(save-match-data): Use save-match-data-internal
[emacs.git] / lispref / eval.texi
blob494a8145bafc00332c87aaf238156a9f4cdd4455
1 @c -*-texinfo-*-
2 @c This is part of the GNU Emacs Lisp Reference Manual.
3 @c Copyright (C) 1990, 1991, 1992, 1993, 1994 Free Software Foundation, Inc. 
4 @c See the file elisp.texi for copying conditions.
5 @setfilename ../info/eval
6 @node Evaluation, Control Structures, Symbols, Top
7 @chapter Evaluation
8 @cindex evaluation
9 @cindex  interpreter
10 @cindex interpreter
11 @cindex value of expression
13   The @dfn{evaluation} of expressions in Emacs Lisp is performed by the
14 @dfn{Lisp interpreter}---a program that receives a Lisp object as input
15 and computes its @dfn{value as an expression}.  How it does this depends
16 on the data type of the object, according to rules described in this
17 chapter.  The interpreter runs automatically to evaluate portions of
18 your program, but can also be called explicitly via the Lisp primitive
19 function @code{eval}.
21 @ifinfo
22 @menu
23 * Intro Eval::  Evaluation in the scheme of things.
24 * Eval::        How to invoke the Lisp interpreter explicitly.
25 * Forms::       How various sorts of objects are evaluated.
26 * Quoting::     Avoiding evaluation (to put constants in the program).
27 @end menu
29 @node Intro Eval
30 @section Introduction to Evaluation
32   The Lisp interpreter, or evaluator, is the program that computes
33 the value of an expression that is given to it.  When a function 
34 written in Lisp is called, the evaluator computes the value of the
35 function by evaluating the expressions in the function body.  Thus,
36 running any Lisp program really means running the Lisp interpreter.
38   How the evaluator handles an object depends primarily on the data
39 type of the object.
40 @end ifinfo
42 @cindex forms
43 @cindex expression
44   A Lisp object that is intended for evaluation is called an
45 @dfn{expression} or a @dfn{form}.  The fact that expressions are data
46 objects and not merely text is one of the fundamental differences
47 between Lisp-like languages and typical programming languages.  Any
48 object can be evaluated, but in practice only numbers, symbols, lists
49 and strings are evaluated very often.
51   It is very common to read a Lisp expression and then evaluate the
52 expression, but reading and evaluation are separate activities, and
53 either can be performed alone.  Reading per se does not evaluate
54 anything; it converts the printed representation of a Lisp object to the
55 object itself.  It is up to the caller of @code{read} whether this
56 object is a form to be evaluated, or serves some entirely different
57 purpose.  @xref{Input Functions}.
59   Do not confuse evaluation with command key interpretation.  The
60 editor command loop translates keyboard input into a command (an
61 interactively callable function) using the active keymaps, and then
62 uses @code{call-interactively} to invoke the command.  The execution of
63 the command itself involves evaluation if the command is written in
64 Lisp, but that is not a part of command key interpretation itself.
65 @xref{Command Loop}.
67 @cindex recursive evaluation
68   Evaluation is a recursive process.  That is, evaluation of a form may
69 call @code{eval} to evaluate parts of the form.  For example, evaluation
70 of a function call first evaluates each argument of the function call,
71 and then evaluates each form in the function body.  Consider evaluation
72 of the form @code{(car x)}: the subform @code{x} must first be evaluated
73 recursively, so that its value can be passed as an argument to the
74 function @code{car}.
76   Evaluation of a function call ultimately calls the function specified
77 in it.  @xref{Functions}.  The execution of the function may itself work
78 by evaluating the function definition; or the function may be a Lisp
79 primitive implemented in C, or it may be a byte-compiled function
80 (@pxref{Byte Compilation}).
82 @cindex environment
83   The evaluation of forms takes place in a context called the
84 @dfn{environment}, which consists of the current values and bindings of
85 all Lisp variables.@footnote{This definition of ``environment'' is
86 specifically not intended to include all the data that can affect the
87 result of a program.}  Whenever the form refers to a variable without
88 creating a new binding for it, the value of the binding in the current
89 environment is used.  @xref{Variables}.
91 @cindex side effect
92   Evaluation of a form may create new environments for recursive
93 evaluation by binding variables (@pxref{Local Variables}).  These
94 environments are temporary and vanish by the time evaluation of the form
95 is complete.  The form may also make changes that persist; these changes
96 are called @dfn{side effects}.  An example of a form that produces side
97 effects is @code{(setq foo 1)}.
99   The details of what evaluation means for each kind of form are
100 described below (@pxref{Forms}).
102 @node Eval
103 @section Eval
104 @c ??? Perhaps this should be the last section in the chapter.
106   Most often, forms are evaluated automatically, by virtue of their
107 occurrence in a program being run.  On rare occasions, you may need to
108 write code that evaluates a form that is computed at run time, such as
109 after reading a form from text being edited or getting one from a
110 property list.  On these occasions, use the @code{eval} function.
112   @strong{Note:} it is generally cleaner and more flexible to call
113 functions that are stored in data structures, rather than to evaluate
114 expressions stored in data structures.  Using functions provides the
115 ability to pass information to them as arguments.
117   The functions and variables described in this section evaluate forms,
118 specify limits to the evaluation process, or record recently returned
119 values.  Loading a file also does evaluation (@pxref{Loading}).
121 @defun eval form
122 This is the basic function for performing evaluation.  It evaluates
123 @var{form} in the current environment and returns the result.  How the
124 evaluation proceeds depends on the type of the object (@pxref{Forms}).
126 Since @code{eval} is a function, the argument expression that appears
127 in a call to @code{eval} is evaluated twice: once as preparation before
128 @code{eval} is called, and again by the @code{eval} function itself.
129 Here is an example:
131 @example
132 @group
133 (setq foo 'bar)
134      @result{} bar
135 @end group
136 @group
137 (setq bar 'baz)
138      @result{} baz
139 ;; @r{@code{eval} receives argument @code{bar}, which is the value of @code{foo}}
140 (eval foo)
141      @result{} baz
142 (eval 'foo)
143      @result{} bar
144 @end group
145 @end example
147 The number of currently active calls to @code{eval} is limited to
148 @code{max-lisp-eval-depth} (see below).
149 @end defun
151 @deffn Command eval-region start end &optional stream
152 This function evaluates the forms in the current buffer in the region
153 defined by the positions @var{start} and @var{end}.  It reads forms from
154 the region and calls @code{eval} on them until the end of the region is
155 reached, or until an error is signaled and not handled.
157 If @var{stream} is supplied, @code{standard-output} is bound to it
158 during the evaluation.
160 You can use the variable @code{load-read-function} to specify a function
161 for @code{eval-region} to use instead of @code{read} for reading
162 expressions.  @xref{How Programs Do Loading}.
164 @code{eval-region} always returns @code{nil}.
165 @end deffn
167 @cindex evaluation of buffer contents
168 @deffn Command eval-current-buffer &optional stream
169 This is like @code{eval-region} except that it operates on the whole
170 buffer.
171 @end deffn
173 @defvar max-lisp-eval-depth
174 This variable defines the maximum depth allowed in calls to @code{eval},
175 @code{apply}, and @code{funcall} before an error is signaled (with error
176 message @code{"Lisp nesting exceeds max-lisp-eval-depth"}).  This counts
177 internal uses of those functions, such as for calling the functions
178 mentioned in Lisp expressions, and recursive evaluation of function call
179 arguments and function body forms.
181 This limit, with the associated error when it is exceeded, is one way
182 that Lisp avoids infinite recursion on an ill-defined function.
183 @cindex Lisp nesting error
185 The default value of this variable is 200.  If you set it to a value
186 less than 100, Lisp will reset it to 100 if the given value is reached.
188 @code{max-specpdl-size} provides another limit on nesting.
189 @xref{Local Variables}.
190 @end defvar
192 @defvar values
193 The value of this variable is a list of the values returned by all the
194 expressions that were read from buffers (including the minibuffer),
195 evaluated, and printed.  The elements are ordered most recent first.
197 @example
198 @group
199 (setq x 1)
200      @result{} 1
201 @end group
202 @group
203 (list 'A (1+ 2) auto-save-default)
204      @result{} (A 3 t)
205 @end group
206 @group
207 values
208      @result{} ((A 3 t) 1 @dots{})
209 @end group
210 @end example
212 This variable is useful for referring back to values of forms recently
213 evaluated.  It is generally a bad idea to print the value of
214 @code{values} itself, since this may be very long.  Instead, examine
215 particular elements, like this:
217 @example
218 @group
219 ;; @r{Refer to the most recent evaluation result.}
220 (nth 0 values)
221      @result{} (A 3 t)
222 @end group
223 @group
224 ;; @r{That put a new element on,}
225 ;;   @r{so all elements move back one.}
226 (nth 1 values)
227      @result{} (A 3 t)
228 @end group
229 @group
230 ;; @r{This gets the element that was next-to-most-recent}
231 ;;   @r{before this example.}
232 (nth 3 values)
233      @result{} 1
234 @end group
235 @end example
236 @end defvar
238 @node Forms
239 @section Kinds of Forms
241   A Lisp object that is intended to be evaluated is called a @dfn{form}.
242 How Emacs evaluates a form depends on its data type.  Emacs has three
243 different kinds of form that are evaluated differently: symbols, lists,
244 and ``all other types''.  This section describes all three kinds,
245 starting with ``all other types'' which are self-evaluating forms.
247 @menu
248 * Self-Evaluating Forms::   Forms that evaluate to themselves.
249 * Symbol Forms::            Symbols evaluate as variables.
250 * Classifying Lists::       How to distinguish various sorts of list forms.
251 * Function Indirection::    When a symbol appears as the car of a list,
252                               we find the real function via the symbol.
253 * Function Forms::          Forms that call functions.
254 * Macro Forms::             Forms that call macros.
255 * Special Forms::           ``Special forms'' are idiosyncratic primitives,
256                               most of them extremely important.
257 * Autoloading::             Functions set up to load files
258                               containing their real definitions.
259 @end menu
261 @node Self-Evaluating Forms
262 @subsection Self-Evaluating Forms
263 @cindex vector evaluation
264 @cindex literal evaluation
265 @cindex self-evaluating form
267   A @dfn{self-evaluating form} is any form that is not a list or symbol.
268 Self-evaluating forms evaluate to themselves: the result of evaluation
269 is the same object that was evaluated.  Thus, the number 25 evaluates to
270 25, and the string @code{"foo"} evaluates to the string @code{"foo"}.
271 Likewise, evaluation of a vector does not cause evaluation of the
272 elements of the vector---it returns the same vector with its contents
273 unchanged.
275 @example
276 @group
277 '123               ; @r{An object, shown without evaluation.}
278      @result{} 123
279 @end group
280 @group
281 123                ; @r{Evaluated as usual---result is the same.}
282      @result{} 123
283 @end group
284 @group
285 (eval '123)        ; @r{Evaluated ``by hand''---result is the same.}
286      @result{} 123
287 @end group
288 @group
289 (eval (eval '123)) ; @r{Evaluating twice changes nothing.}
290      @result{} 123
291 @end group
292 @end example
294   It is common to write numbers, characters, strings, and even vectors
295 in Lisp code, taking advantage of the fact that they self-evaluate.
296 However, it is quite unusual to do this for types that lack a read
297 syntax, because there's no way to write them textually.  It is possible
298 to construct Lisp expressions containing these types by means of a Lisp
299 program.  Here is an example:
301 @example
302 @group
303 ;; @r{Build an expression containing a buffer object.}
304 (setq buffer (list 'print (current-buffer)))
305      @result{} (print #<buffer eval.texi>)
306 @end group
307 @group
308 ;; @r{Evaluate it.}
309 (eval buffer)
310      @print{} #<buffer eval.texi>
311      @result{} #<buffer eval.texi>
312 @end group
313 @end example
315 @node Symbol Forms
316 @subsection Symbol Forms
317 @cindex symbol evaluation
319   When a symbol is evaluated, it is treated as a variable.  The result
320 is the variable's value, if it has one.  If it has none (if its value
321 cell is void), an error is signaled.  For more information on the use of
322 variables, see @ref{Variables}.
324   In the following example, we set the value of a symbol with
325 @code{setq}.  Then we evaluate the symbol, and get back the value that
326 @code{setq} stored.
328 @example
329 @group
330 (setq a 123)
331      @result{} 123
332 @end group
333 @group
334 (eval 'a)
335      @result{} 123
336 @end group
337 @group
339      @result{} 123
340 @end group
341 @end example
343   The symbols @code{nil} and @code{t} are treated specially, so that the
344 value of @code{nil} is always @code{nil}, and the value of @code{t} is
345 always @code{t}; you cannot set or bind them to any other values.  Thus,
346 these two symbols act like self-evaluating forms, even though
347 @code{eval} treats them like any other symbol.
349 @node Classifying Lists
350 @subsection Classification of List Forms
351 @cindex list form evaluation
353   A form that is a nonempty list is either a function call, a macro
354 call, or a special form, according to its first element.  These three
355 kinds of forms are evaluated in different ways, described below.  The
356 remaining list elements constitute the @dfn{arguments} for the function,
357 macro, or special form.
359   The first step in evaluating a nonempty list is to examine its first
360 element.  This element alone determines what kind of form the list is
361 and how the rest of the list is to be processed.  The first element is
362 @emph{not} evaluated, as it would be in some Lisp dialects such as
363 Scheme.
365 @node Function Indirection
366 @subsection Symbol Function Indirection
367 @cindex symbol function indirection
368 @cindex indirection
369 @cindex void function
371   If the first element of the list is a symbol then evaluation examines
372 the symbol's function cell, and uses its contents instead of the
373 original symbol.  If the contents are another symbol, this process,
374 called @dfn{symbol function indirection}, is repeated until it obtains a
375 non-symbol.  @xref{Function Names}, for more information about using a
376 symbol as a name for a function stored in the function cell of the
377 symbol.
379   One possible consequence of this process is an infinite loop, in the
380 event that a symbol's function cell refers to the same symbol.  Or a
381 symbol may have a void function cell, in which case the subroutine
382 @code{symbol-function} signals a @code{void-function} error.  But if
383 neither of these things happens, we eventually obtain a non-symbol,
384 which ought to be a function or other suitable object.
386 @kindex invalid-function
387 @cindex invalid function
388   More precisely, we should now have a Lisp function (a lambda
389 expression), a byte-code function, a primitive function, a Lisp macro, a
390 special form, or an autoload object.  Each of these types is a case
391 described in one of the following sections.  If the object is not one of
392 these types, the error @code{invalid-function} is signaled.
394   The following example illustrates the symbol indirection process.  We
395 use @code{fset} to set the function cell of a symbol and
396 @code{symbol-function} to get the function cell contents
397 (@pxref{Function Cells}).  Specifically, we store the symbol @code{car}
398 into the function cell of @code{first}, and the symbol @code{first} into
399 the function cell of @code{erste}.
401 @smallexample
402 @group
403 ;; @r{Build this function cell linkage:}
404 ;;   -------------       -----        -------        -------
405 ;;  | #<subr car> | <-- | car |  <-- | first |  <-- | erste |
406 ;;   -------------       -----        -------        -------
407 @end group
408 @end smallexample
410 @smallexample
411 @group
412 (symbol-function 'car)
413      @result{} #<subr car>
414 @end group
415 @group
416 (fset 'first 'car)
417      @result{} car
418 @end group
419 @group
420 (fset 'erste 'first)
421      @result{} first
422 @end group
423 @group
424 (erste '(1 2 3))   ; @r{Call the function referenced by @code{erste}.}
425      @result{} 1
426 @end group
427 @end smallexample
429   By contrast, the following example calls a function without any symbol
430 function indirection, because the first element is an anonymous Lisp
431 function, not a symbol.
433 @smallexample
434 @group
435 ((lambda (arg) (erste arg))
436  '(1 2 3)) 
437      @result{} 1
438 @end group
439 @end smallexample
441 @noindent
442 Executing the function itself evaluates its body; this does involve
443 symbol function indirection when calling @code{erste}.
445   The built-in function @code{indirect-function} provides an easy way to
446 perform symbol function indirection explicitly.
448 @c Emacs 19 feature
449 @defun indirect-function function
450 This function returns the meaning of @var{function} as a function.  If
451 @var{function} is a symbol, then it finds @var{function}'s function
452 definition and starts over with that value.  If @var{function} is not a
453 symbol, then it returns @var{function} itself.
455 Here is how you could define @code{indirect-function} in Lisp:
457 @smallexample
458 (defun indirect-function (function)
459   (if (symbolp function)
460       (indirect-function (symbol-function function))
461     function))
462 @end smallexample
463 @end defun
465 @node Function Forms
466 @subsection Evaluation of Function Forms
467 @cindex function form evaluation
468 @cindex function call
470   If the first element of a list being evaluated is a Lisp function
471 object, byte-code object or primitive function object, then that list is
472 a @dfn{function call}.  For example, here is a call to the function
473 @code{+}:
475 @example
476 (+ 1 x)
477 @end example
479   The first step in evaluating a function call is to evaluate the
480 remaining elements of the list from left to right.  The results are the
481 actual argument values, one value for each list element.  The next step
482 is to call the function with this list of arguments, effectively using
483 the function @code{apply} (@pxref{Calling Functions}).  If the function
484 is written in Lisp, the arguments are used to bind the argument
485 variables of the function (@pxref{Lambda Expressions}); then the forms
486 in the function body are evaluated in order, and the value of the last
487 body form becomes the value of the function call.
489 @node Macro Forms
490 @subsection Lisp Macro Evaluation
491 @cindex macro call evaluation
493   If the first element of a list being evaluated is a macro object, then
494 the list is a @dfn{macro call}.  When a macro call is evaluated, the
495 elements of the rest of the list are @emph{not} initially evaluated.
496 Instead, these elements themselves are used as the arguments of the
497 macro.  The macro definition computes a replacement form, called the
498 @dfn{expansion} of the macro, to be evaluated in place of the original
499 form.  The expansion may be any sort of form: a self-evaluating
500 constant, a symbol, or a list.  If the expansion is itself a macro call,
501 this process of expansion repeats until some other sort of form results.
503   Ordinary evaluation of a macro call finishes by evaluating the
504 expansion.  However, the macro expansion is not necessarily evaluated
505 right away, or at all, because other programs also expand macro calls,
506 and they may or may not evaluate the expansions.
508   Normally, the argument expressions are not evaluated as part of
509 computing the macro expansion, but instead appear as part of the
510 expansion, so they are computed when the expansion is computed.
512   For example, given a macro defined as follows:
514 @example
515 @group
516 (defmacro cadr (x)
517   (list 'car (list 'cdr x)))
518 @end group
519 @end example
521 @noindent
522 an expression such as @code{(cadr (assq 'handler list))} is a macro
523 call, and its expansion is:
525 @example
526 (car (cdr (assq 'handler list)))
527 @end example
529 @noindent
530 Note that the argument @code{(assq 'handler list)} appears in the
531 expansion.
533 @xref{Macros}, for a complete description of Emacs Lisp macros.
535 @node Special Forms
536 @subsection Special Forms
537 @cindex special form evaluation
539   A @dfn{special form} is a primitive function specially marked so that
540 its arguments are not all evaluated.  Most special forms define control
541 structures or perform variable bindings---things which functions cannot
544   Each special form has its own rules for which arguments are evaluated
545 and which are used without evaluation.  Whether a particular argument is
546 evaluated may depend on the results of evaluating other arguments.
548   Here is a list, in alphabetical order, of all of the special forms in
549 Emacs Lisp with a reference to where each is described.
551 @table @code
552 @item and
553 @pxref{Combining Conditions}
555 @item catch
556 @pxref{Catch and Throw}
558 @item cond
559 @pxref{Conditionals}
561 @item condition-case
562 @pxref{Handling Errors}
564 @item defconst
565 @pxref{Defining Variables}
567 @item defmacro
568 @pxref{Defining Macros}
570 @item defun
571 @pxref{Defining Functions}
573 @item defvar
574 @pxref{Defining Variables}
576 @item function
577 @pxref{Anonymous Functions}
579 @item if
580 @pxref{Conditionals}
582 @item interactive
583 @pxref{Interactive Call}
585 @item let
586 @itemx let*
587 @pxref{Local Variables}
589 @item or
590 @pxref{Combining Conditions}
592 @item prog1
593 @itemx prog2
594 @itemx progn
595 @pxref{Sequencing}
597 @item quote
598 @pxref{Quoting}
600 @item save-excursion
601 @pxref{Excursions}
603 @item save-restriction
604 @pxref{Narrowing}
606 @item save-window-excursion
607 @pxref{Window Configurations}
609 @item setq
610 @pxref{Setting Variables}
612 @item setq-default
613 @pxref{Creating Buffer-Local}
615 @item track-mouse
616 @pxref{Mouse Tracking}
618 @item unwind-protect
619 @pxref{Nonlocal Exits}
621 @item while
622 @pxref{Iteration}
624 @item with-output-to-temp-buffer
625 @pxref{Temporary Displays}
626 @end table
628 @cindex CL note---special forms compared
629 @quotation
630 @b{Common Lisp note:} Here are some comparisons of special forms in
631 GNU Emacs Lisp and Common Lisp.  @code{setq}, @code{if}, and
632 @code{catch} are special forms in both Emacs Lisp and Common Lisp.
633 @code{defun} is a special form in Emacs Lisp, but a macro in Common
634 Lisp.  @code{save-excursion} is a special form in Emacs Lisp, but
635 doesn't exist in Common Lisp.  @code{throw} is a special form in
636 Common Lisp (because it must be able to throw multiple values), but it
637 is a function in Emacs Lisp (which doesn't have multiple
638 values).@refill
639 @end quotation
641 @node Autoloading
642 @subsection Autoloading
644   The @dfn{autoload} feature allows you to call a function or macro
645 whose function definition has not yet been loaded into Emacs.  It
646 specifies which file contains the definition.  When an autoload object
647 appears as a symbol's function definition, calling that symbol as a
648 function automatically loads the specified file; then it calls the real
649 definition loaded from that file.  @xref{Autoload}.
651 @node Quoting
652 @section Quoting
653 @cindex quoting
655   The special form @code{quote} returns its single argument, as written,
656 without evaluating it.  This provides a way to include constant symbols
657 and lists, which are not self-evaluating objects, in a program.  (It is
658 not necessary to quote self-evaluating objects such as numbers, strings,
659 and vectors.)
661 @defspec quote object
662 This special form returns @var{object}, without evaluating it.
663 @end defspec
665 @cindex @samp{'} for quoting
666 @cindex quoting using apostrophe
667 @cindex apostrophe for quoting
668 Because @code{quote} is used so often in programs, Lisp provides a
669 convenient read syntax for it.  An apostrophe character (@samp{'})
670 followed by a Lisp object (in read syntax) expands to a list whose first
671 element is @code{quote}, and whose second element is the object.  Thus,
672 the read syntax @code{'x} is an abbreviation for @code{(quote x)}.
674 Here are some examples of expressions that use @code{quote}:
676 @example
677 @group
678 (quote (+ 1 2))
679      @result{} (+ 1 2)
680 @end group
681 @group
682 (quote foo)
683      @result{} foo
684 @end group
685 @group
686 'foo
687      @result{} foo
688 @end group
689 @group
690 ''foo
691      @result{} (quote foo)
692 @end group
693 @group
694 '(quote foo)
695      @result{} (quote foo)
696 @end group
697 @group
698 ['foo]
699      @result{} [(quote foo)]
700 @end group
701 @end example
703   Other quoting constructs include @code{function} (@pxref{Anonymous
704 Functions}), which causes an anonymous lambda expression written in Lisp
705 to be compiled, and @samp{`} (@pxref{Backquote}), which is used to quote
706 only part of a list, while computing and substituting other parts.