(tex-mode-map): Replace validate-tex-buffer by
[emacs.git] / lispref / numbers.texi
blobfbbdc83871e0427f03879d6ac66062596aba0bd1
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 Free Software Foundation, Inc. 
4 @c See the file elisp.texi for copying conditions.
5 @setfilename ../info/numbers
6 @node Numbers, Strings and Characters, Lisp Data Types, Top
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.  Their values are exact.  Floating point
14 numbers are numbers with fractional parts, such as @minus{}4.5, 0.0, or
15 2.71828.  They can also be expressed in exponential notation: 1.5e2
16 equals 150; in this example, @samp{e2} stands for ten to the second
17 power, and that is multiplied by 1.5.  Floating point values are not
18 exact; they have a fixed, limited amount of precision.
20 @menu
21 * Integer Basics::            Representation and range of integers.
22 * Float Basics::              Representation and range of floating point.
23 * Predicates on Numbers::     Testing for numbers.
24 * Comparison of Numbers::     Equality and inequality predicates.
25 * Numeric Conversions::       Converting float to integer and vice versa.
26 * Arithmetic Operations::     How to add, subtract, multiply and divide.
27 * Rounding Operations::       Explicitly rounding floating point numbers.
28 * Bitwise Operations::        Logical and, or, not, shifting.
29 * Math Functions::            Trig, exponential and logarithmic functions.
30 * Random Numbers::            Obtaining random integers, predictable or not.
31 @end menu
33 @node Integer Basics
34 @comment  node-name,  next,  previous,  up
35 @section Integer Basics
37   The range of values for an integer depends on the machine.  The
38 minimum range is @minus{}134217728 to 134217727 (28 bits; i.e.,
39 @ifinfo 
40 -2**27
41 @end ifinfo
42 @tex 
43 $-2^{27}$
44 @end tex
45 to 
46 @ifinfo 
47 2**27 - 1),
48 @end ifinfo
49 @tex 
50 $2^{27}-1$),
51 @end tex
52 but some machines may provide a wider range.  Many examples in this
53 chapter assume an integer has 28 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.
59 @example
60  1               ; @r{The integer 1.}
61  1.              ; @r{The integer 1.}
62 +1               ; @r{Also the integer 1.}
63 -1               ; @r{The integer @minus{}1.}
64  268435457       ; @r{Also the integer 1, due to overflow.}
65  0               ; @r{The integer 0.}
66 -0               ; @r{The integer 0.}
67 @end example
69   To understand how various functions work on integers, especially the
70 bitwise operators (@pxref{Bitwise Operations}), it is often helpful to
71 view the numbers in their binary form.
73   In 28-bit binary, the decimal integer 5 looks like this:
75 @example
76 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101
77 @end example
79 @noindent
80 (We have inserted spaces between groups of 4 bits, and two spaces
81 between groups of 8 bits, to make the binary integer easier to read.)
83   The integer @minus{}1 looks like this:
85 @example
86 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111
87 @end example
89 @noindent
90 @cindex two's complement
91 @minus{}1 is represented as 28 ones.  (This is called @dfn{two's
92 complement} notation.)
94   The negative integer, @minus{}5, is creating by subtracting 4 from
95 @minus{}1.  In binary, the decimal integer 4 is 100.  Consequently,
96 @minus{}5 looks like this:
98 @example
99 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011
100 @end example
102   In this implementation, the largest 28-bit binary integer value is
103 134,217,727 in decimal.  In binary, it looks like this:
105 @example
106 0111  1111 1111  1111 1111  1111 1111
107 @end example
109   Since the arithmetic functions do not check whether integers go
110 outside their range, when you add 1 to 134,217,727, the value is the
111 negative integer @minus{}134,217,728:
113 @example
114 (+ 1 134217727)
115      @result{} -134217728
116      @result{} 1000  0000 0000  0000 0000  0000 0000
117 @end example
119   Many of the functions described in this chapter accept markers for
120 arguments in place of numbers.  (@xref{Markers}.)  Since the actual
121 arguments to such functions may be either numbers or markers, we often
122 give these arguments the name @var{number-or-marker}.  When the argument
123 value is a marker, its position value is used and its buffer is ignored.
125 @node Float Basics
126 @section Floating Point Basics
128   Floating point numbers are useful for representing numbers that are
129 not integral.  The precise range of floating point numbers is
130 machine-specific; it is the same as the range of the C data type
131 @code{double} on the machine you are using.
133   The read-syntax for floating point numbers requires either a decimal
134 point (with at least one digit following), an exponent, or both.  For
135 example, @samp{1500.0}, @samp{15e2}, @samp{15.0e2}, @samp{1.5e3}, and
136 @samp{.15e4} are five ways of writing a floating point number whose
137 value is 1500.  They are all equivalent.  You can also use a minus sign
138 to write negative floating point numbers, as in @samp{-1.0}.
140 @cindex IEEE floating point
141 @cindex positive infinity
142 @cindex negative infinity
143 @cindex infinity
144 @cindex NaN
145    Most modern computers support the IEEE floating point standard, which
146 provides for positive infinity and negative infinity as floating point
147 values.  It also provides for a class of values called NaN or
148 ``not-a-number''; numerical functions return such values in cases where
149 there is no correct answer.  For example, @code{(sqrt -1.0)} returns a
150 NaN.  For practical purposes, there's no significant difference between
151 different NaN values in Emacs Lisp, and there's no rule for precisely
152 which NaN value should be used in a particular case, so Emacs Lisp
153 doesn't try to distinguish them.  Here are the read syntaxes for
154 these special floating point values:
156 @table @asis
157 @item positive infinity
158 @samp{1.0e+INF}
159 @item negative infinity
160 @samp{-1.0e+INF}
161 @item Not-a-number
162 @samp{0.0e+NaN}.
163 @end table
165   In addition, the value @code{-0.0} is distinguishable from ordinary
166 zero in IEEE floating point (although @code{equal} and @code{=} consider
167 them equal values).
169   You can use @code{logb} to extract the binary exponent of a floating
170 point number (or estimate the logarithm of an integer):
172 @defun logb number
173 This function returns the binary exponent of @var{number}.  More
174 precisely, the value is the logarithm of @var{number} base 2, rounded
175 down to an integer.
177 @example
178 (logb 10)
179      @result{} 3
180 (logb 10.0e20)
181      @result{} 69
182 @end example
183 @end defun
185 @node Predicates on Numbers
186 @section Type Predicates for Numbers
188   The functions in this section test whether the argument is a number or
189 whether it is a certain sort of number.  The functions @code{integerp}
190 and @code{floatp} can take any type of Lisp object as argument (the
191 predicates would not be of much use otherwise); but the @code{zerop}
192 predicate requires a number as its argument.  See also
193 @code{integer-or-marker-p} and @code{number-or-marker-p}, in
194 @ref{Predicates on Markers}.
196 @defun floatp object
197 This predicate tests whether its argument is a floating point
198 number and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
200 @code{floatp} does not exist in Emacs versions 18 and earlier.
201 @end defun
203 @defun integerp object
204 This predicate tests whether its argument is an integer, and returns
205 @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
206 @end defun
208 @defun numberp object
209 This predicate tests whether its argument is a number (either integer or
210 floating point), and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
211 @end defun
213 @defun wholenump object
214 @cindex natural numbers
215 The @code{wholenump} predicate (whose name comes from the phrase
216 ``whole-number-p'') tests to see whether its argument is a nonnegative
217 integer, and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.  0 is
218 considered non-negative.
220 @findex natnump
221 @code{natnump} is an obsolete synonym for @code{wholenump}.
222 @end defun
224 @defun zerop number
225 This predicate tests whether its argument is zero, and returns @code{t}
226 if so, @code{nil} otherwise.  The argument must be a number.
228 These two forms are equivalent: @code{(zerop x)} @equiv{} @code{(= x 0)}.
229 @end defun
231 @node Comparison of Numbers
232 @section Comparison of Numbers
233 @cindex number equality
235   To test numbers for numerical equality, you should normally use
236 @code{=}, not @code{eq}.  There can be many distinct floating point
237 number objects with the same numeric value.  If you use @code{eq} to
238 compare them, then you test whether two values are the same
239 @emph{object}.  By contrast, @code{=} compares only the numeric values
240 of the objects.
242   At present, each integer value has a unique Lisp object in Emacs Lisp.
243 Therefore, @code{eq} is equivalent to @code{=} where integers are
244 concerned.  It is sometimes convenient to use @code{eq} for comparing an
245 unknown value with an integer, because @code{eq} does not report an
246 error if the unknown value is not a number---it accepts arguments of any
247 type.  By contrast, @code{=} signals an error if the arguments are not
248 numbers or markers.  However, it is a good idea to use @code{=} if you
249 can, even for comparing integers, just in case we change the
250 representation of integers in a future Emacs version.
252   Sometimes it is useful to compare numbers with @code{equal}; it treats
253 two numbers as equal if they have the same data type (both integers, or
254 both floating point) and the same value.  By contrast, @code{=} can
255 treat an integer and a floating point number as equal.
257   There is another wrinkle: because floating point arithmetic is not
258 exact, it is often a bad idea to check for equality of two floating
259 point values.  Usually it is better to test for approximate equality.
260 Here's a function to do this:
262 @example
263 (defvar fuzz-factor 1.0e-6)
264 (defun approx-equal (x y)
265   (or (and (= x 0) (= y 0))
266       (< (/ (abs (- x y))
267             (max (abs x) (abs y)))
268          fuzz-factor)))
269 @end example
271 @cindex CL note---integers vrs @code{eq}
272 @quotation
273 @b{Common Lisp note:} Comparing numbers in Common Lisp always requires
274 @code{=} because Common Lisp implements multi-word integers, and two
275 distinct integer objects can have the same numeric value.  Emacs Lisp
276 can have just one integer object for any given value because it has a
277 limited range of integer values.
278 @end quotation
280 @defun = number-or-marker1 number-or-marker2
281 This function tests whether its arguments are numerically equal, and
282 returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
283 @end defun
285 @defun /= number-or-marker1 number-or-marker2
286 This function tests whether its arguments are numerically equal, and
287 returns @code{t} if they are not, and @code{nil} if they are.
288 @end defun
290 @defun <  number-or-marker1 number-or-marker2
291 This function tests whether its first argument is strictly less than
292 its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
293 @end defun
295 @defun <=  number-or-marker1 number-or-marker2
296 This function tests whether its first argument is less than or equal
297 to its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
298 otherwise.
299 @end defun
301 @defun >  number-or-marker1 number-or-marker2
302 This function tests whether its first argument is strictly greater
303 than its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
304 otherwise.
305 @end defun
307 @defun >=  number-or-marker1 number-or-marker2
308 This function tests whether its first argument is greater than or
309 equal to its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
310 otherwise.
311 @end defun
313 @defun max number-or-marker &rest numbers-or-markers
314 This function returns the largest of its arguments.
316 @example
317 (max 20)
318      @result{} 20
319 (max 1 2.5)
320      @result{} 2.5
321 (max 1 3 2.5)
322      @result{} 3
323 @end example
324 @end defun
326 @defun min number-or-marker &rest numbers-or-markers
327 This function returns the smallest of its arguments.
329 @example
330 (min -4 1)
331      @result{} -4
332 @end example
333 @end defun
335 @defun abs number
336 This function returns the absolute value of @var{number}.
337 @end defun
339 @node Numeric Conversions
340 @section Numeric Conversions
341 @cindex rounding in conversions
343 To convert an integer to floating point, use the function @code{float}.
345 @defun float number
346 This returns @var{number} converted to floating point.
347 If @var{number} is already a floating point number, @code{float} returns
348 it unchanged.
349 @end defun
351 There are four functions to convert floating point numbers to integers;
352 they differ in how they round.  These functions accept integer arguments
353 also, and return such arguments unchanged.
355 @defun truncate number
356 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards
357 zero.
358 @end defun
360 @defun floor number &optional divisor
361 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding downward
362 (towards negative infinity).
364 If @var{divisor} is specified, @var{number} is divided by @var{divisor}
365 before the floor is taken; this uses the kind of division operation that
366 corresponds to @code{mod}, rounding downward.  An @code{arith-error}
367 results if @var{divisor} is 0.
368 @end defun
370 @defun ceiling number
371 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding upward
372 (towards positive infinity).
373 @end defun
375 @defun round number
376 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards the
377 nearest integer.  Rounding a value equidistant between two integers
378 may choose the integer closer to zero, or it may prefer an even integer,
379 depending on your machine.
380 @end defun
382 @node Arithmetic Operations
383 @section Arithmetic Operations
385   Emacs Lisp provides the traditional four arithmetic operations:
386 addition, subtraction, multiplication, and division.  Remainder and modulus
387 functions supplement the division functions.  The functions to
388 add or subtract 1 are provided because they are traditional in Lisp and
389 commonly used.
391   All of these functions except @code{%} return a floating point value
392 if any argument is floating.
394   It is important to note that in Emacs Lisp, arithmetic functions
395 do not check for overflow.  Thus @code{(1+ 134217727)} may evaluate to
396 @minus{}134217728, depending on your hardware.
398 @defun 1+ number-or-marker
399 This function returns @var{number-or-marker} plus 1.
400 For example,
402 @example
403 (setq foo 4)
404      @result{} 4
405 (1+ foo)
406      @result{} 5
407 @end example
409 This function is not analogous to the C operator @code{++}---it does not
410 increment a variable.  It just computes a sum.  Thus, if we continue,
412 @example
414      @result{} 4
415 @end example
417 If you want to increment the variable, you must use @code{setq},
418 like this:
420 @example
421 (setq foo (1+ foo))
422      @result{} 5
423 @end example
424 @end defun
426 @defun 1- number-or-marker
427 This function returns @var{number-or-marker} minus 1.
428 @end defun
430 @defun + &rest numbers-or-markers
431 This function adds its arguments together.  When given no arguments,
432 @code{+} returns 0.
434 @example
436      @result{} 0
437 (+ 1)
438      @result{} 1
439 (+ 1 2 3 4)
440      @result{} 10
441 @end example
442 @end defun
444 @defun - &optional number-or-marker &rest more-numbers-or-markers
445 The @code{-} function serves two purposes: negation and subtraction.
446 When @code{-} has a single argument, the value is the negative of the
447 argument.  When there are multiple arguments, @code{-} subtracts each of
448 the @var{more-numbers-or-markers} from @var{number-or-marker},
449 cumulatively.  If there are no arguments, the result is 0.
451 @example
452 (- 10 1 2 3 4)
453      @result{} 0
454 (- 10)
455      @result{} -10
457      @result{} 0
458 @end example
459 @end defun
461 @defun * &rest numbers-or-markers
462 This function multiplies its arguments together, and returns the
463 product.  When given no arguments, @code{*} returns 1.
465 @example
467      @result{} 1
468 (* 1)
469      @result{} 1
470 (* 1 2 3 4)
471      @result{} 24
472 @end example
473 @end defun
475 @defun / dividend divisor &rest divisors
476 This function divides @var{dividend} by @var{divisor} and returns the
477 quotient.  If there are additional arguments @var{divisors}, then it
478 divides @var{dividend} by each divisor in turn.  Each argument may be a
479 number or a marker.
481 If all the arguments are integers, then the result is an integer too.
482 This means the result has to be rounded.  On most machines, the result
483 is rounded towards zero after each division, but some machines may round
484 differently with negative arguments.  This is because the Lisp function
485 @code{/} is implemented using the C division operator, which also
486 permits machine-dependent rounding.  As a practical matter, all known
487 machines round in the standard fashion.
489 @cindex @code{arith-error} in division
490 If you divide an integer by 0, an @code{arith-error} error is signaled.
491 (@xref{Errors}.)  Floating point division by zero returns either
492 infinity or a NaN if your machine supports IEEE floating point;
493 otherwise, it signals an @code{arith-error} error.
495 @example
496 @group
497 (/ 6 2)
498      @result{} 3
499 @end group
500 (/ 5 2)
501      @result{} 2
502 (/ 5.0 2)
503      @result{} 2.5
504 (/ 5 2.0)
505      @result{} 2.5
506 (/ 5.0 2.0)
507      @result{} 2.5
508 (/ 25 3 2)
509      @result{} 4
510 (/ -17 6)
511      @result{} -2
512 @end example
514 The result of @code{(/ -17 6)} could in principle be -3 on some
515 machines.
516 @end defun
518 @defun % dividend divisor
519 @cindex remainder
520 This function returns the integer remainder after division of @var{dividend}
521 by @var{divisor}.  The arguments must be integers or markers.
523 For negative arguments, the remainder is in principle machine-dependent
524 since the quotient is; but in practice, all known machines behave alike.
526 An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
528 @example
529 (% 9 4)
530      @result{} 1
531 (% -9 4)
532      @result{} -1
533 (% 9 -4)
534      @result{} 1
535 (% -9 -4)
536      @result{} -1
537 @end example
539 For any two integers @var{dividend} and @var{divisor},
541 @example
542 @group
543 (+ (% @var{dividend} @var{divisor})
544    (* (/ @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
545 @end group
546 @end example
548 @noindent
549 always equals @var{dividend}.
550 @end defun
552 @defun mod dividend divisor
553 @cindex modulus
554 This function returns the value of @var{dividend} modulo @var{divisor};
555 in other words, the remainder after division of @var{dividend}
556 by @var{divisor}, but with the same sign as @var{divisor}.
557 The arguments must be numbers or markers.
559 Unlike @code{%}, @code{mod} returns a well-defined result for negative
560 arguments.  It also permits floating point arguments; it rounds the
561 quotient downward (towards minus infinity) to an integer, and uses that
562 quotient to compute the remainder.
564 An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
566 @example
567 @group
568 (mod 9 4)
569      @result{} 1
570 @end group
571 @group
572 (mod -9 4)
573      @result{} 3
574 @end group
575 @group
576 (mod 9 -4)
577      @result{} -3
578 @end group
579 @group
580 (mod -9 -4)
581      @result{} -1
582 @end group
583 @group
584 (mod 5.5 2.5)
585      @result{} .5
586 @end group
587 @end example
589 For any two numbers @var{dividend} and @var{divisor},
591 @example
592 @group
593 (+ (mod @var{dividend} @var{divisor})
594    (* (floor @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
595 @end group
596 @end example
598 @noindent
599 always equals @var{dividend}, subject to rounding error if either
600 argument is floating point.  For @code{floor}, see @ref{Numeric
601 Conversions}.
602 @end defun
604 @node Rounding Operations
605 @section Rounding Operations
606 @cindex rounding without conversion
608 The functions @code{ffloor}, @code{fceiling}, @code{fround}, and
609 @code{ftruncate} take a floating point argument and return a floating
610 point result whose value is a nearby integer.  @code{ffloor} returns the
611 nearest integer below; @code{fceiling}, the nearest integer above;
612 @code{ftruncate}, the nearest integer in the direction towards zero;
613 @code{fround}, the nearest integer.
615 @defun ffloor float
616 This function rounds @var{float} to the next lower integral value, and
617 returns that value as a floating point number.
618 @end defun
620 @defun fceiling float
621 This function rounds @var{float} to the next higher integral value, and
622 returns that value as a floating point number.
623 @end defun
625 @defun ftruncate float
626 This function rounds @var{float} towards zero to an integral value, and
627 returns that value as a floating point number.
628 @end defun
630 @defun fround float
631 This function rounds @var{float} to the nearest integral value,
632 and returns that value as a floating point number.
633 @end defun
635 @node Bitwise Operations
636 @section Bitwise Operations on Integers
638   In a computer, an integer is represented as a binary number, a
639 sequence of @dfn{bits} (digits which are either zero or one).  A bitwise
640 operation acts on the individual bits of such a sequence.  For example,
641 @dfn{shifting} moves the whole sequence left or right one or more places,
642 reproducing the same pattern ``moved over''.
644   The bitwise operations in Emacs Lisp apply only to integers.
646 @defun lsh integer1 count
647 @cindex logical shift
648 @code{lsh}, which is an abbreviation for @dfn{logical shift}, shifts the
649 bits in @var{integer1} to the left @var{count} places, or to the right
650 if @var{count} is negative, bringing zeros into the vacated bits.  If
651 @var{count} is negative, @code{lsh} shifts zeros into the leftmost
652 (most-significant) bit, producing a positive result even if
653 @var{integer1} is negative.  Contrast this with @code{ash}, below.
655 Here are two examples of @code{lsh}, shifting a pattern of bits one
656 place to the left.  We show only the low-order eight bits of the binary
657 pattern; the rest are all zero.
659 @example
660 @group
661 (lsh 5 1)
662      @result{} 10
663 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 10.}
664 00000101 @result{} 00001010
666 (lsh 7 1)
667      @result{} 14
668 ;; @r{Decimal 7 becomes decimal 14.}
669 00000111 @result{} 00001110
670 @end group
671 @end example
673 @noindent
674 As the examples illustrate, shifting the pattern of bits one place to
675 the left produces a number that is twice the value of the previous
676 number.
678 Shifting a pattern of bits two places to the left produces results
679 like this (with 8-bit binary numbers):
681 @example
682 @group
683 (lsh 3 2)
684      @result{} 12
685 ;; @r{Decimal 3 becomes decimal 12.}
686 00000011 @result{} 00001100       
687 @end group
688 @end example
690 On the other hand, shifting one place to the right looks like this:
692 @example
693 @group
694 (lsh 6 -1)
695      @result{} 3
696 ;; @r{Decimal 6 becomes decimal 3.}
697 00000110 @result{} 00000011       
698 @end group
700 @group
701 (lsh 5 -1)
702      @result{} 2
703 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 2.}
704 00000101 @result{} 00000010       
705 @end group
706 @end example
708 @noindent
709 As the example illustrates, shifting one place to the right divides the
710 value of a positive integer by two, rounding downward.
712 The function @code{lsh}, like all Emacs Lisp arithmetic functions, does
713 not check for overflow, so shifting left can discard significant bits
714 and change the sign of the number.  For example, left shifting
715 134,217,727 produces @minus{}2 on a 28-bit machine:
717 @example
718 (lsh 134217727 1)          ; @r{left shift}
719      @result{} -2
720 @end example
722 In binary, in the 28-bit implementation, the argument looks like this:
724 @example
725 @group
726 ;; @r{Decimal 134,217,727}
727 0111  1111 1111  1111 1111  1111 1111         
728 @end group
729 @end example
731 @noindent
732 which becomes the following when left shifted:
734 @example
735 @group
736 ;; @r{Decimal @minus{}2}
737 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1110         
738 @end group
739 @end example
740 @end defun
742 @defun ash integer1 count
743 @cindex arithmetic shift
744 @code{ash} (@dfn{arithmetic shift}) shifts the bits in @var{integer1}
745 to the left @var{count} places, or to the right if @var{count}
746 is negative.
748 @code{ash} gives the same results as @code{lsh} except when
749 @var{integer1} and @var{count} are both negative.  In that case,
750 @code{ash} puts ones in the empty bit positions on the left, while
751 @code{lsh} puts zeros in those bit positions.
753 Thus, with @code{ash}, shifting the pattern of bits one place to the right
754 looks like this:
756 @example
757 @group
758 (ash -6 -1) @result{} -3            
759 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal @minus{}3.}
760 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010
761      @result{} 
762 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1101
763 @end group
764 @end example
766 In contrast, shifting the pattern of bits one place to the right with
767 @code{lsh} looks like this:
769 @example
770 @group
771 (lsh -6 -1) @result{} 134217725
772 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal 134,217,725.}
773 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010
774      @result{} 
775 0111  1111 1111  1111 1111  1111 1101
776 @end group
777 @end example
779 Here are other examples:
781 @c !!! Check if lined up in smallbook format!  XDVI shows problem
782 @c     with smallbook but not with regular book! --rjc 16mar92
783 @smallexample
784 @group
785                    ;  @r{             28-bit binary values}
787 (lsh 5 2)          ;   5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
788      @result{} 20         ;      =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0001 0100}
789 @end group
790 @group
791 (ash 5 2)
792      @result{} 20
793 (lsh -5 2)         ;  -5  =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
794      @result{} -20        ;      =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1110 1100}
795 (ash -5 2)
796      @result{} -20
797 @end group
798 @group
799 (lsh 5 -2)         ;   5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
800      @result{} 1          ;      =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0001}
801 @end group
802 @group
803 (ash 5 -2)
804      @result{} 1
805 @end group
806 @group
807 (lsh -5 -2)        ;  -5  =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
808      @result{} 4194302    ;      =  @r{0011  1111 1111  1111 1111  1111 1110}
809 @end group
810 @group
811 (ash -5 -2)        ;  -5  =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
812      @result{} -2         ;      =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1110}
813 @end group
814 @end smallexample
815 @end defun
817 @defun logand &rest ints-or-markers
818 @cindex logical and
819 @cindex bitwise and
820 This function returns the ``logical and'' of the arguments: the
821 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
822 set in all the arguments.  (``Set'' means that the value of the bit is 1
823 rather than 0.)
825 For example, using 4-bit binary numbers, the ``logical and'' of 13 and
826 12 is 12: 1101 combined with 1100 produces 1100.
827 In both the binary numbers, the leftmost two bits are set (i.e., they
828 are 1's), so the leftmost two bits of the returned value are set.
829 However, for the rightmost two bits, each is zero in at least one of
830 the arguments, so the rightmost two bits of the returned value are 0's.
832 @noindent
833 Therefore,
835 @example
836 @group
837 (logand 13 12)
838      @result{} 12
839 @end group
840 @end example
842 If @code{logand} is not passed any argument, it returns a value of
843 @minus{}1.  This number is an identity element for @code{logand}
844 because its binary representation consists entirely of ones.  If
845 @code{logand} is passed just one argument, it returns that argument.
847 @smallexample
848 @group
849                    ; @r{               28-bit binary values}
851 (logand 14 13)     ; 14  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
852                    ; 13  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
853      @result{} 12         ; 12  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
854 @end group
856 @group
857 (logand 14 13 4)   ; 14  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
858                    ; 13  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
859                    ;  4  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0100}
860      @result{} 4          ;  4  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0100}
861 @end group
863 @group
864 (logand)
865      @result{} -1         ; -1  =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111}
866 @end group
867 @end smallexample
868 @end defun
870 @defun logior &rest ints-or-markers
871 @cindex logical inclusive or
872 @cindex bitwise or
873 This function returns the ``inclusive or'' of its arguments: the @var{n}th bit
874 is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is set in at least
875 one of the arguments.  If there are no arguments, the result is zero,
876 which is an identity element for this operation.  If @code{logior} is
877 passed just one argument, it returns that argument.
879 @smallexample
880 @group
881                    ; @r{              28-bit binary values}
883 (logior 12 5)      ; 12  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
884                    ;  5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
885      @result{} 13         ; 13  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
886 @end group
888 @group
889 (logior 12 5 7)    ; 12  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
890                    ;  5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
891                    ;  7  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0111}
892      @result{} 15         ; 15  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1111}
893 @end group
894 @end smallexample
895 @end defun
897 @defun logxor &rest ints-or-markers
898 @cindex bitwise exclusive or
899 @cindex logical exclusive or
900 This function returns the ``exclusive or'' of its arguments: the
901 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
902 set in an odd number of the arguments.  If there are no arguments, the
903 result is 0, which is an identity element for this operation.  If
904 @code{logxor} is passed just one argument, it returns that argument.
906 @smallexample
907 @group
908                    ; @r{              28-bit binary values}
910 (logxor 12 5)      ; 12  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
911                    ;  5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
912      @result{} 9          ;  9  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1001}
913 @end group
915 @group
916 (logxor 12 5 7)    ; 12  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
917                    ;  5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
918                    ;  7  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0111}
919      @result{} 14         ; 14  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
920 @end group
921 @end smallexample
922 @end defun
924 @defun lognot integer
925 @cindex logical not
926 @cindex bitwise not
927 This function returns the logical complement of its argument: the @var{n}th
928 bit is one in the result if, and only if, the @var{n}th bit is zero in
929 @var{integer}, and vice-versa.
931 @example
932 (lognot 5)             
933      @result{} -6
934 ;;  5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
935 ;; @r{becomes}
936 ;; -6  =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010}
937 @end example
938 @end defun
940 @node Math Functions
941 @section Standard Mathematical Functions
942 @cindex transcendental functions
943 @cindex mathematical functions
945   These mathematical functions allow integers as well as floating point
946 numbers as arguments.
948 @defun sin arg
949 @defunx cos arg
950 @defunx tan arg
951 These are the ordinary trigonometric functions, with argument measured
952 in radians.
953 @end defun
955 @defun asin arg
956 The value of @code{(asin @var{arg})} is a number between @minus{}pi/2
957 and pi/2 (inclusive) whose sine is @var{arg}; if, however, @var{arg}
958 is out of range (outside [-1, 1]), then the result is a NaN.
959 @end defun
961 @defun acos arg
962 The value of @code{(acos @var{arg})} is a number between 0 and pi
963 (inclusive) whose cosine is @var{arg}; if, however, @var{arg}
964 is out of range (outside [-1, 1]), then the result is a NaN.
965 @end defun
967 @defun atan arg
968 The value of @code{(atan @var{arg})} is a number between @minus{}pi/2
969 and pi/2 (exclusive) whose tangent is @var{arg}.
970 @end defun
972 @defun exp arg
973 This is the exponential function; it returns
974 @tex
976 @end tex
977 @ifinfo
978 @i{e}
979 @end ifinfo
980 to the power @var{arg}.
981 @tex
983 @end tex
984 @ifinfo
985 @i{e}
986 @end ifinfo
987 is a fundamental mathematical constant also called the base of natural
988 logarithms.
989 @end defun
991 @defun log arg &optional base
992 This function returns the logarithm of @var{arg}, with base @var{base}.
993 If you don't specify @var{base}, the base
994 @tex
996 @end tex
997 @ifinfo
998 @i{e}
999 @end ifinfo
1000 is used.  If @var{arg}
1001 is negative, the result is a NaN.
1002 @end defun
1004 @ignore
1005 @defun expm1 arg
1006 This function returns @code{(1- (exp @var{arg}))}, but it is more
1007 accurate than that when @var{arg} is negative and @code{(exp @var{arg})}
1008 is close to 1.
1009 @end defun
1011 @defun log1p arg
1012 This function returns @code{(log (1+ @var{arg}))}, but it is more
1013 accurate than that when @var{arg} is so small that adding 1 to it would
1014 lose accuracy.
1015 @end defun
1016 @end ignore
1018 @defun log10 arg
1019 This function returns the logarithm of @var{arg}, with base 10.  If
1020 @var{arg} is negative, the result is a NaN.  @code{(log10 @var{x})}
1021 @equiv{} @code{(log @var{x} 10)}, at least approximately.
1022 @end defun
1024 @defun expt x y
1025 This function returns @var{x} raised to power @var{y}.  If both
1026 arguments are integers and @var{y} is positive, the result is an
1027 integer; in this case, it is truncated to fit the range of possible
1028 integer values.
1029 @end defun
1031 @defun sqrt arg
1032 This returns the square root of @var{arg}.  If @var{arg} is negative,
1033 the value is a NaN.
1034 @end defun
1036 @node Random Numbers
1037 @section Random Numbers
1038 @cindex random numbers
1040 A deterministic computer program cannot generate true random numbers.
1041 For most purposes, @dfn{pseudo-random numbers} suffice.  A series of
1042 pseudo-random numbers is generated in a deterministic fashion.  The
1043 numbers are not truly random, but they have certain properties that
1044 mimic a random series.  For example, all possible values occur equally
1045 often in a pseudo-random series.
1047 In Emacs, pseudo-random numbers are generated from a ``seed'' number.
1048 Starting from any given seed, the @code{random} function always
1049 generates the same sequence of numbers.  Emacs always starts with the
1050 same seed value, so the sequence of values of @code{random} is actually
1051 the same in each Emacs run!  For example, in one operating system, the
1052 first call to @code{(random)} after you start Emacs always returns
1053 -1457731, and the second one always returns -7692030.  This
1054 repeatability is helpful for debugging.
1056 If you want truly unpredictable random numbers, execute @code{(random
1057 t)}.  This chooses a new seed based on the current time of day and on
1058 Emacs's process @sc{id} number.
1060 @defun random &optional limit
1061 This function returns a pseudo-random integer.  Repeated calls return a
1062 series of pseudo-random integers.
1064 If @var{limit} is a positive integer, the value is chosen to be
1065 nonnegative and less than @var{limit}.
1067 If @var{limit} is @code{t}, it means to choose a new seed based on the
1068 current time of day and on Emacs's process @sc{id} number.
1069 @c "Emacs'" is incorrect usage!
1071 On some machines, any integer representable in Lisp may be the result
1072 of @code{random}.  On other machines, the result can never be larger
1073 than a certain maximum or less than a certain (negative) minimum.
1074 @end defun