(x_update_menu_appearance): Don't call
[emacs.git] / lispref / numbers.texi
blobb9ab94cfc81c16a0e050ce5648ffcc54aff013be
1 @c -*-texinfo-*-
2 @c This is part of the GNU Emacs Lisp Reference Manual.
3 @c Copyright (C) 1990, 1991, 1992, 1993, 1994, 1995, 1998, 1999
4 @c   Free Software Foundation, Inc. 
5 @c See the file elisp.texi for copying conditions.
6 @setfilename ../info/numbers
7 @node Numbers, Strings and Characters, Lisp Data Types, Top
8 @chapter Numbers
9 @cindex integers
10 @cindex numbers
12   GNU Emacs supports two numeric data types: @dfn{integers} and
13 @dfn{floating point numbers}.  Integers are whole numbers such as
14 @minus{}3, 0, 7, 13, and 511.  Their values are exact.  Floating point
15 numbers are numbers with fractional parts, such as @minus{}4.5, 0.0, or
16 2.71828.  They can also be expressed in exponential notation: 1.5e2
17 equals 150; in this example, @samp{e2} stands for ten to the second
18 power, and that is multiplied by 1.5.  Floating point values are not
19 exact; they have a fixed, limited amount of precision.
21 @menu
22 * Integer Basics::            Representation and range of integers.
23 * Float Basics::              Representation and range of floating point.
24 * Predicates on Numbers::     Testing for numbers.
25 * Comparison of Numbers::     Equality and inequality predicates.
26 * Numeric Conversions::       Converting float to integer and vice versa.
27 * Arithmetic Operations::     How to add, subtract, multiply and divide.
28 * Rounding Operations::       Explicitly rounding floating point numbers.
29 * Bitwise Operations::        Logical and, or, not, shifting.
30 * Math Functions::            Trig, exponential and logarithmic functions.
31 * Random Numbers::            Obtaining random integers, predictable or not.
32 @end menu
34 @node Integer Basics
35 @comment  node-name,  next,  previous,  up
36 @section Integer Basics
38   The range of values for an integer depends on the machine.  The
39 minimum range is @minus{}134217728 to 134217727 (28 bits; i.e.,
40 @ifnottex
41 -2**27
42 @end ifnottex
43 @tex 
44 @math{-2^{27}}
45 @end tex
46 to 
47 @ifnottex
48 2**27 - 1),
49 @end ifnottex
50 @tex 
51 @math{2^{27}-1}),
52 @end tex
53 but some machines may provide a wider range.  Many examples in this
54 chapter assume an integer has 28 bits.
55 @cindex overflow
57   The Lisp reader reads an integer as a sequence of digits with optional
58 initial sign and optional final period.
60 @example
61  1               ; @r{The integer 1.}
62  1.              ; @r{The integer 1.}
63 +1               ; @r{Also the integer 1.}
64 -1               ; @r{The integer @minus{}1.}
65  268435457       ; @r{Also the integer 1, due to overflow.}
66  0               ; @r{The integer 0.}
67 -0               ; @r{The integer 0.}
68 @end example
70   To understand how various functions work on integers, especially the
71 bitwise operators (@pxref{Bitwise Operations}), it is often helpful to
72 view the numbers in their binary form.
74   In 28-bit binary, the decimal integer 5 looks like this:
76 @example
77 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101
78 @end example
80 @noindent
81 (We have inserted spaces between groups of 4 bits, and two spaces
82 between groups of 8 bits, to make the binary integer easier to read.)
84   The integer @minus{}1 looks like this:
86 @example
87 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111
88 @end example
90 @noindent
91 @cindex two's complement
92 @minus{}1 is represented as 28 ones.  (This is called @dfn{two's
93 complement} notation.)
95   The negative integer, @minus{}5, is creating by subtracting 4 from
96 @minus{}1.  In binary, the decimal integer 4 is 100.  Consequently,
97 @minus{}5 looks like this:
99 @example
100 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011
101 @end example
103   In this implementation, the largest 28-bit binary integer value is
104 134,217,727 in decimal.  In binary, it looks like this:
106 @example
107 0111  1111 1111  1111 1111  1111 1111
108 @end example
110   Since the arithmetic functions do not check whether integers go
111 outside their range, when you add 1 to 134,217,727, the value is the
112 negative integer @minus{}134,217,728:
114 @example
115 (+ 1 134217727)
116      @result{} -134217728
117      @result{} 1000  0000 0000  0000 0000  0000 0000
118 @end example
120   Many of the functions described in this chapter accept markers for
121 arguments in place of numbers.  (@xref{Markers}.)  Since the actual
122 arguments to such functions may be either numbers or markers, we often
123 give these arguments the name @var{number-or-marker}.  When the argument
124 value is a marker, its position value is used and its buffer is ignored.
126 @node Float Basics
127 @section Floating Point Basics
129   Floating point numbers are useful for representing numbers that are
130 not integral.  The precise range of floating point numbers is
131 machine-specific; it is the same as the range of the C data type
132 @code{double} on the machine you are using.
134   The read-syntax for floating point numbers requires either a decimal
135 point (with at least one digit following), an exponent, or both.  For
136 example, @samp{1500.0}, @samp{15e2}, @samp{15.0e2}, @samp{1.5e3}, and
137 @samp{.15e4} are five ways of writing a floating point number whose
138 value is 1500.  They are all equivalent.  You can also use a minus sign
139 to write negative floating point numbers, as in @samp{-1.0}.
141 @cindex IEEE floating point
142 @cindex positive infinity
143 @cindex negative infinity
144 @cindex infinity
145 @cindex NaN
146    Most modern computers support the IEEE floating point standard, which
147 provides for positive infinity and negative infinity as floating point
148 values.  It also provides for a class of values called NaN or
149 ``not-a-number''; numerical functions return such values in cases where
150 there is no correct answer.  For example, @code{(sqrt -1.0)} returns a
151 NaN.  For practical purposes, there's no significant difference between
152 different NaN values in Emacs Lisp, and there's no rule for precisely
153 which NaN value should be used in a particular case, so Emacs Lisp
154 doesn't try to distinguish them.  Here are the read syntaxes for
155 these special floating point values:
157 @table @asis
158 @item positive infinity
159 @samp{1.0e+INF}
160 @item negative infinity
161 @samp{-1.0e+INF}
162 @item Not-a-number
163 @samp{0.0e+NaN}.
164 @end table
166   In addition, the value @code{-0.0} is distinguishable from ordinary
167 zero in IEEE floating point (although @code{equal} and @code{=} consider
168 them equal values).
170   You can use @code{logb} to extract the binary exponent of a floating
171 point number (or estimate the logarithm of an integer):
173 @defun logb number
174 This function returns the binary exponent of @var{number}.  More
175 precisely, the value is the logarithm of @var{number} base 2, rounded
176 down to an integer.
178 @example
179 (logb 10)
180      @result{} 3
181 (logb 10.0e20)
182      @result{} 69
183 @end example
184 @end defun
186 @node Predicates on Numbers
187 @section Type Predicates for Numbers
189   The functions in this section test whether the argument is a number or
190 whether it is a certain sort of number.  The functions @code{integerp}
191 and @code{floatp} can take any type of Lisp object as argument (the
192 predicates would not be of much use otherwise); but the @code{zerop}
193 predicate requires a number as its argument.  See also
194 @code{integer-or-marker-p} and @code{number-or-marker-p}, in
195 @ref{Predicates on Markers}.
197 @defun floatp object
198 This predicate tests whether its argument is a floating point
199 number and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
201 @code{floatp} does not exist in Emacs versions 18 and earlier.
202 @end defun
204 @defun integerp object
205 This predicate tests whether its argument is an integer, and returns
206 @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
207 @end defun
209 @defun numberp object
210 This predicate tests whether its argument is a number (either integer or
211 floating point), and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
212 @end defun
214 @defun wholenump object
215 @cindex natural numbers
216 The @code{wholenump} predicate (whose name comes from the phrase
217 ``whole-number-p'') tests to see whether its argument is a nonnegative
218 integer, and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.  0 is
219 considered non-negative.
221 @findex natnump
222 @code{natnump} is an obsolete synonym for @code{wholenump}.
223 @end defun
225 @defun zerop number
226 This predicate tests whether its argument is zero, and returns @code{t}
227 if so, @code{nil} otherwise.  The argument must be a number.
229 These two forms are equivalent: @code{(zerop x)} @equiv{} @code{(= x 0)}.
230 @end defun
232 @node Comparison of Numbers
233 @section Comparison of Numbers
234 @cindex number equality
236   To test numbers for numerical equality, you should normally use
237 @code{=}, not @code{eq}.  There can be many distinct floating point
238 number objects with the same numeric value.  If you use @code{eq} to
239 compare them, then you test whether two values are the same
240 @emph{object}.  By contrast, @code{=} compares only the numeric values
241 of the objects.
243   At present, each integer value has a unique Lisp object in Emacs Lisp.
244 Therefore, @code{eq} is equivalent to @code{=} where integers are
245 concerned.  It is sometimes convenient to use @code{eq} for comparing an
246 unknown value with an integer, because @code{eq} does not report an
247 error if the unknown value is not a number---it accepts arguments of any
248 type.  By contrast, @code{=} signals an error if the arguments are not
249 numbers or markers.  However, it is a good idea to use @code{=} if you
250 can, even for comparing integers, just in case we change the
251 representation of integers in a future Emacs version.
253   Sometimes it is useful to compare numbers with @code{equal}; it treats
254 two numbers as equal if they have the same data type (both integers, or
255 both floating point) and the same value.  By contrast, @code{=} can
256 treat an integer and a floating point number as equal.
258   There is another wrinkle: because floating point arithmetic is not
259 exact, it is often a bad idea to check for equality of two floating
260 point values.  Usually it is better to test for approximate equality.
261 Here's a function to do this:
263 @example
264 (defvar fuzz-factor 1.0e-6)
265 (defun approx-equal (x y)
266   (or (and (= x 0) (= y 0))
267       (< (/ (abs (- x y))
268             (max (abs x) (abs y)))
269          fuzz-factor)))
270 @end example
272 @cindex CL note---integers vrs @code{eq}
273 @quotation
274 @b{Common Lisp note:} Comparing numbers in Common Lisp always requires
275 @code{=} because Common Lisp implements multi-word integers, and two
276 distinct integer objects can have the same numeric value.  Emacs Lisp
277 can have just one integer object for any given value because it has a
278 limited range of integer values.
279 @end quotation
281 @defun = number-or-marker1 number-or-marker2
282 This function tests whether its arguments are numerically equal, and
283 returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
284 @end defun
286 @defun /= number-or-marker1 number-or-marker2
287 This function tests whether its arguments are numerically equal, and
288 returns @code{t} if they are not, and @code{nil} if they are.
289 @end defun
291 @defun <  number-or-marker1 number-or-marker2
292 This function tests whether its first argument is strictly less than
293 its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
294 @end defun
296 @defun <=  number-or-marker1 number-or-marker2
297 This function tests whether its first argument is less than or equal
298 to its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
299 otherwise.
300 @end defun
302 @defun >  number-or-marker1 number-or-marker2
303 This function tests whether its first argument is strictly greater
304 than its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
305 otherwise.
306 @end defun
308 @defun >=  number-or-marker1 number-or-marker2
309 This function tests whether its first argument is greater than or
310 equal to its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
311 otherwise.
312 @end defun
314 @defun max number-or-marker &rest numbers-or-markers
315 This function returns the largest of its arguments.
316 If any of the argument is floating-point, the value is returned
317 as floating point, even if it was given as an integer.
319 @example
320 (max 20)
321      @result{} 20
322 (max 1 2.5)
323      @result{} 2.5
324 (max 1 3 2.5)
325      @result{} 3.0
326 @end example
327 @end defun
329 @defun min number-or-marker &rest numbers-or-markers
330 This function returns the smallest of its arguments.
331 If any of the argument is floating-point, the value is returned
332 as floating point, even if it was given as an integer.
334 @example
335 (min -4 1)
336      @result{} -4
337 @end example
338 @end defun
340 @defun abs number
341 This function returns the absolute value of @var{number}.
342 @end defun
344 @node Numeric Conversions
345 @section Numeric Conversions
346 @cindex rounding in conversions
348 To convert an integer to floating point, use the function @code{float}.
350 @defun float number
351 This returns @var{number} converted to floating point.
352 If @var{number} is already a floating point number, @code{float} returns
353 it unchanged.
354 @end defun
356 There are four functions to convert floating point numbers to integers;
357 they differ in how they round.  These functions accept integer arguments
358 also, and return such arguments unchanged.
360 @defun truncate number
361 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards
362 zero.
364 @example
365 (truncate 1.2)
366      @result{} 1
367 (truncate 1.7)
368      @result{} 1
369 (truncate -1.2)
370      @result{} -1
371 (truncate -1.7)
372      @result{} -1
373 @end example
374 @end defun
376 @defun floor number &optional divisor
377 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding downward
378 (towards negative infinity).
380 If @var{divisor} is specified, @code{floor} divides @var{number} by
381 @var{divisor} and then converts to an integer; this uses the kind of
382 division operation that corresponds to @code{mod}, rounding downward.
383 An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
385 @example
386 (floor 1.2)
387      @result{} 1
388 (floor 1.7)
389      @result{} 1
390 (floor -1.2)
391      @result{} -2
392 (floor -1.7)
393      @result{} -2
394 (floor 5.99 3)
395      @result{} 1
396 @end example
397 @end defun
399 @defun ceiling number
400 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding upward
401 (towards positive infinity).
403 @example
404 (ceiling 1.2)
405      @result{} 2
406 (ceiling 1.7)
407      @result{} 2
408 (ceiling -1.2)
409      @result{} -1
410 (ceiling -1.7)
411      @result{} -1
412 @end example
413 @end defun
415 @defun round number
416 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards the
417 nearest integer.  Rounding a value equidistant between two integers
418 may choose the integer closer to zero, or it may prefer an even integer,
419 depending on your machine.
421 @example
422 (round 1.2)
423      @result{} 1
424 (round 1.7)
425      @result{} 2
426 (round -1.2)
427      @result{} -1
428 (round -1.7)
429      @result{} -2
430 @end example
431 @end defun
433 @node Arithmetic Operations
434 @section Arithmetic Operations
436   Emacs Lisp provides the traditional four arithmetic operations:
437 addition, subtraction, multiplication, and division.  Remainder and modulus
438 functions supplement the division functions.  The functions to
439 add or subtract 1 are provided because they are traditional in Lisp and
440 commonly used.
442   All of these functions except @code{%} return a floating point value
443 if any argument is floating.
445   It is important to note that in Emacs Lisp, arithmetic functions
446 do not check for overflow.  Thus @code{(1+ 134217727)} may evaluate to
447 @minus{}134217728, depending on your hardware.
449 @defun 1+ number-or-marker
450 This function returns @var{number-or-marker} plus 1.
451 For example,
453 @example
454 (setq foo 4)
455      @result{} 4
456 (1+ foo)
457      @result{} 5
458 @end example
460 This function is not analogous to the C operator @code{++}---it does not
461 increment a variable.  It just computes a sum.  Thus, if we continue,
463 @example
465      @result{} 4
466 @end example
468 If you want to increment the variable, you must use @code{setq},
469 like this:
471 @example
472 (setq foo (1+ foo))
473      @result{} 5
474 @end example
475 @end defun
477 @defun 1- number-or-marker
478 This function returns @var{number-or-marker} minus 1.
479 @end defun
481 @defun + &rest numbers-or-markers
482 This function adds its arguments together.  When given no arguments,
483 @code{+} returns 0.
485 @example
487      @result{} 0
488 (+ 1)
489      @result{} 1
490 (+ 1 2 3 4)
491      @result{} 10
492 @end example
493 @end defun
495 @defun - &optional number-or-marker &rest more-numbers-or-markers
496 The @code{-} function serves two purposes: negation and subtraction.
497 When @code{-} has a single argument, the value is the negative of the
498 argument.  When there are multiple arguments, @code{-} subtracts each of
499 the @var{more-numbers-or-markers} from @var{number-or-marker},
500 cumulatively.  If there are no arguments, the result is 0.
502 @example
503 (- 10 1 2 3 4)
504      @result{} 0
505 (- 10)
506      @result{} -10
508      @result{} 0
509 @end example
510 @end defun
512 @defun * &rest numbers-or-markers
513 This function multiplies its arguments together, and returns the
514 product.  When given no arguments, @code{*} returns 1.
516 @example
518      @result{} 1
519 (* 1)
520      @result{} 1
521 (* 1 2 3 4)
522      @result{} 24
523 @end example
524 @end defun
526 @defun / dividend divisor &rest divisors
527 This function divides @var{dividend} by @var{divisor} and returns the
528 quotient.  If there are additional arguments @var{divisors}, then it
529 divides @var{dividend} by each divisor in turn.  Each argument may be a
530 number or a marker.
532 If all the arguments are integers, then the result is an integer too.
533 This means the result has to be rounded.  On most machines, the result
534 is rounded towards zero after each division, but some machines may round
535 differently with negative arguments.  This is because the Lisp function
536 @code{/} is implemented using the C division operator, which also
537 permits machine-dependent rounding.  As a practical matter, all known
538 machines round in the standard fashion.
540 @cindex @code{arith-error} in division
541 If you divide an integer by 0, an @code{arith-error} error is signaled.
542 (@xref{Errors}.)  Floating point division by zero returns either
543 infinity or a NaN if your machine supports IEEE floating point;
544 otherwise, it signals an @code{arith-error} error.
546 @example
547 @group
548 (/ 6 2)
549      @result{} 3
550 @end group
551 (/ 5 2)
552      @result{} 2
553 (/ 5.0 2)
554      @result{} 2.5
555 (/ 5 2.0)
556      @result{} 2.5
557 (/ 5.0 2.0)
558      @result{} 2.5
559 (/ 25 3 2)
560      @result{} 4
561 (/ -17 6)
562      @result{} -2
563 @end example
565 The result of @code{(/ -17 6)} could in principle be -3 on some
566 machines.
567 @end defun
569 @defun % dividend divisor
570 @cindex remainder
571 This function returns the integer remainder after division of @var{dividend}
572 by @var{divisor}.  The arguments must be integers or markers.
574 For negative arguments, the remainder is in principle machine-dependent
575 since the quotient is; but in practice, all known machines behave alike.
577 An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
579 @example
580 (% 9 4)
581      @result{} 1
582 (% -9 4)
583      @result{} -1
584 (% 9 -4)
585      @result{} 1
586 (% -9 -4)
587      @result{} -1
588 @end example
590 For any two integers @var{dividend} and @var{divisor},
592 @example
593 @group
594 (+ (% @var{dividend} @var{divisor})
595    (* (/ @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
596 @end group
597 @end example
599 @noindent
600 always equals @var{dividend}.
601 @end defun
603 @defun mod dividend divisor
604 @cindex modulus
605 This function returns the value of @var{dividend} modulo @var{divisor};
606 in other words, the remainder after division of @var{dividend}
607 by @var{divisor}, but with the same sign as @var{divisor}.
608 The arguments must be numbers or markers.
610 Unlike @code{%}, @code{mod} returns a well-defined result for negative
611 arguments.  It also permits floating point arguments; it rounds the
612 quotient downward (towards minus infinity) to an integer, and uses that
613 quotient to compute the remainder.
615 An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
617 @example
618 @group
619 (mod 9 4)
620      @result{} 1
621 @end group
622 @group
623 (mod -9 4)
624      @result{} 3
625 @end group
626 @group
627 (mod 9 -4)
628      @result{} -3
629 @end group
630 @group
631 (mod -9 -4)
632      @result{} -1
633 @end group
634 @group
635 (mod 5.5 2.5)
636      @result{} .5
637 @end group
638 @end example
640 For any two numbers @var{dividend} and @var{divisor},
642 @example
643 @group
644 (+ (mod @var{dividend} @var{divisor})
645    (* (floor @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
646 @end group
647 @end example
649 @noindent
650 always equals @var{dividend}, subject to rounding error if either
651 argument is floating point.  For @code{floor}, see @ref{Numeric
652 Conversions}.
653 @end defun
655 @node Rounding Operations
656 @section Rounding Operations
657 @cindex rounding without conversion
659 The functions @code{ffloor}, @code{fceiling}, @code{fround}, and
660 @code{ftruncate} take a floating point argument and return a floating
661 point result whose value is a nearby integer.  @code{ffloor} returns the
662 nearest integer below; @code{fceiling}, the nearest integer above;
663 @code{ftruncate}, the nearest integer in the direction towards zero;
664 @code{fround}, the nearest integer.
666 @defun ffloor float
667 This function rounds @var{float} to the next lower integral value, and
668 returns that value as a floating point number.
669 @end defun
671 @defun fceiling float
672 This function rounds @var{float} to the next higher integral value, and
673 returns that value as a floating point number.
674 @end defun
676 @defun ftruncate float
677 This function rounds @var{float} towards zero to an integral value, and
678 returns that value as a floating point number.
679 @end defun
681 @defun fround float
682 This function rounds @var{float} to the nearest integral value,
683 and returns that value as a floating point number.
684 @end defun
686 @node Bitwise Operations
687 @section Bitwise Operations on Integers
689   In a computer, an integer is represented as a binary number, a
690 sequence of @dfn{bits} (digits which are either zero or one).  A bitwise
691 operation acts on the individual bits of such a sequence.  For example,
692 @dfn{shifting} moves the whole sequence left or right one or more places,
693 reproducing the same pattern ``moved over''.
695   The bitwise operations in Emacs Lisp apply only to integers.
697 @defun lsh integer1 count
698 @cindex logical shift
699 @code{lsh}, which is an abbreviation for @dfn{logical shift}, shifts the
700 bits in @var{integer1} to the left @var{count} places, or to the right
701 if @var{count} is negative, bringing zeros into the vacated bits.  If
702 @var{count} is negative, @code{lsh} shifts zeros into the leftmost
703 (most-significant) bit, producing a positive result even if
704 @var{integer1} is negative.  Contrast this with @code{ash}, below.
706 Here are two examples of @code{lsh}, shifting a pattern of bits one
707 place to the left.  We show only the low-order eight bits of the binary
708 pattern; the rest are all zero.
710 @example
711 @group
712 (lsh 5 1)
713      @result{} 10
714 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 10.}
715 00000101 @result{} 00001010
717 (lsh 7 1)
718      @result{} 14
719 ;; @r{Decimal 7 becomes decimal 14.}
720 00000111 @result{} 00001110
721 @end group
722 @end example
724 @noindent
725 As the examples illustrate, shifting the pattern of bits one place to
726 the left produces a number that is twice the value of the previous
727 number.
729 Shifting a pattern of bits two places to the left produces results
730 like this (with 8-bit binary numbers):
732 @example
733 @group
734 (lsh 3 2)
735      @result{} 12
736 ;; @r{Decimal 3 becomes decimal 12.}
737 00000011 @result{} 00001100       
738 @end group
739 @end example
741 On the other hand, shifting one place to the right looks like this:
743 @example
744 @group
745 (lsh 6 -1)
746      @result{} 3
747 ;; @r{Decimal 6 becomes decimal 3.}
748 00000110 @result{} 00000011       
749 @end group
751 @group
752 (lsh 5 -1)
753      @result{} 2
754 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 2.}
755 00000101 @result{} 00000010       
756 @end group
757 @end example
759 @noindent
760 As the example illustrates, shifting one place to the right divides the
761 value of a positive integer by two, rounding downward.
763 The function @code{lsh}, like all Emacs Lisp arithmetic functions, does
764 not check for overflow, so shifting left can discard significant bits
765 and change the sign of the number.  For example, left shifting
766 134,217,727 produces @minus{}2 on a 28-bit machine:
768 @example
769 (lsh 134217727 1)          ; @r{left shift}
770      @result{} -2
771 @end example
773 In binary, in the 28-bit implementation, the argument looks like this:
775 @example
776 @group
777 ;; @r{Decimal 134,217,727}
778 0111  1111 1111  1111 1111  1111 1111         
779 @end group
780 @end example
782 @noindent
783 which becomes the following when left shifted:
785 @example
786 @group
787 ;; @r{Decimal @minus{}2}
788 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1110         
789 @end group
790 @end example
791 @end defun
793 @defun ash integer1 count
794 @cindex arithmetic shift
795 @code{ash} (@dfn{arithmetic shift}) shifts the bits in @var{integer1}
796 to the left @var{count} places, or to the right if @var{count}
797 is negative.
799 @code{ash} gives the same results as @code{lsh} except when
800 @var{integer1} and @var{count} are both negative.  In that case,
801 @code{ash} puts ones in the empty bit positions on the left, while
802 @code{lsh} puts zeros in those bit positions.
804 Thus, with @code{ash}, shifting the pattern of bits one place to the right
805 looks like this:
807 @example
808 @group
809 (ash -6 -1) @result{} -3            
810 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal @minus{}3.}
811 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010
812      @result{} 
813 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1101
814 @end group
815 @end example
817 In contrast, shifting the pattern of bits one place to the right with
818 @code{lsh} looks like this:
820 @example
821 @group
822 (lsh -6 -1) @result{} 134217725
823 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal 134,217,725.}
824 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010
825      @result{} 
826 0111  1111 1111  1111 1111  1111 1101
827 @end group
828 @end example
830 Here are other examples:
832 @c !!! Check if lined up in smallbook format!  XDVI shows problem
833 @c     with smallbook but not with regular book! --rjc 16mar92
834 @smallexample
835 @group
836                    ;  @r{             28-bit binary values}
838 (lsh 5 2)          ;   5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
839      @result{} 20         ;      =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0001 0100}
840 @end group
841 @group
842 (ash 5 2)
843      @result{} 20
844 (lsh -5 2)         ;  -5  =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
845      @result{} -20        ;      =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1110 1100}
846 (ash -5 2)
847      @result{} -20
848 @end group
849 @group
850 (lsh 5 -2)         ;   5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
851      @result{} 1          ;      =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0001}
852 @end group
853 @group
854 (ash 5 -2)
855      @result{} 1
856 @end group
857 @group
858 (lsh -5 -2)        ;  -5  =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
859      @result{} 4194302    ;      =  @r{0011  1111 1111  1111 1111  1111 1110}
860 @end group
861 @group
862 (ash -5 -2)        ;  -5  =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
863      @result{} -2         ;      =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1110}
864 @end group
865 @end smallexample
866 @end defun
868 @defun logand &rest ints-or-markers
869 @cindex logical and
870 @cindex bitwise and
871 This function returns the ``logical and'' of the arguments: the
872 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
873 set in all the arguments.  (``Set'' means that the value of the bit is 1
874 rather than 0.)
876 For example, using 4-bit binary numbers, the ``logical and'' of 13 and
877 12 is 12: 1101 combined with 1100 produces 1100.
878 In both the binary numbers, the leftmost two bits are set (i.e., they
879 are 1's), so the leftmost two bits of the returned value are set.
880 However, for the rightmost two bits, each is zero in at least one of
881 the arguments, so the rightmost two bits of the returned value are 0's.
883 @noindent
884 Therefore,
886 @example
887 @group
888 (logand 13 12)
889      @result{} 12
890 @end group
891 @end example
893 If @code{logand} is not passed any argument, it returns a value of
894 @minus{}1.  This number is an identity element for @code{logand}
895 because its binary representation consists entirely of ones.  If
896 @code{logand} is passed just one argument, it returns that argument.
898 @smallexample
899 @group
900                    ; @r{               28-bit binary values}
902 (logand 14 13)     ; 14  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
903                    ; 13  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
904      @result{} 12         ; 12  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
905 @end group
907 @group
908 (logand 14 13 4)   ; 14  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
909                    ; 13  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
910                    ;  4  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0100}
911      @result{} 4          ;  4  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0100}
912 @end group
914 @group
915 (logand)
916      @result{} -1         ; -1  =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111}
917 @end group
918 @end smallexample
919 @end defun
921 @defun logior &rest ints-or-markers
922 @cindex logical inclusive or
923 @cindex bitwise or
924 This function returns the ``inclusive or'' of its arguments: the @var{n}th bit
925 is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is set in at least
926 one of the arguments.  If there are no arguments, the result is zero,
927 which is an identity element for this operation.  If @code{logior} is
928 passed just one argument, it returns that argument.
930 @smallexample
931 @group
932                    ; @r{              28-bit binary values}
934 (logior 12 5)      ; 12  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
935                    ;  5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
936      @result{} 13         ; 13  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
937 @end group
939 @group
940 (logior 12 5 7)    ; 12  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
941                    ;  5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
942                    ;  7  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0111}
943      @result{} 15         ; 15  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1111}
944 @end group
945 @end smallexample
946 @end defun
948 @defun logxor &rest ints-or-markers
949 @cindex bitwise exclusive or
950 @cindex logical exclusive or
951 This function returns the ``exclusive or'' of its arguments: the
952 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
953 set in an odd number of the arguments.  If there are no arguments, the
954 result is 0, which is an identity element for this operation.  If
955 @code{logxor} is passed just one argument, it returns that argument.
957 @smallexample
958 @group
959                    ; @r{              28-bit binary values}
961 (logxor 12 5)      ; 12  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
962                    ;  5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
963      @result{} 9          ;  9  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1001}
964 @end group
966 @group
967 (logxor 12 5 7)    ; 12  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
968                    ;  5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
969                    ;  7  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0111}
970      @result{} 14         ; 14  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
971 @end group
972 @end smallexample
973 @end defun
975 @defun lognot integer
976 @cindex logical not
977 @cindex bitwise not
978 This function returns the logical complement of its argument: the @var{n}th
979 bit is one in the result if, and only if, the @var{n}th bit is zero in
980 @var{integer}, and vice-versa.
982 @example
983 (lognot 5)             
984      @result{} -6
985 ;;  5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
986 ;; @r{becomes}
987 ;; -6  =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010}
988 @end example
989 @end defun
991 @node Math Functions
992 @section Standard Mathematical Functions
993 @cindex transcendental functions
994 @cindex mathematical functions
996   These mathematical functions allow integers as well as floating point
997 numbers as arguments.
999 @defun sin arg
1000 @defunx cos arg
1001 @defunx tan arg
1002 These are the ordinary trigonometric functions, with argument measured
1003 in radians.
1004 @end defun
1006 @defun asin arg
1007 The value of @code{(asin @var{arg})} is a number between
1008 @ifnottex
1009 @minus{}pi/2
1010 @end ifnottex
1011 @tex
1012 @math{-\pi/2}
1013 @end tex
1015 @ifnottex
1016 pi/2
1017 @end ifnottex
1018 @tex
1019 @math{\pi/2}
1020 @end tex
1021 (inclusive) whose sine is @var{arg}; if, however, @var{arg}
1022 is out of range (outside [-1, 1]), then the result is a NaN.
1023 @end defun
1025 @defun acos arg
1026 The value of @code{(acos @var{arg})} is a number between 0 and
1027 @ifnottex
1029 @end ifnottex
1030 @tex
1031 @math{\pi}
1032 @end tex
1033 (inclusive) whose cosine is @var{arg}; if, however, @var{arg}
1034 is out of range (outside [-1, 1]), then the result is a NaN.
1035 @end defun
1037 @defun atan arg
1038 The value of @code{(atan @var{arg})} is a number between
1039 @ifnottex
1040 @minus{}pi/2
1041 @end ifnottex
1042 @tex
1043 @math{-\pi/2}
1044 @end tex
1046 @ifnottex
1047 pi/2
1048 @end ifnottex
1049 @tex
1050 @math{\pi/2}
1051 @end tex
1052 (exclusive) whose tangent is @var{arg}.
1053 @end defun
1055 @defun exp arg
1056 This is the exponential function; it returns
1057 @tex
1058 @math{e}
1059 @end tex
1060 @ifnottex
1061 @i{e}
1062 @end ifnottex
1063 to the power @var{arg}.
1064 @tex
1065 @math{e}
1066 @end tex
1067 @ifnottex
1068 @i{e}
1069 @end ifnottex
1070 is a fundamental mathematical constant also called the base of natural
1071 logarithms.
1072 @end defun
1074 @defun log arg &optional base
1075 This function returns the logarithm of @var{arg}, with base @var{base}.
1076 If you don't specify @var{base}, the base
1077 @tex
1078 @math{e}
1079 @end tex
1080 @ifnottex
1081 @i{e}
1082 @end ifnottex
1083 is used.  If @var{arg}
1084 is negative, the result is a NaN.
1085 @end defun
1087 @ignore
1088 @defun expm1 arg
1089 This function returns @code{(1- (exp @var{arg}))}, but it is more
1090 accurate than that when @var{arg} is negative and @code{(exp @var{arg})}
1091 is close to 1.
1092 @end defun
1094 @defun log1p arg
1095 This function returns @code{(log (1+ @var{arg}))}, but it is more
1096 accurate than that when @var{arg} is so small that adding 1 to it would
1097 lose accuracy.
1098 @end defun
1099 @end ignore
1101 @defun log10 arg
1102 This function returns the logarithm of @var{arg}, with base 10.  If
1103 @var{arg} is negative, the result is a NaN.  @code{(log10 @var{x})}
1104 @equiv{} @code{(log @var{x} 10)}, at least approximately.
1105 @end defun
1107 @defun expt x y
1108 This function returns @var{x} raised to power @var{y}.  If both
1109 arguments are integers and @var{y} is positive, the result is an
1110 integer; in this case, it is truncated to fit the range of possible
1111 integer values.
1112 @end defun
1114 @defun sqrt arg
1115 This returns the square root of @var{arg}.  If @var{arg} is negative,
1116 the value is a NaN.
1117 @end defun
1119 @node Random Numbers
1120 @section Random Numbers
1121 @cindex random numbers
1123 A deterministic computer program cannot generate true random numbers.
1124 For most purposes, @dfn{pseudo-random numbers} suffice.  A series of
1125 pseudo-random numbers is generated in a deterministic fashion.  The
1126 numbers are not truly random, but they have certain properties that
1127 mimic a random series.  For example, all possible values occur equally
1128 often in a pseudo-random series.
1130 In Emacs, pseudo-random numbers are generated from a ``seed'' number.
1131 Starting from any given seed, the @code{random} function always
1132 generates the same sequence of numbers.  Emacs always starts with the
1133 same seed value, so the sequence of values of @code{random} is actually
1134 the same in each Emacs run!  For example, in one operating system, the
1135 first call to @code{(random)} after you start Emacs always returns
1136 -1457731, and the second one always returns -7692030.  This
1137 repeatability is helpful for debugging.
1139 If you want random numbers that don't always come out the same, execute
1140 @code{(random t)}.  This chooses a new seed based on the current time of
1141 day and on Emacs's process @sc{id} number.
1143 @defun random &optional limit
1144 This function returns a pseudo-random integer.  Repeated calls return a
1145 series of pseudo-random integers.
1147 If @var{limit} is a positive integer, the value is chosen to be
1148 nonnegative and less than @var{limit}.
1150 If @var{limit} is @code{t}, it means to choose a new seed based on the
1151 current time of day and on Emacs's process @sc{id} number.
1152 @c "Emacs'" is incorrect usage!
1154 On some machines, any integer representable in Lisp may be the result
1155 of @code{random}.  On other machines, the result can never be larger
1156 than a certain maximum or less than a certain (negative) minimum.
1157 @end defun