(datarootdir): Define.
[emacs.git] / lispref / numbers.texi
blobfd730420cc6dd818f317644218634aef89e2c49c
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, 2002, 2003,
4 @c   2004, 2005, 2006 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{}268435456 to 268435455 (29 bits; i.e.,
40 @ifnottex
41 -2**28
42 @end ifnottex
43 @tex
44 @math{-2^{28}}
45 @end tex
47 @ifnottex
48 2**28 - 1),
49 @end ifnottex
50 @tex
51 @math{2^{28}-1}),
52 @end tex
53 but some machines may provide a wider range.  Many examples in this
54 chapter assume an integer has 29 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  536870913       ; @r{Also the integer 1, due to overflow.}
66  0               ; @r{The integer 0.}
67 -0               ; @r{The integer 0.}
68 @end example
70 @cindex integers in specific radix
71 @cindex radix for reading an integer
72 @cindex base for reading an integer
73 @cindex hex numbers
74 @cindex octal numbers
75 @cindex reading numbers in hex, octal, and binary
76   The syntax for integers in bases other than 10 uses @samp{#}
77 followed by a letter that specifies the radix: @samp{b} for binary,
78 @samp{o} for octal, @samp{x} for hex, or @samp{@var{radix}r} to
79 specify radix @var{radix}.  Case is not significant for the letter
80 that specifies the radix.  Thus, @samp{#b@var{integer}} reads
81 @var{integer} in binary, and @samp{#@var{radix}r@var{integer}} reads
82 @var{integer} in radix @var{radix}.  Allowed values of @var{radix} run
83 from 2 to 36.  For example:
85 @example
86 #b101100 @result{} 44
87 #o54 @result{} 44
88 #x2c @result{} 44
89 #24r1k @result{} 44
90 @end example
92   To understand how various functions work on integers, especially the
93 bitwise operators (@pxref{Bitwise Operations}), it is often helpful to
94 view the numbers in their binary form.
96   In 29-bit binary, the decimal integer 5 looks like this:
98 @example
99 0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101
100 @end example
102 @noindent
103 (We have inserted spaces between groups of 4 bits, and two spaces
104 between groups of 8 bits, to make the binary integer easier to read.)
106   The integer @minus{}1 looks like this:
108 @example
109 1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111
110 @end example
112 @noindent
113 @cindex two's complement
114 @minus{}1 is represented as 29 ones.  (This is called @dfn{two's
115 complement} notation.)
117   The negative integer, @minus{}5, is creating by subtracting 4 from
118 @minus{}1.  In binary, the decimal integer 4 is 100.  Consequently,
119 @minus{}5 looks like this:
121 @example
122 1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011
123 @end example
125   In this implementation, the largest 29-bit binary integer value is
126 268,435,455 in decimal.  In binary, it looks like this:
128 @example
129 0 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111
130 @end example
132   Since the arithmetic functions do not check whether integers go
133 outside their range, when you add 1 to 268,435,455, the value is the
134 negative integer @minus{}268,435,456:
136 @example
137 (+ 1 268435455)
138      @result{} -268435456
139      @result{} 1 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0000
140 @end example
142   Many of the functions described in this chapter accept markers for
143 arguments in place of numbers.  (@xref{Markers}.)  Since the actual
144 arguments to such functions may be either numbers or markers, we often
145 give these arguments the name @var{number-or-marker}.  When the argument
146 value is a marker, its position value is used and its buffer is ignored.
148 @defvar most-positive-fixnum
149 The value of this variable is the largest integer that Emacs Lisp
150 can handle.
151 @end defvar
153 @defvar most-negative-fixnum
154 The value of this variable is the smallest integer that Emacs Lisp can
155 handle.  It is negative.
156 @end defvar
158 @node Float Basics
159 @section Floating Point Basics
161   Floating point numbers are useful for representing numbers that are
162 not integral.  The precise range of floating point numbers is
163 machine-specific; it is the same as the range of the C data type
164 @code{double} on the machine you are using.
166   The read-syntax for floating point numbers requires either a decimal
167 point (with at least one digit following), an exponent, or both.  For
168 example, @samp{1500.0}, @samp{15e2}, @samp{15.0e2}, @samp{1.5e3}, and
169 @samp{.15e4} are five ways of writing a floating point number whose
170 value is 1500.  They are all equivalent.  You can also use a minus sign
171 to write negative floating point numbers, as in @samp{-1.0}.
173 @cindex @acronym{IEEE} floating point
174 @cindex positive infinity
175 @cindex negative infinity
176 @cindex infinity
177 @cindex NaN
178   Most modern computers support the @acronym{IEEE} floating point standard,
179 which provides for positive infinity and negative infinity as floating point
180 values.  It also provides for a class of values called NaN or
181 ``not-a-number''; numerical functions return such values in cases where
182 there is no correct answer.  For example, @code{(/ 0.0 0.0)} returns a
183 NaN.  For practical purposes, there's no significant difference between
184 different NaN values in Emacs Lisp, and there's no rule for precisely
185 which NaN value should be used in a particular case, so Emacs Lisp
186 doesn't try to distinguish them (but it does report the sign, if you
187 print it).  Here are the read syntaxes for these special floating
188 point values:
190 @table @asis
191 @item positive infinity
192 @samp{1.0e+INF}
193 @item negative infinity
194 @samp{-1.0e+INF}
195 @item Not-a-number 
196 @samp{0.0e+NaN} or @samp{-0.0e+NaN}.
197 @end table
199   To test whether a floating point value is a NaN, compare it with
200 itself using @code{=}.  That returns @code{nil} for a NaN, and
201 @code{t} for any other floating point value.
203   The value @code{-0.0} is distinguishable from ordinary zero in
204 @acronym{IEEE} floating point, but Emacs Lisp @code{equal} and
205 @code{=} consider them equal values.
207   You can use @code{logb} to extract the binary exponent of a floating
208 point number (or estimate the logarithm of an integer):
210 @defun logb number
211 This function returns the binary exponent of @var{number}.  More
212 precisely, the value is the logarithm of @var{number} base 2, rounded
213 down to an integer.
215 @example
216 (logb 10)
217      @result{} 3
218 (logb 10.0e20)
219      @result{} 69
220 @end example
221 @end defun
223 @node Predicates on Numbers
224 @section Type Predicates for Numbers
226   The functions in this section test for numbers, or for a specific
227 type of number.  The functions @code{integerp} and @code{floatp} can
228 take any type of Lisp object as argument (they would not be of much
229 use otherwise), but the @code{zerop} predicate requires a number as
230 its argument.  See also @code{integer-or-marker-p} and
231 @code{number-or-marker-p}, in @ref{Predicates on Markers}.
233 @defun floatp object
234 This predicate tests whether its argument is a floating point
235 number and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
237 @code{floatp} does not exist in Emacs versions 18 and earlier.
238 @end defun
240 @defun integerp object
241 This predicate tests whether its argument is an integer, and returns
242 @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
243 @end defun
245 @defun numberp object
246 This predicate tests whether its argument is a number (either integer or
247 floating point), and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
248 @end defun
250 @defun wholenump object
251 @cindex natural numbers
252 The @code{wholenump} predicate (whose name comes from the phrase
253 ``whole-number-p'') tests to see whether its argument is a nonnegative
254 integer, and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.  0 is
255 considered non-negative.
257 @findex natnump
258 @code{natnump} is an obsolete synonym for @code{wholenump}.
259 @end defun
261 @defun zerop number
262 This predicate tests whether its argument is zero, and returns @code{t}
263 if so, @code{nil} otherwise.  The argument must be a number.
265 @code{(zerop x)} is equivalent to @code{(= x 0)}.
266 @end defun
268 @node Comparison of Numbers
269 @section Comparison of Numbers
270 @cindex number equality
272   To test numbers for numerical equality, you should normally use
273 @code{=}, not @code{eq}.  There can be many distinct floating point
274 number objects with the same numeric value.  If you use @code{eq} to
275 compare them, then you test whether two values are the same
276 @emph{object}.  By contrast, @code{=} compares only the numeric values
277 of the objects.
279   At present, each integer value has a unique Lisp object in Emacs Lisp.
280 Therefore, @code{eq} is equivalent to @code{=} where integers are
281 concerned.  It is sometimes convenient to use @code{eq} for comparing an
282 unknown value with an integer, because @code{eq} does not report an
283 error if the unknown value is not a number---it accepts arguments of any
284 type.  By contrast, @code{=} signals an error if the arguments are not
285 numbers or markers.  However, it is a good idea to use @code{=} if you
286 can, even for comparing integers, just in case we change the
287 representation of integers in a future Emacs version.
289   Sometimes it is useful to compare numbers with @code{equal}; it
290 treats two numbers as equal if they have the same data type (both
291 integers, or both floating point) and the same value.  By contrast,
292 @code{=} can treat an integer and a floating point number as equal.
293 @xref{Equality Predicates}.
295   There is another wrinkle: because floating point arithmetic is not
296 exact, it is often a bad idea to check for equality of two floating
297 point values.  Usually it is better to test for approximate equality.
298 Here's a function to do this:
300 @example
301 (defvar fuzz-factor 1.0e-6)
302 (defun approx-equal (x y)
303   (or (and (= x 0) (= y 0))
304       (< (/ (abs (- x y))
305             (max (abs x) (abs y)))
306          fuzz-factor)))
307 @end example
309 @cindex CL note---integers vrs @code{eq}
310 @quotation
311 @b{Common Lisp note:} Comparing numbers in Common Lisp always requires
312 @code{=} because Common Lisp implements multi-word integers, and two
313 distinct integer objects can have the same numeric value.  Emacs Lisp
314 can have just one integer object for any given value because it has a
315 limited range of integer values.
316 @end quotation
318 @defun = number-or-marker1 number-or-marker2
319 This function tests whether its arguments are numerically equal, and
320 returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
321 @end defun
323 @defun eql value1 value2
324 This function acts like @code{eq} except when both arguments are
325 numbers.  It compares numbers by type and numeric value, so that
326 @code{(eql 1.0 1)} returns @code{nil}, but @code{(eql 1.0 1.0)} and
327 @code{(eql 1 1)} both return @code{t}.
328 @end defun
330 @defun /= number-or-marker1 number-or-marker2
331 This function tests whether its arguments are numerically equal, and
332 returns @code{t} if they are not, and @code{nil} if they are.
333 @end defun
335 @defun <  number-or-marker1 number-or-marker2
336 This function tests whether its first argument is strictly less than
337 its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
338 @end defun
340 @defun <=  number-or-marker1 number-or-marker2
341 This function tests whether its first argument is less than or equal
342 to its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
343 otherwise.
344 @end defun
346 @defun >  number-or-marker1 number-or-marker2
347 This function tests whether its first argument is strictly greater
348 than its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
349 otherwise.
350 @end defun
352 @defun >=  number-or-marker1 number-or-marker2
353 This function tests whether its first argument is greater than or
354 equal to its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
355 otherwise.
356 @end defun
358 @defun max number-or-marker &rest numbers-or-markers
359 This function returns the largest of its arguments.
360 If any of the arguments is floating-point, the value is returned
361 as floating point, even if it was given as an integer.
363 @example
364 (max 20)
365      @result{} 20
366 (max 1 2.5)
367      @result{} 2.5
368 (max 1 3 2.5)
369      @result{} 3.0
370 @end example
371 @end defun
373 @defun min number-or-marker &rest numbers-or-markers
374 This function returns the smallest of its arguments.
375 If any of the arguments is floating-point, the value is returned
376 as floating point, even if it was given as an integer.
378 @example
379 (min -4 1)
380      @result{} -4
381 @end example
382 @end defun
384 @defun abs number
385 This function returns the absolute value of @var{number}.
386 @end defun
388 @node Numeric Conversions
389 @section Numeric Conversions
390 @cindex rounding in conversions
392 To convert an integer to floating point, use the function @code{float}.
394 @defun float number
395 This returns @var{number} converted to floating point.
396 If @var{number} is already a floating point number, @code{float} returns
397 it unchanged.
398 @end defun
400 There are four functions to convert floating point numbers to integers;
401 they differ in how they round.  All accept an argument @var{number}
402 and an optional argument @var{divisor}.  Both arguments may be
403 integers or floating point numbers.  @var{divisor} may also be
404 @code{nil}.  If @var{divisor} is @code{nil} or omitted, these
405 functions convert @var{number} to an integer, or return it unchanged
406 if it already is an integer.  If @var{divisor} is non-@code{nil}, they
407 divide @var{number} by @var{divisor} and convert the result to an
408 integer.  An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
410 @defun truncate number &optional divisor
411 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards
412 zero.
414 @example
415 (truncate 1.2)
416      @result{} 1
417 (truncate 1.7)
418      @result{} 1
419 (truncate -1.2)
420      @result{} -1
421 (truncate -1.7)
422      @result{} -1
423 @end example
424 @end defun
426 @defun floor number &optional divisor
427 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding downward
428 (towards negative infinity).
430 If @var{divisor} is specified, this uses the kind of division
431 operation that corresponds to @code{mod}, rounding downward.
433 @example
434 (floor 1.2)
435      @result{} 1
436 (floor 1.7)
437      @result{} 1
438 (floor -1.2)
439      @result{} -2
440 (floor -1.7)
441      @result{} -2
442 (floor 5.99 3)
443      @result{} 1
444 @end example
445 @end defun
447 @defun ceiling number &optional divisor
448 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding upward
449 (towards positive infinity).
451 @example
452 (ceiling 1.2)
453      @result{} 2
454 (ceiling 1.7)
455      @result{} 2
456 (ceiling -1.2)
457      @result{} -1
458 (ceiling -1.7)
459      @result{} -1
460 @end example
461 @end defun
463 @defun round number &optional divisor
464 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards the
465 nearest integer.  Rounding a value equidistant between two integers
466 may choose the integer closer to zero, or it may prefer an even integer,
467 depending on your machine.
469 @example
470 (round 1.2)
471      @result{} 1
472 (round 1.7)
473      @result{} 2
474 (round -1.2)
475      @result{} -1
476 (round -1.7)
477      @result{} -2
478 @end example
479 @end defun
481 @node Arithmetic Operations
482 @section Arithmetic Operations
484   Emacs Lisp provides the traditional four arithmetic operations:
485 addition, subtraction, multiplication, and division.  Remainder and modulus
486 functions supplement the division functions.  The functions to
487 add or subtract 1 are provided because they are traditional in Lisp and
488 commonly used.
490   All of these functions except @code{%} return a floating point value
491 if any argument is floating.
493   It is important to note that in Emacs Lisp, arithmetic functions
494 do not check for overflow.  Thus @code{(1+ 268435455)} may evaluate to
495 @minus{}268435456, depending on your hardware.
497 @defun 1+ number-or-marker
498 This function returns @var{number-or-marker} plus 1.
499 For example,
501 @example
502 (setq foo 4)
503      @result{} 4
504 (1+ foo)
505      @result{} 5
506 @end example
508 This function is not analogous to the C operator @code{++}---it does not
509 increment a variable.  It just computes a sum.  Thus, if we continue,
511 @example
513      @result{} 4
514 @end example
516 If you want to increment the variable, you must use @code{setq},
517 like this:
519 @example
520 (setq foo (1+ foo))
521      @result{} 5
522 @end example
523 @end defun
525 @defun 1- number-or-marker
526 This function returns @var{number-or-marker} minus 1.
527 @end defun
529 @defun + &rest numbers-or-markers
530 This function adds its arguments together.  When given no arguments,
531 @code{+} returns 0.
533 @example
535      @result{} 0
536 (+ 1)
537      @result{} 1
538 (+ 1 2 3 4)
539      @result{} 10
540 @end example
541 @end defun
543 @defun - &optional number-or-marker &rest more-numbers-or-markers
544 The @code{-} function serves two purposes: negation and subtraction.
545 When @code{-} has a single argument, the value is the negative of the
546 argument.  When there are multiple arguments, @code{-} subtracts each of
547 the @var{more-numbers-or-markers} from @var{number-or-marker},
548 cumulatively.  If there are no arguments, the result is 0.
550 @example
551 (- 10 1 2 3 4)
552      @result{} 0
553 (- 10)
554      @result{} -10
556      @result{} 0
557 @end example
558 @end defun
560 @defun * &rest numbers-or-markers
561 This function multiplies its arguments together, and returns the
562 product.  When given no arguments, @code{*} returns 1.
564 @example
566      @result{} 1
567 (* 1)
568      @result{} 1
569 (* 1 2 3 4)
570      @result{} 24
571 @end example
572 @end defun
574 @defun / dividend divisor &rest divisors
575 This function divides @var{dividend} by @var{divisor} and returns the
576 quotient.  If there are additional arguments @var{divisors}, then it
577 divides @var{dividend} by each divisor in turn.  Each argument may be a
578 number or a marker.
580 If all the arguments are integers, then the result is an integer too.
581 This means the result has to be rounded.  On most machines, the result
582 is rounded towards zero after each division, but some machines may round
583 differently with negative arguments.  This is because the Lisp function
584 @code{/} is implemented using the C division operator, which also
585 permits machine-dependent rounding.  As a practical matter, all known
586 machines round in the standard fashion.
588 @cindex @code{arith-error} in division
589 If you divide an integer by 0, an @code{arith-error} error is signaled.
590 (@xref{Errors}.)  Floating point division by zero returns either
591 infinity or a NaN if your machine supports @acronym{IEEE} floating point;
592 otherwise, it signals an @code{arith-error} error.
594 @example
595 @group
596 (/ 6 2)
597      @result{} 3
598 @end group
599 (/ 5 2)
600      @result{} 2
601 (/ 5.0 2)
602      @result{} 2.5
603 (/ 5 2.0)
604      @result{} 2.5
605 (/ 5.0 2.0)
606      @result{} 2.5
607 (/ 25 3 2)
608      @result{} 4
609 @group
610 (/ -17 6)
611      @result{} -2   @r{(could in theory be @minus{}3 on some machines)}
612 @end group
613 @end example
614 @end defun
616 @defun % dividend divisor
617 @cindex remainder
618 This function returns the integer remainder after division of @var{dividend}
619 by @var{divisor}.  The arguments must be integers or markers.
621 For negative arguments, the remainder is in principle machine-dependent
622 since the quotient is; but in practice, all known machines behave alike.
624 An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
626 @example
627 (% 9 4)
628      @result{} 1
629 (% -9 4)
630      @result{} -1
631 (% 9 -4)
632      @result{} 1
633 (% -9 -4)
634      @result{} -1
635 @end example
637 For any two integers @var{dividend} and @var{divisor},
639 @example
640 @group
641 (+ (% @var{dividend} @var{divisor})
642    (* (/ @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
643 @end group
644 @end example
646 @noindent
647 always equals @var{dividend}.
648 @end defun
650 @defun mod dividend divisor
651 @cindex modulus
652 This function returns the value of @var{dividend} modulo @var{divisor};
653 in other words, the remainder after division of @var{dividend}
654 by @var{divisor}, but with the same sign as @var{divisor}.
655 The arguments must be numbers or markers.
657 Unlike @code{%}, @code{mod} returns a well-defined result for negative
658 arguments.  It also permits floating point arguments; it rounds the
659 quotient downward (towards minus infinity) to an integer, and uses that
660 quotient to compute the remainder.
662 An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
664 @example
665 @group
666 (mod 9 4)
667      @result{} 1
668 @end group
669 @group
670 (mod -9 4)
671      @result{} 3
672 @end group
673 @group
674 (mod 9 -4)
675      @result{} -3
676 @end group
677 @group
678 (mod -9 -4)
679      @result{} -1
680 @end group
681 @group
682 (mod 5.5 2.5)
683      @result{} .5
684 @end group
685 @end example
687 For any two numbers @var{dividend} and @var{divisor},
689 @example
690 @group
691 (+ (mod @var{dividend} @var{divisor})
692    (* (floor @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
693 @end group
694 @end example
696 @noindent
697 always equals @var{dividend}, subject to rounding error if either
698 argument is floating point.  For @code{floor}, see @ref{Numeric
699 Conversions}.
700 @end defun
702 @node Rounding Operations
703 @section Rounding Operations
704 @cindex rounding without conversion
706 The functions @code{ffloor}, @code{fceiling}, @code{fround}, and
707 @code{ftruncate} take a floating point argument and return a floating
708 point result whose value is a nearby integer.  @code{ffloor} returns the
709 nearest integer below; @code{fceiling}, the nearest integer above;
710 @code{ftruncate}, the nearest integer in the direction towards zero;
711 @code{fround}, the nearest integer.
713 @defun ffloor float
714 This function rounds @var{float} to the next lower integral value, and
715 returns that value as a floating point number.
716 @end defun
718 @defun fceiling float
719 This function rounds @var{float} to the next higher integral value, and
720 returns that value as a floating point number.
721 @end defun
723 @defun ftruncate float
724 This function rounds @var{float} towards zero to an integral value, and
725 returns that value as a floating point number.
726 @end defun
728 @defun fround float
729 This function rounds @var{float} to the nearest integral value,
730 and returns that value as a floating point number.
731 @end defun
733 @node Bitwise Operations
734 @section Bitwise Operations on Integers
736   In a computer, an integer is represented as a binary number, a
737 sequence of @dfn{bits} (digits which are either zero or one).  A bitwise
738 operation acts on the individual bits of such a sequence.  For example,
739 @dfn{shifting} moves the whole sequence left or right one or more places,
740 reproducing the same pattern ``moved over.''
742   The bitwise operations in Emacs Lisp apply only to integers.
744 @defun lsh integer1 count
745 @cindex logical shift
746 @code{lsh}, which is an abbreviation for @dfn{logical shift}, shifts the
747 bits in @var{integer1} to the left @var{count} places, or to the right
748 if @var{count} is negative, bringing zeros into the vacated bits.  If
749 @var{count} is negative, @code{lsh} shifts zeros into the leftmost
750 (most-significant) bit, producing a positive result even if
751 @var{integer1} is negative.  Contrast this with @code{ash}, below.
753 Here are two examples of @code{lsh}, shifting a pattern of bits one
754 place to the left.  We show only the low-order eight bits of the binary
755 pattern; the rest are all zero.
757 @example
758 @group
759 (lsh 5 1)
760      @result{} 10
761 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 10.}
762 00000101 @result{} 00001010
764 (lsh 7 1)
765      @result{} 14
766 ;; @r{Decimal 7 becomes decimal 14.}
767 00000111 @result{} 00001110
768 @end group
769 @end example
771 @noindent
772 As the examples illustrate, shifting the pattern of bits one place to
773 the left produces a number that is twice the value of the previous
774 number.
776 Shifting a pattern of bits two places to the left produces results
777 like this (with 8-bit binary numbers):
779 @example
780 @group
781 (lsh 3 2)
782      @result{} 12
783 ;; @r{Decimal 3 becomes decimal 12.}
784 00000011 @result{} 00001100
785 @end group
786 @end example
788 On the other hand, shifting one place to the right looks like this:
790 @example
791 @group
792 (lsh 6 -1)
793      @result{} 3
794 ;; @r{Decimal 6 becomes decimal 3.}
795 00000110 @result{} 00000011
796 @end group
798 @group
799 (lsh 5 -1)
800      @result{} 2
801 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 2.}
802 00000101 @result{} 00000010
803 @end group
804 @end example
806 @noindent
807 As the example illustrates, shifting one place to the right divides the
808 value of a positive integer by two, rounding downward.
810 The function @code{lsh}, like all Emacs Lisp arithmetic functions, does
811 not check for overflow, so shifting left can discard significant bits
812 and change the sign of the number.  For example, left shifting
813 268,435,455 produces @minus{}2 on a 29-bit machine:
815 @example
816 (lsh 268435455 1)          ; @r{left shift}
817      @result{} -2
818 @end example
820 In binary, in the 29-bit implementation, the argument looks like this:
822 @example
823 @group
824 ;; @r{Decimal 268,435,455}
825 0 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111
826 @end group
827 @end example
829 @noindent
830 which becomes the following when left shifted:
832 @example
833 @group
834 ;; @r{Decimal @minus{}2}
835 1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1110
836 @end group
837 @end example
838 @end defun
840 @defun ash integer1 count
841 @cindex arithmetic shift
842 @code{ash} (@dfn{arithmetic shift}) shifts the bits in @var{integer1}
843 to the left @var{count} places, or to the right if @var{count}
844 is negative.
846 @code{ash} gives the same results as @code{lsh} except when
847 @var{integer1} and @var{count} are both negative.  In that case,
848 @code{ash} puts ones in the empty bit positions on the left, while
849 @code{lsh} puts zeros in those bit positions.
851 Thus, with @code{ash}, shifting the pattern of bits one place to the right
852 looks like this:
854 @example
855 @group
856 (ash -6 -1) @result{} -3
857 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal @minus{}3.}
858 1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010
859      @result{}
860 1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1101
861 @end group
862 @end example
864 In contrast, shifting the pattern of bits one place to the right with
865 @code{lsh} looks like this:
867 @example
868 @group
869 (lsh -6 -1) @result{} 268435453
870 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal 268,435,453.}
871 1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010
872      @result{}
873 0 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1101
874 @end group
875 @end example
877 Here are other examples:
879 @c !!! Check if lined up in smallbook format!  XDVI shows problem
880 @c     with smallbook but not with regular book! --rjc 16mar92
881 @smallexample
882 @group
883                    ;  @r{             29-bit binary values}
885 (lsh 5 2)          ;   5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
886      @result{} 20         ;      =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0001 0100}
887 @end group
888 @group
889 (ash 5 2)
890      @result{} 20
891 (lsh -5 2)         ;  -5  =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
892      @result{} -20        ;      =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1110 1100}
893 (ash -5 2)
894      @result{} -20
895 @end group
896 @group
897 (lsh 5 -2)         ;   5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
898      @result{} 1          ;      =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0001}
899 @end group
900 @group
901 (ash 5 -2)
902      @result{} 1
903 @end group
904 @group
905 (lsh -5 -2)        ;  -5  =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
906      @result{} 134217726  ;      =  @r{0 0111  1111 1111  1111 1111  1111 1110}
907 @end group
908 @group
909 (ash -5 -2)        ;  -5  =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
910      @result{} -2         ;      =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1110}
911 @end group
912 @end smallexample
913 @end defun
915 @defun logand &rest ints-or-markers
916 @cindex logical and
917 @cindex bitwise and
918 This function returns the ``logical and'' of the arguments: the
919 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
920 set in all the arguments.  (``Set'' means that the value of the bit is 1
921 rather than 0.)
923 For example, using 4-bit binary numbers, the ``logical and'' of 13 and
924 12 is 12: 1101 combined with 1100 produces 1100.
925 In both the binary numbers, the leftmost two bits are set (i.e., they
926 are 1's), so the leftmost two bits of the returned value are set.
927 However, for the rightmost two bits, each is zero in at least one of
928 the arguments, so the rightmost two bits of the returned value are 0's.
930 @noindent
931 Therefore,
933 @example
934 @group
935 (logand 13 12)
936      @result{} 12
937 @end group
938 @end example
940 If @code{logand} is not passed any argument, it returns a value of
941 @minus{}1.  This number is an identity element for @code{logand}
942 because its binary representation consists entirely of ones.  If
943 @code{logand} is passed just one argument, it returns that argument.
945 @smallexample
946 @group
947                    ; @r{               29-bit binary values}
949 (logand 14 13)     ; 14  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
950                    ; 13  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
951      @result{} 12         ; 12  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
952 @end group
954 @group
955 (logand 14 13 4)   ; 14  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
956                    ; 13  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
957                    ;  4  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0100}
958      @result{} 4          ;  4  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0100}
959 @end group
961 @group
962 (logand)
963      @result{} -1         ; -1  =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111}
964 @end group
965 @end smallexample
966 @end defun
968 @defun logior &rest ints-or-markers
969 @cindex logical inclusive or
970 @cindex bitwise or
971 This function returns the ``inclusive or'' of its arguments: the @var{n}th bit
972 is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is set in at least
973 one of the arguments.  If there are no arguments, the result is zero,
974 which is an identity element for this operation.  If @code{logior} is
975 passed just one argument, it returns that argument.
977 @smallexample
978 @group
979                    ; @r{              29-bit binary values}
981 (logior 12 5)      ; 12  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
982                    ;  5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
983      @result{} 13         ; 13  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
984 @end group
986 @group
987 (logior 12 5 7)    ; 12  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
988                    ;  5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
989                    ;  7  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0111}
990      @result{} 15         ; 15  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1111}
991 @end group
992 @end smallexample
993 @end defun
995 @defun logxor &rest ints-or-markers
996 @cindex bitwise exclusive or
997 @cindex logical exclusive or
998 This function returns the ``exclusive or'' of its arguments: the
999 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
1000 set in an odd number of the arguments.  If there are no arguments, the
1001 result is 0, which is an identity element for this operation.  If
1002 @code{logxor} is passed just one argument, it returns that argument.
1004 @smallexample
1005 @group
1006                    ; @r{              29-bit binary values}
1008 (logxor 12 5)      ; 12  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
1009                    ;  5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
1010      @result{} 9          ;  9  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1001}
1011 @end group
1013 @group
1014 (logxor 12 5 7)    ; 12  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
1015                    ;  5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
1016                    ;  7  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0111}
1017      @result{} 14         ; 14  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
1018 @end group
1019 @end smallexample
1020 @end defun
1022 @defun lognot integer
1023 @cindex logical not
1024 @cindex bitwise not
1025 This function returns the logical complement of its argument: the @var{n}th
1026 bit is one in the result if, and only if, the @var{n}th bit is zero in
1027 @var{integer}, and vice-versa.
1029 @example
1030 (lognot 5)
1031      @result{} -6
1032 ;;  5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
1033 ;; @r{becomes}
1034 ;; -6  =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010}
1035 @end example
1036 @end defun
1038 @node Math Functions
1039 @section Standard Mathematical Functions
1040 @cindex transcendental functions
1041 @cindex mathematical functions
1043   These mathematical functions allow integers as well as floating point
1044 numbers as arguments.
1046 @defun sin arg
1047 @defunx cos arg
1048 @defunx tan arg
1049 These are the ordinary trigonometric functions, with argument measured
1050 in radians.
1051 @end defun
1053 @defun asin arg
1054 The value of @code{(asin @var{arg})} is a number between
1055 @ifnottex
1056 @minus{}pi/2
1057 @end ifnottex
1058 @tex
1059 @math{-\pi/2}
1060 @end tex
1062 @ifnottex
1063 pi/2
1064 @end ifnottex
1065 @tex
1066 @math{\pi/2}
1067 @end tex
1068 (inclusive) whose sine is @var{arg}; if, however, @var{arg} is out of
1069 range (outside [-1, 1]), it signals a @code{domain-error} error.
1070 @end defun
1072 @defun acos arg
1073 The value of @code{(acos @var{arg})} is a number between 0 and
1074 @ifnottex
1076 @end ifnottex
1077 @tex
1078 @math{\pi}
1079 @end tex
1080 (inclusive) whose cosine is @var{arg}; if, however, @var{arg} is out
1081 of range (outside [-1, 1]), it signals a @code{domain-error} error.
1082 @end defun
1084 @defun atan y &optional x
1085 The value of @code{(atan @var{y})} is a number between
1086 @ifnottex
1087 @minus{}pi/2
1088 @end ifnottex
1089 @tex
1090 @math{-\pi/2}
1091 @end tex
1093 @ifnottex
1094 pi/2
1095 @end ifnottex
1096 @tex
1097 @math{\pi/2}
1098 @end tex
1099 (exclusive) whose tangent is @var{y}.  If the optional second
1100 argument @var{x} is given, the value of @code{(atan y x)} is the
1101 angle in radians between the vector @code{[@var{x}, @var{y}]} and the
1102 @code{X} axis.
1103 @end defun
1105 @defun exp arg
1106 This is the exponential function; it returns
1107 @tex
1108 @math{e}
1109 @end tex
1110 @ifnottex
1111 @i{e}
1112 @end ifnottex
1113 to the power @var{arg}.
1114 @tex
1115 @math{e}
1116 @end tex
1117 @ifnottex
1118 @i{e}
1119 @end ifnottex
1120 is a fundamental mathematical constant also called the base of natural
1121 logarithms.
1122 @end defun
1124 @defun log arg &optional base
1125 This function returns the logarithm of @var{arg}, with base @var{base}.
1126 If you don't specify @var{base}, the base
1127 @tex
1128 @math{e}
1129 @end tex
1130 @ifnottex
1131 @i{e}
1132 @end ifnottex
1133 is used.  If @var{arg} is negative, it signals a @code{domain-error}
1134 error.
1135 @end defun
1137 @ignore
1138 @defun expm1 arg
1139 This function returns @code{(1- (exp @var{arg}))}, but it is more
1140 accurate than that when @var{arg} is negative and @code{(exp @var{arg})}
1141 is close to 1.
1142 @end defun
1144 @defun log1p arg
1145 This function returns @code{(log (1+ @var{arg}))}, but it is more
1146 accurate than that when @var{arg} is so small that adding 1 to it would
1147 lose accuracy.
1148 @end defun
1149 @end ignore
1151 @defun log10 arg
1152 This function returns the logarithm of @var{arg}, with base 10.  If
1153 @var{arg} is negative, it signals a @code{domain-error} error.
1154 @code{(log10 @var{x})} @equiv{} @code{(log @var{x} 10)}, at least
1155 approximately.
1156 @end defun
1158 @defun expt x y
1159 This function returns @var{x} raised to power @var{y}.  If both
1160 arguments are integers and @var{y} is positive, the result is an
1161 integer; in this case, overflow causes truncation, so watch out.
1162 @end defun
1164 @defun sqrt arg
1165 This returns the square root of @var{arg}.  If @var{arg} is negative,
1166 it signals a @code{domain-error} error.
1167 @end defun
1169 @node Random Numbers
1170 @section Random Numbers
1171 @cindex random numbers
1173 A deterministic computer program cannot generate true random numbers.
1174 For most purposes, @dfn{pseudo-random numbers} suffice.  A series of
1175 pseudo-random numbers is generated in a deterministic fashion.  The
1176 numbers are not truly random, but they have certain properties that
1177 mimic a random series.  For example, all possible values occur equally
1178 often in a pseudo-random series.
1180 In Emacs, pseudo-random numbers are generated from a ``seed'' number.
1181 Starting from any given seed, the @code{random} function always
1182 generates the same sequence of numbers.  Emacs always starts with the
1183 same seed value, so the sequence of values of @code{random} is actually
1184 the same in each Emacs run!  For example, in one operating system, the
1185 first call to @code{(random)} after you start Emacs always returns
1186 -1457731, and the second one always returns -7692030.  This
1187 repeatability is helpful for debugging.
1189 If you want random numbers that don't always come out the same, execute
1190 @code{(random t)}.  This chooses a new seed based on the current time of
1191 day and on Emacs's process @acronym{ID} number.
1193 @defun random &optional limit
1194 This function returns a pseudo-random integer.  Repeated calls return a
1195 series of pseudo-random integers.
1197 If @var{limit} is a positive integer, the value is chosen to be
1198 nonnegative and less than @var{limit}.
1200 If @var{limit} is @code{t}, it means to choose a new seed based on the
1201 current time of day and on Emacs's process @acronym{ID} number.
1202 @c "Emacs'" is incorrect usage!
1204 On some machines, any integer representable in Lisp may be the result
1205 of @code{random}.  On other machines, the result can never be larger
1206 than a certain maximum or less than a certain (negative) minimum.
1207 @end defun
1209 @ignore
1210    arch-tag: 574e8dd2-d513-4616-9844-c9a27869782e
1211 @end ignore