Fix typos and minor wording issues in ELisp manual
[emacs.git] / doc / lispref / internals.texi
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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, 2001-2018 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   Building Emacs requires GNU Make version 3.81 or later.
37   Compilation of the C source files in the @file{src} directory
38 produces an executable file called @file{temacs}, also called a
39 @dfn{bare impure Emacs}.  It contains the Emacs Lisp interpreter and
40 I/O routines, but not the editing commands.
42 @cindex @file{loadup.el}
43   The command @w{@command{temacs -l loadup}} would run @file{temacs}
44 and direct it to load @file{loadup.el}.  The @code{loadup} library
45 loads additional Lisp libraries, which set up the normal Emacs editing
46 environment.  After this step, the Emacs executable is no longer
47 @dfn{bare}.
49 @cindex dumping Emacs
50   Because it takes some time to load the standard Lisp files, the
51 @file{temacs} executable usually isn't run directly by users.
52 Instead, as one of the last steps of building Emacs, the command
53 @samp{temacs -batch -l loadup dump} is run.  The special @samp{dump}
54 argument causes @command{temacs} to dump out an executable program,
55 called @file{emacs}, which has all the standard Lisp files preloaded.
56 (The @samp{-batch} argument prevents @file{temacs} from trying to
57 initialize any of its data on the terminal, so that the tables of
58 terminal information are empty in the dumped Emacs.)
60 @cindex preloaded Lisp files
61 @vindex preloaded-file-list
62   The dumped @file{emacs} executable (also called a @dfn{pure} Emacs)
63 is the one which is installed.  The variable
64 @code{preloaded-file-list} stores a list of the Lisp files preloaded
65 into the dumped Emacs.  If you port Emacs to a new operating system,
66 and are not able to implement dumping, then Emacs must load
67 @file{loadup.el} each time it starts.
69 @cindex build details
70 @cindex deterministic build
71 @cindex @option{--disable-build-details} option to @command{configure}
72   By default the dumped @file{emacs} executable records details such
73 as the build time and host name.  Use the
74 @option{--disable-build-details} option of @command{configure} to
75 suppress these details, so that building and installing Emacs twice
76 from the same sources is more likely to result in identical copies of
77 Emacs.
79 @cindex @file{site-load.el}
80   You can specify additional files to preload by writing a library named
81 @file{site-load.el} that loads them.  You may need to rebuild Emacs
82 with an added definition
84 @example
85 #define SITELOAD_PURESIZE_EXTRA @var{n}
86 @end example
88 @noindent
89 to make @var{n} added bytes of pure space to hold the additional files;
90 see @file{src/puresize.h}.
91 (Try adding increments of 20000 until it is big enough.)  However, the
92 advantage of preloading additional files decreases as machines get
93 faster.  On modern machines, it is usually not advisable.
95   After @file{loadup.el} reads @file{site-load.el}, it finds the
96 documentation strings for primitive and preloaded functions (and
97 variables) in the file @file{etc/DOC} where they are stored, by
98 calling @code{Snarf-documentation} (@pxref{Definition of
99 Snarf-documentation,, Accessing Documentation}).
101 @cindex @file{site-init.el}
102 @cindex preloading additional functions and variables
103   You can specify other Lisp expressions to execute just before dumping
104 by putting them in a library named @file{site-init.el}.  This file is
105 executed after the documentation strings are found.
107   If you want to preload function or variable definitions, there are
108 three ways you can do this and make their documentation strings
109 accessible when you subsequently run Emacs:
111 @itemize @bullet
112 @item
113 Arrange to scan these files when producing the @file{etc/DOC} file,
114 and load them with @file{site-load.el}.
116 @item
117 Load the files with @file{site-init.el}, then copy the files into the
118 installation directory for Lisp files when you install Emacs.
120 @item
121 Specify a @code{nil} value for @code{byte-compile-dynamic-docstrings}
122 as a local variable in each of these files, and load them with either
123 @file{site-load.el} or @file{site-init.el}.  (This method has the
124 drawback that the documentation strings take up space in Emacs all the
125 time.)
126 @end itemize
128 @cindex change @code{load-path} at configure time
129 @cindex @option{--enable-locallisppath} option to @command{configure}
130   It is not advisable to put anything in @file{site-load.el} or
131 @file{site-init.el} that would alter any of the features that users
132 expect in an ordinary unmodified Emacs.  If you feel you must override
133 normal features for your site, do it with @file{default.el}, so that
134 users can override your changes if they wish.  @xref{Startup Summary}.
135 Note that if either @file{site-load.el} or @file{site-init.el} changes
136 @code{load-path}, the changes will be lost after dumping.
137 @xref{Library Search}.  To make a permanent change to
138 @code{load-path}, use the @option{--enable-locallisppath} option
139 of @command{configure}.
141   In a package that can be preloaded, it is sometimes necessary (or
142 useful) to delay certain evaluations until Emacs subsequently starts
143 up.  The vast majority of such cases relate to the values of
144 customizable variables.  For example, @code{tutorial-directory} is a
145 variable defined in @file{startup.el}, which is preloaded.  The default
146 value is set based on @code{data-directory}.  The variable needs to
147 access the value of @code{data-directory} when Emacs starts, not when
148 it is dumped, because the Emacs executable has probably been installed
149 in a different location since it was dumped.
151 @defun custom-initialize-delay symbol value
152 This function delays the initialization of @var{symbol} to the next
153 Emacs start.  You normally use this function by specifying it as the
154 @code{:initialize} property of a customizable variable.  (The argument
155 @var{value} is unused, and is provided only for compatibility with the
156 form Custom expects.)
157 @end defun
159 In the unlikely event that you need a more general functionality than
160 @code{custom-initialize-delay} provides, you can use
161 @code{before-init-hook} (@pxref{Startup Summary}).
163 @defun dump-emacs to-file from-file
164 @cindex unexec
165 This function dumps the current state of Emacs into an executable file
166 @var{to-file}.  It takes symbols from @var{from-file} (this is normally
167 the executable file @file{temacs}).
169 If you want to use this function in an Emacs that was already dumped,
170 you must run Emacs with @samp{-batch}.
171 @end defun
173 @node Pure Storage
174 @section Pure Storage
175 @cindex pure storage
177   Emacs Lisp uses two kinds of storage for user-created Lisp objects:
178 @dfn{normal storage} and @dfn{pure storage}.  Normal storage is where
179 all the new data created during an Emacs session are kept
180 (@pxref{Garbage Collection}).  Pure storage is used for certain data
181 in the preloaded standard Lisp files---data that should never change
182 during actual use of Emacs.
184   Pure storage is allocated only while @command{temacs} is loading the
185 standard preloaded Lisp libraries.  In the file @file{emacs}, it is
186 marked as read-only (on operating systems that permit this), so that
187 the memory space can be shared by all the Emacs jobs running on the
188 machine at once.  Pure storage is not expandable; a fixed amount is
189 allocated when Emacs is compiled, and if that is not sufficient for
190 the preloaded libraries, @file{temacs} allocates dynamic memory for
191 the part that didn't fit.  The resulting image will work, but garbage
192 collection (@pxref{Garbage Collection}) is disabled in this situation,
193 causing a memory leak.  Such an overflow normally won't happen unless
194 you try to preload additional libraries or add features to the
195 standard ones.  Emacs will display a warning about the overflow when
196 it starts.  If this happens, you should increase the compilation
197 parameter @code{SYSTEM_PURESIZE_EXTRA} in the file
198 @file{src/puresize.h} and rebuild Emacs.
200 @defun purecopy object
201 This function makes a copy in pure storage of @var{object}, and returns
202 it.  It copies a string by simply making a new string with the same
203 characters, but without text properties, in pure storage.  It
204 recursively copies the contents of vectors and cons cells.  It does
205 not make copies of other objects such as symbols, but just returns
206 them unchanged.  It signals an error if asked to copy markers.
208 This function is a no-op except while Emacs is being built and dumped;
209 it is usually called only in preloaded Lisp files.
210 @end defun
212 @defvar pure-bytes-used
213 The value of this variable is the number of bytes of pure storage
214 allocated so far.  Typically, in a dumped Emacs, this number is very
215 close to the total amount of pure storage available---if it were not,
216 we would preallocate less.
217 @end defvar
219 @defvar purify-flag
220 This variable determines whether @code{defun} should make a copy of the
221 function definition in pure storage.  If it is non-@code{nil}, then the
222 function definition is copied into pure storage.
224 This flag is @code{t} while loading all of the basic functions for
225 building Emacs initially (allowing those functions to be shareable and
226 non-collectible).  Dumping Emacs as an executable always writes
227 @code{nil} in this variable, regardless of the value it actually has
228 before and after dumping.
230 You should not change this flag in a running Emacs.
231 @end defvar
233 @node Garbage Collection
234 @section Garbage Collection
236 @cindex memory allocation
237   When a program creates a list or the user defines a new function
238 (such as by loading a library), that data is placed in normal storage.
239 If normal storage runs low, then Emacs asks the operating system to
240 allocate more memory.  Different types of Lisp objects, such as
241 symbols, cons cells, small vectors, markers, etc., are segregated in
242 distinct blocks in memory.  (Large vectors, long strings, buffers and
243 certain other editing types, which are fairly large, are allocated in
244 individual blocks, one per object; small strings are packed into blocks
245 of 8k bytes, and small vectors are packed into blocks of 4k bytes).
247 @cindex vector-like objects, storage
248 @cindex storage of vector-like Lisp objects
249   Beyond the basic vector, a lot of objects like window, buffer, and
250 frame are managed as if they were vectors.  The corresponding C data
251 structures include the @code{union vectorlike_header} field whose
252 @code{size} member contains the subtype enumerated by @code{enum pvec_type}
253 and an information about how many @code{Lisp_Object} fields this structure
254 contains and what the size of the rest data is.  This information is
255 needed to calculate the memory footprint of an object, and used
256 by the vector allocation code while iterating over the vector blocks.
258 @cindex garbage collection
259   It is quite common to use some storage for a while, then release it
260 by (for example) killing a buffer or deleting the last pointer to an
261 object.  Emacs provides a @dfn{garbage collector} to reclaim this
262 abandoned storage.  The garbage collector operates by finding and
263 marking all Lisp objects that are still accessible to Lisp programs.
264 To begin with, it assumes all the symbols, their values and associated
265 function definitions, and any data presently on the stack, are
266 accessible.  Any objects that can be reached indirectly through other
267 accessible objects are also accessible.
269   When marking is finished, all objects still unmarked are garbage.  No
270 matter what the Lisp program or the user does, it is impossible to refer
271 to them, since there is no longer a way to reach them.  Their space
272 might as well be reused, since no one will miss them.  The second
273 (sweep) phase of the garbage collector arranges to reuse them.
275 @c ??? Maybe add something describing weak hash tables here?
277 @cindex free list
278   The sweep phase puts unused cons cells onto a @dfn{free list}
279 for future allocation; likewise for symbols and markers.  It compacts
280 the accessible strings so they occupy fewer 8k blocks; then it frees the
281 other 8k blocks.  Unreachable vectors from vector blocks are coalesced
282 to create largest possible free areas; if a free area spans a complete
283 4k block, that block is freed.  Otherwise, the free area is recorded
284 in a free list array, where each entry corresponds to a free list
285 of areas of the same size.  Large vectors, buffers, and other large
286 objects are allocated and freed individually.
288 @cindex CL note---allocate more storage
289 @quotation
290 @b{Common Lisp note:} Unlike other Lisps, GNU Emacs Lisp does not
291 call the garbage collector when the free list is empty.  Instead, it
292 simply requests the operating system to allocate more storage, and
293 processing continues until @code{gc-cons-threshold} bytes have been
294 used.
296 This means that you can make sure that the garbage collector will not
297 run during a certain portion of a Lisp program by calling the garbage
298 collector explicitly just before it (provided that portion of the
299 program does not use so much space as to force a second garbage
300 collection).
301 @end quotation
303 @deffn Command garbage-collect
304 This command runs a garbage collection, and returns information on
305 the amount of space in use.  (Garbage collection can also occur
306 spontaneously if you use more than @code{gc-cons-threshold} bytes of
307 Lisp data since the previous garbage collection.)
309 @code{garbage-collect} returns a list with information on amount of space in
310 use, where each entry has the form @samp{(@var{name} @var{size} @var{used})}
311 or @samp{(@var{name} @var{size} @var{used} @var{free})}.  In the entry,
312 @var{name} is a symbol describing the kind of objects this entry represents,
313 @var{size} is the number of bytes used by each one, @var{used} is the number
314 of those objects that were found live in the heap, and optional @var{free} is
315 the number of those objects that are not live but that Emacs keeps around for
316 future allocations.  So an overall result is:
318 @example
319 ((@code{conses} @var{cons-size} @var{used-conses} @var{free-conses})
320  (@code{symbols} @var{symbol-size} @var{used-symbols} @var{free-symbols})
321  (@code{miscs} @var{misc-size} @var{used-miscs} @var{free-miscs})
322  (@code{strings} @var{string-size} @var{used-strings} @var{free-strings})
323  (@code{string-bytes} @var{byte-size} @var{used-bytes})
324  (@code{vectors} @var{vector-size} @var{used-vectors})
325  (@code{vector-slots} @var{slot-size} @var{used-slots} @var{free-slots})
326  (@code{floats} @var{float-size} @var{used-floats} @var{free-floats})
327  (@code{intervals} @var{interval-size} @var{used-intervals} @var{free-intervals})
328  (@code{buffers} @var{buffer-size} @var{used-buffers})
329  (@code{heap} @var{unit-size} @var{total-size} @var{free-size}))
330 @end example
332 Here is an example:
334 @example
335 (garbage-collect)
336       @result{} ((conses 16 49126 8058) (symbols 48 14607 0)
337                  (miscs 40 34 56) (strings 32 2942 2607)
338                  (string-bytes 1 78607) (vectors 16 7247)
339                  (vector-slots 8 341609 29474) (floats 8 71 102)
340                  (intervals 56 27 26) (buffers 944 8)
341                  (heap 1024 11715 2678))
342 @end example
344 Below is a table explaining each element.  Note that last @code{heap} entry
345 is optional and present only if an underlying @code{malloc} implementation
346 provides @code{mallinfo} function.
348 @table @var
349 @item cons-size
350 Internal size of a cons cell, i.e., @code{sizeof (struct Lisp_Cons)}.
352 @item used-conses
353 The number of cons cells in use.
355 @item free-conses
356 The number of cons cells for which space has been obtained from
357 the operating system, but that are not currently being used.
359 @item symbol-size
360 Internal size of a symbol, i.e., @code{sizeof (struct Lisp_Symbol)}.
362 @item used-symbols
363 The number of symbols in use.
365 @item free-symbols
366 The number of symbols for which space has been obtained from
367 the operating system, but that are not currently being used.
369 @item misc-size
370 Internal size of a miscellaneous entity, i.e.,
371 @code{sizeof (union Lisp_Misc)}, which is a size of the
372 largest type enumerated in @code{enum Lisp_Misc_Type}.
374 @item used-miscs
375 The number of miscellaneous objects in use.  These include markers
376 and overlays, plus certain objects not visible to users.
378 @item free-miscs
379 The number of miscellaneous objects for which space has been obtained
380 from the operating system, but that are not currently being used.
382 @item string-size
383 Internal size of a string header, i.e., @code{sizeof (struct Lisp_String)}.
385 @item used-strings
386 The number of string headers in use.
388 @item free-strings
389 The number of string headers for which space has been obtained
390 from the operating system, but that are not currently being used.
392 @item byte-size
393 This is used for convenience and equals to @code{sizeof (char)}.
395 @item used-bytes
396 The total size of all string data in bytes.
398 @item vector-size
399 Internal size of a vector header, i.e., @code{sizeof (struct Lisp_Vector)}.
401 @item used-vectors
402 The number of vector headers allocated from the vector blocks.
404 @item slot-size
405 Internal size of a vector slot, always equal to @code{sizeof (Lisp_Object)}.
407 @item used-slots
408 The number of slots in all used vectors.
410 @item free-slots
411 The number of free slots in all vector blocks.
413 @item float-size
414 Internal size of a float object, i.e., @code{sizeof (struct Lisp_Float)}.
415 (Do not confuse it with the native platform @code{float} or @code{double}.)
417 @item used-floats
418 The number of floats in use.
420 @item free-floats
421 The number of floats for which space has been obtained from
422 the operating system, but that are not currently being used.
424 @item interval-size
425 Internal size of an interval object, i.e., @code{sizeof (struct interval)}.
427 @item used-intervals
428 The number of intervals in use.
430 @item free-intervals
431 The number of intervals for which space has been obtained from
432 the operating system, but that are not currently being used.
434 @item buffer-size
435 Internal size of a buffer, i.e., @code{sizeof (struct buffer)}.
436 (Do not confuse with the value returned by @code{buffer-size} function.)
438 @item used-buffers
439 The number of buffer objects in use.  This includes killed buffers
440 invisible to users, i.e., all buffers in @code{all_buffers} list.
442 @item unit-size
443 The unit of heap space measurement, always equal to 1024 bytes.
445 @item total-size
446 Total heap size, in @var{unit-size} units.
448 @item free-size
449 Heap space which is not currently used, in @var{unit-size} units.
450 @end table
452 If there was overflow in pure space (@pxref{Pure Storage}),
453 @code{garbage-collect} returns @code{nil}, because a real garbage
454 collection cannot be done.
455 @end deffn
457 @defopt garbage-collection-messages
458 If this variable is non-@code{nil}, Emacs displays a message at the
459 beginning and end of garbage collection.  The default value is
460 @code{nil}.
461 @end defopt
463 @defvar post-gc-hook
464 This is a normal hook that is run at the end of garbage collection.
465 Garbage collection is inhibited while the hook functions run, so be
466 careful writing them.
467 @end defvar
469 @defopt gc-cons-threshold
470 The value of this variable is the number of bytes of storage that must
471 be allocated for Lisp objects after one garbage collection in order to
472 trigger another garbage collection.  You can use the result returned by
473 @code{garbage-collect} to get an information about size of the particular
474 object type; space allocated to the contents of buffers does not count.
475 Note that the subsequent garbage collection does not happen immediately
476 when the threshold is exhausted, but only the next time the Lisp interpreter
477 is called.
479 The initial threshold value is @code{GC_DEFAULT_THRESHOLD}, defined in
480 @file{alloc.c}.  Since it's defined in @code{word_size} units, the value
481 is 400,000 for the default 32-bit configuration and 800,000 for the 64-bit
482 one.  If you specify a larger value, garbage collection will happen less
483 often.  This reduces the amount of time spent garbage collecting, but
484 increases total memory use.  You may want to do this when running a program
485 that creates lots of Lisp data.
487 You can make collections more frequent by specifying a smaller value, down
488 to 1/10th of @code{GC_DEFAULT_THRESHOLD}.  A value less than this minimum
489 will remain in effect only until the subsequent garbage collection, at which
490 time @code{garbage-collect} will set the threshold back to the minimum.
491 @end defopt
493 @defopt gc-cons-percentage
494 The value of this variable specifies the amount of consing before a
495 garbage collection occurs, as a fraction of the current heap size.
496 This criterion and @code{gc-cons-threshold} apply in parallel, and
497 garbage collection occurs only when both criteria are satisfied.
499 As the heap size increases, the time to perform a garbage collection
500 increases.  Thus, it can be desirable to do them less frequently in
501 proportion.
502 @end defopt
504   The value returned by @code{garbage-collect} describes the amount of
505 memory used by Lisp data, broken down by data type.  By contrast, the
506 function @code{memory-limit} provides information on the total amount of
507 memory Emacs is currently using.
509 @defun memory-limit
510 This function returns the address of the last byte Emacs has allocated,
511 divided by 1024.  We divide the value by 1024 to make sure it fits in a
512 Lisp integer.
514 You can use this to get a general idea of how your actions affect the
515 memory usage.
516 @end defun
518 @defvar memory-full
519 This variable is @code{t} if Emacs is nearly out of memory for Lisp
520 objects, and @code{nil} otherwise.
521 @end defvar
523 @defun memory-use-counts
524 This returns a list of numbers that count the number of objects
525 created in this Emacs session.  Each of these counters increments for
526 a certain kind of object.  See the documentation string for details.
527 @end defun
529 @defun memory-info
530 This functions returns an amount of total system memory and how much
531 of it is free.  On an unsupported system, the value may be @code{nil}.
532 @end defun
534 @defvar gcs-done
535 This variable contains the total number of garbage collections
536 done so far in this Emacs session.
537 @end defvar
539 @defvar gc-elapsed
540 This variable contains the total number of seconds of elapsed time
541 during garbage collection so far in this Emacs session, as a
542 floating-point number.
543 @end defvar
545 @node Stack-allocated Objects
546 @section Stack-allocated Objects
548 @cindex stack allocated Lisp objects
549 @cindex Lisp objects, stack-allocated
550   The garbage collector described above is used to manage data visible
551 from Lisp programs, as well as most of the data internally used by the
552 Lisp interpreter.  Sometimes it may be useful to allocate temporary
553 internal objects using the C stack of the interpreter.  This can help
554 performance, as stack allocation is typically faster than using heap
555 memory to allocate and the garbage collector to free.  The downside is
556 that using such objects after they are freed results in undefined
557 behavior, so uses should be well thought out and carefully debugged by
558 using the @code{GC_CHECK_MARKED_OBJECTS} feature (see
559 @file{src/alloc.c}).  In particular, stack-allocated objects should
560 never be made visible to user Lisp code.
562   Currently, cons cells and strings can be allocated this way.  This
563 is implemented by C macros like @code{AUTO_CONS} and
564 @code{AUTO_STRING} that define a named @code{Lisp_Object} with block
565 lifetime.  These objects are not freed by the garbage collector;
566 instead, they have automatic storage duration, i.e., they are
567 allocated like local variables and are automatically freed at the end
568 of execution of the C block that defined the object.
570   For performance reasons, stack-allocated strings are limited to
571 @acronym{ASCII} characters, and many of these strings are immutable,
572 i.e., calling @code{ASET} on them produces undefined behavior.
574 @node Memory Usage
575 @section Memory Usage
576 @cindex memory usage
578   These functions and variables give information about the total amount
579 of memory allocation that Emacs has done, broken down by data type.
580 Note the difference between these and the values returned by
581 @code{garbage-collect}; those count objects that currently exist, but
582 these count the number or size of all allocations, including those for
583 objects that have since been freed.
585 @defvar cons-cells-consed
586 The total number of cons cells that have been allocated so far
587 in this Emacs session.
588 @end defvar
590 @defvar floats-consed
591 The total number of floats that have been allocated so far
592 in this Emacs session.
593 @end defvar
595 @defvar vector-cells-consed
596 The total number of vector cells that have been allocated so far
597 in this Emacs session.
598 @end defvar
600 @defvar symbols-consed
601 The total number of symbols that have been allocated so far
602 in this Emacs session.
603 @end defvar
605 @defvar string-chars-consed
606 The total number of string characters that have been allocated so far
607 in this session.
608 @end defvar
610 @defvar misc-objects-consed
611 The total number of miscellaneous objects that have been allocated so
612 far in this session.  These include markers and overlays, plus
613 certain objects not visible to users.
614 @end defvar
616 @defvar intervals-consed
617 The total number of intervals that have been allocated so far
618 in this Emacs session.
619 @end defvar
621 @defvar strings-consed
622 The total number of strings that have been allocated so far in this
623 Emacs session.
624 @end defvar
626 @node C Dialect
627 @section C Dialect
628 @cindex C programming language
630 The C part of Emacs is portable to C99 or later: C11-specific features such
631 as @samp{<stdalign.h>} and @samp{_Noreturn} are not used without a check,
632 typically at configuration time, and the Emacs build procedure
633 provides a substitute implementation if necessary.  Some C11 features,
634 such as anonymous structures and unions, are too difficult to emulate,
635 so they are avoided entirely.
637 At some point in the future the base C dialect will no doubt change to C11.
639 @node Writing Emacs Primitives
640 @section Writing Emacs Primitives
641 @cindex primitive function internals
642 @cindex writing Emacs primitives
644   Lisp primitives are Lisp functions implemented in C@.  The details of
645 interfacing the C function so that Lisp can call it are handled by a few
646 C macros.  The only way to really understand how to write new C code is
647 to read the source, but we can explain some things here.
649   An example of a special form is the definition of @code{or}, from
650 @file{eval.c}.  (An ordinary function would have the same general
651 appearance.)
653 @smallexample
654 @group
655 DEFUN ("or", For, Sor, 0, UNEVALLED, 0,
656   doc: /* Eval args until one of them yields non-nil, then return
657 that value.
658 The remaining args are not evalled at all.
659 If all args return nil, return nil.
660 @end group
661 @group
662 usage: (or CONDITIONS...)  */)
663   (Lisp_Object args)
665   Lisp_Object val = Qnil;
666 @end group
668 @group
669   while (CONSP (args))
670     @{
671       val = eval_sub (XCAR (args));
672       if (!NILP (val))
673         break;
674       args = XCDR (args);
675       maybe_quit ();
676     @}
677 @end group
679 @group
680   return val;
682 @end group
683 @end smallexample
685 @cindex @code{DEFUN}, C macro to define Lisp primitives
686   Let's start with a precise explanation of the arguments to the
687 @code{DEFUN} macro.  Here is a template for them:
689 @example
690 DEFUN (@var{lname}, @var{fname}, @var{sname}, @var{min}, @var{max}, @var{interactive}, @var{doc})
691 @end example
693 @table @var
694 @item lname
695 This is the name of the Lisp symbol to define as the function name; in
696 the example above, it is @code{or}.
698 @item fname
699 This is the C function name for this function.  This is the name that
700 is used in C code for calling the function.  The name is, by
701 convention, @samp{F} prepended to the Lisp name, with all dashes
702 (@samp{-}) in the Lisp name changed to underscores.  Thus, to call
703 this function from C code, call @code{For}.
705 @item sname
706 This is a C variable name to use for a structure that holds the data for
707 the subr object that represents the function in Lisp.  This structure
708 conveys the Lisp symbol name to the initialization routine that will
709 create the symbol and store the subr object as its definition.  By
710 convention, this name is always @var{fname} with @samp{F} replaced with
711 @samp{S}.
713 @item min
714 This is the minimum number of arguments that the function requires.  The
715 function @code{or} allows a minimum of zero arguments.
717 @item max
718 This is the maximum number of arguments that the function accepts, if
719 there is a fixed maximum.  Alternatively, it can be @code{UNEVALLED},
720 indicating a special form that receives unevaluated arguments, or
721 @code{MANY}, indicating an unlimited number of evaluated arguments (the
722 equivalent of @code{&rest}).  Both @code{UNEVALLED} and @code{MANY} are
723 macros.  If @var{max} is a number, it must be more than @var{min} but
724 less than 8.
726 @cindex interactive specification in primitives
727 @item interactive
728 This is an interactive specification, a string such as might be used
729 as the argument of @code{interactive} in a Lisp function.  In the case
730 of @code{or}, it is 0 (a null pointer), indicating that @code{or}
731 cannot be called interactively.  A value of @code{""} indicates a
732 function that should receive no arguments when called interactively.
733 If the value begins with a @samp{"(}, the string is evaluated as a
734 Lisp form.  For example:
736 @example
737 @group
738 DEFUN ("foo", Ffoo, Sfoo, 0, UNEVALLED, 0
739        "(list (read-char-by-name \"Insert character: \")\
740               (prefix-numeric-value current-prefix-arg)\
741               t))",
742   doc: /* @dots{} */)
743 @end group
744 @end example
746 @item doc
747 This is the documentation string.  It uses C comment syntax rather
748 than C string syntax because comment syntax requires nothing special
749 to include multiple lines.  The @samp{doc:} identifies the comment
750 that follows as the documentation string.  The @samp{/*} and @samp{*/}
751 delimiters that begin and end the comment are not part of the
752 documentation string.
754 If the last line of the documentation string begins with the keyword
755 @samp{usage:}, the rest of the line is treated as the argument list
756 for documentation purposes.  This way, you can use different argument
757 names in the documentation string from the ones used in the C code.
758 @samp{usage:} is required if the function has an unlimited number of
759 arguments.
761 All the usual rules for documentation strings in Lisp code
762 (@pxref{Documentation Tips}) apply to C code documentation strings
763 too.
765 The documentation string can be followed by a list of C function
766 attributes for the C function that implements the primitive, like
767 this:
769 @example
770 @group
771 DEFUN ("bar", Fbar, Sbar, 0, UNEVALLED, 0
772   doc: /* @dots{} */
773   attributes: @var{attr1} @var{attr2} @dots{})
774 @end group
775 @end example
777 @noindent
778 You can specify more than a single attribute, one after the other.
779 Currently, only the following attributes are recognized:
781 @table @code
782 @item noreturn
783 Declares the C function as one that never returns.  This corresponds
784 to the C11 keyword @code{_Noreturn} and to @w{@code{__attribute__
785 ((__noreturn__))}} attribute of GCC (@pxref{Function Attributes,,,
786 gcc, Using the GNU Compiler Collection}).
788 @item const
789 Declares that the function does not examine any values except its
790 arguments, and has no effects except the return value.  This
791 corresponds to @w{@code{__attribute__ ((__const__))}} attribute of
792 GCC.
794 @item noinline
795 This corresponds to @w{@code{__attribute__ ((__noinline__))}}
796 attribute of GCC, which prevents the function from being considered
797 for inlining.  This might be needed, e.g., to countermand effects of
798 link-time optimizations on stack-based variables.
799 @end table
801 @end table
803   After the call to the @code{DEFUN} macro, you must write the
804 argument list for the C function, including the types for the
805 arguments.  If the primitive accepts a fixed maximum number of Lisp
806 arguments, there must be one C argument for each Lisp argument, and
807 each argument must be of type @code{Lisp_Object}.  (Various macros and
808 functions for creating values of type @code{Lisp_Object} are declared
809 in the file @file{lisp.h}.)  If the primitive has no upper limit on
810 the number of Lisp arguments, it must have exactly two C arguments:
811 the first is the number of Lisp arguments, and the second is the
812 address of a block containing their values.  These have types
813 @code{int} and @w{@code{Lisp_Object *}} respectively.  Since
814 @code{Lisp_Object} can hold any Lisp object of any data type, you
815 can determine the actual data type only at run time; so if you want
816 a primitive to accept only a certain type of argument, you must check
817 the type explicitly using a suitable predicate (@pxref{Type Predicates}).
818 @cindex type checking internals
820 @cindex garbage collection protection
821 @cindex protect C variables from garbage collection
822   Within the function @code{For} itself, the local variable
823 @code{args} refers to objects controlled by Emacs's stack-marking
824 garbage collector.  Although the garbage collector does not reclaim
825 objects reachable from C @code{Lisp_Object} stack variables, it may
826 move non-object components of an object, such as string contents; so
827 functions that access non-object components must take care to refetch
828 their addresses after performing Lisp evaluation.  Lisp evaluation can
829 occur via calls to @code{eval_sub} or @code{Feval}, either directly or
830 indirectly.
832 @cindex @code{maybe_quit}, use in Lisp primitives
833   Note the call to @code{maybe_quit} inside the loop: this function
834 checks whether the user pressed @kbd{C-g}, and if so, aborts the
835 processing.  You should do that in any loop that can potentially
836 require a large number of iterations; in this case, the list of
837 arguments could be very long.  This increases Emacs responsiveness and
838 improves user experience.
840   You must not use C initializers for static or global variables unless
841 the variables are never written once Emacs is dumped.  These variables
842 with initializers are allocated in an area of memory that becomes
843 read-only (on certain operating systems) as a result of dumping Emacs.
844 @xref{Pure Storage}.
846 @cindex @code{defsubr}, Lisp symbol for a primitive
847   Defining the C function is not enough to make a Lisp primitive
848 available; you must also create the Lisp symbol for the primitive and
849 store a suitable subr object in its function cell.  The code looks like
850 this:
852 @example
853 defsubr (&@var{sname});
854 @end example
856 @noindent
857 Here @var{sname} is the name you used as the third argument to @code{DEFUN}.
859   If you add a new primitive to a file that already has Lisp primitives
860 defined in it, find the function (near the end of the file) named
861 @code{syms_of_@var{something}}, and add the call to @code{defsubr}
862 there.  If the file doesn't have this function, or if you create a new
863 file, add to it a @code{syms_of_@var{filename}} (e.g.,
864 @code{syms_of_myfile}).  Then find the spot in @file{emacs.c} where all
865 of these functions are called, and add a call to
866 @code{syms_of_@var{filename}} there.
868 @anchor{Defining Lisp variables in C}
869 @vindex byte-boolean-vars
870 @cindex defining Lisp variables in C
871 @cindex @code{DEFVAR_INT}, @code{DEFVAR_LISP}, @code{DEFVAR_BOOL}
872   The function @code{syms_of_@var{filename}} is also the place to define
873 any C variables that are to be visible as Lisp variables.
874 @code{DEFVAR_LISP} makes a C variable of type @code{Lisp_Object} visible
875 in Lisp.  @code{DEFVAR_INT} makes a C variable of type @code{int}
876 visible in Lisp with a value that is always an integer.
877 @code{DEFVAR_BOOL} makes a C variable of type @code{int} visible in Lisp
878 with a value that is either @code{t} or @code{nil}.  Note that variables
879 defined with @code{DEFVAR_BOOL} are automatically added to the list
880 @code{byte-boolean-vars} used by the byte compiler.
882 @cindex defining customization variables in C
883   If you want to make a Lisp variable that is defined in C behave
884 like one declared with @code{defcustom}, add an appropriate entry to
885 @file{cus-start.el}.
887 @cindex @code{staticpro}, protection from GC
888   If you define a file-scope C variable of type @code{Lisp_Object},
889 you must protect it from garbage-collection by calling @code{staticpro}
890 in @code{syms_of_@var{filename}}, like this:
892 @example
893 staticpro (&@var{variable});
894 @end example
896   Here is another example function, with more complicated arguments.
897 This comes from the code in @file{window.c}, and it demonstrates the use
898 of macros and functions to manipulate Lisp objects.
900 @smallexample
901 @group
902 DEFUN ("coordinates-in-window-p", Fcoordinates_in_window_p,
903   Scoordinates_in_window_p, 2, 2, 0,
904   doc: /* Return non-nil if COORDINATES are in WINDOW.
905   ...
906 @end group
907 @group
908   or `right-margin' is returned.  */)
909   (register Lisp_Object coordinates, Lisp_Object window)
911   struct window *w;
912   struct frame *f;
913   int x, y;
914   Lisp_Object lx, ly;
915 @end group
917 @group
918   CHECK_LIVE_WINDOW (window);
919   w = XWINDOW (window);
920   f = XFRAME (w->frame);
921   CHECK_CONS (coordinates);
922   lx = Fcar (coordinates);
923   ly = Fcdr (coordinates);
924   CHECK_NUMBER_OR_FLOAT (lx);
925   CHECK_NUMBER_OR_FLOAT (ly);
926   x = FRAME_PIXEL_X_FROM_CANON_X (f, lx) + FRAME_INTERNAL_BORDER_WIDTH(f);
927   y = FRAME_PIXEL_Y_FROM_CANON_Y (f, ly) + FRAME_INTERNAL_BORDER_WIDTH(f);
928 @end group
930 @group
931   switch (coordinates_in_window (w, x, y))
932     @{
933     case ON_NOTHING:            /* NOT in window at all.  */
934       return Qnil;
935 @end group
937     ...
939 @group
940     case ON_MODE_LINE:          /* In mode line of window.  */
941       return Qmode_line;
942 @end group
944     ...
946 @group
947     case ON_SCROLL_BAR:         /* On scroll-bar of window.  */
948       /* Historically we are supposed to return nil in this case.  */
949       return Qnil;
950 @end group
952 @group
953     default:
954       abort ();
955     @}
957 @end group
958 @end smallexample
960   Note that C code cannot call functions by name unless they are defined
961 in C@.  The way to call a function written in Lisp is to use
962 @code{Ffuncall}, which embodies the Lisp function @code{funcall}.  Since
963 the Lisp function @code{funcall} accepts an unlimited number of
964 arguments, in C it takes two: the number of Lisp-level arguments, and a
965 one-dimensional array containing their values.  The first Lisp-level
966 argument is the Lisp function to call, and the rest are the arguments to
967 pass to it.
969   The C functions @code{call0}, @code{call1}, @code{call2}, and so on,
970 provide handy ways to call a Lisp function conveniently with a fixed
971 number of arguments.  They work by calling @code{Ffuncall}.
973   @file{eval.c} is a very good file to look through for examples;
974 @file{lisp.h} contains the definitions for some important macros and
975 functions.
977   If you define a function which is side-effect free, update the code
978 in @file{byte-opt.el} that binds @code{side-effect-free-fns} and
979 @code{side-effect-and-error-free-fns} so that the compiler optimizer
980 knows about it.
982 @node Object Internals
983 @section Object Internals
984 @cindex object internals
986   Emacs Lisp provides a rich set of the data types.  Some of them, like cons
987 cells, integers and strings, are common to nearly all Lisp dialects.  Some
988 others, like markers and buffers, are quite special and needed to provide
989 the basic support to write editor commands in Lisp.  To implement such
990 a variety of object types and provide an efficient way to pass objects between
991 the subsystems of an interpreter, there is a set of C data structures and
992 a special type to represent the pointers to all of them, which is known as
993 @dfn{tagged pointer}.
995   In C, the tagged pointer is an object of type @code{Lisp_Object}.  Any
996 initialized variable of such a type always holds the value of one of the
997 following basic data types: integer, symbol, string, cons cell, float,
998 vectorlike or miscellaneous object.  Each of these data types has the
999 corresponding tag value.  All tags are enumerated by @code{enum Lisp_Type}
1000 and placed into a 3-bit bitfield of the @code{Lisp_Object}.  The rest of the
1001 bits is the value itself.  Integers are immediate, i.e., directly
1002 represented by those @dfn{value bits}, and all other objects are represented
1003 by the C pointers to a corresponding object allocated from the heap.  Width
1004 of the @code{Lisp_Object} is platform- and configuration-dependent: usually
1005 it's equal to the width of an underlying platform pointer (i.e., 32-bit on
1006 a 32-bit machine and 64-bit on a 64-bit one), but also there is a special
1007 configuration where @code{Lisp_Object} is 64-bit but all pointers are 32-bit.
1008 The latter trick was designed to overcome the limited range of values for
1009 Lisp integers on a 32-bit system by using 64-bit @code{long long} type for
1010 @code{Lisp_Object}.
1012   The following C data structures are defined in @file{lisp.h} to represent
1013 the basic data types beyond integers:
1015 @table @code
1016 @item struct Lisp_Cons
1017 Cons cell, an object used to construct lists.
1019 @item struct Lisp_String
1020 String, the basic object to represent a sequence of characters.
1022 @item struct Lisp_Vector
1023 Array, a fixed-size set of Lisp objects which may be accessed by an index.
1025 @item struct Lisp_Symbol
1026 Symbol, the unique-named entity commonly used as an identifier.
1028 @item struct Lisp_Float
1029 Floating-point value.
1031 @item union Lisp_Misc
1032 Miscellaneous kinds of objects which don't fit into any of the above.
1033 @end table
1035   These types are the first-class citizens of an internal type system.
1036 Since the tag space is limited, all other types are the subtypes of either
1037 @code{Lisp_Vectorlike} or @code{Lisp_Misc}.  Vector subtypes are enumerated
1038 by @code{enum pvec_type}, and nearly all complex objects like windows, buffers,
1039 frames, and processes fall into this category.  The rest of special types,
1040 including markers and overlays, are enumerated by @code{enum Lisp_Misc_Type}
1041 and form the set of subtypes of @code{Lisp_Misc}.
1043   Below there is a description of a few subtypes of @code{Lisp_Vectorlike}.
1044 Buffer object represents the text to display and edit.  Window is the part
1045 of display structure which shows the buffer or used as a container to
1046 recursively place other windows on the same frame.  (Do not confuse Emacs Lisp
1047 window object with the window as an entity managed by the user interface
1048 system like X; in Emacs terminology, the latter is called frame.)  Finally,
1049 process object is used to manage the subprocesses.
1051 @menu
1052 * Buffer Internals::    Components of a buffer structure.
1053 * Window Internals::    Components of a window structure.
1054 * Process Internals::   Components of a process structure.
1055 @end menu
1057 @node Buffer Internals
1058 @subsection Buffer Internals
1059 @cindex internals, of buffer
1060 @cindex buffer internals
1062   Two structures (see @file{buffer.h}) are used to represent buffers
1063 in C@.  The @code{buffer_text} structure contains fields describing the
1064 text of a buffer; the @code{buffer} structure holds other fields.  In
1065 the case of indirect buffers, two or more @code{buffer} structures
1066 reference the same @code{buffer_text} structure.
1068 Here are some of the fields in @code{struct buffer_text}:
1070 @table @code
1071 @item beg
1072 The address of the buffer contents.
1074 @item gpt
1075 @itemx gpt_byte
1076 The character and byte positions of the buffer gap.  @xref{Buffer
1077 Gap}.
1079 @item z
1080 @itemx z_byte
1081 The character and byte positions of the end of the buffer text.
1083 @item gap_size
1084 The size of buffer's gap.  @xref{Buffer Gap}.
1086 @item modiff
1087 @itemx save_modiff
1088 @itemx chars_modiff
1089 @itemx overlay_modiff
1090 These fields count the number of buffer-modification events performed
1091 in this buffer.  @code{modiff} is incremented after each
1092 buffer-modification event, and is never otherwise changed;
1093 @code{save_modiff} contains the value of @code{modiff} the last time
1094 the buffer was visited or saved; @code{chars_modiff} counts only
1095 modifications to the characters in the buffer, ignoring all other
1096 kinds of changes; and @code{overlay_modiff} counts only modifications
1097 to the overlays.
1099 @item beg_unchanged
1100 @itemx end_unchanged
1101 The number of characters at the start and end of the text that are
1102 known to be unchanged since the last complete redisplay.
1104 @item unchanged_modified
1105 @itemx overlay_unchanged_modified
1106 The values of @code{modiff} and @code{overlay_modiff}, respectively,
1107 after the last complete redisplay.  If their current values match
1108 @code{modiff} or @code{overlay_modiff}, that means
1109 @code{beg_unchanged} and @code{end_unchanged} contain no useful
1110 information.
1112 @item markers
1113 The markers that refer to this buffer.  This is actually a single
1114 marker, and successive elements in its marker @code{chain} are the other
1115 markers referring to this buffer text.
1117 @item intervals
1118 The interval tree which records the text properties of this buffer.
1119 @end table
1121 Some of the fields of @code{struct buffer} are:
1123 @table @code
1124 @item header
1125 A header of type @code{union vectorlike_header} is common to all
1126 vectorlike objects.
1128 @item own_text
1129 A @code{struct buffer_text} structure that ordinarily holds the buffer
1130 contents.  In indirect buffers, this field is not used.
1132 @item text
1133 A pointer to the @code{buffer_text} structure for this buffer.  In an
1134 ordinary buffer, this is the @code{own_text} field above.  In an
1135 indirect buffer, this is the @code{own_text} field of the base buffer.
1137 @item next
1138 A pointer to the next buffer, in the chain of all buffers, including
1139 killed buffers.  This chain is used only for allocation and garbage
1140 collection, in order to collect killed buffers properly.
1142 @item pt
1143 @itemx pt_byte
1144 The character and byte positions of point in a buffer.
1146 @item begv
1147 @itemx begv_byte
1148 The character and byte positions of the beginning of the accessible
1149 range of text in the buffer.
1151 @item zv
1152 @itemx zv_byte
1153 The character and byte positions of the end of the accessible range of
1154 text in the buffer.
1156 @item base_buffer
1157 In an indirect buffer, this points to the base buffer.  In an ordinary
1158 buffer, it is null.
1160 @item local_flags
1161 This field contains flags indicating that certain variables are local
1162 in this buffer.  Such variables are declared in the C code using
1163 @code{DEFVAR_PER_BUFFER}, and their buffer-local bindings are stored
1164 in fields in the buffer structure itself.  (Some of these fields are
1165 described in this table.)
1167 @item modtime
1168 The modification time of the visited file.  It is set when the file is
1169 written or read.  Before writing the buffer into a file, this field is
1170 compared to the modification time of the file to see if the file has
1171 changed on disk.  @xref{Buffer Modification}.
1173 @item auto_save_modified
1174 The time when the buffer was last auto-saved.
1176 @item last_window_start
1177 The @code{window-start} position in the buffer as of the last time the
1178 buffer was displayed in a window.
1180 @item clip_changed
1181 This flag indicates that narrowing has changed in the buffer.
1182 @xref{Narrowing}.
1184 @item prevent_redisplay_optimizations_p
1185 This flag indicates that redisplay optimizations should not be used to
1186 display this buffer.
1188 @item overlay_center
1189 This field holds the current overlay center position.  @xref{Managing
1190 Overlays}.
1192 @item overlays_before
1193 @itemx overlays_after
1194 These fields hold, respectively, a list of overlays that end at or
1195 before the current overlay center, and a list of overlays that end
1196 after the current overlay center.  @xref{Managing Overlays}.
1197 @code{overlays_before} is sorted in order of decreasing end position,
1198 and @code{overlays_after} is sorted in order of increasing beginning
1199 position.
1201 @c FIXME? the following are now all Lisp_Object BUFFER_INTERNAL_FIELD (foo).
1203 @item name
1204 A Lisp string that names the buffer.  It is guaranteed to be unique.
1205 @xref{Buffer Names}.
1207 @item save_length
1208 The length of the file this buffer is visiting, when last read or
1209 saved.  This and other fields concerned with saving are not kept in
1210 the @code{buffer_text} structure because indirect buffers are never
1211 saved.
1213 @item directory
1214 The directory for expanding relative file names.  This is the value of
1215 the buffer-local variable @code{default-directory} (@pxref{File Name Expansion}).
1217 @item filename
1218 The name of the file visited in this buffer, or @code{nil}.  This is
1219 the value of the buffer-local variable @code{buffer-file-name}
1220 (@pxref{Buffer File Name}).
1222 @item undo_list
1223 @itemx backed_up
1224 @itemx auto_save_file_name
1225 @itemx auto_save_file_format
1226 @itemx read_only
1227 @itemx file_format
1228 @itemx file_truename
1229 @itemx invisibility_spec
1230 @itemx display_count
1231 @itemx display_time
1232 These fields store the values of Lisp variables that are automatically
1233 buffer-local (@pxref{Buffer-Local Variables}), whose corresponding
1234 variable names have the additional prefix @code{buffer-} and have
1235 underscores replaced with dashes.  For instance, @code{undo_list}
1236 stores the value of @code{buffer-undo-list}.
1238 @item mark
1239 The mark for the buffer.  The mark is a marker, hence it is also
1240 included on the list @code{markers}.  @xref{The Mark}.
1242 @item local_var_alist
1243 The association list describing the buffer-local variable bindings of
1244 this buffer, not including the built-in buffer-local bindings that
1245 have special slots in the buffer object.  (Those slots are omitted
1246 from this table.)  @xref{Buffer-Local Variables}.
1248 @item major_mode
1249 Symbol naming the major mode of this buffer, e.g., @code{lisp-mode}.
1251 @item mode_name
1252 Pretty name of the major mode, e.g., @code{"Lisp"}.
1254 @item keymap
1255 @itemx abbrev_table
1256 @itemx syntax_table
1257 @itemx category_table
1258 @itemx display_table
1259 These fields store the buffer's local keymap (@pxref{Keymaps}), abbrev
1260 table (@pxref{Abbrev Tables}), syntax table (@pxref{Syntax Tables}),
1261 category table (@pxref{Categories}), and display table (@pxref{Display
1262 Tables}).
1264 @item downcase_table
1265 @itemx upcase_table
1266 @itemx case_canon_table
1267 These fields store the conversion tables for converting text to lower
1268 case, upper case, and for canonicalizing text for case-fold search.
1269 @xref{Case Tables}.
1271 @item minor_modes
1272 An alist of the minor modes of this buffer.
1274 @item pt_marker
1275 @itemx begv_marker
1276 @itemx zv_marker
1277 These fields are only used in an indirect buffer, or in a buffer that
1278 is the base of an indirect buffer.  Each holds a marker that records
1279 @code{pt}, @code{begv}, and @code{zv} respectively, for this buffer
1280 when the buffer is not current.
1282 @item mode_line_format
1283 @itemx header_line_format
1284 @itemx case_fold_search
1285 @itemx tab_width
1286 @itemx fill_column
1287 @itemx left_margin
1288 @itemx auto_fill_function
1289 @itemx truncate_lines
1290 @itemx word_wrap
1291 @itemx ctl_arrow
1292 @itemx bidi_display_reordering
1293 @itemx bidi_paragraph_direction
1294 @itemx selective_display
1295 @itemx selective_display_ellipses
1296 @itemx overwrite_mode
1297 @itemx abbrev_mode
1298 @itemx mark_active
1299 @itemx enable_multibyte_characters
1300 @itemx buffer_file_coding_system
1301 @itemx cache_long_line_scans
1302 @itemx point_before_scroll
1303 @itemx left_fringe_width
1304 @itemx right_fringe_width
1305 @itemx fringes_outside_margins
1306 @itemx scroll_bar_width
1307 @itemx indicate_empty_lines
1308 @itemx indicate_buffer_boundaries
1309 @itemx fringe_indicator_alist
1310 @itemx fringe_cursor_alist
1311 @itemx scroll_up_aggressively
1312 @itemx scroll_down_aggressively
1313 @itemx cursor_type
1314 @itemx cursor_in_non_selected_windows
1315 These fields store the values of Lisp variables that are automatically
1316 buffer-local (@pxref{Buffer-Local Variables}), whose corresponding
1317 variable names have underscores replaced with dashes.  For instance,
1318 @code{mode_line_format} stores the value of @code{mode-line-format}.
1320 @item last_selected_window
1321 This is the last window that was selected with this buffer in it, or @code{nil}
1322 if that window no longer displays this buffer.
1323 @end table
1325 @node Window Internals
1326 @subsection Window Internals
1327 @cindex internals, of window
1328 @cindex window internals
1330   The fields of a window (for a complete list, see the definition of
1331 @code{struct window} in @file{window.h}) include:
1333 @table @code
1334 @item frame
1335 The frame that this window is on.
1337 @item mini_p
1338 Non-@code{nil} if this window is a minibuffer window.
1340 @item parent
1341 Internally, Emacs arranges windows in a tree; each group of siblings has
1342 a parent window whose area includes all the siblings.  This field points
1343 to a window's parent.
1345 Parent windows do not display buffers, and play little role in display
1346 except to shape their child windows.  Emacs Lisp programs usually have
1347 no access to the parent windows; they operate on the windows at the
1348 leaves of the tree, which actually display buffers.
1350 @c FIXME: These two slots and the 'buffer' slot below were replaced
1351 @c with a single slot 'contents' on 2013-03-28.  --xfq
1352 @item hchild
1353 @itemx vchild
1354 These fields contain the window's leftmost child and its topmost child
1355 respectively.  @code{hchild} is used if the window is subdivided
1356 horizontally by child windows, and @code{vchild} if it is subdivided
1357 vertically.  In a live window, only one of @code{hchild}, @code{vchild},
1358 and @code{buffer} (q.v.@:) is non-@code{nil}.
1360 @item next
1361 @itemx prev
1362 The next sibling and previous sibling of this window.  @code{next} is
1363 @code{nil} if the window is the right-most or bottom-most in its group;
1364 @code{prev} is @code{nil} if it is the left-most or top-most in its
1365 group.
1367 @item left_col
1368 The left-hand edge of the window, measured in columns, relative to the
1369 leftmost column in the frame (column 0).
1371 @item top_line
1372 The top edge of the window, measured in lines, relative to the topmost
1373 line in the frame (line 0).
1375 @item total_cols
1376 @itemx total_lines
1377 The width and height of the window, measured in columns and lines
1378 respectively.  The width includes the scroll bar and fringes, and/or
1379 the separator line on the right of the window (if any).
1381 @item buffer
1382 The buffer that the window is displaying.
1384 @item start
1385 A marker pointing to the position in the buffer that is the first
1386 character displayed in the window.
1388 @item pointm
1389 @cindex window point internals
1390 This is the value of point in the current buffer when this window is
1391 selected; when it is not selected, it retains its previous value.
1393 @item force_start
1394 If this flag is non-@code{nil}, it says that the window has been
1395 scrolled explicitly by the Lisp program.  This affects what the next
1396 redisplay does if point is off the screen: instead of scrolling the
1397 window to show the text around point, it moves point to a location that
1398 is on the screen.
1400 @item frozen_window_start_p
1401 This field is set temporarily to 1 to indicate to redisplay that
1402 @code{start} of this window should not be changed, even if point
1403 gets invisible.
1405 @item start_at_line_beg
1406 Non-@code{nil} means current value of @code{start} was the beginning of a line
1407 when it was chosen.
1409 @item use_time
1410 This is the last time that the window was selected.  The function
1411 @code{get-lru-window} uses this field.
1413 @item sequence_number
1414 A unique number assigned to this window when it was created.
1416 @item last_modified
1417 The @code{modiff} field of the window's buffer, as of the last time
1418 a redisplay completed in this window.
1420 @item last_overlay_modified
1421 The @code{overlay_modiff} field of the window's buffer, as of the last
1422 time a redisplay completed in this window.
1424 @item last_point
1425 The buffer's value of point, as of the last time a redisplay completed
1426 in this window.
1428 @item last_had_star
1429 A non-@code{nil} value means the window's buffer was modified when the
1430 window was last updated.
1432 @item vertical_scroll_bar
1433 This window's vertical scroll bar.
1435 @item left_margin_cols
1436 @itemx right_margin_cols
1437 The widths of the left and right margins in this window.  A value of
1438 @code{nil} means no margin.
1440 @item left_fringe_width
1441 @itemx right_fringe_width
1442 The widths of the left and right fringes in this window.  A value of
1443 @code{nil} or @code{t} means use the values of the frame.
1445 @item fringes_outside_margins
1446 A non-@code{nil} value means the fringes outside the display margins;
1447 othersize they are between the margin and the text.
1449 @item window_end_pos
1450 This is computed as @code{z} minus the buffer position of the last glyph
1451 in the current matrix of the window.  The value is only valid if
1452 @code{window_end_valid} is not @code{nil}.
1454 @item window_end_bytepos
1455 The byte position corresponding to @code{window_end_pos}.
1457 @item window_end_vpos
1458 The window-relative vertical position of the line containing
1459 @code{window_end_pos}.
1461 @item window_end_valid
1462 This field is set to a non-@code{nil} value if @code{window_end_pos} is truly
1463 valid.  This is @code{nil} if nontrivial redisplay is pre-empted, since in that
1464 case the display that @code{window_end_pos} was computed for did not get
1465 onto the screen.
1467 @item cursor
1468 A structure describing where the cursor is in this window.
1470 @item last_cursor
1471 The value of @code{cursor} as of the last redisplay that finished.
1473 @item phys_cursor
1474 A structure describing where the cursor of this window physically is.
1476 @item phys_cursor_type
1477 @c FIXME What is this?
1478 @c itemx phys_cursor_ascent
1479 @itemx phys_cursor_height
1480 @itemx phys_cursor_width
1481 The type, height, and width of the cursor that was last displayed on
1482 this window.
1484 @item phys_cursor_on_p
1485 This field is non-zero if the cursor is physically on.
1487 @item cursor_off_p
1488 Non-zero means the cursor in this window is logically off.  This is
1489 used for blinking the cursor.
1491 @item last_cursor_off_p
1492 This field contains the value of @code{cursor_off_p} as of the time of
1493 the last redisplay.
1495 @item must_be_updated_p
1496 This is set to 1 during redisplay when this window must be updated.
1498 @item hscroll
1499 This is the number of columns that the display in the window is scrolled
1500 horizontally to the left.  Normally, this is 0.
1502 @item vscroll
1503 Vertical scroll amount, in pixels.  Normally, this is 0.
1505 @item dedicated
1506 Non-@code{nil} if this window is dedicated to its buffer.
1508 @item display_table
1509 The window's display table, or @code{nil} if none is specified for it.
1511 @item update_mode_line
1512 Non-@code{nil} means this window's mode line needs to be updated.
1514 @item base_line_number
1515 The line number of a certain position in the buffer, or @code{nil}.
1516 This is used for displaying the line number of point in the mode line.
1518 @item base_line_pos
1519 The position in the buffer for which the line number is known, or
1520 @code{nil} meaning none is known.  If it is a buffer, don't display
1521 the line number as long as the window shows that buffer.
1523 @item column_number_displayed
1524 The column number currently displayed in this window's mode line, or @code{nil}
1525 if column numbers are not being displayed.
1527 @item current_matrix
1528 @itemx desired_matrix
1529 Glyph matrices describing the current and desired display of this window.
1530 @end table
1532 @node Process Internals
1533 @subsection Process Internals
1534 @cindex internals, of process
1535 @cindex process internals
1537   The fields of a process (for a complete list, see the definition of
1538 @code{struct Lisp_Process} in @file{process.h}) include:
1540 @table @code
1541 @item name
1542 A string, the name of the process.
1544 @item command
1545 A list containing the command arguments that were used to start this
1546 process.  For a network or serial process, it is @code{nil} if the
1547 process is running or @code{t} if the process is stopped.
1549 @item filter
1550 A function used to accept output from the process.
1552 @item sentinel
1553 A function called whenever the state of the process changes.
1555 @item buffer
1556 The associated buffer of the process.
1558 @item pid
1559 An integer, the operating system's process @acronym{ID}.
1560 Pseudo-processes such as network or serial connections use a value of 0.
1562 @item childp
1563 A flag, @code{t} if this is really a child process.  For a network or
1564 serial connection, it is a plist based on the arguments to
1565 @code{make-network-process} or @code{make-serial-process}.
1567 @item mark
1568 A marker indicating the position of the end of the last output from this
1569 process inserted into the buffer.  This is often but not always the end
1570 of the buffer.
1572 @item kill_without_query
1573 If this is non-zero, killing Emacs while this process is still running
1574 does not ask for confirmation about killing the process.
1576 @item raw_status
1577 The raw process status, as returned by the @code{wait} system call.
1579 @item status
1580 The process status, as @code{process-status} should return it.
1582 @item tick
1583 @itemx update_tick
1584 If these two fields are not equal, a change in the status of the process
1585 needs to be reported, either by running the sentinel or by inserting a
1586 message in the process buffer.
1588 @item pty_flag
1589 Non-@code{nil} if communication with the subprocess uses a pty;
1590 @code{nil} if it uses a pipe.
1592 @item infd
1593 The file descriptor for input from the process.
1595 @item outfd
1596 The file descriptor for output to the process.
1598 @item tty_name
1599 The name of the terminal that the subprocess is using,
1600 or @code{nil} if it is using pipes.
1602 @item decode_coding_system
1603 Coding-system for decoding the input from this process.
1605 @item decoding_buf
1606 A working buffer for decoding.
1608 @item decoding_carryover
1609 Size of carryover in decoding.
1611 @item encode_coding_system
1612 Coding-system for encoding the output to this process.
1614 @item encoding_buf
1615 A working buffer for encoding.
1617 @item inherit_coding_system_flag
1618 Flag to set @code{coding-system} of the process buffer from the
1619 coding system used to decode process output.
1621 @item type
1622 Symbol indicating the type of process: @code{real}, @code{network},
1623 @code{serial}.
1625 @end table
1627 @node C Integer Types
1628 @section C Integer Types
1629 @cindex integer types (C programming language)
1631 Here are some guidelines for use of integer types in the Emacs C
1632 source code.  These guidelines sometimes give competing advice; common
1633 sense is advised.
1635 @itemize @bullet
1636 @item
1637 Avoid arbitrary limits.  For example, avoid @code{int len = strlen
1638 (s);} unless the length of @code{s} is required for other reasons to
1639 fit in @code{int} range.
1641 @item
1642 Do not assume that signed integer arithmetic wraps around on overflow.
1643 This is no longer true of Emacs porting targets: signed integer
1644 overflow has undefined behavior in practice, and can dump core or
1645 even cause earlier or later code to behave illogically.  Unsigned
1646 overflow does wrap around reliably, modulo a power of two.
1648 @item
1649 Prefer signed types to unsigned, as code gets confusing when signed
1650 and unsigned types are combined.  Many other guidelines assume that
1651 types are signed; in the rarer cases where unsigned types are needed,
1652 similar advice may apply to the unsigned counterparts (e.g.,
1653 @code{size_t} instead of @code{ptrdiff_t}, or @code{uintptr_t} instead
1654 of @code{intptr_t}).
1656 @item
1657 Prefer @code{int} for Emacs character codes, in the range 0 ..@: 0x3FFFFF@.
1658 More generally, prefer @code{int} for integers known to be in
1659 @code{int} range, e.g., screen column counts.
1661 @item
1662 Prefer @code{ptrdiff_t} for sizes, i.e., for integers bounded by the
1663 maximum size of any individual C object or by the maximum number of
1664 elements in any C array.  This is part of Emacs's general preference
1665 for signed types.  Using @code{ptrdiff_t} limits objects to
1666 @code{PTRDIFF_MAX} bytes, but larger objects would cause trouble
1667 anyway since they would break pointer subtraction, so this does not
1668 impose an arbitrary limit.
1670 @item
1671 Avoid @code{ssize_t} except when communicating to low-level APIs that
1672 have @code{ssize_t}-related limitations.  Although it's equivalent to
1673 @code{ptrdiff_t} on typical platforms, @code{ssize_t} is occasionally
1674 narrower, so using it for size-related calculations could overflow.
1675 Also, @code{ptrdiff_t} is more ubiquitous and better-standardized, has
1676 standard @code{printf} formats, and is the basis for Emacs's internal
1677 size-overflow checking.  When using @code{ssize_t}, please note that
1678 POSIX requires support only for values in the range @minus{}1 ..@:
1679 @code{SSIZE_MAX}.
1681 @item
1682 Prefer @code{intptr_t} for internal representations of pointers, or
1683 for integers bounded only by the number of objects that can exist at
1684 any given time or by the total number of bytes that can be allocated.
1685 Currently Emacs sometimes uses other types when @code{intptr_t} would
1686 be better; fixing this is lower priority, as the code works as-is on
1687 Emacs's current porting targets.
1689 @item
1690 Prefer the Emacs-defined type @code{EMACS_INT} for representing values
1691 converted to or from Emacs Lisp fixnums, as fixnum arithmetic is based
1692 on @code{EMACS_INT}.
1694 @item
1695 When representing a system value (such as a file size or a count of
1696 seconds since the Epoch), prefer the corresponding system type (e.g.,
1697 @code{off_t}, @code{time_t}).  Do not assume that a system type is
1698 signed, unless this assumption is known to be safe.  For example,
1699 although @code{off_t} is always signed, @code{time_t} need not be.
1701 @item
1702 Prefer the Emacs-defined type @code{printmax_t} for representing
1703 values that might be any signed integer that can be printed,
1704 using a @code{printf}-family function.
1706 @item
1707 Prefer @code{intmax_t} for representing values that might be any
1708 signed integer value.
1710 @item
1711 Prefer @code{bool}, @code{false} and @code{true} for booleans.
1712 Using @code{bool} can make programs easier to read and a bit faster than
1713 using @code{int}.  Although it is also OK to use @code{int}, @code{0}
1714 and @code{1}, this older style is gradually being phased out.  When
1715 using @code{bool}, respect the limitations of the replacement
1716 implementation of @code{bool}, as documented in the source file
1717 @file{lib/stdbool.in.h}.  In particular, boolean bitfields should be of type
1718 @code{bool_bf}, not @code{bool}, so that they work correctly even when
1719 compiling Objective C with standard GCC.
1721 @item
1722 In bitfields, prefer @code{unsigned int} or @code{signed int} to
1723 @code{int}, as @code{int} is less portable: it might be signed, and
1724 might not be.  Single-bit bit fields should be @code{unsigned int} or
1725 @code{bool_bf} so that their values are 0 or 1.
1726 @end itemize
1728 @c FIXME Mention src/globals.h somewhere in this file?