lisp/makefile.w32-in (COMPILE_FIRST): Remove pcase.
[emacs.git] / doc / lispref / numbers.texi
blob23150c2c937c3ee096ab4c04607b5ec36cbbaaef
1 @c -*-texinfo-*-
2 @c This is part of the GNU Emacs Lisp Reference Manual.
3 @c Copyright (C) 1990-1995, 1998-1999, 2001-2011
4 @c   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{}536870912 to 536870911 (30 bits; i.e.,
40 @ifnottex
41 -2**29
42 @end ifnottex
43 @tex
44 @math{-2^{29}}
45 @end tex
47 @ifnottex
48 2**29 - 1),
49 @end ifnottex
50 @tex
51 @math{2^{29}-1}),
52 @end tex
53 but some machines may provide a wider range.  Many examples in this
54 chapter assume an integer has 30 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  1073741825      ; @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 30-bit binary, the decimal integer 5 looks like this:
98 @example
99 00 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 11 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111
110 @end example
112 @noindent
113 @cindex two's complement
114 @minus{}1 is represented as 30 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 11 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011
123 @end example
125   In this implementation, the largest 30-bit binary integer value is
126 536,870,911 in decimal.  In binary, it looks like this:
128 @example
129 01 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 536,870,911, the value is the
134 negative integer @minus{}536,870,912:
136 @example
137 (+ 1 536870911)
138      @result{} -536870912
139      @result{} 10 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   @xref{Character Codes, max-char}, for the maximum value of a valid
159 character codepoint.
161 @node Float Basics
162 @section Floating Point Basics
164   Floating point numbers are useful for representing numbers that are
165 not integral.  The precise range of floating point numbers is
166 machine-specific; it is the same as the range of the C data type
167 @code{double} on the machine you are using.
169   The read-syntax for floating point numbers requires either a decimal
170 point (with at least one digit following), an exponent, or both.  For
171 example, @samp{1500.0}, @samp{15e2}, @samp{15.0e2}, @samp{1.5e3}, and
172 @samp{.15e4} are five ways of writing a floating point number whose
173 value is 1500.  They are all equivalent.  You can also use a minus sign
174 to write negative floating point numbers, as in @samp{-1.0}.
176 @cindex @acronym{IEEE} floating point
177 @cindex positive infinity
178 @cindex negative infinity
179 @cindex infinity
180 @cindex NaN
181   Most modern computers support the @acronym{IEEE} floating point standard,
182 which provides for positive infinity and negative infinity as floating point
183 values.  It also provides for a class of values called NaN or
184 ``not-a-number''; numerical functions return such values in cases where
185 there is no correct answer.  For example, @code{(/ 0.0 0.0)} returns a
186 NaN.  For practical purposes, there's no significant difference between
187 different NaN values in Emacs Lisp, and there's no rule for precisely
188 which NaN value should be used in a particular case, so Emacs Lisp
189 doesn't try to distinguish them (but it does report the sign, if you
190 print it).  Here are the read syntaxes for these special floating
191 point values:
193 @table @asis
194 @item positive infinity
195 @samp{1.0e+INF}
196 @item negative infinity
197 @samp{-1.0e+INF}
198 @item Not-a-number 
199 @samp{0.0e+NaN} or @samp{-0.0e+NaN}.
200 @end table
202   To test whether a floating point value is a NaN, compare it with
203 itself using @code{=}.  That returns @code{nil} for a NaN, and
204 @code{t} for any other floating point value.
206   The value @code{-0.0} is distinguishable from ordinary zero in
207 @acronym{IEEE} floating point, but Emacs Lisp @code{equal} and
208 @code{=} consider them equal values.
210   You can use @code{logb} to extract the binary exponent of a floating
211 point number (or estimate the logarithm of an integer):
213 @defun logb number
214 This function returns the binary exponent of @var{number}.  More
215 precisely, the value is the logarithm of @var{number} base 2, rounded
216 down to an integer.
218 @example
219 (logb 10)
220      @result{} 3
221 (logb 10.0e20)
222      @result{} 69
223 @end example
224 @end defun
226 @defvar float-e
227 The mathematical constant @math{e} (2.71828@dots{}).
228 @end defvar
230 @defvar float-pi
231 The mathematical constant @math{pi} (3.14159@dots{}).
232 @end defvar
234 @node Predicates on Numbers
235 @section Type Predicates for Numbers
236 @cindex predicates for numbers
238   The functions in this section test for numbers, or for a specific
239 type of number.  The functions @code{integerp} and @code{floatp} can
240 take any type of Lisp object as argument (they would not be of much
241 use otherwise), but the @code{zerop} predicate requires a number as
242 its argument.  See also @code{integer-or-marker-p} and
243 @code{number-or-marker-p}, in @ref{Predicates on Markers}.
245 @defun floatp object
246 This predicate tests whether its argument is a floating point
247 number and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
249 @code{floatp} does not exist in Emacs versions 18 and earlier.
250 @end defun
252 @defun integerp object
253 This predicate tests whether its argument is an integer, and returns
254 @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
255 @end defun
257 @defun numberp object
258 This predicate tests whether its argument is a number (either integer or
259 floating point), and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
260 @end defun
262 @defun wholenump object
263 @cindex natural numbers
264 The @code{wholenump} predicate (whose name comes from the phrase
265 ``whole-number-p'') tests to see whether its argument is a nonnegative
266 integer, and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.  0 is
267 considered non-negative.
269 @findex natnump
270 @code{natnump} is an obsolete synonym for @code{wholenump}.
271 @end defun
273 @defun zerop number
274 This predicate tests whether its argument is zero, and returns @code{t}
275 if so, @code{nil} otherwise.  The argument must be a number.
277 @code{(zerop x)} is equivalent to @code{(= x 0)}.
278 @end defun
280 @node Comparison of Numbers
281 @section Comparison of Numbers
282 @cindex number comparison
283 @cindex comparing numbers
285   To test numbers for numerical equality, you should normally use
286 @code{=}, not @code{eq}.  There can be many distinct floating point
287 number objects with the same numeric value.  If you use @code{eq} to
288 compare them, then you test whether two values are the same
289 @emph{object}.  By contrast, @code{=} compares only the numeric values
290 of the objects.
292   At present, each integer value has a unique Lisp object in Emacs Lisp.
293 Therefore, @code{eq} is equivalent to @code{=} where integers are
294 concerned.  It is sometimes convenient to use @code{eq} for comparing an
295 unknown value with an integer, because @code{eq} does not report an
296 error if the unknown value is not a number---it accepts arguments of any
297 type.  By contrast, @code{=} signals an error if the arguments are not
298 numbers or markers.  However, it is a good idea to use @code{=} if you
299 can, even for comparing integers, just in case we change the
300 representation of integers in a future Emacs version.
302   Sometimes it is useful to compare numbers with @code{equal}; it
303 treats two numbers as equal if they have the same data type (both
304 integers, or both floating point) and the same value.  By contrast,
305 @code{=} can treat an integer and a floating point number as equal.
306 @xref{Equality Predicates}.
308   There is another wrinkle: because floating point arithmetic is not
309 exact, it is often a bad idea to check for equality of two floating
310 point values.  Usually it is better to test for approximate equality.
311 Here's a function to do this:
313 @example
314 (defvar fuzz-factor 1.0e-6)
315 (defun approx-equal (x y)
316   (or (and (= x 0) (= y 0))
317       (< (/ (abs (- x y))
318             (max (abs x) (abs y)))
319          fuzz-factor)))
320 @end example
322 @cindex CL note---integers vrs @code{eq}
323 @quotation
324 @b{Common Lisp note:} Comparing numbers in Common Lisp always requires
325 @code{=} because Common Lisp implements multi-word integers, and two
326 distinct integer objects can have the same numeric value.  Emacs Lisp
327 can have just one integer object for any given value because it has a
328 limited range of integer values.
329 @end quotation
331 @defun = number-or-marker1 number-or-marker2
332 This function tests whether its arguments are numerically equal, and
333 returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
334 @end defun
336 @defun eql value1 value2
337 This function acts like @code{eq} except when both arguments are
338 numbers.  It compares numbers by type and numeric value, so that
339 @code{(eql 1.0 1)} returns @code{nil}, but @code{(eql 1.0 1.0)} and
340 @code{(eql 1 1)} both return @code{t}.
341 @end defun
343 @defun /= number-or-marker1 number-or-marker2
344 This function tests whether its arguments are numerically equal, and
345 returns @code{t} if they are not, and @code{nil} if they are.
346 @end defun
348 @defun <  number-or-marker1 number-or-marker2
349 This function tests whether its first argument is strictly less than
350 its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
351 @end defun
353 @defun <=  number-or-marker1 number-or-marker2
354 This function tests whether its first argument is less than or equal
355 to its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
356 otherwise.
357 @end defun
359 @defun >  number-or-marker1 number-or-marker2
360 This function tests whether its first argument is strictly greater
361 than its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
362 otherwise.
363 @end defun
365 @defun >=  number-or-marker1 number-or-marker2
366 This function tests whether its first argument is greater than or
367 equal to its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
368 otherwise.
369 @end defun
371 @defun max number-or-marker &rest numbers-or-markers
372 This function returns the largest of its arguments.
373 If any of the arguments is floating-point, the value is returned
374 as floating point, even if it was given as an integer.
376 @example
377 (max 20)
378      @result{} 20
379 (max 1 2.5)
380      @result{} 2.5
381 (max 1 3 2.5)
382      @result{} 3.0
383 @end example
384 @end defun
386 @defun min number-or-marker &rest numbers-or-markers
387 This function returns the smallest of its arguments.
388 If any of the arguments is floating-point, the value is returned
389 as floating point, even if it was given as an integer.
391 @example
392 (min -4 1)
393      @result{} -4
394 @end example
395 @end defun
397 @defun abs number
398 This function returns the absolute value of @var{number}.
399 @end defun
401 @node Numeric Conversions
402 @section Numeric Conversions
403 @cindex rounding in conversions
404 @cindex number conversions
405 @cindex converting numbers
407 To convert an integer to floating point, use the function @code{float}.
409 @defun float number
410 This returns @var{number} converted to floating point.
411 If @var{number} is already a floating point number, @code{float} returns
412 it unchanged.
413 @end defun
415 There are four functions to convert floating point numbers to integers;
416 they differ in how they round.  All accept an argument @var{number}
417 and an optional argument @var{divisor}.  Both arguments may be
418 integers or floating point numbers.  @var{divisor} may also be
419 @code{nil}.  If @var{divisor} is @code{nil} or omitted, these
420 functions convert @var{number} to an integer, or return it unchanged
421 if it already is an integer.  If @var{divisor} is non-@code{nil}, they
422 divide @var{number} by @var{divisor} and convert the result to an
423 integer.  An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
425 @defun truncate number &optional divisor
426 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards
427 zero.
429 @example
430 (truncate 1.2)
431      @result{} 1
432 (truncate 1.7)
433      @result{} 1
434 (truncate -1.2)
435      @result{} -1
436 (truncate -1.7)
437      @result{} -1
438 @end example
439 @end defun
441 @defun floor number &optional divisor
442 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding downward
443 (towards negative infinity).
445 If @var{divisor} is specified, this uses the kind of division
446 operation that corresponds to @code{mod}, rounding downward.
448 @example
449 (floor 1.2)
450      @result{} 1
451 (floor 1.7)
452      @result{} 1
453 (floor -1.2)
454      @result{} -2
455 (floor -1.7)
456      @result{} -2
457 (floor 5.99 3)
458      @result{} 1
459 @end example
460 @end defun
462 @defun ceiling number &optional divisor
463 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding upward
464 (towards positive infinity).
466 @example
467 (ceiling 1.2)
468      @result{} 2
469 (ceiling 1.7)
470      @result{} 2
471 (ceiling -1.2)
472      @result{} -1
473 (ceiling -1.7)
474      @result{} -1
475 @end example
476 @end defun
478 @defun round number &optional divisor
479 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards the
480 nearest integer.  Rounding a value equidistant between two integers
481 may choose the integer closer to zero, or it may prefer an even integer,
482 depending on your machine.
484 @example
485 (round 1.2)
486      @result{} 1
487 (round 1.7)
488      @result{} 2
489 (round -1.2)
490      @result{} -1
491 (round -1.7)
492      @result{} -2
493 @end example
494 @end defun
496 @node Arithmetic Operations
497 @section Arithmetic Operations
498 @cindex arithmetic operations
500   Emacs Lisp provides the traditional four arithmetic operations:
501 addition, subtraction, multiplication, and division.  Remainder and modulus
502 functions supplement the division functions.  The functions to
503 add or subtract 1 are provided because they are traditional in Lisp and
504 commonly used.
506   All of these functions except @code{%} return a floating point value
507 if any argument is floating.
509   It is important to note that in Emacs Lisp, arithmetic functions
510 do not check for overflow.  Thus @code{(1+ 268435455)} may evaluate to
511 @minus{}268435456, depending on your hardware.
513 @defun 1+ number-or-marker
514 This function returns @var{number-or-marker} plus 1.
515 For example,
517 @example
518 (setq foo 4)
519      @result{} 4
520 (1+ foo)
521      @result{} 5
522 @end example
524 This function is not analogous to the C operator @code{++}---it does not
525 increment a variable.  It just computes a sum.  Thus, if we continue,
527 @example
529      @result{} 4
530 @end example
532 If you want to increment the variable, you must use @code{setq},
533 like this:
535 @example
536 (setq foo (1+ foo))
537      @result{} 5
538 @end example
539 @end defun
541 @defun 1- number-or-marker
542 This function returns @var{number-or-marker} minus 1.
543 @end defun
545 @defun + &rest numbers-or-markers
546 This function adds its arguments together.  When given no arguments,
547 @code{+} returns 0.
549 @example
551      @result{} 0
552 (+ 1)
553      @result{} 1
554 (+ 1 2 3 4)
555      @result{} 10
556 @end example
557 @end defun
559 @defun - &optional number-or-marker &rest more-numbers-or-markers
560 The @code{-} function serves two purposes: negation and subtraction.
561 When @code{-} has a single argument, the value is the negative of the
562 argument.  When there are multiple arguments, @code{-} subtracts each of
563 the @var{more-numbers-or-markers} from @var{number-or-marker},
564 cumulatively.  If there are no arguments, the result is 0.
566 @example
567 (- 10 1 2 3 4)
568      @result{} 0
569 (- 10)
570      @result{} -10
572      @result{} 0
573 @end example
574 @end defun
576 @defun * &rest numbers-or-markers
577 This function multiplies its arguments together, and returns the
578 product.  When given no arguments, @code{*} returns 1.
580 @example
582      @result{} 1
583 (* 1)
584      @result{} 1
585 (* 1 2 3 4)
586      @result{} 24
587 @end example
588 @end defun
590 @defun / dividend divisor &rest divisors
591 This function divides @var{dividend} by @var{divisor} and returns the
592 quotient.  If there are additional arguments @var{divisors}, then it
593 divides @var{dividend} by each divisor in turn.  Each argument may be a
594 number or a marker.
596 If all the arguments are integers, then the result is an integer too.
597 This means the result has to be rounded.  On most machines, the result
598 is rounded towards zero after each division, but some machines may round
599 differently with negative arguments.  This is because the Lisp function
600 @code{/} is implemented using the C division operator, which also
601 permits machine-dependent rounding.  As a practical matter, all known
602 machines round in the standard fashion.
604 @cindex @code{arith-error} in division
605 If you divide an integer by 0, an @code{arith-error} error is signaled.
606 (@xref{Errors}.)  Floating point division by zero returns either
607 infinity or a NaN if your machine supports @acronym{IEEE} floating point;
608 otherwise, it signals an @code{arith-error} error.
610 @example
611 @group
612 (/ 6 2)
613      @result{} 3
614 @end group
615 (/ 5 2)
616      @result{} 2
617 (/ 5.0 2)
618      @result{} 2.5
619 (/ 5 2.0)
620      @result{} 2.5
621 (/ 5.0 2.0)
622      @result{} 2.5
623 (/ 25 3 2)
624      @result{} 4
625 @group
626 (/ -17 6)
627      @result{} -2   @r{(could in theory be @minus{}3 on some machines)}
628 @end group
629 @end example
630 @end defun
632 @defun % dividend divisor
633 @cindex remainder
634 This function returns the integer remainder after division of @var{dividend}
635 by @var{divisor}.  The arguments must be integers or markers.
637 For negative arguments, the remainder is in principle machine-dependent
638 since the quotient is; but in practice, all known machines behave alike.
640 An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
642 @example
643 (% 9 4)
644      @result{} 1
645 (% -9 4)
646      @result{} -1
647 (% 9 -4)
648      @result{} 1
649 (% -9 -4)
650      @result{} -1
651 @end example
653 For any two integers @var{dividend} and @var{divisor},
655 @example
656 @group
657 (+ (% @var{dividend} @var{divisor})
658    (* (/ @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
659 @end group
660 @end example
662 @noindent
663 always equals @var{dividend}.
664 @end defun
666 @defun mod dividend divisor
667 @cindex modulus
668 This function returns the value of @var{dividend} modulo @var{divisor};
669 in other words, the remainder after division of @var{dividend}
670 by @var{divisor}, but with the same sign as @var{divisor}.
671 The arguments must be numbers or markers.
673 Unlike @code{%}, @code{mod} returns a well-defined result for negative
674 arguments.  It also permits floating point arguments; it rounds the
675 quotient downward (towards minus infinity) to an integer, and uses that
676 quotient to compute the remainder.
678 An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
680 @example
681 @group
682 (mod 9 4)
683      @result{} 1
684 @end group
685 @group
686 (mod -9 4)
687      @result{} 3
688 @end group
689 @group
690 (mod 9 -4)
691      @result{} -3
692 @end group
693 @group
694 (mod -9 -4)
695      @result{} -1
696 @end group
697 @group
698 (mod 5.5 2.5)
699      @result{} .5
700 @end group
701 @end example
703 For any two numbers @var{dividend} and @var{divisor},
705 @example
706 @group
707 (+ (mod @var{dividend} @var{divisor})
708    (* (floor @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
709 @end group
710 @end example
712 @noindent
713 always equals @var{dividend}, subject to rounding error if either
714 argument is floating point.  For @code{floor}, see @ref{Numeric
715 Conversions}.
716 @end defun
718 @node Rounding Operations
719 @section Rounding Operations
720 @cindex rounding without conversion
722 The functions @code{ffloor}, @code{fceiling}, @code{fround}, and
723 @code{ftruncate} take a floating point argument and return a floating
724 point result whose value is a nearby integer.  @code{ffloor} returns the
725 nearest integer below; @code{fceiling}, the nearest integer above;
726 @code{ftruncate}, the nearest integer in the direction towards zero;
727 @code{fround}, the nearest integer.
729 @defun ffloor float
730 This function rounds @var{float} to the next lower integral value, and
731 returns that value as a floating point number.
732 @end defun
734 @defun fceiling float
735 This function rounds @var{float} to the next higher integral value, and
736 returns that value as a floating point number.
737 @end defun
739 @defun ftruncate float
740 This function rounds @var{float} towards zero to an integral value, and
741 returns that value as a floating point number.
742 @end defun
744 @defun fround float
745 This function rounds @var{float} to the nearest integral value,
746 and returns that value as a floating point number.
747 @end defun
749 @node Bitwise Operations
750 @section Bitwise Operations on Integers
751 @cindex bitwise arithmetic
752 @cindex logical arithmetic
754   In a computer, an integer is represented as a binary number, a
755 sequence of @dfn{bits} (digits which are either zero or one).  A bitwise
756 operation acts on the individual bits of such a sequence.  For example,
757 @dfn{shifting} moves the whole sequence left or right one or more places,
758 reproducing the same pattern ``moved over.''
760   The bitwise operations in Emacs Lisp apply only to integers.
762 @defun lsh integer1 count
763 @cindex logical shift
764 @code{lsh}, which is an abbreviation for @dfn{logical shift}, shifts the
765 bits in @var{integer1} to the left @var{count} places, or to the right
766 if @var{count} is negative, bringing zeros into the vacated bits.  If
767 @var{count} is negative, @code{lsh} shifts zeros into the leftmost
768 (most-significant) bit, producing a positive result even if
769 @var{integer1} is negative.  Contrast this with @code{ash}, below.
771 Here are two examples of @code{lsh}, shifting a pattern of bits one
772 place to the left.  We show only the low-order eight bits of the binary
773 pattern; the rest are all zero.
775 @example
776 @group
777 (lsh 5 1)
778      @result{} 10
779 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 10.}
780 00000101 @result{} 00001010
782 (lsh 7 1)
783      @result{} 14
784 ;; @r{Decimal 7 becomes decimal 14.}
785 00000111 @result{} 00001110
786 @end group
787 @end example
789 @noindent
790 As the examples illustrate, shifting the pattern of bits one place to
791 the left produces a number that is twice the value of the previous
792 number.
794 Shifting a pattern of bits two places to the left produces results
795 like this (with 8-bit binary numbers):
797 @example
798 @group
799 (lsh 3 2)
800      @result{} 12
801 ;; @r{Decimal 3 becomes decimal 12.}
802 00000011 @result{} 00001100
803 @end group
804 @end example
806 On the other hand, shifting one place to the right looks like this:
808 @example
809 @group
810 (lsh 6 -1)
811      @result{} 3
812 ;; @r{Decimal 6 becomes decimal 3.}
813 00000110 @result{} 00000011
814 @end group
816 @group
817 (lsh 5 -1)
818      @result{} 2
819 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 2.}
820 00000101 @result{} 00000010
821 @end group
822 @end example
824 @noindent
825 As the example illustrates, shifting one place to the right divides the
826 value of a positive integer by two, rounding downward.
828 The function @code{lsh}, like all Emacs Lisp arithmetic functions, does
829 not check for overflow, so shifting left can discard significant bits
830 and change the sign of the number.  For example, left shifting
831 536,870,911 produces @minus{}2 on a 30-bit machine:
833 @example
834 (lsh 536870911 1)          ; @r{left shift}
835      @result{} -2
836 @end example
838 In binary, in the 30-bit implementation, the argument looks like this:
840 @example
841 @group
842 ;; @r{Decimal 536,870,911}
843 01 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111
844 @end group
845 @end example
847 @noindent
848 which becomes the following when left shifted:
850 @example
851 @group
852 ;; @r{Decimal @minus{}2}
853 11 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1110
854 @end group
855 @end example
856 @end defun
858 @defun ash integer1 count
859 @cindex arithmetic shift
860 @code{ash} (@dfn{arithmetic shift}) shifts the bits in @var{integer1}
861 to the left @var{count} places, or to the right if @var{count}
862 is negative.
864 @code{ash} gives the same results as @code{lsh} except when
865 @var{integer1} and @var{count} are both negative.  In that case,
866 @code{ash} puts ones in the empty bit positions on the left, while
867 @code{lsh} puts zeros in those bit positions.
869 Thus, with @code{ash}, shifting the pattern of bits one place to the right
870 looks like this:
872 @example
873 @group
874 (ash -6 -1) @result{} -3
875 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal @minus{}3.}
876 11 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010
877      @result{}
878 11 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1101
879 @end group
880 @end example
882 In contrast, shifting the pattern of bits one place to the right with
883 @code{lsh} looks like this:
885 @example
886 @group
887 (lsh -6 -1) @result{} 536870909
888 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal 536,870,909.}
889 11 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010
890      @result{}
891 01 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1101
892 @end group
893 @end example
895 Here are other examples:
897 @c !!! Check if lined up in smallbook format!  XDVI shows problem
898 @c     with smallbook but not with regular book! --rjc 16mar92
899 @smallexample
900 @group
901                    ;  @r{             30-bit binary values}
903 (lsh 5 2)          ;   5  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
904      @result{} 20         ;      =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0001 0100}
905 @end group
906 @group
907 (ash 5 2)
908      @result{} 20
909 (lsh -5 2)         ;  -5  =  @r{11 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
910      @result{} -20        ;      =  @r{11 1111  1111 1111  1111 1111  1110 1100}
911 (ash -5 2)
912      @result{} -20
913 @end group
914 @group
915 (lsh 5 -2)         ;   5  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
916      @result{} 1          ;      =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0001}
917 @end group
918 @group
919 (ash 5 -2)
920      @result{} 1
921 @end group
922 @group
923 (lsh -5 -2)        ;  -5  =  @r{11 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
924      @result{} 268435454  ;      =  @r{00 0111  1111 1111  1111 1111  1111 1110}
925 @end group
926 @group
927 (ash -5 -2)        ;  -5  =  @r{11 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
928      @result{} -2         ;      =  @r{11 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1110}
929 @end group
930 @end smallexample
931 @end defun
933 @defun logand &rest ints-or-markers
934 This function returns the ``logical and'' of the arguments: the
935 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
936 set in all the arguments.  (``Set'' means that the value of the bit is 1
937 rather than 0.)
939 For example, using 4-bit binary numbers, the ``logical and'' of 13 and
940 12 is 12: 1101 combined with 1100 produces 1100.
941 In both the binary numbers, the leftmost two bits are set (i.e., they
942 are 1's), so the leftmost two bits of the returned value are set.
943 However, for the rightmost two bits, each is zero in at least one of
944 the arguments, so the rightmost two bits of the returned value are 0's.
946 @noindent
947 Therefore,
949 @example
950 @group
951 (logand 13 12)
952      @result{} 12
953 @end group
954 @end example
956 If @code{logand} is not passed any argument, it returns a value of
957 @minus{}1.  This number is an identity element for @code{logand}
958 because its binary representation consists entirely of ones.  If
959 @code{logand} is passed just one argument, it returns that argument.
961 @smallexample
962 @group
963                    ; @r{               30-bit binary values}
965 (logand 14 13)     ; 14  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
966                    ; 13  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
967      @result{} 12         ; 12  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
968 @end group
970 @group
971 (logand 14 13 4)   ; 14  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
972                    ; 13  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
973                    ;  4  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0100}
974      @result{} 4          ;  4  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0100}
975 @end group
977 @group
978 (logand)
979      @result{} -1         ; -1  =  @r{11 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111}
980 @end group
981 @end smallexample
982 @end defun
984 @defun logior &rest ints-or-markers
985 This function returns the ``inclusive or'' of its arguments: the @var{n}th bit
986 is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is set in at least
987 one of the arguments.  If there are no arguments, the result is zero,
988 which is an identity element for this operation.  If @code{logior} is
989 passed just one argument, it returns that argument.
991 @smallexample
992 @group
993                    ; @r{              30-bit binary values}
995 (logior 12 5)      ; 12  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
996                    ;  5  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
997      @result{} 13         ; 13  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
998 @end group
1000 @group
1001 (logior 12 5 7)    ; 12  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
1002                    ;  5  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
1003                    ;  7  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0111}
1004      @result{} 15         ; 15  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1111}
1005 @end group
1006 @end smallexample
1007 @end defun
1009 @defun logxor &rest ints-or-markers
1010 This function returns the ``exclusive or'' of its arguments: the
1011 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
1012 set in an odd number of the arguments.  If there are no arguments, the
1013 result is 0, which is an identity element for this operation.  If
1014 @code{logxor} is passed just one argument, it returns that argument.
1016 @smallexample
1017 @group
1018                    ; @r{              30-bit binary values}
1020 (logxor 12 5)      ; 12  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
1021                    ;  5  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
1022      @result{} 9          ;  9  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1001}
1023 @end group
1025 @group
1026 (logxor 12 5 7)    ; 12  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
1027                    ;  5  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
1028                    ;  7  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0111}
1029      @result{} 14         ; 14  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
1030 @end group
1031 @end smallexample
1032 @end defun
1034 @defun lognot integer
1035 This function returns the logical complement of its argument: the @var{n}th
1036 bit is one in the result if, and only if, the @var{n}th bit is zero in
1037 @var{integer}, and vice-versa.
1039 @example
1040 (lognot 5)
1041      @result{} -6
1042 ;;  5  =  @r{00 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
1043 ;; @r{becomes}
1044 ;; -6  =  @r{11 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010}
1045 @end example
1046 @end defun
1048 @node Math Functions
1049 @section Standard Mathematical Functions
1050 @cindex transcendental functions
1051 @cindex mathematical functions
1052 @cindex floating-point functions
1054   These mathematical functions allow integers as well as floating point
1055 numbers as arguments.
1057 @defun sin arg
1058 @defunx cos arg
1059 @defunx tan arg
1060 These are the ordinary trigonometric functions, with argument measured
1061 in radians.
1062 @end defun
1064 @defun asin arg
1065 The value of @code{(asin @var{arg})} is a number between
1066 @ifnottex
1067 @minus{}pi/2
1068 @end ifnottex
1069 @tex
1070 @math{-\pi/2}
1071 @end tex
1073 @ifnottex
1074 pi/2
1075 @end ifnottex
1076 @tex
1077 @math{\pi/2}
1078 @end tex
1079 (inclusive) whose sine is @var{arg}; if, however, @var{arg} is out of
1080 range (outside [@minus{}1, 1]), it signals a @code{domain-error} error.
1081 @end defun
1083 @defun acos arg
1084 The value of @code{(acos @var{arg})} is a number between 0 and
1085 @ifnottex
1087 @end ifnottex
1088 @tex
1089 @math{\pi}
1090 @end tex
1091 (inclusive) whose cosine is @var{arg}; if, however, @var{arg} is out
1092 of range (outside [@minus{}1, 1]), it signals a @code{domain-error} error.
1093 @end defun
1095 @defun atan y &optional x
1096 The value of @code{(atan @var{y})} is a number between
1097 @ifnottex
1098 @minus{}pi/2
1099 @end ifnottex
1100 @tex
1101 @math{-\pi/2}
1102 @end tex
1104 @ifnottex
1105 pi/2
1106 @end ifnottex
1107 @tex
1108 @math{\pi/2}
1109 @end tex
1110 (exclusive) whose tangent is @var{y}.  If the optional second
1111 argument @var{x} is given, the value of @code{(atan y x)} is the
1112 angle in radians between the vector @code{[@var{x}, @var{y}]} and the
1113 @code{X} axis.
1114 @end defun
1116 @defun exp arg
1117 This is the exponential function; it returns
1118 @tex
1119 @math{e}
1120 @end tex
1121 @ifnottex
1122 @i{e}
1123 @end ifnottex
1124 to the power @var{arg}.
1125 @tex
1126 @math{e}
1127 @end tex
1128 @ifnottex
1129 @i{e}
1130 @end ifnottex
1131 is a fundamental mathematical constant also called the base of natural
1132 logarithms.
1133 @end defun
1135 @defun log arg &optional base
1136 This function returns the logarithm of @var{arg}, with base @var{base}.
1137 If you don't specify @var{base}, the base
1138 @tex
1139 @math{e}
1140 @end tex
1141 @ifnottex
1142 @i{e}
1143 @end ifnottex
1144 is used.  If @var{arg} is negative, it signals a @code{domain-error}
1145 error.
1146 @end defun
1148 @ignore
1149 @defun expm1 arg
1150 This function returns @code{(1- (exp @var{arg}))}, but it is more
1151 accurate than that when @var{arg} is negative and @code{(exp @var{arg})}
1152 is close to 1.
1153 @end defun
1155 @defun log1p arg
1156 This function returns @code{(log (1+ @var{arg}))}, but it is more
1157 accurate than that when @var{arg} is so small that adding 1 to it would
1158 lose accuracy.
1159 @end defun
1160 @end ignore
1162 @defun log10 arg
1163 This function returns the logarithm of @var{arg}, with base 10.  If
1164 @var{arg} is negative, it signals a @code{domain-error} error.
1165 @code{(log10 @var{x})} @equiv{} @code{(log @var{x} 10)}, at least
1166 approximately.
1167 @end defun
1169 @defun expt x y
1170 This function returns @var{x} raised to power @var{y}.  If both
1171 arguments are integers and @var{y} is positive, the result is an
1172 integer; in this case, overflow causes truncation, so watch out.
1173 @end defun
1175 @defun sqrt arg
1176 This returns the square root of @var{arg}.  If @var{arg} is negative,
1177 it signals a @code{domain-error} error.
1178 @end defun
1180 @node Random Numbers
1181 @section Random Numbers
1182 @cindex random numbers
1184 A deterministic computer program cannot generate true random numbers.
1185 For most purposes, @dfn{pseudo-random numbers} suffice.  A series of
1186 pseudo-random numbers is generated in a deterministic fashion.  The
1187 numbers are not truly random, but they have certain properties that
1188 mimic a random series.  For example, all possible values occur equally
1189 often in a pseudo-random series.
1191 In Emacs, pseudo-random numbers are generated from a ``seed'' number.
1192 Starting from any given seed, the @code{random} function always
1193 generates the same sequence of numbers.  Emacs always starts with the
1194 same seed value, so the sequence of values of @code{random} is actually
1195 the same in each Emacs run!  For example, in one operating system, the
1196 first call to @code{(random)} after you start Emacs always returns
1197 @minus{}1457731, and the second one always returns @minus{}7692030.  This
1198 repeatability is helpful for debugging.
1200 If you want random numbers that don't always come out the same, execute
1201 @code{(random t)}.  This chooses a new seed based on the current time of
1202 day and on Emacs's process @acronym{ID} number.
1204 @defun random &optional limit
1205 This function returns a pseudo-random integer.  Repeated calls return a
1206 series of pseudo-random integers.
1208 If @var{limit} is a positive integer, the value is chosen to be
1209 nonnegative and less than @var{limit}.
1211 If @var{limit} is @code{t}, it means to choose a new seed based on the
1212 current time of day and on Emacs's process @acronym{ID} number.
1213 @c "Emacs'" is incorrect usage!
1215 On some machines, any integer representable in Lisp may be the result
1216 of @code{random}.  On other machines, the result can never be larger
1217 than a certain maximum or less than a certain (negative) minimum.
1218 @end defun