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[emacs.git] / lispref / internals.texi
blobe469ccc3769305eeaef79cfead536672c6202958
1 @c -*-texinfo-*-
2 @c This is part of the GNU Emacs Lisp Reference Manual.
3 @c Copyright (C) 1990, 1991, 1992, 1993, 1998, 1999
4 @c   Free Software Foundation, Inc.
5 @c See the file elisp.texi for copying conditions.
6 @setfilename ../info/internals
7 @node GNU Emacs Internals, Standard Errors, Tips, Top
8 @comment  node-name,  next,  previous,  up
9 @appendix GNU Emacs Internals
11 This chapter describes how the runnable Emacs executable is dumped with
12 the preloaded Lisp libraries in it, how storage is allocated, and some
13 internal aspects of GNU Emacs that may be of interest to C programmers.
15 @menu
16 * Building Emacs::      How to the dumped Emacs is made.
17 * Pure Storage::        A kludge to make preloaded Lisp functions sharable.
18 * Garbage Collection::  Reclaiming space for Lisp objects no longer used.
19 * Memory Usage::        Info about total size of Lisp objects made so far.
20 * Writing Emacs Primitives::   Writing C code for Emacs.
21 * Object Internals::    Data formats of buffers, windows, processes.
22 @end menu
24 @node Building Emacs
25 @appendixsec Building Emacs
26 @cindex building Emacs
27 @pindex temacs
29   This section explains the steps involved in building the Emacs
30 executable.  You don't have to know this material to build and install
31 Emacs, since the makefiles do all these things automatically.  This
32 information is pertinent to Emacs maintenance.
34    Compilation of the C source files in the @file{src} directory
35 produces an executable file called @file{temacs}, also called a
36 @dfn{bare impure Emacs}.  It contains the Emacs Lisp interpreter and I/O
37 routines, but not the editing commands.
39 @cindex @file{loadup.el}
40   The command @w{@samp{temacs -l loadup}} uses @file{temacs} to create
41 the real runnable Emacs executable.  These arguments direct
42 @file{temacs} to evaluate the Lisp files specified in the file
43 @file{loadup.el}.  These files set up the normal Emacs editing
44 environment, resulting in an Emacs that is still impure but no longer
45 bare.
47   It takes a substantial time to load the standard Lisp files.  Luckily,
48 you don't have to do this each time you run Emacs; @file{temacs} can
49 dump out an executable program called @file{emacs} that has these files
50 preloaded.  @file{emacs} starts more quickly because it does not need to
51 load the files.  This is the Emacs executable that is normally
52 installed.
54   To create @file{emacs}, use the command @samp{temacs -batch -l loadup
55 dump}.  The purpose of @samp{-batch} here is to prevent @file{temacs}
56 from trying to initialize any of its data on the terminal; this ensures
57 that the tables of terminal information are empty in the dumped Emacs.
58 The argument @samp{dump} tells @file{loadup.el} to dump a new executable
59 named @file{emacs}.
61   Some operating systems don't support dumping.  On those systems, you
62 must start Emacs with the @samp{temacs -l loadup} command each time you
63 use it.  This takes a substantial time, but since you need to start
64 Emacs once a day at most---or once a week if you never log out---the
65 extra time is not too severe a problem.
67 @cindex @file{site-load.el}
69   You can specify additional files to preload by writing a library named
70 @file{site-load.el} that loads them.  You may need to add a definition
72 @example
73 #define SITELOAD_PURESIZE_EXTRA @var{n}
74 @end example
76 @noindent
77 to make @var{n} added bytes of pure space to hold the additional files.
78 (Try adding increments of 20000 until it is big enough.)  However, the
79 advantage of preloading additional files decreases as machines get
80 faster.  On modern machines, it is usually not advisable.
82   After @file{loadup.el} reads @file{site-load.el}, it finds the
83 documentation strings for primitive and preloaded functions (and
84 variables) in the file @file{etc/DOC} where they are stored, by calling
85 @code{Snarf-documentation} (@pxref{Accessing Documentation}).
87 @cindex @file{site-init.el}
88   You can specify other Lisp expressions to execute just before dumping
89 by putting them in a library named @file{site-init.el}.  This file is
90 executed after the documentation strings are found.
92   If you want to preload function or variable definitions, there are
93 three ways you can do this and make their documentation strings
94 accessible when you subsequently run Emacs:
96 @itemize @bullet
97 @item
98 Arrange to scan these files when producing the @file{etc/DOC} file,
99 and load them with @file{site-load.el}.
101 @item
102 Load the files with @file{site-init.el}, then copy the files into the
103 installation directory for Lisp files when you install Emacs.
105 @item
106 Specify a non-@code{nil} value for
107 @code{byte-compile-dynamic-docstrings} as a local variable in each of these
108 files, and load them with either @file{site-load.el} or
109 @file{site-init.el}.  (This method has the drawback that the
110 documentation strings take up space in Emacs all the time.)
111 @end itemize
113   It is not advisable to put anything in @file{site-load.el} or
114 @file{site-init.el} that would alter any of the features that users
115 expect in an ordinary unmodified Emacs.  If you feel you must override
116 normal features for your site, do it with @file{default.el}, so that
117 users can override your changes if they wish.  @xref{Startup Summary}.
119 @defun dump-emacs to-file from-file
120 @cindex unexec
121 This function dumps the current state of Emacs into an executable file
122 @var{to-file}.  It takes symbols from @var{from-file} (this is normally
123 the executable file @file{temacs}).
125 If you want to use this function in an Emacs that was already dumped,
126 you must run Emacs with @samp{-batch}.
127 @end defun
129 @node Pure Storage
130 @appendixsec Pure Storage
131 @cindex pure storage
133   Emacs Lisp uses two kinds of storage for user-created Lisp objects:
134 @dfn{normal storage} and @dfn{pure storage}.  Normal storage is where
135 all the new data created during an Emacs session are kept; see the
136 following section for information on normal storage.  Pure storage is
137 used for certain data in the preloaded standard Lisp files---data that
138 should never change during actual use of Emacs.
140   Pure storage is allocated only while @file{temacs} is loading the
141 standard preloaded Lisp libraries.  In the file @file{emacs}, it is
142 marked as read-only (on operating systems that permit this), so that
143 the memory space can be shared by all the Emacs jobs running on the
144 machine at once.  Pure storage is not expandable; a fixed amount is
145 allocated when Emacs is compiled, and if that is not sufficient for the
146 preloaded libraries, @file{temacs} crashes.  If that happens, you must
147 increase the compilation parameter @code{PURESIZE} in the file
148 @file{src/puresize.h}.  This normally won't happen unless you try to
149 preload additional libraries or add features to the standard ones.
151 @defun purecopy object
152 This function makes a copy in pure storage of @var{object}, and returns
153 it.  It copies a string by simply making a new string with the same
154 characters in pure storage.  It recursively copies the contents of
155 vectors and cons cells.  It does not make copies of other objects such
156 as symbols, but just returns them unchanged.  It signals an error if
157 asked to copy markers.
159 This function is a no-op except while Emacs is being built and dumped;
160 it is usually called only in the file @file{emacs/lisp/loaddefs.el}, but
161 a few packages call it just in case you decide to preload them.
162 @end defun
164 @defvar pure-bytes-used
165 The value of this variable is the number of bytes of pure storage
166 allocated so far.  Typically, in a dumped Emacs, this number is very
167 close to the total amount of pure storage available---if it were not,
168 we would preallocate less.
169 @end defvar
171 @defvar purify-flag
172 This variable determines whether @code{defun} should make a copy of the
173 function definition in pure storage.  If it is non-@code{nil}, then the
174 function definition is copied into pure storage.
176 This flag is @code{t} while loading all of the basic functions for
177 building Emacs initially (allowing those functions to be sharable and
178 non-collectible).  Dumping Emacs as an executable always writes
179 @code{nil} in this variable, regardless of the value it actually has
180 before and after dumping.
182 You should not change this flag in a running Emacs.
183 @end defvar
185 @node Garbage Collection
186 @appendixsec Garbage Collection
187 @cindex garbage collector
189 @cindex memory allocation
190   When a program creates a list or the user defines a new function (such
191 as by loading a library), that data is placed in normal storage.  If
192 normal storage runs low, then Emacs asks the operating system to
193 allocate more memory in blocks of 1k bytes.  Each block is used for one
194 type of Lisp object, so symbols, cons cells, markers, etc., are
195 segregated in distinct blocks in memory.  (Vectors, long strings,
196 buffers and certain other editing types, which are fairly large, are
197 allocated in individual blocks, one per object, while small strings are
198 packed into blocks of 8k bytes.)
200   It is quite common to use some storage for a while, then release it by
201 (for example) killing a buffer or deleting the last pointer to an
202 object.  Emacs provides a @dfn{garbage collector} to reclaim this
203 abandoned storage.  (This name is traditional, but ``garbage recycler''
204 might be a more intuitive metaphor for this facility.)
206   The garbage collector operates by finding and marking all Lisp objects
207 that are still accessible to Lisp programs.  To begin with, it assumes
208 all the symbols, their values and associated function definitions, and
209 any data presently on the stack, are accessible.  Any objects that can
210 be reached indirectly through other accessible objects are also
211 accessible.
213   When marking is finished, all objects still unmarked are garbage.  No
214 matter what the Lisp program or the user does, it is impossible to refer
215 to them, since there is no longer a way to reach them.  Their space
216 might as well be reused, since no one will miss them.  The second
217 (``sweep'') phase of the garbage collector arranges to reuse them.
219 @c ??? Maybe add something describing weak hash tables here?
221 @cindex free list
222   The sweep phase puts unused cons cells onto a @dfn{free list}
223 for future allocation; likewise for symbols and markers.  It compacts
224 the accessible strings so they occupy fewer 8k blocks; then it frees the
225 other 8k blocks.  Vectors, buffers, windows, and other large objects are
226 individually allocated and freed using @code{malloc} and @code{free}.
228 @cindex CL note---allocate more storage
229 @quotation
230 @b{Common Lisp note:} Unlike other Lisps, GNU Emacs Lisp does not
231 call the garbage collector when the free list is empty.  Instead, it
232 simply requests the operating system to allocate more storage, and
233 processing continues until @code{gc-cons-threshold} bytes have been
234 used.
236 This means that you can make sure that the garbage collector will not
237 run during a certain portion of a Lisp program by calling the garbage
238 collector explicitly just before it (provided that portion of the
239 program does not use so much space as to force a second garbage
240 collection).
241 @end quotation
243 @deffn Command garbage-collect
244 This command runs a garbage collection, and returns information on
245 the amount of space in use.  (Garbage collection can also occur
246 spontaneously if you use more than @code{gc-cons-threshold} bytes of
247 Lisp data since the previous garbage collection.)
249 @code{garbage-collect} returns a list containing the following
250 information:
252 @example
253 @group
254 ((@var{used-conses} . @var{free-conses})
255  (@var{used-syms} . @var{free-syms})
256 @end group
257  (@var{used-miscs} . @var{free-miscs})
258  @var{used-string-chars}
259  @var{used-vector-slots}
260  (@var{used-floats} . @var{free-floats})
261  (@var{used-intervals} . @var{free-intervals})
262  (@var{used-strings} . @var{free-strings}))
263 @end example
265 Here is an example:
267 @example
268 @group
269 (garbage-collect)
270      @result{} ((106886 . 13184) (9769 . 0)
271                 (7731 . 4651) 347543 121628
272                 (31 . 94) (1273 . 168)
273                 (25474 . 3569))
274 @end group
275 @end example
277 Here is a table explaining each element:
279 @table @var
280 @item used-conses
281 The number of cons cells in use.
283 @item free-conses
284 The number of cons cells for which space has been obtained from the
285 operating system, but that are not currently being used.
287 @item used-syms
288 The number of symbols in use.
290 @item free-syms
291 The number of symbols for which space has been obtained from the
292 operating system, but that are not currently being used.
294 @item used-miscs
295 The number of miscellaneous objects in use.  These include markers and
296 overlays, plus certain objects not visible to users.
298 @item free-miscs
299 The number of miscellaneous objects for which space has been obtained
300 from the operating system, but that are not currently being used.
302 @item used-string-chars
303 The total size of all strings, in characters.
305 @item used-vector-slots
306 The total number of elements of existing vectors.
308 @item used-floats
309 @c Emacs 19 feature
310 The number of floats in use.
312 @item free-floats
313 @c Emacs 19 feature
314 The number of floats for which space has been obtained from the
315 operating system, but that are not currently being used.
317 @item used-intervals
318 The number of intervals in use.  Intervals are an internal
319 data structure used for representing text properties.
321 @item free-intervals
322 The number of intervals for which space has been obtained
323 from the operating system, but that are not currently being used.
325 @item used-strings
326 The number of strings in use.
328 @item free-strings
329 The number of string headers for which the space was obtained from the
330 operating system, but which are currently not in use.  (A string
331 object consists of a header and the storage for the string text
332 itself; the latter is only allocated when the string is created.)
333 @end table
334 @end deffn
336 @defopt garbage-collection-messages
337 If this variable is non-@code{nil}, Emacs displays a message at the
338 beginning and end of garbage collection.  The default value is
339 @code{nil}, meaning there are no such messages.
340 @end defopt
342 @defvar post-gc-hook
343 This is a normal hook that is run at the end of garbage collection.
344 Garbage collection is inhibited while the hook functions run, so be
345 careful writing them.
346 @end defvar
348 @defopt gc-cons-threshold
349 The value of this variable is the number of bytes of storage that must
350 be allocated for Lisp objects after one garbage collection in order to
351 trigger another garbage collection.  A cons cell counts as eight bytes,
352 a string as one byte per character plus a few bytes of overhead, and so
353 on; space allocated to the contents of buffers does not count.  Note
354 that the subsequent garbage collection does not happen immediately when
355 the threshold is exhausted, but only the next time the Lisp evaluator is
356 called.
358 The initial threshold value is 400,000.  If you specify a larger
359 value, garbage collection will happen less often.  This reduces the
360 amount of time spent garbage collecting, but increases total memory use.
361 You may want to do this when running a program that creates lots of
362 Lisp data.
364 You can make collections more frequent by specifying a smaller value,
365 down to 10,000.  A value less than 10,000 will remain in effect only
366 until the subsequent garbage collection, at which time
367 @code{garbage-collect} will set the threshold back to 10,000.
368 @end defopt
370   The value return by @code{garbage-collect} describes the amount of
371 memory used by Lisp data, broken down by data type.  By contrast, the
372 function @code{memory-limit} provides information on the total amount of
373 memory Emacs is currently using.
375 @c Emacs 19 feature
376 @defun memory-limit
377 This function returns the address of the last byte Emacs has allocated,
378 divided by 1024.  We divide the value by 1024 to make sure it fits in a
379 Lisp integer.
381 You can use this to get a general idea of how your actions affect the
382 memory usage.
383 @end defun
385 @node Memory Usage
386 @section Memory Usage
388   These functions and variables give information about the total amount
389 of memory allocation that Emacs has done, broken down by data type.
390 Note the difference between these and the values returned by
391 @code{(garbage-collect)}; those count objects that currently exist, but
392 these count the number or size of all allocations, including those for
393 objects that have since been freed.
395 @defvar cons-cells-consed
396 The total number of cons cells that have been allocated so far
397 in this Emacs session.
398 @end defvar
400 @defvar floats-consed
401 The total number of floats that have been allocated so far
402 in this Emacs session.
403 @end defvar
405 @defvar vector-cells-consed
406 The total number of vector cells that have been allocated so far
407 in this Emacs session.
408 @end defvar
410 @defvar symbols-consed
411 The total number of symbols that have been allocated so far
412 in this Emacs session.
413 @end defvar
415 @defvar string-chars-consed
416 The total number of string characters that have been allocated so far
417 in this Emacs session.
418 @end defvar
420 @defvar misc-objects-consed
421 The total number of miscellaneous objects that have been allocated so
422 far in this Emacs session.  These include markers and overlays, plus
423 certain objects not visible to users.
424 @end defvar
426 @defvar intervals-consed
427 The total number of intervals that have been allocated so far
428 in this Emacs session.
429 @end defvar
431 @defvar strings-consed
432 The total number of strings that have been allocated so far in this
433 Emacs session.
434 @end defvar
436 @node Writing Emacs Primitives
437 @appendixsec Writing Emacs Primitives
438 @cindex primitive function internals
440   Lisp primitives are Lisp functions implemented in C.  The details of
441 interfacing the C function so that Lisp can call it are handled by a few
442 C macros.  The only way to really understand how to write new C code is
443 to read the source, but we can explain some things here.
445   An example of a special form is the definition of @code{or}, from
446 @file{eval.c}.  (An ordinary function would have the same general
447 appearance.)
449 @cindex garbage collection protection
450 @smallexample
451 @group
452 DEFUN ("or", For, Sor, 0, UNEVALLED, 0,
453   doc: /* Eval args until one of them yields non-nil, then return that value.
454 The remaining args are not evalled at all.
455 If all args return nil, return nil.
456 @end group
457 @group
458 usage: (or CONDITIONS ...)  */)
459   (args)
460      Lisp_Object args;
462   register Lisp_Object val;
463   Lisp_Object args_left;
464   struct gcpro gcpro1;
465 @end group
467 @group
468   if (NILP (args))
469     return Qnil;
471   args_left = args;
472   GCPRO1 (args_left);
473 @end group
475 @group
476   do
477     @{
478       val = Feval (Fcar (args_left));
479       if (!NILP (val))
480         break;
481       args_left = Fcdr (args_left);
482     @}
483   while (!NILP (args_left));
484 @end group
486 @group
487   UNGCPRO;
488   return val;
490 @end group
491 @end smallexample
493   Let's start with a precise explanation of the arguments to the
494 @code{DEFUN} macro.  Here is a template for them:
496 @example
497 DEFUN (@var{lname}, @var{fname}, @var{sname}, @var{min}, @var{max}, @var{interactive}, @var{doc})
498 @end example
500 @table @var
501 @item lname
502 This is the name of the Lisp symbol to define as the function name; in
503 the example above, it is @code{or}.
505 @item fname
506 This is the C function name for this function.  This is
507 the name that is used in C code for calling the function.  The name is,
508 by convention, @samp{F} prepended to the Lisp name, with all dashes
509 (@samp{-}) in the Lisp name changed to underscores.  Thus, to call this
510 function from C code, call @code{For}.  Remember that the arguments must
511 be of type @code{Lisp_Object}; various macros and functions for creating
512 values of type @code{Lisp_Object} are declared in the file
513 @file{lisp.h}.
515 @item sname
516 This is a C variable name to use for a structure that holds the data for
517 the subr object that represents the function in Lisp.  This structure
518 conveys the Lisp symbol name to the initialization routine that will
519 create the symbol and store the subr object as its definition.  By
520 convention, this name is always @var{fname} with @samp{F} replaced with
521 @samp{S}.
523 @item min
524 This is the minimum number of arguments that the function requires.  The
525 function @code{or} allows a minimum of zero arguments.
527 @item max
528 This is the maximum number of arguments that the function accepts, if
529 there is a fixed maximum.  Alternatively, it can be @code{UNEVALLED},
530 indicating a special form that receives unevaluated arguments, or
531 @code{MANY}, indicating an unlimited number of evaluated arguments (the
532 equivalent of @code{&rest}).  Both @code{UNEVALLED} and @code{MANY} are
533 macros.  If @var{max} is a number, it may not be less than @var{min} and
534 it may not be greater than seven.
536 @item interactive
537 This is an interactive specification, a string such as might be used as
538 the argument of @code{interactive} in a Lisp function.  In the case of
539 @code{or}, it is 0 (a null pointer), indicating that @code{or} cannot be
540 called interactively.  A value of @code{""} indicates a function that
541 should receive no arguments when called interactively.
543 @item doc
544 This is the documentation string.  It uses C comment syntax rather
545 than C string syntax because comment syntax requires nothing special
546 to include multiple lines.  The @samp{doc:} identifies the comment
547 that follows as the documentation string.  The @samp{/*} and @samp{*/}
548 delimiters that begin and end the comment are not part of the
549 documentation string.
551 If the last line of the documentation string begins with the keyword
552 @samp{usage:}, the rest of the line is treated as the argument list
553 for documentation purposes.  This way, you can use different argument
554 names in the documentation string from the ones used in the C code.
556 All the usual rules for documentation strings in Lisp code
557 (@pxref{Documentation Tips}) apply to C code documentation strings
558 too.
559 @end table
561   After the call to the @code{DEFUN} macro, you must write the argument
562 name list that every C function must have, followed by ordinary C
563 declarations for the arguments.  For a function with a fixed maximum
564 number of arguments, declare a C argument for each Lisp argument, and
565 give them all type @code{Lisp_Object}.  When a Lisp function has no
566 upper limit on the number of arguments, its implementation in C actually
567 receives exactly two arguments: the first is the number of Lisp
568 arguments, and the second is the address of a block containing their
569 values.  They have types @code{int} and @w{@code{Lisp_Object *}}.
571   Within the function @code{For} itself, note the use of the macros
572 @code{GCPRO1} and @code{UNGCPRO}.  @code{GCPRO1} is used to ``protect''
573 a variable from garbage collection---to inform the garbage collector that
574 it must look in that variable and regard its contents as an accessible
575 object.  This is necessary whenever you call @code{Feval} or anything
576 that can directly or indirectly call @code{Feval}.  At such a time, any
577 Lisp object that you intend to refer to again must be protected somehow.
578 @code{UNGCPRO} cancels the protection of the variables that are
579 protected in the current function.  It is necessary to do this explicitly.
581   It suffices to ensure that at least one pointer to each object is
582 GC-protected; as long as the object is not recycled, all pointers to
583 it remain valid.  So if you are sure that a local variable points to
584 an object that will be preserved by some other pointer, that local
585 variable does not need a GCPRO.  (Formerly, strings were an exception
586 to this rule; in older Emacs versions, every pointer to a string
587 needed to be marked by GC.)
589   The macro @code{GCPRO1} protects just one local variable.  If you
590 want to protect two, use @code{GCPRO2} instead; repeating
591 @code{GCPRO1} will not work.  Macros, @code{GCPRO3}, @code{GCPRO4},
592 @code{GCPRO5}, and @code{GCPRO6} also exist.  These macros implicitly
593 use local variables such as @code{gcpro1}; you must declare these
594 explicitly, with type @code{struct gcpro}.  Thus, if you use
595 @code{GCPRO2}, you must declare @code{gcpro1} and @code{gcpro2}.
596 Alas, we can't explain all the tricky details here.
598   Built-in functions that take a variable number of arguments actually
599 accept two arguments at the C level: the number of Lisp arguments, and
600 a @code{Lisp_Object *} pointer to a C vector containing those Lisp
601 arguments.  This C vector may be part of a Lisp vector, but it need
602 not be.  The responsibility for using GCPRO to protecting the Lisp
603 arguments from GC if necessary rests with the caller in this case,
604 since the caller allocated or found the storage for them.
606   You must not use C initializers for static or global variables unless
607 the variables are never written once Emacs is dumped.  These variables
608 with initializers are allocated in an area of memory that becomes
609 read-only (on certain operating systems) as a result of dumping Emacs.
610 @xref{Pure Storage}.
612   Do not use static variables within functions---place all static
613 variables at top level in the file.  This is necessary because Emacs on
614 some operating systems defines the keyword @code{static} as a null
615 macro.  (This definition is used because those systems put all variables
616 declared static in a place that becomes read-only after dumping, whether
617 they have initializers or not.)
619   Defining the C function is not enough to make a Lisp primitive
620 available; you must also create the Lisp symbol for the primitive and
621 store a suitable subr object in its function cell.  The code looks like
622 this:
624 @example
625 defsubr (&@var{subr-structure-name});
626 @end example
628 @noindent
629 Here @var{subr-structure-name} is the name you used as the third
630 argument to @code{DEFUN}.
632   If you add a new primitive to a file that already has Lisp primitives
633 defined in it, find the function (near the end of the file) named
634 @code{syms_of_@var{something}}, and add the call to @code{defsubr}
635 there.  If the file doesn't have this function, or if you create a new
636 file, add to it a @code{syms_of_@var{filename}} (e.g.,
637 @code{syms_of_myfile}).  Then find the spot in @file{emacs.c} where all
638 of these functions are called, and add a call to
639 @code{syms_of_@var{filename}} there.
641 @vindex byte-boolean-vars
642   The function @code{syms_of_@var{filename}} is also the place to define
643 any C variables that are to be visible as Lisp variables.
644 @code{DEFVAR_LISP} makes a C variable of type @code{Lisp_Object} visible
645 in Lisp.  @code{DEFVAR_INT} makes a C variable of type @code{int}
646 visible in Lisp with a value that is always an integer.
647 @code{DEFVAR_BOOL} makes a C variable of type @code{int} visible in Lisp
648 with a value that is either @code{t} or @code{nil}.  Note that variables
649 defined with @code{DEFVAR_BOOL} are automatically added to the list
650 @code{byte-boolean-vars} used by the byte compiler.
652   If you define a file-scope C variable of type @code{Lisp_Object},
653 you must protect it from garbage-collection by calling @code{staticpro}
654 in @code{syms_of_@var{filename}}, like this:
656 @example
657 staticpro (&@var{variable});
658 @end example
660   Here is another example function, with more complicated arguments.
661 This comes from the code in @file{window.c}, and it demonstrates the use
662 of macros and functions to manipulate Lisp objects.
664 @smallexample
665 @group
666 DEFUN ("coordinates-in-window-p", Fcoordinates_in_window_p,
667   Scoordinates_in_window_p, 2, 2,
668   "xSpecify coordinate pair: \nXExpression which evals to window: ",
669   "Return non-nil if COORDINATES is in WINDOW.\n\
670 COORDINATES is a cons of the form (X . Y), X and Y being distances\n\
672 @end group
673 @group
674 If they are on the border between WINDOW and its right sibling,\n\
675    `vertical-line' is returned.")
676   (coordinates, window)
677      register Lisp_Object coordinates, window;
679   int x, y;
680 @end group
682 @group
683   CHECK_LIVE_WINDOW (window, 0);
684   CHECK_CONS (coordinates, 1);
685   x = XINT (Fcar (coordinates));
686   y = XINT (Fcdr (coordinates));
687 @end group
689 @group
690   switch (coordinates_in_window (XWINDOW (window), &x, &y))
691     @{
692     case 0:                     /* NOT in window at all. */
693       return Qnil;
694 @end group
696 @group
697     case 1:                     /* In text part of window. */
698       return Fcons (make_number (x), make_number (y));
699 @end group
701 @group
702     case 2:                     /* In mode line of window. */
703       return Qmode_line;
704 @end group
706 @group
707     case 3:                     /* On right border of window.  */
708       return Qvertical_line;
709 @end group
711 @group
712     default:
713       abort ();
714     @}
716 @end group
717 @end smallexample
719   Note that C code cannot call functions by name unless they are defined
720 in C.  The way to call a function written in Lisp is to use
721 @code{Ffuncall}, which embodies the Lisp function @code{funcall}.  Since
722 the Lisp function @code{funcall} accepts an unlimited number of
723 arguments, in C it takes two: the number of Lisp-level arguments, and a
724 one-dimensional array containing their values.  The first Lisp-level
725 argument is the Lisp function to call, and the rest are the arguments to
726 pass to it.  Since @code{Ffuncall} can call the evaluator, you must
727 protect pointers from garbage collection around the call to
728 @code{Ffuncall}.
730   The C functions @code{call0}, @code{call1}, @code{call2}, and so on,
731 provide handy ways to call a Lisp function conveniently with a fixed
732 number of arguments.  They work by calling @code{Ffuncall}.
734   @file{eval.c} is a very good file to look through for examples;
735 @file{lisp.h} contains the definitions for some important macros and
736 functions.
738   If you define a function which is side-effect free, update the code in
739 @file{byte-opt.el} which binds @code{side-effect-free-fns} and
740 @code{side-effect-and-error-free-fns} to include it.  This will help the
741 optimizer.
743 @node Object Internals
744 @appendixsec Object Internals
745 @cindex object internals
747   GNU Emacs Lisp manipulates many different types of data.  The actual
748 data are stored in a heap and the only access that programs have to it
749 is through pointers.  Pointers are thirty-two bits wide in most
750 implementations.  Depending on the operating system and type of machine
751 for which you compile Emacs, twenty-eight bits are used to address the
752 object, and the remaining four bits are used for a GC mark bit and the
753 tag that identifies the object's type.
755   Because Lisp objects are represented as tagged pointers, it is always
756 possible to determine the Lisp data type of any object.  The C data type
757 @code{Lisp_Object} can hold any Lisp object of any data type.  Ordinary
758 variables have type @code{Lisp_Object}, which means they can hold any
759 type of Lisp value; you can determine the actual data type only at run
760 time.  The same is true for function arguments; if you want a function
761 to accept only a certain type of argument, you must check the type
762 explicitly using a suitable predicate (@pxref{Type Predicates}).
763 @cindex type checking internals
765 @menu
766 * Buffer Internals::    Components of a buffer structure.
767 * Window Internals::    Components of a window structure.
768 * Process Internals::   Components of a process structure.
769 @end menu
771 @node Buffer Internals
772 @appendixsubsec Buffer Internals
773 @cindex internals, of buffer
774 @cindex buffer internals
776   Buffers contain fields not directly accessible by the Lisp programmer.
777 We describe them here, naming them by the names used in the C code.
778 Many are accessible indirectly in Lisp programs via Lisp primitives.
780 Two structures are used to represent buffers in C.  The
781 @code{buffer_text} structure contains fields describing the text of a
782 buffer; the @code{buffer} structure holds other fields.  In the case
783 of indirect buffers, two or more @code{buffer} structures reference
784 the same @code{buffer_text} structure.
786 Here is a list of the @code{struct buffer_text} fields:
788 @table @code
789 @item beg
790 This field contains the actual address of the buffer contents.
792 @item gpt
793 This holds the character position of the gap in the buffer.
794 @xref{Buffer Gap}.
796 @item z
797 This field contains the character position of the end of the buffer
798 text.
800 @item gpt_byte
801 Contains the byte position of the gap.
803 @item z_byte
804 Holds the byte position of the end of the buffer text.
806 @item gap_size
807 Contains the size of buffer's gap.  @xref{Buffer Gap}.
809 @item modiff
810 This field counts buffer-modification events for this buffer.  It is
811 incremented for each such event, and never otherwise changed.
813 @item save_modiff
814 Contains the previous value of @code{modiff}, as of the last time a
815 buffer was visited or saved in a file.
817 @item overlay_modiff
818 Counts modifications to overlays analogous to @code{modiff}.
820 @item beg_unchanged
821 Holds the number of characters at the start of the text that are known
822 to be unchanged since the last redisplay that finished.
824 @item end_unchanged
825 Holds the number of characters at the end of the text that are known to
826 be unchanged since the last redisplay that finished.
828 @item unchanged_modified
829 Contains the value of @code{modiff} at the time of the last redisplay
830 that finished.  If this value matches @code{modiff},
831 @code{beg_unchanged} and @code{end_unchanged} contain no useful
832 information.
834 @item overlay_unchanged_modified
835 Contains the value of @code{overlay_modiff} at the time of the last
836 redisplay that finished.  If this value matches @code{overlay_modiff},
837 @code{beg_unchanged} and @code{end_unchanged} contain no useful
838 information.
840 @item markers
841 The markers that refer to this buffer.  This is actually a single
842 marker, and successive elements in its marker @code{chain} are the other
843 markers referring to this buffer text.
845 @item intervals
846 Contains the interval tree which records the text properties of this
847 buffer.
848 @end table
850 The fields of @code{struct buffer} are:
852 @table @code
853 @item next
854 Points to the next buffer, in the chain of all buffers including killed
855 buffers.  This chain is used only for garbage collection, in order to
856 collect killed buffers properly.  Note that vectors, and most kinds of
857 objects allocated as vectors, are all on one chain, but buffers are on a
858 separate chain of their own.
860 @item own_text
861 This is a @code{struct buffer_text} structure.  In an ordinary buffer,
862 it holds the buffer contents.  In indirect buffers, this field is not
863 used.
865 @item text
866 This points to the @code{buffer_text} structure that is used for this
867 buffer.  In an ordinary buffer, this is the @code{own_text} field above.
868 In an indirect buffer, this is the @code{own_text} field of the base
869 buffer.
871 @item pt
872 Contains the character position of point in a buffer.
874 @item pt_byte
875 Contains the byte position of point in a buffer.
877 @item begv
878 This field contains the character position of the beginning of the
879 accessible range of text in the buffer.
881 @item begv_byte
882 This field contains the byte position of the beginning of the
883 accessible range of text in the buffer.
885 @item zv
886 This field contains the character position of the end of the
887 accessible range of text in the buffer.
889 @item zv_byte
890 This field contains the byte position of the end of the
891 accessible range of text in the buffer.
893 @item base_buffer
894 In an indirect buffer, this points to the base buffer.  In an ordinary
895 buffer, it is null.
897 @item local_var_flags
898 This field contains flags indicating that certain variables are local in
899 this buffer.  Such variables are declared in the C code using
900 @code{DEFVAR_PER_BUFFER}, and their buffer-local bindings are stored in
901 fields in the buffer structure itself.  (Some of these fields are
902 described in this table.)
904 @item modtime
905 This field contains the modification time of the visited file.  It is
906 set when the file is written or read.  Before writing the buffer into a
907 file, this field is compared to the modification time of the file to see
908 if the file has changed on disk.  @xref{Buffer Modification}.
910 @item auto_save_modified
911 This field contains the time when the buffer was last auto-saved.
913 @item auto_save_failure_time
914 The time at which we detected a failure to auto-save, or -1 if we didn't
915 have a failure.
917 @item last_window_start
918 This field contains the @code{window-start} position in the buffer as of
919 the last time the buffer was displayed in a window.
921 @item clip_changed
922 This flag is set when narrowing changes in a buffer.
924 @item prevent_redisplay_optimizations_p
925 this flag indicates that redisplay optimizations should not be used
926 to display this buffer.
928 @item undo_list
929 This field points to the buffer's undo list.  @xref{Undo}.
931 @item name
932 The buffer name is a string that names the buffer.  It is guaranteed to
933 be unique.  @xref{Buffer Names}.
935 @item filename
936 The name of the file visited in this buffer, or @code{nil}.
938 @item directory
939 The directory for expanding relative file names.
941 @item save_length
942 Length of the file this buffer is visiting, when last read or saved.
943 This and other fields concerned with saving are not kept in the
944 @code{buffer_text} structure because indirect buffers are never saved.
946 @item auto_save_file_name
947 File name used for auto-saving this buffer.  This is not in the
948 @code{buffer_text} because it's not used in indirect buffers at all.
950 @item read_only
951 Non-@code{nil} means this buffer is read-only.
953 @item mark
954 This field contains the mark for the buffer.  The mark is a marker,
955 hence it is also included on the list @code{markers}.  @xref{The Mark}.
957 @item local_var_alist
958 This field contains the association list describing the buffer-local
959 variable bindings of this buffer, not including the built-in
960 buffer-local bindings that have special slots in the buffer object.
961 (Those slots are omitted from this table.)  @xref{Buffer-Local
962 Variables}.
964 @item major_mode
965 Symbol naming the major mode of this buffer, e.g., @code{lisp-mode}.
967 @item mode_name
968 Pretty name of major mode, e.g., @code{"Lisp"}.
970 @item mode_line_format
971 Mode line element that controls the format of the mode line.  If this
972 is @code{nil}, no mode line will be displayed.
974 @item header_line_format
975 This field is analoguous to @code{mode_line_format} for the mode
976 line displayed at the top of windows.
978 @item keymap
979 This field holds the buffer's local keymap.  @xref{Keymaps}.
981 @item abbrev_table
982 This buffer's local abbrevs.
984 @item syntax_table
985 This field contains the syntax table for the buffer.  @xref{Syntax Tables}.
987 @item category_table
988 This field contains the category table for the buffer.
990 @item case_fold_search
991 The value of @code{case-fold-search} in this buffer.
993 @item tab_width
994 The value of @code{tab-width} in this buffer.
996 @item fill_column
997 The value of @code{fill-column} in this buffer.
999 @item left_margin
1000 The value of @code{left-margin} in this buffer.
1002 @item auto_fill_function
1003 The value of @code{auto-fill-function} in this buffer.
1005 @item downcase_table
1006 This field contains the conversion table for converting text to lower case.
1007 @xref{Case Tables}.
1009 @item upcase_table
1010 This field contains the conversion table for converting text to upper case.
1011 @xref{Case Tables}.
1013 @item case_canon_table
1014 This field contains the conversion table for canonicalizing text for
1015 case-folding search.  @xref{Case Tables}.
1017 @item case_eqv_table
1018 This field contains the equivalence table for case-folding search.
1019 @xref{Case Tables}.
1021 @item truncate_lines
1022 The value of @code{truncate-lines} in this buffer.
1024 @item ctl_arrow
1025 The value of @code{ctl-arrow} in this buffer.
1027 @item selective_display
1028 The value of @code{selective-display} in this buffer.
1030 @item selective_display_ellipsis
1031 The value of @code{selective-display-ellipsis} in this buffer.
1033 @item minor_modes
1034 An alist of the minor modes of this buffer.
1036 @item overwrite_mode
1037 The value of @code{overwrite_mode} in this buffer.
1039 @item abbrev_mode
1040 The value of @code{abbrev-mode} in this buffer.
1042 @item display_table
1043 This field contains the buffer's display table, or @code{nil} if it doesn't
1044 have one.  @xref{Display Tables}.
1046 @item save_modified
1047 This field contains the time when the buffer was last saved, as an integer.
1048 @xref{Buffer Modification}.
1050 @item mark_active
1051 This field is non-@code{nil} if the buffer's mark is active.
1053 @item overlays_before
1054 This field holds a list of the overlays in this buffer that end at or
1055 before the current overlay center position.  They are sorted in order of
1056 decreasing end position.
1058 @item overlays_after
1059 This field holds a list of the overlays in this buffer that end after
1060 the current overlay center position.  They are sorted in order of
1061 increasing beginning position.
1063 @item overlay_center
1064 This field holds the current overlay center position.  @xref{Overlays}.
1066 @item enable_multibyte_characters
1067 This field holds the buffer's local value of
1068 @code{enable-multibyte-characters}---either @code{t} or @code{nil}.
1070 @item buffer_file_coding_system
1071 The value of @code{buffer-file-coding-system} in this buffer.
1073 @item file_format
1074 The value of @code{buffer-file-format} in this buffer.
1076 @item pt_marker
1077 In an indirect buffer, or a buffer that is the base of an indirect
1078 buffer, this holds a marker that records point for this buffer when the
1079 buffer is not current.
1081 @item begv_marker
1082 In an indirect buffer, or a buffer that is the base of an indirect
1083 buffer, this holds a marker that records @code{begv} for this buffer
1084 when the buffer is not current.
1086 @item zv_marker
1087 In an indirect buffer, or a buffer that is the base of an indirect
1088 buffer, this holds a marker that records @code{zv} for this buffer when
1089 the buffer is not current.
1091 @item file_truename
1092 The truename of the visited file, or @code{nil}.
1094 @item invisibility_spec
1095 The value of @code{buffer-invisibility-spec} in this buffer.
1097 @item last_selected_window
1098 This is the last window that was selected with this buffer in it, or @code{nil}
1099 if that window no longer displays this buffer.
1101 @item display_count
1102 This field is incremented each time the buffer is displayed in a window.
1104 @item left_margin_width
1105 The value of @code{left-margin-width} in this buffer.
1107 @item right_margin_width
1108 The value of @code{right-margin-width} in this buffer.
1110 @item indicate_empty_lines
1111 Non-@code{nil} means indicate empty lines (lines with no text) with a
1112 small bitmap in the fringe, when using a window system that can do it.
1114 @item display_time
1115 This holds a time stamp that is updated each time this buffer is
1116 displayed in a window.
1118 @item scroll_up_aggressively
1119 The value of @code{scroll-up-aggressively} in this buffer.
1121 @item scroll_down_aggressively
1122 The value of @code{scroll-down-aggressively} in this buffer.
1123 @end table
1125 @node Window Internals
1126 @appendixsubsec Window Internals
1127 @cindex internals, of window
1128 @cindex window internals
1130   Windows have the following accessible fields:
1132 @table @code
1133 @item frame
1134 The frame that this window is on.
1136 @item mini_p
1137 Non-@code{nil} if this window is a minibuffer window.
1139 @item parent
1140 Internally, Emacs arranges windows in a tree; each group of siblings has
1141 a parent window whose area includes all the siblings.  This field points
1142 to a window's parent.
1144 Parent windows do not display buffers, and play little role in display
1145 except to shape their child windows.  Emacs Lisp programs usually have
1146 no access to the parent windows; they operate on the windows at the
1147 leaves of the tree, which actually display buffers.
1149 The following four fields also describe the window tree structure.
1151 @item hchild
1152 In a window subdivided horizontally by child windows, the leftmost child.
1153 Otherwise, @code{nil}.
1155 @item vchild
1156 In a window subdivided vertically by child windows, the topmost child.
1157 Otherwise, @code{nil}.
1159 @item next
1160 The next sibling of this window.  It is @code{nil} in a window that is
1161 the rightmost or bottommost of a group of siblings.
1163 @item prev
1164 The previous sibling of this window.  It is @code{nil} in a window that
1165 is the leftmost or topmost of a group of siblings.
1167 @item left
1168 This is the left-hand edge of the window, measured in columns.  (The
1169 leftmost column on the screen is @w{column 0}.)
1171 @item top
1172 This is the top edge of the window, measured in lines.  (The top line on
1173 the screen is @w{line 0}.)
1175 @item height
1176 The height of the window, measured in lines.
1178 @item width
1179 The width of the window, measured in columns.  This width includes the
1180 scroll bar and fringes, and/or the separator line on the right of the
1181 window (if any).
1183 @item buffer
1184 The buffer that the window is displaying.  This may change often during
1185 the life of the window.
1187 @item start
1188 The position in the buffer that is the first character to be displayed
1189 in the window.
1191 @item pointm
1192 @cindex window point internals
1193 This is the value of point in the current buffer when this window is
1194 selected; when it is not selected, it retains its previous value.
1196 @item force_start
1197 If this flag is non-@code{nil}, it says that the window has been
1198 scrolled explicitly by the Lisp program.  This affects what the next
1199 redisplay does if point is off the screen: instead of scrolling the
1200 window to show the text around point, it moves point to a location that
1201 is on the screen.
1203 @item frozen_window_start_p
1204 This field is set temporarily to 1 to indicate to redisplay that
1205 @code{start} of this window should not be changed, even if point
1206 gets invisible.
1208 @item start_at_line_beg
1209 Non-@code{nil} means current value of @code{start} was the beginning of a line
1210 when it was chosen.
1212 @item too_small_ok
1213 Non-@code{nil} means don't delete this window for becoming ``too small''.
1215 @item height_fixed_p
1216 This field is temporarily set to 1 to fix the height of the selected
1217 window when the echo area is resized.
1219 @item use_time
1220 This is the last time that the window was selected.  The function
1221 @code{get-lru-window} uses this field.
1223 @item sequence_number
1224 A unique number assigned to this window when it was created.
1226 @item last_modified
1227 The @code{modiff} field of the window's buffer, as of the last time
1228 a redisplay completed in this window.
1230 @item last_overlay_modified
1231 The @code{overlay_modiff} field of the window's buffer, as of the last
1232 time a redisplay completed in this window.
1234 @item last_point
1235 The buffer's value of point, as of the last time a redisplay completed
1236 in this window.
1238 @item last_had_star
1239 A non-@code{nil} value means the window's buffer was ``modified'' when the
1240 window was last updated.
1242 @item vertical_scroll_bar
1243 This window's vertical scroll bar.
1245 @item left_margin_width
1246 The width of the left margin in this window, or @code{nil} not to
1247 specify it (in which case the buffer's value of @code{left-margin-width}
1248 is used.
1250 @item right_margin_width
1251 Likewise for the right margin.
1253 @ignore
1254 @item last_mark_x
1255 @item last_mark_y
1256 ???Not used.
1257 @end ignore
1259 @item window_end_pos
1260 This is computed as @code{z} minus the buffer position of the last glyph
1261 in the current matrix of the window.  The value is only valid if
1262 @code{window_end_valid} is not @code{nil}.
1264 @item window_end_bytepos
1265 The byte position corresponding to @code{window_end_pos}.
1267 @item window_end_vpos
1268 The window-relative vertical position of the line containing
1269 @code{window_end_pos}.
1271 @item window_end_valid
1272 This field is set to a non-@code{nil} value if @code{window_end_pos} is truly
1273 valid.  This is @code{nil} if nontrivial redisplay is preempted since in that
1274 case the display that @code{window_end_pos} was computed for did not get
1275 onto the screen.
1277 @item redisplay_end_trigger
1278 If redisplay in this window goes beyond this buffer position, it runs
1279 run the @code{redisplay-end-trigger-hook}.
1281 @ignore
1282 @item orig_height
1283 @item orig_top
1284 ??? Are temporary storage areas.
1285 @end ignore
1287 @item cursor
1288 A structure describing where the cursor is in this window.
1290 @item last_cursor
1291 The value of @code{cursor} as of the last redisplay that finished.
1293 @item phys_cursor
1294 A structure describing where the cursor of this window physically is.
1296 @item phys_cursor_type
1297 The type of cursor that was last displayed on this window.
1299 @item phys_cursor_on_p
1300 This field is non-zero if the cursor is physically on.
1302 @item cursor_off_p
1303 Non-zero means the cursor in this window is logically on.
1305 @item last_cursor_off_p
1306 This field contains the value of @code{cursor_off_p} as of the time of
1307 the last redisplay.
1309 @item must_be_updated_p
1310 This is set to 1 during redisplay when this window must be updated.
1312 @item hscroll
1313 This is the number of columns that the display in the window is scrolled
1314 horizontally to the left.  Normally, this is 0.
1316 @item vscroll
1317 Vertical scroll amount, in pixels.  Normally, this is 0.
1319 @item dedicated
1320 Non-@code{nil} if this window is dedicated to its buffer.
1322 @item display_table
1323 The window's display table, or @code{nil} if none is specified for it.
1325 @item update_mode_line
1326 Non-@code{nil} means this window's mode line needs to be updated.
1328 @item base_line_number
1329 The line number of a certain position in the buffer, or @code{nil}.
1330 This is used for displaying the line number of point in the mode line.
1332 @item base_line_pos
1333 The position in the buffer for which the line number is known, or
1334 @code{nil} meaning none is known.
1336 @item region_showing
1337 If the region (or part of it) is highlighted in this window, this field
1338 holds the mark position that made one end of that region.  Otherwise,
1339 this field is @code{nil}.
1341 @item column_number_displayed
1342 The column number currently displayed in this window's mode line, or @code{nil}
1343 if column numbers are not being displayed.
1345 @item current_matrix
1346 A glyph matrix describing the current display of this window.
1348 @item desired_matrix
1349 A glyph matrix describing the desired display of this window.
1350 @end table
1352 @node Process Internals
1353 @appendixsubsec Process Internals
1354 @cindex internals, of process
1355 @cindex process internals
1357   The fields of a process are:
1359 @table @code
1360 @item name
1361 A string, the name of the process.
1363 @item command
1364 A list containing the command arguments that were used to start this
1365 process.
1367 @item filter
1368 A function used to accept output from the process instead of a buffer,
1369 or @code{nil}.
1371 @item sentinel
1372 A function called whenever the process receives a signal, or @code{nil}.
1374 @item buffer
1375 The associated buffer of the process.
1377 @item pid
1378 An integer, the Unix process @sc{id}.
1380 @item childp
1381 A flag, non-@code{nil} if this is really a child process.
1382 It is @code{nil} for a network connection.
1384 @item mark
1385 A marker indicating the position of the end of the last output from this
1386 process inserted into the buffer.  This is often but not always the end
1387 of the buffer.
1389 @item kill_without_query
1390 If this is non-@code{nil}, killing Emacs while this process is still
1391 running does not ask for confirmation about killing the process.
1393 @item raw_status_low
1394 @itemx raw_status_high
1395 These two fields record 16 bits each of the process status returned by
1396 the @code{wait} system call.
1398 @item status
1399 The process status, as @code{process-status} should return it.
1401 @item tick
1402 @itemx update_tick
1403 If these two fields are not equal, a change in the status of the process
1404 needs to be reported, either by running the sentinel or by inserting a
1405 message in the process buffer.
1407 @item pty_flag
1408 Non-@code{nil} if communication with the subprocess uses a @sc{pty};
1409 @code{nil} if it uses a pipe.
1411 @item infd
1412 The file descriptor for input from the process.
1414 @item outfd
1415 The file descriptor for output to the process.
1417 @item subtty
1418 The file descriptor for the terminal that the subprocess is using.  (On
1419 some systems, there is no need to record this, so the value is
1420 @code{nil}.)
1422 @item tty_name
1423 The name of the terminal that the subprocess is using,
1424 or @code{nil} if it is using pipes.
1426 @item decode_coding_system
1427 Coding-system for decoding the input from this process.
1429 @item decoding_buf
1430 A working buffer for decoding.
1432 @item decoding_carryover
1433 Size of carryover in decoding.
1435 @item encode_coding_system
1436 Coding-system for encoding the output to this process.
1438 @item encoding_buf
1439 A working buffer for encoding.
1441 @item encoding_carryover
1442 Size of carryover in encoding.
1444 @item inherit_coding_system_flag
1445 Flag to set @code{coding-system} of the process buffer from the
1446 coding system used to decode process output.
1447 @end table