Improve index entry. Remove redundant ones.
[emacs.git] / lispref / numbers.texi
blobceca99544b092562418d510a72e7670b6bc213a1
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, 2001,
4 @c   2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007  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
225 @cindex predicates for numbers
227   The functions in this section test for numbers, or for a specific
228 type of number.  The functions @code{integerp} and @code{floatp} can
229 take any type of Lisp object as argument (they would not be of much
230 use otherwise), but the @code{zerop} predicate requires a number as
231 its argument.  See also @code{integer-or-marker-p} and
232 @code{number-or-marker-p}, in @ref{Predicates on Markers}.
234 @defun floatp object
235 This predicate tests whether its argument is a floating point
236 number and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
238 @code{floatp} does not exist in Emacs versions 18 and earlier.
239 @end defun
241 @defun integerp object
242 This predicate tests whether its argument is an integer, and returns
243 @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
244 @end defun
246 @defun numberp object
247 This predicate tests whether its argument is a number (either integer or
248 floating point), and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
249 @end defun
251 @defun wholenump object
252 @cindex natural numbers
253 The @code{wholenump} predicate (whose name comes from the phrase
254 ``whole-number-p'') tests to see whether its argument is a nonnegative
255 integer, and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.  0 is
256 considered non-negative.
258 @findex natnump
259 @code{natnump} is an obsolete synonym for @code{wholenump}.
260 @end defun
262 @defun zerop number
263 This predicate tests whether its argument is zero, and returns @code{t}
264 if so, @code{nil} otherwise.  The argument must be a number.
266 @code{(zerop x)} is equivalent to @code{(= x 0)}.
267 @end defun
269 @node Comparison of Numbers
270 @section Comparison of Numbers
271 @cindex number equality
272 @cindex number comparison
273 @cindex compare numbers
275   To test numbers for numerical equality, you should normally use
276 @code{=}, not @code{eq}.  There can be many distinct floating point
277 number objects with the same numeric value.  If you use @code{eq} to
278 compare them, then you test whether two values are the same
279 @emph{object}.  By contrast, @code{=} compares only the numeric values
280 of the objects.
282   At present, each integer value has a unique Lisp object in Emacs Lisp.
283 Therefore, @code{eq} is equivalent to @code{=} where integers are
284 concerned.  It is sometimes convenient to use @code{eq} for comparing an
285 unknown value with an integer, because @code{eq} does not report an
286 error if the unknown value is not a number---it accepts arguments of any
287 type.  By contrast, @code{=} signals an error if the arguments are not
288 numbers or markers.  However, it is a good idea to use @code{=} if you
289 can, even for comparing integers, just in case we change the
290 representation of integers in a future Emacs version.
292   Sometimes it is useful to compare numbers with @code{equal}; it
293 treats two numbers as equal if they have the same data type (both
294 integers, or both floating point) and the same value.  By contrast,
295 @code{=} can treat an integer and a floating point number as equal.
296 @xref{Equality Predicates}.
298   There is another wrinkle: because floating point arithmetic is not
299 exact, it is often a bad idea to check for equality of two floating
300 point values.  Usually it is better to test for approximate equality.
301 Here's a function to do this:
303 @example
304 (defvar fuzz-factor 1.0e-6)
305 (defun approx-equal (x y)
306   (or (and (= x 0) (= y 0))
307       (< (/ (abs (- x y))
308             (max (abs x) (abs y)))
309          fuzz-factor)))
310 @end example
312 @cindex CL note---integers vrs @code{eq}
313 @quotation
314 @b{Common Lisp note:} Comparing numbers in Common Lisp always requires
315 @code{=} because Common Lisp implements multi-word integers, and two
316 distinct integer objects can have the same numeric value.  Emacs Lisp
317 can have just one integer object for any given value because it has a
318 limited range of integer values.
319 @end quotation
321 @defun = number-or-marker1 number-or-marker2
322 This function tests whether its arguments are numerically equal, and
323 returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
324 @end defun
326 @defun eql value1 value2
327 This function acts like @code{eq} except when both arguments are
328 numbers.  It compares numbers by type and numeric value, so that
329 @code{(eql 1.0 1)} returns @code{nil}, but @code{(eql 1.0 1.0)} and
330 @code{(eql 1 1)} both return @code{t}.
331 @end defun
333 @defun /= number-or-marker1 number-or-marker2
334 This function tests whether its arguments are numerically equal, and
335 returns @code{t} if they are not, and @code{nil} if they are.
336 @end defun
338 @defun <  number-or-marker1 number-or-marker2
339 This function tests whether its first argument is strictly less than
340 its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
341 @end defun
343 @defun <=  number-or-marker1 number-or-marker2
344 This function tests whether its first argument is less than or equal
345 to its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
346 otherwise.
347 @end defun
349 @defun >  number-or-marker1 number-or-marker2
350 This function tests whether its first argument is strictly greater
351 than its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
352 otherwise.
353 @end defun
355 @defun >=  number-or-marker1 number-or-marker2
356 This function tests whether its first argument is greater than or
357 equal to its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
358 otherwise.
359 @end defun
361 @defun max number-or-marker &rest numbers-or-markers
362 This function returns the largest of its arguments.
363 If any of the arguments is floating-point, the value is returned
364 as floating point, even if it was given as an integer.
366 @example
367 (max 20)
368      @result{} 20
369 (max 1 2.5)
370      @result{} 2.5
371 (max 1 3 2.5)
372      @result{} 3.0
373 @end example
374 @end defun
376 @defun min number-or-marker &rest numbers-or-markers
377 This function returns the smallest of its arguments.
378 If any of the arguments is floating-point, the value is returned
379 as floating point, even if it was given as an integer.
381 @example
382 (min -4 1)
383      @result{} -4
384 @end example
385 @end defun
387 @defun abs number
388 This function returns the absolute value of @var{number}.
389 @end defun
391 @node Numeric Conversions
392 @section Numeric Conversions
393 @cindex rounding in conversions
394 @cindex numeric conversions
395 @cindex convert number
397 To convert an integer to floating point, use the function @code{float}.
399 @defun float number
400 This returns @var{number} converted to floating point.
401 If @var{number} is already a floating point number, @code{float} returns
402 it unchanged.
403 @end defun
405 There are four functions to convert floating point numbers to integers;
406 they differ in how they round.  All accept an argument @var{number}
407 and an optional argument @var{divisor}.  Both arguments may be
408 integers or floating point numbers.  @var{divisor} may also be
409 @code{nil}.  If @var{divisor} is @code{nil} or omitted, these
410 functions convert @var{number} to an integer, or return it unchanged
411 if it already is an integer.  If @var{divisor} is non-@code{nil}, they
412 divide @var{number} by @var{divisor} and convert the result to an
413 integer.  An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
415 @defun truncate number &optional divisor
416 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards
417 zero.
419 @example
420 (truncate 1.2)
421      @result{} 1
422 (truncate 1.7)
423      @result{} 1
424 (truncate -1.2)
425      @result{} -1
426 (truncate -1.7)
427      @result{} -1
428 @end example
429 @end defun
431 @defun floor number &optional divisor
432 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding downward
433 (towards negative infinity).
435 If @var{divisor} is specified, this uses the kind of division
436 operation that corresponds to @code{mod}, rounding downward.
438 @example
439 (floor 1.2)
440      @result{} 1
441 (floor 1.7)
442      @result{} 1
443 (floor -1.2)
444      @result{} -2
445 (floor -1.7)
446      @result{} -2
447 (floor 5.99 3)
448      @result{} 1
449 @end example
450 @end defun
452 @defun ceiling number &optional divisor
453 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding upward
454 (towards positive infinity).
456 @example
457 (ceiling 1.2)
458      @result{} 2
459 (ceiling 1.7)
460      @result{} 2
461 (ceiling -1.2)
462      @result{} -1
463 (ceiling -1.7)
464      @result{} -1
465 @end example
466 @end defun
468 @defun round number &optional divisor
469 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards the
470 nearest integer.  Rounding a value equidistant between two integers
471 may choose the integer closer to zero, or it may prefer an even integer,
472 depending on your machine.
474 @example
475 (round 1.2)
476      @result{} 1
477 (round 1.7)
478      @result{} 2
479 (round -1.2)
480      @result{} -1
481 (round -1.7)
482      @result{} -2
483 @end example
484 @end defun
486 @node Arithmetic Operations
487 @section Arithmetic Operations
488 @cindex arithmetic operations
490   Emacs Lisp provides the traditional four arithmetic operations:
491 addition, subtraction, multiplication, and division.  Remainder and modulus
492 functions supplement the division functions.  The functions to
493 add or subtract 1 are provided because they are traditional in Lisp and
494 commonly used.
496   All of these functions except @code{%} return a floating point value
497 if any argument is floating.
499   It is important to note that in Emacs Lisp, arithmetic functions
500 do not check for overflow.  Thus @code{(1+ 268435455)} may evaluate to
501 @minus{}268435456, depending on your hardware.
503 @defun 1+ number-or-marker
504 This function returns @var{number-or-marker} plus 1.
505 For example,
507 @example
508 (setq foo 4)
509      @result{} 4
510 (1+ foo)
511      @result{} 5
512 @end example
514 This function is not analogous to the C operator @code{++}---it does not
515 increment a variable.  It just computes a sum.  Thus, if we continue,
517 @example
519      @result{} 4
520 @end example
522 If you want to increment the variable, you must use @code{setq},
523 like this:
525 @example
526 (setq foo (1+ foo))
527      @result{} 5
528 @end example
529 @end defun
531 @defun 1- number-or-marker
532 This function returns @var{number-or-marker} minus 1.
533 @end defun
535 @defun + &rest numbers-or-markers
536 This function adds its arguments together.  When given no arguments,
537 @code{+} returns 0.
539 @example
541      @result{} 0
542 (+ 1)
543      @result{} 1
544 (+ 1 2 3 4)
545      @result{} 10
546 @end example
547 @end defun
549 @defun - &optional number-or-marker &rest more-numbers-or-markers
550 The @code{-} function serves two purposes: negation and subtraction.
551 When @code{-} has a single argument, the value is the negative of the
552 argument.  When there are multiple arguments, @code{-} subtracts each of
553 the @var{more-numbers-or-markers} from @var{number-or-marker},
554 cumulatively.  If there are no arguments, the result is 0.
556 @example
557 (- 10 1 2 3 4)
558      @result{} 0
559 (- 10)
560      @result{} -10
562      @result{} 0
563 @end example
564 @end defun
566 @defun * &rest numbers-or-markers
567 This function multiplies its arguments together, and returns the
568 product.  When given no arguments, @code{*} returns 1.
570 @example
572      @result{} 1
573 (* 1)
574      @result{} 1
575 (* 1 2 3 4)
576      @result{} 24
577 @end example
578 @end defun
580 @defun / dividend divisor &rest divisors
581 This function divides @var{dividend} by @var{divisor} and returns the
582 quotient.  If there are additional arguments @var{divisors}, then it
583 divides @var{dividend} by each divisor in turn.  Each argument may be a
584 number or a marker.
586 If all the arguments are integers, then the result is an integer too.
587 This means the result has to be rounded.  On most machines, the result
588 is rounded towards zero after each division, but some machines may round
589 differently with negative arguments.  This is because the Lisp function
590 @code{/} is implemented using the C division operator, which also
591 permits machine-dependent rounding.  As a practical matter, all known
592 machines round in the standard fashion.
594 @cindex @code{arith-error} in division
595 If you divide an integer by 0, an @code{arith-error} error is signaled.
596 (@xref{Errors}.)  Floating point division by zero returns either
597 infinity or a NaN if your machine supports @acronym{IEEE} floating point;
598 otherwise, it signals an @code{arith-error} error.
600 @example
601 @group
602 (/ 6 2)
603      @result{} 3
604 @end group
605 (/ 5 2)
606      @result{} 2
607 (/ 5.0 2)
608      @result{} 2.5
609 (/ 5 2.0)
610      @result{} 2.5
611 (/ 5.0 2.0)
612      @result{} 2.5
613 (/ 25 3 2)
614      @result{} 4
615 @group
616 (/ -17 6)
617      @result{} -2   @r{(could in theory be @minus{}3 on some machines)}
618 @end group
619 @end example
620 @end defun
622 @defun % dividend divisor
623 @cindex remainder
624 This function returns the integer remainder after division of @var{dividend}
625 by @var{divisor}.  The arguments must be integers or markers.
627 For negative arguments, the remainder is in principle machine-dependent
628 since the quotient is; but in practice, all known machines behave alike.
630 An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
632 @example
633 (% 9 4)
634      @result{} 1
635 (% -9 4)
636      @result{} -1
637 (% 9 -4)
638      @result{} 1
639 (% -9 -4)
640      @result{} -1
641 @end example
643 For any two integers @var{dividend} and @var{divisor},
645 @example
646 @group
647 (+ (% @var{dividend} @var{divisor})
648    (* (/ @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
649 @end group
650 @end example
652 @noindent
653 always equals @var{dividend}.
654 @end defun
656 @defun mod dividend divisor
657 @cindex modulus
658 This function returns the value of @var{dividend} modulo @var{divisor};
659 in other words, the remainder after division of @var{dividend}
660 by @var{divisor}, but with the same sign as @var{divisor}.
661 The arguments must be numbers or markers.
663 Unlike @code{%}, @code{mod} returns a well-defined result for negative
664 arguments.  It also permits floating point arguments; it rounds the
665 quotient downward (towards minus infinity) to an integer, and uses that
666 quotient to compute the remainder.
668 An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
670 @example
671 @group
672 (mod 9 4)
673      @result{} 1
674 @end group
675 @group
676 (mod -9 4)
677      @result{} 3
678 @end group
679 @group
680 (mod 9 -4)
681      @result{} -3
682 @end group
683 @group
684 (mod -9 -4)
685      @result{} -1
686 @end group
687 @group
688 (mod 5.5 2.5)
689      @result{} .5
690 @end group
691 @end example
693 For any two numbers @var{dividend} and @var{divisor},
695 @example
696 @group
697 (+ (mod @var{dividend} @var{divisor})
698    (* (floor @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
699 @end group
700 @end example
702 @noindent
703 always equals @var{dividend}, subject to rounding error if either
704 argument is floating point.  For @code{floor}, see @ref{Numeric
705 Conversions}.
706 @end defun
708 @node Rounding Operations
709 @section Rounding Operations
710 @cindex rounding without conversion
712 The functions @code{ffloor}, @code{fceiling}, @code{fround}, and
713 @code{ftruncate} take a floating point argument and return a floating
714 point result whose value is a nearby integer.  @code{ffloor} returns the
715 nearest integer below; @code{fceiling}, the nearest integer above;
716 @code{ftruncate}, the nearest integer in the direction towards zero;
717 @code{fround}, the nearest integer.
719 @defun ffloor float
720 This function rounds @var{float} to the next lower integral value, and
721 returns that value as a floating point number.
722 @end defun
724 @defun fceiling float
725 This function rounds @var{float} to the next higher integral value, and
726 returns that value as a floating point number.
727 @end defun
729 @defun ftruncate float
730 This function rounds @var{float} towards zero to an integral value, and
731 returns that value as a floating point number.
732 @end defun
734 @defun fround float
735 This function rounds @var{float} to the nearest integral value,
736 and returns that value as a floating point number.
737 @end defun
739 @node Bitwise Operations
740 @section Bitwise Operations on Integers
742   In a computer, an integer is represented as a binary number, a
743 sequence of @dfn{bits} (digits which are either zero or one).  A bitwise
744 operation acts on the individual bits of such a sequence.  For example,
745 @dfn{shifting} moves the whole sequence left or right one or more places,
746 reproducing the same pattern ``moved over.''
748   The bitwise operations in Emacs Lisp apply only to integers.
750 @defun lsh integer1 count
751 @cindex logical shift
752 @code{lsh}, which is an abbreviation for @dfn{logical shift}, shifts the
753 bits in @var{integer1} to the left @var{count} places, or to the right
754 if @var{count} is negative, bringing zeros into the vacated bits.  If
755 @var{count} is negative, @code{lsh} shifts zeros into the leftmost
756 (most-significant) bit, producing a positive result even if
757 @var{integer1} is negative.  Contrast this with @code{ash}, below.
759 Here are two examples of @code{lsh}, shifting a pattern of bits one
760 place to the left.  We show only the low-order eight bits of the binary
761 pattern; the rest are all zero.
763 @example
764 @group
765 (lsh 5 1)
766      @result{} 10
767 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 10.}
768 00000101 @result{} 00001010
770 (lsh 7 1)
771      @result{} 14
772 ;; @r{Decimal 7 becomes decimal 14.}
773 00000111 @result{} 00001110
774 @end group
775 @end example
777 @noindent
778 As the examples illustrate, shifting the pattern of bits one place to
779 the left produces a number that is twice the value of the previous
780 number.
782 Shifting a pattern of bits two places to the left produces results
783 like this (with 8-bit binary numbers):
785 @example
786 @group
787 (lsh 3 2)
788      @result{} 12
789 ;; @r{Decimal 3 becomes decimal 12.}
790 00000011 @result{} 00001100
791 @end group
792 @end example
794 On the other hand, shifting one place to the right looks like this:
796 @example
797 @group
798 (lsh 6 -1)
799      @result{} 3
800 ;; @r{Decimal 6 becomes decimal 3.}
801 00000110 @result{} 00000011
802 @end group
804 @group
805 (lsh 5 -1)
806      @result{} 2
807 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 2.}
808 00000101 @result{} 00000010
809 @end group
810 @end example
812 @noindent
813 As the example illustrates, shifting one place to the right divides the
814 value of a positive integer by two, rounding downward.
816 The function @code{lsh}, like all Emacs Lisp arithmetic functions, does
817 not check for overflow, so shifting left can discard significant bits
818 and change the sign of the number.  For example, left shifting
819 268,435,455 produces @minus{}2 on a 29-bit machine:
821 @example
822 (lsh 268435455 1)          ; @r{left shift}
823      @result{} -2
824 @end example
826 In binary, in the 29-bit implementation, the argument looks like this:
828 @example
829 @group
830 ;; @r{Decimal 268,435,455}
831 0 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111
832 @end group
833 @end example
835 @noindent
836 which becomes the following when left shifted:
838 @example
839 @group
840 ;; @r{Decimal @minus{}2}
841 1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1110
842 @end group
843 @end example
844 @end defun
846 @defun ash integer1 count
847 @cindex arithmetic shift
848 @code{ash} (@dfn{arithmetic shift}) shifts the bits in @var{integer1}
849 to the left @var{count} places, or to the right if @var{count}
850 is negative.
852 @code{ash} gives the same results as @code{lsh} except when
853 @var{integer1} and @var{count} are both negative.  In that case,
854 @code{ash} puts ones in the empty bit positions on the left, while
855 @code{lsh} puts zeros in those bit positions.
857 Thus, with @code{ash}, shifting the pattern of bits one place to the right
858 looks like this:
860 @example
861 @group
862 (ash -6 -1) @result{} -3
863 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal @minus{}3.}
864 1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010
865      @result{}
866 1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1101
867 @end group
868 @end example
870 In contrast, shifting the pattern of bits one place to the right with
871 @code{lsh} looks like this:
873 @example
874 @group
875 (lsh -6 -1) @result{} 268435453
876 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal 268,435,453.}
877 1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010
878      @result{}
879 0 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1101
880 @end group
881 @end example
883 Here are other examples:
885 @c !!! Check if lined up in smallbook format!  XDVI shows problem
886 @c     with smallbook but not with regular book! --rjc 16mar92
887 @smallexample
888 @group
889                    ;  @r{             29-bit binary values}
891 (lsh 5 2)          ;   5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
892      @result{} 20         ;      =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0001 0100}
893 @end group
894 @group
895 (ash 5 2)
896      @result{} 20
897 (lsh -5 2)         ;  -5  =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
898      @result{} -20        ;      =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1110 1100}
899 (ash -5 2)
900      @result{} -20
901 @end group
902 @group
903 (lsh 5 -2)         ;   5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
904      @result{} 1          ;      =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0001}
905 @end group
906 @group
907 (ash 5 -2)
908      @result{} 1
909 @end group
910 @group
911 (lsh -5 -2)        ;  -5  =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
912      @result{} 134217726  ;      =  @r{0 0111  1111 1111  1111 1111  1111 1110}
913 @end group
914 @group
915 (ash -5 -2)        ;  -5  =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
916      @result{} -2         ;      =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1110}
917 @end group
918 @end smallexample
919 @end defun
921 @defun logand &rest ints-or-markers
922 @cindex logical and
923 @cindex bitwise and
924 This function returns the ``logical and'' of the arguments: the
925 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
926 set in all the arguments.  (``Set'' means that the value of the bit is 1
927 rather than 0.)
929 For example, using 4-bit binary numbers, the ``logical and'' of 13 and
930 12 is 12: 1101 combined with 1100 produces 1100.
931 In both the binary numbers, the leftmost two bits are set (i.e., they
932 are 1's), so the leftmost two bits of the returned value are set.
933 However, for the rightmost two bits, each is zero in at least one of
934 the arguments, so the rightmost two bits of the returned value are 0's.
936 @noindent
937 Therefore,
939 @example
940 @group
941 (logand 13 12)
942      @result{} 12
943 @end group
944 @end example
946 If @code{logand} is not passed any argument, it returns a value of
947 @minus{}1.  This number is an identity element for @code{logand}
948 because its binary representation consists entirely of ones.  If
949 @code{logand} is passed just one argument, it returns that argument.
951 @smallexample
952 @group
953                    ; @r{               29-bit binary values}
955 (logand 14 13)     ; 14  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
956                    ; 13  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
957      @result{} 12         ; 12  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
958 @end group
960 @group
961 (logand 14 13 4)   ; 14  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
962                    ; 13  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
963                    ;  4  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0100}
964      @result{} 4          ;  4  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0100}
965 @end group
967 @group
968 (logand)
969      @result{} -1         ; -1  =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111}
970 @end group
971 @end smallexample
972 @end defun
974 @defun logior &rest ints-or-markers
975 @cindex logical inclusive or
976 @cindex bitwise or
977 This function returns the ``inclusive or'' of its arguments: the @var{n}th bit
978 is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is set in at least
979 one of the arguments.  If there are no arguments, the result is zero,
980 which is an identity element for this operation.  If @code{logior} is
981 passed just one argument, it returns that argument.
983 @smallexample
984 @group
985                    ; @r{              29-bit binary values}
987 (logior 12 5)      ; 12  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
988                    ;  5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
989      @result{} 13         ; 13  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
990 @end group
992 @group
993 (logior 12 5 7)    ; 12  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
994                    ;  5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
995                    ;  7  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0111}
996      @result{} 15         ; 15  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1111}
997 @end group
998 @end smallexample
999 @end defun
1001 @defun logxor &rest ints-or-markers
1002 @cindex bitwise exclusive or
1003 @cindex logical exclusive or
1004 This function returns the ``exclusive or'' of its arguments: the
1005 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
1006 set in an odd number of the arguments.  If there are no arguments, the
1007 result is 0, which is an identity element for this operation.  If
1008 @code{logxor} is passed just one argument, it returns that argument.
1010 @smallexample
1011 @group
1012                    ; @r{              29-bit binary values}
1014 (logxor 12 5)      ; 12  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
1015                    ;  5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
1016      @result{} 9          ;  9  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1001}
1017 @end group
1019 @group
1020 (logxor 12 5 7)    ; 12  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
1021                    ;  5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
1022                    ;  7  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0111}
1023      @result{} 14         ; 14  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
1024 @end group
1025 @end smallexample
1026 @end defun
1028 @defun lognot integer
1029 @cindex logical not
1030 @cindex bitwise not
1031 This function returns the logical complement of its argument: the @var{n}th
1032 bit is one in the result if, and only if, the @var{n}th bit is zero in
1033 @var{integer}, and vice-versa.
1035 @example
1036 (lognot 5)
1037      @result{} -6
1038 ;;  5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
1039 ;; @r{becomes}
1040 ;; -6  =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010}
1041 @end example
1042 @end defun
1044 @node Math Functions
1045 @section Standard Mathematical Functions
1046 @cindex transcendental functions
1047 @cindex mathematical functions
1048 @cindex floating-point functions
1050   These mathematical functions allow integers as well as floating point
1051 numbers as arguments.
1053 @defun sin arg
1054 @defunx cos arg
1055 @defunx tan arg
1056 These are the ordinary trigonometric functions, with argument measured
1057 in radians.
1058 @end defun
1060 @defun asin arg
1061 The value of @code{(asin @var{arg})} is a number between
1062 @ifnottex
1063 @minus{}pi/2
1064 @end ifnottex
1065 @tex
1066 @math{-\pi/2}
1067 @end tex
1069 @ifnottex
1070 pi/2
1071 @end ifnottex
1072 @tex
1073 @math{\pi/2}
1074 @end tex
1075 (inclusive) whose sine is @var{arg}; if, however, @var{arg} is out of
1076 range (outside [@minus{}1, 1]), it signals a @code{domain-error} error.
1077 @end defun
1079 @defun acos arg
1080 The value of @code{(acos @var{arg})} is a number between 0 and
1081 @ifnottex
1083 @end ifnottex
1084 @tex
1085 @math{\pi}
1086 @end tex
1087 (inclusive) whose cosine is @var{arg}; if, however, @var{arg} is out
1088 of range (outside [@minus{}1, 1]), it signals a @code{domain-error} error.
1089 @end defun
1091 @defun atan y &optional x
1092 The value of @code{(atan @var{y})} is a number between
1093 @ifnottex
1094 @minus{}pi/2
1095 @end ifnottex
1096 @tex
1097 @math{-\pi/2}
1098 @end tex
1100 @ifnottex
1101 pi/2
1102 @end ifnottex
1103 @tex
1104 @math{\pi/2}
1105 @end tex
1106 (exclusive) whose tangent is @var{y}.  If the optional second
1107 argument @var{x} is given, the value of @code{(atan y x)} is the
1108 angle in radians between the vector @code{[@var{x}, @var{y}]} and the
1109 @code{X} axis.
1110 @end defun
1112 @defun exp arg
1113 This is the exponential function; it returns
1114 @tex
1115 @math{e}
1116 @end tex
1117 @ifnottex
1118 @i{e}
1119 @end ifnottex
1120 to the power @var{arg}.
1121 @tex
1122 @math{e}
1123 @end tex
1124 @ifnottex
1125 @i{e}
1126 @end ifnottex
1127 is a fundamental mathematical constant also called the base of natural
1128 logarithms.
1129 @end defun
1131 @defun log arg &optional base
1132 This function returns the logarithm of @var{arg}, with base @var{base}.
1133 If you don't specify @var{base}, the base
1134 @tex
1135 @math{e}
1136 @end tex
1137 @ifnottex
1138 @i{e}
1139 @end ifnottex
1140 is used.  If @var{arg} is negative, it signals a @code{domain-error}
1141 error.
1142 @end defun
1144 @ignore
1145 @defun expm1 arg
1146 This function returns @code{(1- (exp @var{arg}))}, but it is more
1147 accurate than that when @var{arg} is negative and @code{(exp @var{arg})}
1148 is close to 1.
1149 @end defun
1151 @defun log1p arg
1152 This function returns @code{(log (1+ @var{arg}))}, but it is more
1153 accurate than that when @var{arg} is so small that adding 1 to it would
1154 lose accuracy.
1155 @end defun
1156 @end ignore
1158 @defun log10 arg
1159 This function returns the logarithm of @var{arg}, with base 10.  If
1160 @var{arg} is negative, it signals a @code{domain-error} error.
1161 @code{(log10 @var{x})} @equiv{} @code{(log @var{x} 10)}, at least
1162 approximately.
1163 @end defun
1165 @defun expt x y
1166 This function returns @var{x} raised to power @var{y}.  If both
1167 arguments are integers and @var{y} is positive, the result is an
1168 integer; in this case, overflow causes truncation, so watch out.
1169 @end defun
1171 @defun sqrt arg
1172 This returns the square root of @var{arg}.  If @var{arg} is negative,
1173 it signals a @code{domain-error} error.
1174 @end defun
1176 @node Random Numbers
1177 @section Random Numbers
1178 @cindex random numbers
1180 A deterministic computer program cannot generate true random numbers.
1181 For most purposes, @dfn{pseudo-random numbers} suffice.  A series of
1182 pseudo-random numbers is generated in a deterministic fashion.  The
1183 numbers are not truly random, but they have certain properties that
1184 mimic a random series.  For example, all possible values occur equally
1185 often in a pseudo-random series.
1187 In Emacs, pseudo-random numbers are generated from a ``seed'' number.
1188 Starting from any given seed, the @code{random} function always
1189 generates the same sequence of numbers.  Emacs always starts with the
1190 same seed value, so the sequence of values of @code{random} is actually
1191 the same in each Emacs run!  For example, in one operating system, the
1192 first call to @code{(random)} after you start Emacs always returns
1193 @minus{}1457731, and the second one always returns @minus{}7692030.  This
1194 repeatability is helpful for debugging.
1196 If you want random numbers that don't always come out the same, execute
1197 @code{(random t)}.  This chooses a new seed based on the current time of
1198 day and on Emacs's process @acronym{ID} number.
1200 @defun random &optional limit
1201 This function returns a pseudo-random integer.  Repeated calls return a
1202 series of pseudo-random integers.
1204 If @var{limit} is a positive integer, the value is chosen to be
1205 nonnegative and less than @var{limit}.
1207 If @var{limit} is @code{t}, it means to choose a new seed based on the
1208 current time of day and on Emacs's process @acronym{ID} number.
1209 @c "Emacs'" is incorrect usage!
1211 On some machines, any integer representable in Lisp may be the result
1212 of @code{random}.  On other machines, the result can never be larger
1213 than a certain maximum or less than a certain (negative) minimum.
1214 @end defun
1216 @ignore
1217    arch-tag: 574e8dd2-d513-4616-9844-c9a27869782e
1218 @end ignore