Fix last ChangeLog entry.
[emacs.git] / doc / lispref / numbers.texi
blob5da950e16013de533abc2baeabe0c75aafd2df08
1 @c -*-texinfo-*-
2 @c This is part of the GNU Emacs Lisp Reference Manual.
3 @c Copyright (C) 1990-1995, 1998-1999, 2001-2014 Free Software
4 @c Foundation, Inc.
5 @c See the file elisp.texi for copying conditions.
6 @node Numbers
7 @chapter Numbers
8 @cindex integers
9 @cindex numbers
11   GNU Emacs supports two numeric data types: @dfn{integers} and
12 @dfn{floating-point numbers}.  Integers are whole numbers such as
13 @minus{}3, 0, 7, 13, and 511.  Floating-point numbers are numbers with
14 fractional parts, such as @minus{}4.5, 0.0, and 2.71828.  They can
15 also be expressed in exponential notation: @samp{1.5e2} is the same as
16 @samp{150.0}; here, @samp{e2} stands for ten to the second power, and
17 that is multiplied by 1.5.  Integer computations are exact, though
18 they may overflow.  Floating-point computations often involve rounding
19 errors, as the numbers have a fixed 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 @section Integer Basics
37   The range of values for an integer depends on the machine.  The
38 minimum range is @minus{}536,870,912 to 536,870,911 (30 bits; i.e.,
39 @ifnottex
40 @minus{}2**29
41 @end ifnottex
42 @tex
43 @math{-2^{29}}
44 @end tex
46 @ifnottex
47 2**29 @minus{} 1),
48 @end ifnottex
49 @tex
50 @math{2^{29}-1}),
51 @end tex
52 but many machines provide a wider range.  Many examples in this
53 chapter assume the minimum integer width of 30 bits.
54 @cindex overflow
56   The Lisp reader reads an integer as a sequence of digits with optional
57 initial sign and optional final period.  An integer that is out of the
58 Emacs range is treated as a floating-point number.
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  9000000000000000000
66                  ; @r{The floating-point number 9e18.}
67  0               ; @r{The integer 0.}
68 -0               ; @r{The integer 0.}
69 @end example
71 @cindex integers in specific radix
72 @cindex radix for reading an integer
73 @cindex base for reading an integer
74 @cindex hex numbers
75 @cindex octal numbers
76 @cindex reading numbers in hex, octal, and binary
77   The syntax for integers in bases other than 10 uses @samp{#}
78 followed by a letter that specifies the radix: @samp{b} for binary,
79 @samp{o} for octal, @samp{x} for hex, or @samp{@var{radix}r} to
80 specify radix @var{radix}.  Case is not significant for the letter
81 that specifies the radix.  Thus, @samp{#b@var{integer}} reads
82 @var{integer} in binary, and @samp{#@var{radix}r@var{integer}} reads
83 @var{integer} in radix @var{radix}.  Allowed values of @var{radix} run
84 from 2 to 36.  For example:
86 @example
87 #b101100 @result{} 44
88 #o54 @result{} 44
89 #x2c @result{} 44
90 #24r1k @result{} 44
91 @end example
93   To understand how various functions work on integers, especially the
94 bitwise operators (@pxref{Bitwise Operations}), it is often helpful to
95 view the numbers in their binary form.
97   In 30-bit binary, the decimal integer 5 looks like this:
99 @example
100 0000...000101 (30 bits total)
101 @end example
103 @noindent
104 (The @samp{...} stands for enough bits to fill out a 30-bit word; in
105 this case, @samp{...} stands for twenty 0 bits.  Later examples also
106 use the @samp{...} notation to make binary integers easier to read.)
108   The integer @minus{}1 looks like this:
110 @example
111 1111...111111 (30 bits total)
112 @end example
114 @noindent
115 @cindex two's complement
116 @minus{}1 is represented as 30 ones.  (This is called @dfn{two's
117 complement} notation.)
119   Subtracting 4 from @minus{}1 returns the negative integer @minus{}5.
120 In binary, the decimal integer 4 is 100.  Consequently,
121 @minus{}5 looks like this:
123 @example
124 1111...111011 (30 bits total)
125 @end example
127   In this implementation, the largest 30-bit binary integer is
128 536,870,911 in decimal.  In binary, it looks like this:
130 @example
131 0111...111111 (30 bits total)
132 @end example
134   Since the arithmetic functions do not check whether integers go
135 outside their range, when you add 1 to 536,870,911, the value is the
136 negative integer @minus{}536,870,912:
138 @example
139 (+ 1 536870911)
140      @result{} -536870912
141      @result{} 1000...000000 (30 bits total)
142 @end example
144   Many of the functions described in this chapter accept markers for
145 arguments in place of numbers.  (@xref{Markers}.)  Since the actual
146 arguments to such functions may be either numbers or markers, we often
147 give these arguments the name @var{number-or-marker}.  When the argument
148 value is a marker, its position value is used and its buffer is ignored.
150 @cindex largest Lisp integer
151 @cindex maximum Lisp integer
152 @defvar most-positive-fixnum
153 The value of this variable is the largest integer that Emacs Lisp can
154 handle.  Typical values are
155 @ifnottex
156 2**29 @minus{} 1
157 @end ifnottex
158 @tex
159 @math{2^{29}-1}
160 @end tex
161 on 32-bit and
162 @ifnottex
163 2**61 @minus{} 1
164 @end ifnottex
165 @tex
166 @math{2^{61}-1}
167 @end tex
168 on 64-bit platforms.
169 @end defvar
171 @cindex smallest Lisp integer
172 @cindex minimum Lisp integer
173 @defvar most-negative-fixnum
174 The value of this variable is the smallest integer that Emacs Lisp can
175 handle.  It is negative.  Typical values are
176 @ifnottex
177 @minus{}2**29
178 @end ifnottex
179 @tex
180 @math{-2^{29}}
181 @end tex
182 on 32-bit and
183 @ifnottex
184 @minus{}2**61
185 @end ifnottex
186 @tex
187 @math{-2^{61}}
188 @end tex
189 on 64-bit platforms.
190 @end defvar
192   In Emacs Lisp, text characters are represented by integers.  Any
193 integer between zero and the value of @code{(max-char)}, inclusive, is
194 considered to be valid as a character.  @xref{Character Codes}.
196 @node Float Basics
197 @section Floating-Point Basics
199 @cindex @acronym{IEEE} floating point
200   Floating-point numbers are useful for representing numbers that are
201 not integral.  The range of floating-point numbers is
202 the same as the range of the C data type @code{double} on the machine
203 you are using.  On all computers currently supported by Emacs, this is
204 double-precision @acronym{IEEE} floating point.
206   The read syntax for floating-point numbers requires either a decimal
207 point, an exponent, or both.  Optional signs (@samp{+} or @samp{-})
208 precede the number and its exponent.  For example, @samp{1500.0},
209 @samp{+15e2}, @samp{15.0e+2}, @samp{+1500000e-3}, and @samp{.15e4} are
210 five ways of writing a floating-point number whose value is 1500.
211 They are all equivalent.  Like Common Lisp, Emacs Lisp requires at
212 least one digit after any decimal point in a floating-point number;
213 @samp{1500.} is an integer, not a floating-point number.
215   Emacs Lisp treats @code{-0.0} as numerically equal to ordinary zero
216 with respect to @code{equal} and @code{=}.  This follows the
217 @acronym{IEEE} floating-point standard, which says @code{-0.0} and
218 @code{0.0} are numerically equal even though other operations can
219 distinguish them.
221 @cindex positive infinity
222 @cindex negative infinity
223 @cindex infinity
224 @cindex NaN
225   The @acronym{IEEE} floating-point standard supports positive
226 infinity and negative infinity as floating-point values.  It also
227 provides for a class of values called NaN or ``not-a-number'';
228 numerical functions return such values in cases where there is no
229 correct answer.  For example, @code{(/ 0.0 0.0)} returns a NaN@.
230 Although NaN values carry a sign, for practical purposes there is no other
231 significant difference between different NaN values in Emacs Lisp.
233 Here are read syntaxes for these special floating-point values:
235 @table @asis
236 @item infinity
237 @samp{1.0e+INF} and @samp{-1.0e+INF}
238 @item not-a-number
239 @samp{0.0e+NaN} and @samp{-0.0e+NaN}
240 @end table
242   The following functions are specialized for handling floating-point
243 numbers:
245 @defun isnan x
246 This predicate returns @code{t} if its floating-point argument is a NaN,
247 @code{nil} otherwise.
248 @end defun
250 @defun frexp x
251 This function returns a cons cell @code{(@var{s} . @var{e})},
252 where @var{s} and @var{e} are respectively the significand and
253 exponent of the floating-point number @var{x}.
255 If @var{x} is finite, then @var{s} is a floating-point number between 0.5
256 (inclusive) and 1.0 (exclusive), @var{e} is an integer, and
257 @ifnottex
258 @var{x} = @var{s} * 2**@var{e}.
259 @end ifnottex
260 @tex
261 @math{x = s 2^e}.
262 @end tex
263 If @var{x} is zero or infinity, then @var{s} is the same as @var{x}.
264 If @var{x} is a NaN, then @var{s} is also a NaN.
265 If @var{x} is zero, then @var{e} is 0.
266 @end defun
268 @defun ldexp sig &optional exp
269 This function returns a floating-point number corresponding to the
270 significand @var{sig} and exponent @var{exp}.
271 @end defun
273 @defun copysign x1 x2
274 This function copies the sign of @var{x2} to the value of @var{x1},
275 and returns the result.  @var{x1} and @var{x2} must be floating point.
276 @end defun
278 @defun logb x
279 This function returns the binary exponent of @var{x}.  More
280 precisely, the value is the logarithm base 2 of @math{|x|}, rounded
281 down to an integer.
283 @example
284 (logb 10)
285      @result{} 3
286 (logb 10.0e20)
287      @result{} 69
288 @end example
289 @end defun
291 @node Predicates on Numbers
292 @section Type Predicates for Numbers
293 @cindex predicates for numbers
295   The functions in this section test for numbers, or for a specific
296 type of number.  The functions @code{integerp} and @code{floatp} can
297 take any type of Lisp object as argument (they would not be of much
298 use otherwise), but the @code{zerop} predicate requires a number as
299 its argument.  See also @code{integer-or-marker-p} and
300 @code{number-or-marker-p}, in @ref{Predicates on Markers}.
302 @defun floatp object
303 This predicate tests whether its argument is floating point
304 and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
305 @end defun
307 @defun integerp object
308 This predicate tests whether its argument is an integer, and returns
309 @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
310 @end defun
312 @defun numberp object
313 This predicate tests whether its argument is a number (either integer or
314 floating point), and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
315 @end defun
317 @defun natnump object
318 @cindex natural numbers
319 This predicate (whose name comes from the phrase ``natural number'')
320 tests to see whether its argument is a nonnegative integer, and
321 returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.  0 is considered
322 non-negative.
324 @findex wholenump
325 @code{wholenump} is a synonym for @code{natnump}.
326 @end defun
328 @defun zerop number
329 This predicate tests whether its argument is zero, and returns @code{t}
330 if so, @code{nil} otherwise.  The argument must be a number.
332 @code{(zerop x)} is equivalent to @code{(= x 0)}.
333 @end defun
335 @node Comparison of Numbers
336 @section Comparison of Numbers
337 @cindex number comparison
338 @cindex comparing numbers
340   To test numbers for numerical equality, you should normally use
341 @code{=}, not @code{eq}.  There can be many distinct floating-point
342 objects with the same numeric value.  If you use @code{eq} to
343 compare them, then you test whether two values are the same
344 @emph{object}.  By contrast, @code{=} compares only the numeric values
345 of the objects.
347   In Emacs Lisp, each integer is a unique Lisp object.
348 Therefore, @code{eq} is equivalent to @code{=} where integers are
349 concerned.  It is sometimes convenient to use @code{eq} for comparing
350 an unknown value with an integer, because @code{eq} does not report an
351 error if the unknown value is not a number---it accepts arguments of
352 any type.  By contrast, @code{=} signals an error if the arguments are
353 not numbers or markers.  However, it is better programming practice to
354 use @code{=} if you can, even for comparing integers.
356   Sometimes it is useful to compare numbers with @code{equal}, which
357 treats two numbers as equal if they have the same data type (both
358 integers, or both floating point) and the same value.  By contrast,
359 @code{=} can treat an integer and a floating-point number as equal.
360 @xref{Equality Predicates}.
362   There is another wrinkle: because floating-point arithmetic is not
363 exact, it is often a bad idea to check for equality of floating-point
364 values.  Usually it is better to test for approximate equality.
365 Here's a function to do this:
367 @example
368 (defvar fuzz-factor 1.0e-6)
369 (defun approx-equal (x y)
370   (or (= x y)
371       (< (/ (abs (- x y))
372             (max (abs x) (abs y)))
373          fuzz-factor)))
374 @end example
376 @cindex CL note---integers vrs @code{eq}
377 @quotation
378 @b{Common Lisp note:} Comparing numbers in Common Lisp always requires
379 @code{=} because Common Lisp implements multi-word integers, and two
380 distinct integer objects can have the same numeric value.  Emacs Lisp
381 can have just one integer object for any given value because it has a
382 limited range of integers.
383 @end quotation
385 @defun = number-or-marker &rest number-or-markers
386 This function tests whether all its arguments are numerically equal,
387 and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
388 @end defun
390 @defun eql value1 value2
391 This function acts like @code{eq} except when both arguments are
392 numbers.  It compares numbers by type and numeric value, so that
393 @code{(eql 1.0 1)} returns @code{nil}, but @code{(eql 1.0 1.0)} and
394 @code{(eql 1 1)} both return @code{t}.
395 @end defun
397 @defun /= number-or-marker1 number-or-marker2
398 This function tests whether its arguments are numerically equal, and
399 returns @code{t} if they are not, and @code{nil} if they are.
400 @end defun
402 @defun <  number-or-marker &rest number-or-markers
403 This function tests whether every argument is strictly less than the
404 respective next argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
405 otherwise.
406 @end defun
408 @defun <= number-or-marker &rest number-or-markers
409 This function tests whether every argument is less than or equal to
410 the respective next argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
411 otherwise.
412 @end defun
414 @defun > number-or-marker &rest number-or-markers
415 This function tests whether every argument is strictly greater than
416 the respective next argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
417 otherwise.
418 @end defun
420 @defun >= number-or-marker &rest number-or-markers
421 This function tests whether every argument is greater than or equal to
422 the respective next argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
423 otherwise.
424 @end defun
426 @defun max number-or-marker &rest numbers-or-markers
427 This function returns the largest of its arguments.
428 If any of the arguments is floating point, the value is returned
429 as floating point, even if it was given as an integer.
431 @example
432 (max 20)
433      @result{} 20
434 (max 1 2.5)
435      @result{} 2.5
436 (max 1 3 2.5)
437      @result{} 3.0
438 @end example
439 @end defun
441 @defun min number-or-marker &rest numbers-or-markers
442 This function returns the smallest of its arguments.
443 If any of the arguments is floating point, the value is returned
444 as floating point, even if it was given as an integer.
446 @example
447 (min -4 1)
448      @result{} -4
449 @end example
450 @end defun
452 @defun abs number
453 This function returns the absolute value of @var{number}.
454 @end defun
456 @node Numeric Conversions
457 @section Numeric Conversions
458 @cindex rounding in conversions
459 @cindex number conversions
460 @cindex converting numbers
462 To convert an integer to floating point, use the function @code{float}.
464 @defun float number
465 This returns @var{number} converted to floating point.
466 If @var{number} is already floating point, @code{float} returns
467 it unchanged.
468 @end defun
470   There are four functions to convert floating-point numbers to
471 integers; they differ in how they round.  All accept an argument
472 @var{number} and an optional argument @var{divisor}.  Both arguments
473 may be integers or floating-point numbers.  @var{divisor} may also be
474 @code{nil}.  If @var{divisor} is @code{nil} or omitted, these
475 functions convert @var{number} to an integer, or return it unchanged
476 if it already is an integer.  If @var{divisor} is non-@code{nil}, they
477 divide @var{number} by @var{divisor} and convert the result to an
478 integer.  If @var{divisor} is zero (whether integer or
479 floating point), Emacs signals an @code{arith-error} error.
481 @defun truncate number &optional divisor
482 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards
483 zero.
485 @example
486 (truncate 1.2)
487      @result{} 1
488 (truncate 1.7)
489      @result{} 1
490 (truncate -1.2)
491      @result{} -1
492 (truncate -1.7)
493      @result{} -1
494 @end example
495 @end defun
497 @defun floor number &optional divisor
498 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding downward
499 (towards negative infinity).
501 If @var{divisor} is specified, this uses the kind of division
502 operation that corresponds to @code{mod}, rounding downward.
504 @example
505 (floor 1.2)
506      @result{} 1
507 (floor 1.7)
508      @result{} 1
509 (floor -1.2)
510      @result{} -2
511 (floor -1.7)
512      @result{} -2
513 (floor 5.99 3)
514      @result{} 1
515 @end example
516 @end defun
518 @defun ceiling number &optional divisor
519 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding upward
520 (towards positive infinity).
522 @example
523 (ceiling 1.2)
524      @result{} 2
525 (ceiling 1.7)
526      @result{} 2
527 (ceiling -1.2)
528      @result{} -1
529 (ceiling -1.7)
530      @result{} -1
531 @end example
532 @end defun
534 @defun round number &optional divisor
535 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards the
536 nearest integer.  Rounding a value equidistant between two integers
537 returns the even integer.
539 @example
540 (round 1.2)
541      @result{} 1
542 (round 1.7)
543      @result{} 2
544 (round -1.2)
545      @result{} -1
546 (round -1.7)
547      @result{} -2
548 @end example
549 @end defun
551 @node Arithmetic Operations
552 @section Arithmetic Operations
553 @cindex arithmetic operations
555   Emacs Lisp provides the traditional four arithmetic operations
556 (addition, subtraction, multiplication, and division), as well as
557 remainder and modulus functions, and functions to add or subtract 1.
558 Except for @code{%}, each of these functions accepts both integer and
559 floating-point arguments, and returns a floating-point number if any
560 argument is floating point.
562   Emacs Lisp arithmetic functions do not check for integer overflow.
563 Thus @code{(1+ 536870911)} may evaluate to
564 @minus{}536870912, depending on your hardware.
566 @defun 1+ number-or-marker
567 This function returns @var{number-or-marker} plus 1.
568 For example,
570 @example
571 (setq foo 4)
572      @result{} 4
573 (1+ foo)
574      @result{} 5
575 @end example
577 This function is not analogous to the C operator @code{++}---it does not
578 increment a variable.  It just computes a sum.  Thus, if we continue,
580 @example
582      @result{} 4
583 @end example
585 If you want to increment the variable, you must use @code{setq},
586 like this:
588 @example
589 (setq foo (1+ foo))
590      @result{} 5
591 @end example
592 @end defun
594 @defun 1- number-or-marker
595 This function returns @var{number-or-marker} minus 1.
596 @end defun
598 @defun + &rest numbers-or-markers
599 This function adds its arguments together.  When given no arguments,
600 @code{+} returns 0.
602 @example
604      @result{} 0
605 (+ 1)
606      @result{} 1
607 (+ 1 2 3 4)
608      @result{} 10
609 @end example
610 @end defun
612 @defun - &optional number-or-marker &rest more-numbers-or-markers
613 The @code{-} function serves two purposes: negation and subtraction.
614 When @code{-} has a single argument, the value is the negative of the
615 argument.  When there are multiple arguments, @code{-} subtracts each of
616 the @var{more-numbers-or-markers} from @var{number-or-marker},
617 cumulatively.  If there are no arguments, the result is 0.
619 @example
620 (- 10 1 2 3 4)
621      @result{} 0
622 (- 10)
623      @result{} -10
625      @result{} 0
626 @end example
627 @end defun
629 @defun * &rest numbers-or-markers
630 This function multiplies its arguments together, and returns the
631 product.  When given no arguments, @code{*} returns 1.
633 @example
635      @result{} 1
636 (* 1)
637      @result{} 1
638 (* 1 2 3 4)
639      @result{} 24
640 @end example
641 @end defun
643 @defun / dividend divisor &rest divisors
644 This function divides @var{dividend} by @var{divisor} and returns the
645 quotient.  If there are additional arguments @var{divisors}, then it
646 divides @var{dividend} by each divisor in turn.  Each argument may be a
647 number or a marker.
649 If all the arguments are integers, the result is an integer, obtained
650 by rounding the quotient towards zero after each division.
652 @example
653 @group
654 (/ 6 2)
655      @result{} 3
656 @end group
657 @group
658 (/ 5 2)
659      @result{} 2
660 @end group
661 @group
662 (/ 5.0 2)
663      @result{} 2.5
664 @end group
665 @group
666 (/ 5 2.0)
667      @result{} 2.5
668 @end group
669 @group
670 (/ 5.0 2.0)
671      @result{} 2.5
672 @end group
673 @group
674 (/ 25 3 2)
675      @result{} 4
676 @end group
677 @group
678 (/ -17 6)
679      @result{} -2
680 @end group
681 @end example
683 @cindex @code{arith-error} in division
684 If you divide an integer by the integer 0, Emacs signals an
685 @code{arith-error} error (@pxref{Errors}).  Floating-point division of
686 a nonzero number by zero yields either positive or negative infinity
687 (@pxref{Float Basics}).
688 @end defun
690 @defun % dividend divisor
691 @cindex remainder
692 This function returns the integer remainder after division of @var{dividend}
693 by @var{divisor}.  The arguments must be integers or markers.
695 For any two integers @var{dividend} and @var{divisor},
697 @example
698 @group
699 (+ (% @var{dividend} @var{divisor})
700    (* (/ @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
701 @end group
702 @end example
704 @noindent
705 always equals @var{dividend} if @var{divisor} is nonzero.
707 @example
708 (% 9 4)
709      @result{} 1
710 (% -9 4)
711      @result{} -1
712 (% 9 -4)
713      @result{} 1
714 (% -9 -4)
715      @result{} -1
716 @end example
717 @end defun
719 @defun mod dividend divisor
720 @cindex modulus
721 This function returns the value of @var{dividend} modulo @var{divisor};
722 in other words, the remainder after division of @var{dividend}
723 by @var{divisor}, but with the same sign as @var{divisor}.
724 The arguments must be numbers or markers.
726 Unlike @code{%}, @code{mod} permits floating-point arguments; it
727 rounds the quotient downward (towards minus infinity) to an integer,
728 and uses that quotient to compute the remainder.
730 If @var{divisor} is zero, @code{mod} signals an @code{arith-error}
731 error if both arguments are integers, and returns a NaN otherwise.
733 @example
734 @group
735 (mod 9 4)
736      @result{} 1
737 @end group
738 @group
739 (mod -9 4)
740      @result{} 3
741 @end group
742 @group
743 (mod 9 -4)
744      @result{} -3
745 @end group
746 @group
747 (mod -9 -4)
748      @result{} -1
749 @end group
750 @group
751 (mod 5.5 2.5)
752      @result{} .5
753 @end group
754 @end example
756 For any two numbers @var{dividend} and @var{divisor},
758 @example
759 @group
760 (+ (mod @var{dividend} @var{divisor})
761    (* (floor @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
762 @end group
763 @end example
765 @noindent
766 always equals @var{dividend}, subject to rounding error if either
767 argument is floating point and to an @code{arith-error} if @var{dividend} is an
768 integer and @var{divisor} is 0.  For @code{floor}, see @ref{Numeric
769 Conversions}.
770 @end defun
772 @node Rounding Operations
773 @section Rounding Operations
774 @cindex rounding without conversion
776 The functions @code{ffloor}, @code{fceiling}, @code{fround}, and
777 @code{ftruncate} take a floating-point argument and return a floating-point
778 result whose value is a nearby integer.  @code{ffloor} returns the
779 nearest integer below; @code{fceiling}, the nearest integer above;
780 @code{ftruncate}, the nearest integer in the direction towards zero;
781 @code{fround}, the nearest integer.
783 @defun ffloor float
784 This function rounds @var{float} to the next lower integral value, and
785 returns that value as a floating-point number.
786 @end defun
788 @defun fceiling float
789 This function rounds @var{float} to the next higher integral value, and
790 returns that value as a floating-point number.
791 @end defun
793 @defun ftruncate float
794 This function rounds @var{float} towards zero to an integral value, and
795 returns that value as a floating-point number.
796 @end defun
798 @defun fround float
799 This function rounds @var{float} to the nearest integral value,
800 and returns that value as a floating-point number.
801 Rounding a value equidistant between two integers returns the even integer.
802 @end defun
804 @node Bitwise Operations
805 @section Bitwise Operations on Integers
806 @cindex bitwise arithmetic
807 @cindex logical arithmetic
809   In a computer, an integer is represented as a binary number, a
810 sequence of @dfn{bits} (digits which are either zero or one).  A bitwise
811 operation acts on the individual bits of such a sequence.  For example,
812 @dfn{shifting} moves the whole sequence left or right one or more places,
813 reproducing the same pattern ``moved over''.
815   The bitwise operations in Emacs Lisp apply only to integers.
817 @defun lsh integer1 count
818 @cindex logical shift
819 @code{lsh}, which is an abbreviation for @dfn{logical shift}, shifts the
820 bits in @var{integer1} to the left @var{count} places, or to the right
821 if @var{count} is negative, bringing zeros into the vacated bits.  If
822 @var{count} is negative, @code{lsh} shifts zeros into the leftmost
823 (most-significant) bit, producing a positive result even if
824 @var{integer1} is negative.  Contrast this with @code{ash}, below.
826 Here are two examples of @code{lsh}, shifting a pattern of bits one
827 place to the left.  We show only the low-order eight bits of the binary
828 pattern; the rest are all zero.
830 @example
831 @group
832 (lsh 5 1)
833      @result{} 10
834 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 10.}
835 00000101 @result{} 00001010
837 (lsh 7 1)
838      @result{} 14
839 ;; @r{Decimal 7 becomes decimal 14.}
840 00000111 @result{} 00001110
841 @end group
842 @end example
844 @noindent
845 As the examples illustrate, shifting the pattern of bits one place to
846 the left produces a number that is twice the value of the previous
847 number.
849 Shifting a pattern of bits two places to the left produces results
850 like this (with 8-bit binary numbers):
852 @example
853 @group
854 (lsh 3 2)
855      @result{} 12
856 ;; @r{Decimal 3 becomes decimal 12.}
857 00000011 @result{} 00001100
858 @end group
859 @end example
861 On the other hand, shifting one place to the right looks like this:
863 @example
864 @group
865 (lsh 6 -1)
866      @result{} 3
867 ;; @r{Decimal 6 becomes decimal 3.}
868 00000110 @result{} 00000011
869 @end group
871 @group
872 (lsh 5 -1)
873      @result{} 2
874 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 2.}
875 00000101 @result{} 00000010
876 @end group
877 @end example
879 @noindent
880 As the example illustrates, shifting one place to the right divides the
881 value of a positive integer by two, rounding downward.
883 The function @code{lsh}, like all Emacs Lisp arithmetic functions, does
884 not check for overflow, so shifting left can discard significant bits
885 and change the sign of the number.  For example, left shifting
886 536,870,911 produces @minus{}2 in the 30-bit implementation:
888 @example
889 (lsh 536870911 1)          ; @r{left shift}
890      @result{} -2
891 @end example
893 In binary, the argument looks like this:
895 @example
896 @group
897 ;; @r{Decimal 536,870,911}
898 0111...111111 (30 bits total)
899 @end group
900 @end example
902 @noindent
903 which becomes the following when left shifted:
905 @example
906 @group
907 ;; @r{Decimal @minus{}2}
908 1111...111110 (30 bits total)
909 @end group
910 @end example
911 @end defun
913 @defun ash integer1 count
914 @cindex arithmetic shift
915 @code{ash} (@dfn{arithmetic shift}) shifts the bits in @var{integer1}
916 to the left @var{count} places, or to the right if @var{count}
917 is negative.
919 @code{ash} gives the same results as @code{lsh} except when
920 @var{integer1} and @var{count} are both negative.  In that case,
921 @code{ash} puts ones in the empty bit positions on the left, while
922 @code{lsh} puts zeros in those bit positions.
924 Thus, with @code{ash}, shifting the pattern of bits one place to the right
925 looks like this:
927 @example
928 @group
929 (ash -6 -1) @result{} -3
930 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal @minus{}3.}
931 1111...111010 (30 bits total)
932      @result{}
933 1111...111101 (30 bits total)
934 @end group
935 @end example
937 In contrast, shifting the pattern of bits one place to the right with
938 @code{lsh} looks like this:
940 @example
941 @group
942 (lsh -6 -1) @result{} 536870909
943 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal 536,870,909.}
944 1111...111010 (30 bits total)
945      @result{}
946 0111...111101 (30 bits total)
947 @end group
948 @end example
950 Here are other examples:
952 @c !!! Check if lined up in smallbook format!  XDVI shows problem
953 @c     with smallbook but not with regular book! --rjc 16mar92
954 @smallexample
955 @group
956                    ;  @r{       30-bit binary values}
958 (lsh 5 2)          ;   5  =  @r{0000...000101}
959      @result{} 20         ;      =  @r{0000...010100}
960 @end group
961 @group
962 (ash 5 2)
963      @result{} 20
964 (lsh -5 2)         ;  -5  =  @r{1111...111011}
965      @result{} -20        ;      =  @r{1111...101100}
966 (ash -5 2)
967      @result{} -20
968 @end group
969 @group
970 (lsh 5 -2)         ;   5  =  @r{0000...000101}
971      @result{} 1          ;      =  @r{0000...000001}
972 @end group
973 @group
974 (ash 5 -2)
975      @result{} 1
976 @end group
977 @group
978 (lsh -5 -2)        ;  -5  =  @r{1111...111011}
979      @result{} 268435454
980                    ;      =  @r{0011...111110}
981 @end group
982 @group
983 (ash -5 -2)        ;  -5  =  @r{1111...111011}
984      @result{} -2         ;      =  @r{1111...111110}
985 @end group
986 @end smallexample
987 @end defun
989 @defun logand &rest ints-or-markers
990 This function returns the ``logical and'' of the arguments: the
991 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
992 set in all the arguments.  (``Set'' means that the value of the bit is 1
993 rather than 0.)
995 For example, using 4-bit binary numbers, the ``logical and'' of 13 and
996 12 is 12: 1101 combined with 1100 produces 1100.
997 In both the binary numbers, the leftmost two bits are set (i.e., they
998 are 1's), so the leftmost two bits of the returned value are set.
999 However, for the rightmost two bits, each is zero in at least one of
1000 the arguments, so the rightmost two bits of the returned value are 0's.
1002 @noindent
1003 Therefore,
1005 @example
1006 @group
1007 (logand 13 12)
1008      @result{} 12
1009 @end group
1010 @end example
1012 If @code{logand} is not passed any argument, it returns a value of
1013 @minus{}1.  This number is an identity element for @code{logand}
1014 because its binary representation consists entirely of ones.  If
1015 @code{logand} is passed just one argument, it returns that argument.
1017 @smallexample
1018 @group
1019                    ; @r{       30-bit binary values}
1021 (logand 14 13)     ; 14  =  @r{0000...001110}
1022                    ; 13  =  @r{0000...001101}
1023      @result{} 12         ; 12  =  @r{0000...001100}
1024 @end group
1026 @group
1027 (logand 14 13 4)   ; 14  =  @r{0000...001110}
1028                    ; 13  =  @r{0000...001101}
1029                    ;  4  =  @r{0000...000100}
1030      @result{} 4          ;  4  =  @r{0000...000100}
1031 @end group
1033 @group
1034 (logand)
1035      @result{} -1         ; -1  =  @r{1111...111111}
1036 @end group
1037 @end smallexample
1038 @end defun
1040 @defun logior &rest ints-or-markers
1041 This function returns the ``inclusive or'' of its arguments: the @var{n}th bit
1042 is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is set in at least
1043 one of the arguments.  If there are no arguments, the result is zero,
1044 which is an identity element for this operation.  If @code{logior} is
1045 passed just one argument, it returns that argument.
1047 @smallexample
1048 @group
1049                    ; @r{       30-bit binary values}
1051 (logior 12 5)      ; 12  =  @r{0000...001100}
1052                    ;  5  =  @r{0000...000101}
1053      @result{} 13         ; 13  =  @r{0000...001101}
1054 @end group
1056 @group
1057 (logior 12 5 7)    ; 12  =  @r{0000...001100}
1058                    ;  5  =  @r{0000...000101}
1059                    ;  7  =  @r{0000...000111}
1060      @result{} 15         ; 15  =  @r{0000...001111}
1061 @end group
1062 @end smallexample
1063 @end defun
1065 @defun logxor &rest ints-or-markers
1066 This function returns the ``exclusive or'' of its arguments: the
1067 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
1068 set in an odd number of the arguments.  If there are no arguments, the
1069 result is 0, which is an identity element for this operation.  If
1070 @code{logxor} is passed just one argument, it returns that argument.
1072 @smallexample
1073 @group
1074                    ; @r{       30-bit binary values}
1076 (logxor 12 5)      ; 12  =  @r{0000...001100}
1077                    ;  5  =  @r{0000...000101}
1078      @result{} 9          ;  9  =  @r{0000...001001}
1079 @end group
1081 @group
1082 (logxor 12 5 7)    ; 12  =  @r{0000...001100}
1083                    ;  5  =  @r{0000...000101}
1084                    ;  7  =  @r{0000...000111}
1085      @result{} 14         ; 14  =  @r{0000...001110}
1086 @end group
1087 @end smallexample
1088 @end defun
1090 @defun lognot integer
1091 This function returns the logical complement of its argument: the @var{n}th
1092 bit is one in the result if, and only if, the @var{n}th bit is zero in
1093 @var{integer}, and vice-versa.
1095 @example
1096 (lognot 5)
1097      @result{} -6
1098 ;;  5  =  @r{0000...000101} (30 bits total)
1099 ;; @r{becomes}
1100 ;; -6  =  @r{1111...111010} (30 bits total)
1101 @end example
1102 @end defun
1104 @node Math Functions
1105 @section Standard Mathematical Functions
1106 @cindex transcendental functions
1107 @cindex mathematical functions
1108 @cindex floating-point functions
1110   These mathematical functions allow integers as well as floating-point
1111 numbers as arguments.
1113 @defun sin arg
1114 @defunx cos arg
1115 @defunx tan arg
1116 These are the basic trigonometric functions, with argument @var{arg}
1117 measured in radians.
1118 @end defun
1120 @defun asin arg
1121 The value of @code{(asin @var{arg})} is a number between
1122 @ifnottex
1123 @minus{}pi/2
1124 @end ifnottex
1125 @tex
1126 @math{-\pi/2}
1127 @end tex
1129 @ifnottex
1130 pi/2
1131 @end ifnottex
1132 @tex
1133 @math{\pi/2}
1134 @end tex
1135 (inclusive) whose sine is @var{arg}.  If @var{arg} is out of range
1136 (outside [@minus{}1, 1]), @code{asin} returns a NaN.
1137 @end defun
1139 @defun acos arg
1140 The value of @code{(acos @var{arg})} is a number between 0 and
1141 @ifnottex
1143 @end ifnottex
1144 @tex
1145 @math{\pi}
1146 @end tex
1147 (inclusive) whose cosine is @var{arg}.  If @var{arg} is out of range
1148 (outside [@minus{}1, 1]), @code{acos} returns a NaN.
1149 @end defun
1151 @defun atan y &optional x
1152 The value of @code{(atan @var{y})} is a number between
1153 @ifnottex
1154 @minus{}pi/2
1155 @end ifnottex
1156 @tex
1157 @math{-\pi/2}
1158 @end tex
1160 @ifnottex
1161 pi/2
1162 @end ifnottex
1163 @tex
1164 @math{\pi/2}
1165 @end tex
1166 (exclusive) whose tangent is @var{y}.  If the optional second
1167 argument @var{x} is given, the value of @code{(atan y x)} is the
1168 angle in radians between the vector @code{[@var{x}, @var{y}]} and the
1169 @code{X} axis.
1170 @end defun
1172 @defun exp arg
1173 This is the exponential function; it returns @math{e} to the power
1174 @var{arg}.
1175 @end defun
1177 @defun log arg &optional base
1178 This function returns the logarithm of @var{arg}, with base
1179 @var{base}.  If you don't specify @var{base}, the natural base
1180 @math{e} is used.  If @var{arg} or @var{base} is negative, @code{log}
1181 returns a NaN.
1182 @end defun
1184 @defun expt x y
1185 This function returns @var{x} raised to power @var{y}.  If both
1186 arguments are integers and @var{y} is positive, the result is an
1187 integer; in this case, overflow causes truncation, so watch out.
1188 If @var{x} is a finite negative number and @var{y} is a finite
1189 non-integer, @code{expt} returns a NaN.
1190 @end defun
1192 @defun sqrt arg
1193 This returns the square root of @var{arg}.  If @var{arg} is finite
1194 and less than zero, @code{sqrt} returns a NaN.
1195 @end defun
1197 In addition, Emacs defines the following common mathematical
1198 constants:
1200 @defvar float-e
1201 The mathematical constant @math{e} (2.71828@dots{}).
1202 @end defvar
1204 @defvar float-pi
1205 The mathematical constant @math{pi} (3.14159@dots{}).
1206 @end defvar
1208 @node Random Numbers
1209 @section Random Numbers
1210 @cindex random numbers
1212   A deterministic computer program cannot generate true random
1213 numbers.  For most purposes, @dfn{pseudo-random numbers} suffice.  A
1214 series of pseudo-random numbers is generated in a deterministic
1215 fashion.  The numbers are not truly random, but they have certain
1216 properties that mimic a random series.  For example, all possible
1217 values occur equally often in a pseudo-random series.
1219   Pseudo-random numbers are generated from a ``seed''.  Starting from
1220 any given seed, the @code{random} function always generates the same
1221 sequence of numbers.  By default, Emacs initializes the random seed at
1222 startup, in such a way that the sequence of values of @code{random}
1223 (with overwhelming likelihood) differs in each Emacs run.
1225   Sometimes you want the random number sequence to be repeatable.  For
1226 example, when debugging a program whose behavior depends on the random
1227 number sequence, it is helpful to get the same behavior in each
1228 program run.  To make the sequence repeat, execute @code{(random "")}.
1229 This sets the seed to a constant value for your particular Emacs
1230 executable (though it may differ for other Emacs builds).  You can use
1231 other strings to choose various seed values.
1233 @defun random &optional limit
1234 This function returns a pseudo-random integer.  Repeated calls return a
1235 series of pseudo-random integers.
1237 If @var{limit} is a positive integer, the value is chosen to be
1238 nonnegative and less than @var{limit}.  Otherwise, the value might be
1239 any integer representable in Lisp, i.e., an integer between
1240 @code{most-negative-fixnum} and @code{most-positive-fixnum}
1241 (@pxref{Integer Basics}).
1243 If @var{limit} is @code{t}, it means to choose a new seed as if Emacs
1244 were restarting.
1246 If @var{limit} is a string, it means to choose a new seed based on the
1247 string's contents.
1249 @end defun