitwise operations in Emacs Lisp apply only to integers.
793 @defun lsh integer1 count
794 @cindex logical shift
795 @code{lsh}, which is an abbreviation for @dfn{logical shift}, shifts the
796 bits in @var{integer1} to the left @var{count} places, or to the right
797 if @var{count} is negative, bringing zeros into the vacated bits.  If
798 @var{count} is negative, @code{lsh} shifts zeros into the leftmost
799 (most-significant) bit, producing a positive result even if
800 @var{integer1} is negative.  Contrast this with @code{ash}, below.
802 Here are two examples of @code{lsh}, shifting a pattern of bits one
803 place to the left.  We show only the low-order eight bits of the binary
804 pattern; the rest are all zero.
806 @example
807 @group
808 (lsh 5 1)
809      @result{} 10
810 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 10.}
811 00000101 @result{} 00001010
813 (lsh 7 1)
814      @result{} 14
815 ;; @r{Decimal 7 becomes decimal 14.}
816 00000111 @result{} 00001110
817 @end group
818 @end example
820 @noindent
821 As the examples illustrate, shifting the pattern of bits one place to
822 the left produces a number that is twice the value of the previous
823 number.
825 Shifting a pattern of bits two places to the left produces results
826 like this (with 8-bit binary numbers):
828 @example
829 @group
830 (lsh 3 2)
831      @result{} 12
832 ;; @r{Decimal 3 becomes decimal 12.}
833 00000011 @result{} 00001100
834 @end group
835 @end example
837 On the other hand, shifting one place to the right looks like this:
839 @example
840 @group
841 (lsh 6 -1)
842      @result{} 3
843 ;; @r{Decimal 6 becomes decimal 3.}
844 00000110 @result{} 00000011
845 @end group
847 @group
848 (lsh 5 -1)
849      @result{} 2
850 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 2.}
851 00000101 @result{} 00000010
852 @end group
853 @end example
855 @noindent
856 As the example illustrates, shifting one place to the right divides the
857 value of a positive integer by two, rounding downward.
859 The function @code{lsh}, like all Emacs Lisp arithmetic functions, does
860 not check for overflow, so shifting left can discard significant bits
861 and change the sign of the number.  For example, left shifting
862 536,870,911 produces @minus{}2 in the 30-bit implementation:
864 @example
865 (lsh 536870911 1)          ; @r{left shift}
866      @result{} -2
867 @end example
869 In binary, the argument looks like this:
871 @example
872 @group
873 ;; @r{Decimal 536,870,911}
874 0111...111111 (30 bits total)
875 @end group
876 @end example
878 @noindent
879 which becomes the following when left shifted:
881 @example
882 @group
883 ;; @r{Decimal @minus{}2}
884 1111...111110 (30 bits total)
885 @end group
886 @end example
887 @end defun
889 @defun ash integer1 count
890 @cindex arithmetic shift
891 @code{ash} (@dfn{arithmetic shift}) shifts the bits in @var{integer1}
892 to the left @var{count} places, or to the right if @var{count}
893 is negative.
895 @code{ash} gives the same results as @code{lsh} except when
896 @var{integer1} and @var{count} are both negative.  In that case,
897 @code{ash} puts ones in the empty bit positions on the left, while
898 @code{lsh} puts zeros in those bit positions.
900 Thus, with @code{ash}, shifting the pattern of bits one place to the right
901 looks like this:
903 @example
904 @group
905 (ash -6 -1) @result{} -3
906 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal @minus{}3.}
907 1111...111010 (30 bits total)
908      @result{}
909 1111...111101 (30 bits total)
910 @end group
911 @end example
913 In contrast, shifting the pattern of bits one place to the right with
914 @code{lsh} looks like this:
916 @example
917 @group
918 (lsh -6 -1) @result{} 536870909
919 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal 536,870,909.}
920 1111...111010 (30 bits total)
921      @result{}
922 0111...111101 (30 bits total)
923 @end group
924 @end example
926 Here are other examples:
928 @c !!! Check if lined up in smallbook format!  XDVI shows problem
929 @c     with smallbook but not with regular book! --rjc 16mar92
930 @smallexample
931 @group
932                    ;  @r{       30-bit binary values}
934 (lsh 5 2)          ;   5  =  @r{0000...000101}
935      @result{} 20         ;      =  @r{0000...010100}
936 @end group
937 @group
938 (ash 5 2)
939      @result{} 20
940 (lsh -5 2)         ;  -5  =  @r{1111...111011}
941      @result{} -20        ;      =  @r{1111...101100}
942 (ash -5 2)
943      @result{} -20
944 @end group
945 @group
946 (lsh 5 -2)         ;   5  =  @r{0000...000101}
947      @result{} 1          ;      =  @r{0000...000001}
948 @end group
949 @group
950 (ash 5 -2)
951      @result{} 1
952 @end group
953 @group
954 (lsh -5 -2)        ;  -5  =  @r{1111...111011}
955      @result{} 268435454
956                    ;      =  @r{0011...111110}
957 @end group
958 @group
959 (ash -5 -2)        ;  -5  =  @r{1111...111011}
960      @result{} -2         ;      =  @r{1111...111110}
961 @end group
962 @end smallexample
963 @end defun
965 @defun logand &rest ints-or-markers
966 This function returns the ``logical and'' of the arguments: the
967 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
968 set in all the arguments.  (``Set'' means that the value of the bit is 1
969 rather than 0.)
971 For example, using 4-bit binary numbers, the ``logical and'' of 13 and
972 12 is 12: 1101 combined with 1100 produces 1100.
973 In both the binary numbers, the leftmost two bits are set (i.e., they
974 are 1's), so the leftmost two bits of the returned value are set.
975 However, for the rightmost two bits, each is zero in at least one of
976 the arguments, so the rightmost two bits of the returned value are 0's.
978 @noindent
979 Therefore,
981 @example
982 @group
983 (logand 13 12)
984      @result{} 12
985 @end group
986 @end example
988 If @code{logand} is not passed any argument, it returns a value of
989 @minus{}1.  This number is an identity element for @code{logand}
990 because its binary representation consists entirely of ones.  If
991 @code{logand} is passed just one argument, it returns that argument.
993 @smallexample
994 @group
995                    ; @r{       30-bit binary values}
997 (logand 14 13)     ; 14  =  @r{0000...001110}
998                    ; 13  =  @r{0000...001101}
999      @result{} 12         ; 12  =  @r{0000...001100}
1000 @end group
1002 @group
1003 (logand 14 13 4)   ; 14  =  @r{0000...001110}
1004                    ; 13  =  @r{0000...001101}
1005                    ;  4  =  @r{0000...000100}
1006      @result{} 4          ;  4  =  @r{0000...000100}
1007 @end group
1009 @group
1010 (logand)
1011      @result{} -1         ; -1  =  @r{1111...111111}
1012 @end group
1013 @end smallexample
1014 @end defun
1016 @defun logior &rest ints-or-markers
1017 This function returns the ``inclusive or'' of its arguments: the @var{n}th bit
1018 is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is set in at least
1019 one of the arguments.  If there are no arguments, the result is zero,
1020 which is an identity element for this operation.  If @code{logior} is
1021 passed just one argument, it returns that argument.
1023 @smallexample
1024 @group
1025                    ; @r{       30-bit binary values}
1027 (logior 12 5)      ; 12  =  @r{0000...001100}
1028                    ;  5  =  @r{0000...000101}
1029      @result{} 13         ; 13  =  @r{0000...001101}
1030 @end group
1032 @group
1033 (logior 12 5 7)    ; 12  =  @r{0000...001100}
1034                    ;  5  =  @r{0000...000101}
1035                    ;  7  =  @r{0000...000111}
1036      @result{} 15         ; 15  =  @r{0000...001111}
1037 @end group
1038 @end smallexample
1039 @end defun
1041 @defun logxor &rest ints-or-markers
1042 This function returns the ``exclusive or'' of its arguments: the
1043 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
1044 set in an odd number of the arguments.  If there are no arguments, the
1045 result is 0, which is an identity element for this operation.  If
1046 @code{logxor} is passed just one argument, it returns that argument.
1048 @smallexample
1049 @group
1050                    ; @r{       30-bit binary values}
1052 (logxor 12 5)      ; 12  =  @r{0000...001100}
1053                    ;  5  =  @r{0000...000101}
1054      @result{} 9          ;  9  =  @r{0000...001001}
1055 @end group
1057 @group
1058 (logxor 12 5 7)    ; 12  =  @r{0000...001100}
1059                    ;  5  =  @r{0000...000101}
1060                    ;  7  =  @r{0000...000111}
1061      @result{} 14         ; 14  =  @r{0000...001110}
1062 @end group
1063 @end smallexample
1064 @end defun
1066 @defun lognot integer
1067 This function returns the logical complement of its argument: the @var{n}th
1068 bit is one in the result if, and only if, the @var{n}th bit is zero in
1069 @var{integer}, and vice-versa.
1071 @example
1072 (lognot 5)
1073      @result{} -6
1074 ;;  5  =  @r{0000...000101} (30 bits total)
1075 ;; @r{becomes}
1076 ;; -6  =  @r{1111...111010} (30 bits total)
1077 @end example
1078 @end defun
1080 @node Math Functions
1081 @section Standard Mathematical Functions
1082 @cindex transcendental functions
1083 @cindex mathematical functions
1084 @cindex floating-point functions
1086   These mathematical functions allow integers as well as floating point
1087 numbers as arguments.
1089 @defun sin arg
1090 @defunx cos arg
1091 @defunx tan arg
1092 These are the basic trigonometric functions, with argument @var{arg}
1093 measured in radians.
1094 @end defun
1096 @defun asin arg
1097 The value of @code{(asin @var{arg})} is a number between
1098 @ifnottex
1099 @minus{}pi/2
1100 @end ifnottex
1101 @tex
1102 @math{-\pi/2}
1103 @end tex
1105 @ifnottex
1106 pi/2
1107 @end ifnottex
1108 @tex
1109 @math{\pi/2}
1110 @end tex
1111 (inclusive) whose sine is @var{arg}.  If @var{arg} is out of range
1112 (outside [@minus{}1, 1]), @code{asin} returns a NaN.
1113 @end defun
1115 @defun acos arg
1116 The value of @code{(acos @var{arg})} is a number between 0 and
1117 @ifnottex
1119 @end ifnottex
1120 @tex
1121 @math{\pi}
1122 @end tex
1123 (inclusive) whose cosine is @var{arg}.  If @var{arg} is out of range
1124 (outside [@minus{}1, 1]), @code{acos} returns a NaN.
1125 @end defun
1127 @defun atan y &optional x
1128 The value of @code{(atan @var{y})} is a number between
1129 @ifnottex
1130 @minus{}pi/2
1131 @end ifnottex
1132 @tex
1133 @math{-\pi/2}
1134 @end tex
1136 @ifnottex
1137 pi/2
1138 @end ifnottex
1139 @tex
1140 @math{\pi/2}
1141 @end tex
1142 (exclusive) whose tangent is @var{y}.  If the optional second
1143 argument @var{x} is given, the value of @code{(atan y x)} is the
1144 angle in radians between the vector @code{[@var{x}, @var{y}]} and the
1145 @code{X} axis.
1146 @end defun
1148 @defun exp arg
1149 This is the exponential function; it returns @math{e} to the power
1150 @var{arg}.
1151 @end defun
1153 @defun log arg &optional base
1154 This function returns the logarithm of @var{arg}, with base
1155 @var{base}.  If you don't specify @var{base}, the natural base
1156 @math{e} is used.  If @var{arg} or @var{base} is negative, @code{log}
1157 returns a NaN.
1158 @end defun
1160 @defun expt x y
1161 This function returns @var{x} raised to power @var{y}.  If both
1162 arguments are integers and @var{y} is positive, the result is an
1163 integer; in this case, overflow causes truncation, so watch out.
1164 If @var{x} is a finite negative number and @var{y} is a finite
1165 non-integer, @code{expt} returns a NaN.
1166 @end defun
1168 @defun sqrt arg
1169 This returns the square root of @var{arg}.  If @var{arg} is negative,
1170 @code{sqrt} returns a NaN.
1171 @end defun
1173 In addition, Emacs defines the following common mathematical
1174 constants:
1176 @defvar float-e
1177 The mathematical constant @math{e} (2.71828@dots{}).
1178 @end defvar
1180 @defvar float-pi
1181 The mathematical constant @math{pi} (3.14159@dots{}).
1182 @end defvar
1184 @node Random Numbers
1185 @section Random Numbers
1186 @cindex random numbers
1188   A deterministic computer program cannot generate true random
1189 numbers.  For most purposes, @dfn{pseudo-random numbers} suffice.  A
1190 series of pseudo-random numbers is generated in a deterministic
1191 fashion.  The numbers are not truly random, but they have certain
1192 properties that mimic a random series.  For example, all possible
1193 values occur equally often in a pseudo-random series.
1195   Pseudo-random numbers are generated from a ``seed''.  Starting from
1196 any given seed, the @code{random} function always generates the same
1197 sequence of numbers.  By default, Emacs initializes the random seed at
1198 startup, in such a way that the sequence of values of @code{random}
1199 (with overwhelming likelihood) differs in each Emacs run.
1201   Sometimes you want the random number sequence to be repeatable.  For
1202 example, when debugging a program whose behavior depends on the random
1203 number sequence, it is helpful to get the same behavior in each
1204 program run.  To make the sequence repeat, execute @code{(random "")}.
1205 This sets the seed to a constant value for your particular Emacs
1206 executable (though it may differ for other Emacs builds).  You can use
1207 other strings to choose various seed values.
1209 @defun random &optional limit
1210 This function returns a pseudo-random integer.  Repeated calls return a
1211 series of pseudo-random integers.
1213 If @var{limit} is a positive integer, the value is chosen to be
1214 nonnegative and less than @var{limit}.  Otherwise, the value might be
1215 any integer representable in Lisp, i.e., an integer between
1216 @code{most-negative-fixnum} and @code{most-positive-fixnum}
1217 (@pxref{Integer Basics}).
1219 If @var{limit} is @code{t}, it means to choose a new seed based on the
1220 current time of day and on Emacs's process @acronym{ID} number.
1222 If @var{limit} is a string, it means to choose a new seed based on the
1223 string's contents.
1225 @end defun