* os.texi (Time of Day): Clarify that the microsecond part is
[emacs.git] / doc / lispref / numbers.texi
blobbb67f8a7e6aacb6b783dc14e851f508f2fa3589f
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, 2008, 2009  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   @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 @node Predicates on Numbers
227 @section Type Predicates for Numbers
228 @cindex predicates for numbers
230   The functions in this section test for numbers, or for a specific
231 type of number.  The functions @code{integerp} and @code{floatp} can
232 take any type of Lisp object as argument (they would not be of much
233 use otherwise), but the @code{zerop} predicate requires a number as
234 its argument.  See also @code{integer-or-marker-p} and
235 @code{number-or-marker-p}, in @ref{Predicates on Markers}.
237 @defun floatp object
238 This predicate tests whether its argument is a floating point
239 number and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
241 @code{floatp} does not exist in Emacs versions 18 and earlier.
242 @end defun
244 @defun integerp object
245 This predicate tests whether its argument is an integer, and returns
246 @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
247 @end defun
249 @defun numberp object
250 This predicate tests whether its argument is a number (either integer or
251 floating point), and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
252 @end defun
254 @defun wholenump object
255 @cindex natural numbers
256 The @code{wholenump} predicate (whose name comes from the phrase
257 ``whole-number-p'') tests to see whether its argument is a nonnegative
258 integer, and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.  0 is
259 considered non-negative.
261 @findex natnump
262 @code{natnump} is an obsolete synonym for @code{wholenump}.
263 @end defun
265 @defun zerop number
266 This predicate tests whether its argument is zero, and returns @code{t}
267 if so, @code{nil} otherwise.  The argument must be a number.
269 @code{(zerop x)} is equivalent to @code{(= x 0)}.
270 @end defun
272 @node Comparison of Numbers
273 @section Comparison of Numbers
274 @cindex number comparison
275 @cindex comparing numbers
277   To test numbers for numerical equality, you should normally use
278 @code{=}, not @code{eq}.  There can be many distinct floating point
279 number objects with the same numeric value.  If you use @code{eq} to
280 compare them, then you test whether two values are the same
281 @emph{object}.  By contrast, @code{=} compares only the numeric values
282 of the objects.
284   At present, each integer value has a unique Lisp object in Emacs Lisp.
285 Therefore, @code{eq} is equivalent to @code{=} where integers are
286 concerned.  It is sometimes convenient to use @code{eq} for comparing an
287 unknown value with an integer, because @code{eq} does not report an
288 error if the unknown value is not a number---it accepts arguments of any
289 type.  By contrast, @code{=} signals an error if the arguments are not
290 numbers or markers.  However, it is a good idea to use @code{=} if you
291 can, even for comparing integers, just in case we change the
292 representation of integers in a future Emacs version.
294   Sometimes it is useful to compare numbers with @code{equal}; it
295 treats two numbers as equal if they have the same data type (both
296 integers, or both floating point) and the same value.  By contrast,
297 @code{=} can treat an integer and a floating point number as equal.
298 @xref{Equality Predicates}.
300   There is another wrinkle: because floating point arithmetic is not
301 exact, it is often a bad idea to check for equality of two floating
302 point values.  Usually it is better to test for approximate equality.
303 Here's a function to do this:
305 @example
306 (defvar fuzz-factor 1.0e-6)
307 (defun approx-equal (x y)
308   (or (and (= x 0) (= y 0))
309       (< (/ (abs (- x y))
310             (max (abs x) (abs y)))
311          fuzz-factor)))
312 @end example
314 @cindex CL note---integers vrs @code{eq}
315 @quotation
316 @b{Common Lisp note:} Comparing numbers in Common Lisp always requires
317 @code{=} because Common Lisp implements multi-word integers, and two
318 distinct integer objects can have the same numeric value.  Emacs Lisp
319 can have just one integer object for any given value because it has a
320 limited range of integer values.
321 @end quotation
323 @defun = number-or-marker1 number-or-marker2
324 This function tests whether its arguments are numerically equal, and
325 returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
326 @end defun
328 @defun eql value1 value2
329 This function acts like @code{eq} except when both arguments are
330 numbers.  It compares numbers by type and numeric value, so that
331 @code{(eql 1.0 1)} returns @code{nil}, but @code{(eql 1.0 1.0)} and
332 @code{(eql 1 1)} both return @code{t}.
333 @end defun
335 @defun /= number-or-marker1 number-or-marker2
336 This function tests whether its arguments are numerically equal, and
337 returns @code{t} if they are not, and @code{nil} if they are.
338 @end defun
340 @defun <  number-or-marker1 number-or-marker2
341 This function tests whether its first argument is strictly less than
342 its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
343 @end defun
345 @defun <=  number-or-marker1 number-or-marker2
346 This function tests whether its first argument is less than or equal
347 to its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
348 otherwise.
349 @end defun
351 @defun >  number-or-marker1 number-or-marker2
352 This function tests whether its first argument is strictly greater
353 than its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
354 otherwise.
355 @end defun
357 @defun >=  number-or-marker1 number-or-marker2
358 This function tests whether its first argument is greater than or
359 equal to its second argument.  It returns @code{t} if so, @code{nil}
360 otherwise.
361 @end defun
363 @defun max number-or-marker &rest numbers-or-markers
364 This function returns the largest of its arguments.
365 If any of the arguments is floating-point, the value is returned
366 as floating point, even if it was given as an integer.
368 @example
369 (max 20)
370      @result{} 20
371 (max 1 2.5)
372      @result{} 2.5
373 (max 1 3 2.5)
374      @result{} 3.0
375 @end example
376 @end defun
378 @defun min number-or-marker &rest numbers-or-markers
379 This function returns the smallest of its arguments.
380 If any of the arguments is floating-point, the value is returned
381 as floating point, even if it was given as an integer.
383 @example
384 (min -4 1)
385      @result{} -4
386 @end example
387 @end defun
389 @defun abs number
390 This function returns the absolute value of @var{number}.
391 @end defun
393 @node Numeric Conversions
394 @section Numeric Conversions
395 @cindex rounding in conversions
396 @cindex number conversions
397 @cindex converting numbers
399 To convert an integer to floating point, use the function @code{float}.
401 @defun float number
402 This returns @var{number} converted to floating point.
403 If @var{number} is already a floating point number, @code{float} returns
404 it unchanged.
405 @end defun
407 There are four functions to convert floating point numbers to integers;
408 they differ in how they round.  All accept an argument @var{number}
409 and an optional argument @var{divisor}.  Both arguments may be
410 integers or floating point numbers.  @var{divisor} may also be
411 @code{nil}.  If @var{divisor} is @code{nil} or omitted, these
412 functions convert @var{number} to an integer, or return it unchanged
413 if it already is an integer.  If @var{divisor} is non-@code{nil}, they
414 divide @var{number} by @var{divisor} and convert the result to an
415 integer.  An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
417 @defun truncate number &optional divisor
418 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards
419 zero.
421 @example
422 (truncate 1.2)
423      @result{} 1
424 (truncate 1.7)
425      @result{} 1
426 (truncate -1.2)
427      @result{} -1
428 (truncate -1.7)
429      @result{} -1
430 @end example
431 @end defun
433 @defun floor number &optional divisor
434 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding downward
435 (towards negative infinity).
437 If @var{divisor} is specified, this uses the kind of division
438 operation that corresponds to @code{mod}, rounding downward.
440 @example
441 (floor 1.2)
442      @result{} 1
443 (floor 1.7)
444      @result{} 1
445 (floor -1.2)
446      @result{} -2
447 (floor -1.7)
448      @result{} -2
449 (floor 5.99 3)
450      @result{} 1
451 @end example
452 @end defun
454 @defun ceiling number &optional divisor
455 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding upward
456 (towards positive infinity).
458 @example
459 (ceiling 1.2)
460      @result{} 2
461 (ceiling 1.7)
462      @result{} 2
463 (ceiling -1.2)
464      @result{} -1
465 (ceiling -1.7)
466      @result{} -1
467 @end example
468 @end defun
470 @defun round number &optional divisor
471 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards the
472 nearest integer.  Rounding a value equidistant between two integers
473 may choose the integer closer to zero, or it may prefer an even integer,
474 depending on your machine.
476 @example
477 (round 1.2)
478      @result{} 1
479 (round 1.7)
480      @result{} 2
481 (round -1.2)
482      @result{} -1
483 (round -1.7)
484      @result{} -2
485 @end example
486 @end defun
488 @node Arithmetic Operations
489 @section Arithmetic Operations
490 @cindex arithmetic operations
492   Emacs Lisp provides the traditional four arithmetic operations:
493 addition, subtraction, multiplication, and division.  Remainder and modulus
494 functions supplement the division functions.  The functions to
495 add or subtract 1 are provided because they are traditional in Lisp and
496 commonly used.
498   All of these functions except @code{%} return a floating point value
499 if any argument is floating.
501   It is important to note that in Emacs Lisp, arithmetic functions
502 do not check for overflow.  Thus @code{(1+ 268435455)} may evaluate to
503 @minus{}268435456, depending on your hardware.
505 @defun 1+ number-or-marker
506 This function returns @var{number-or-marker} plus 1.
507 For example,
509 @example
510 (setq foo 4)
511      @result{} 4
512 (1+ foo)
513      @result{} 5
514 @end example
516 This function is not analogous to the C operator @code{++}---it does not
517 increment a variable.  It just computes a sum.  Thus, if we continue,
519 @example
521      @result{} 4
522 @end example
524 If you want to increment the variable, you must use @code{setq},
525 like this:
527 @example
528 (setq foo (1+ foo))
529      @result{} 5
530 @end example
531 @end defun
533 @defun 1- number-or-marker
534 This function returns @var{number-or-marker} minus 1.
535 @end defun
537 @defun + &rest numbers-or-markers
538 This function adds its arguments together.  When given no arguments,
539 @code{+} returns 0.
541 @example
543      @result{} 0
544 (+ 1)
545      @result{} 1
546 (+ 1 2 3 4)
547      @result{} 10
548 @end example
549 @end defun
551 @defun - &optional number-or-marker &rest more-numbers-or-markers
552 The @code{-} function serves two purposes: negation and subtraction.
553 When @code{-} has a single argument, the value is the negative of the
554 argument.  When there are multiple arguments, @code{-} subtracts each of
555 the @var{more-numbers-or-markers} from @var{number-or-marker},
556 cumulatively.  If there are no arguments, the result is 0.
558 @example
559 (- 10 1 2 3 4)
560      @result{} 0
561 (- 10)
562      @result{} -10
564      @result{} 0
565 @end example
566 @end defun
568 @defun * &rest numbers-or-markers
569 This function multiplies its arguments together, and returns the
570 product.  When given no arguments, @code{*} returns 1.
572 @example
574      @result{} 1
575 (* 1)
576      @result{} 1
577 (* 1 2 3 4)
578      @result{} 24
579 @end example
580 @end defun
582 @defun / dividend divisor &rest divisors
583 This function divides @var{dividend} by @var{divisor} and returns the
584 quotient.  If there are additional arguments @var{divisors}, then it
585 divides @var{dividend} by each divisor in turn.  Each argument may be a
586 number or a marker.
588 If all the arguments are integers, then the result is an integer too.
589 This means the result has to be rounded.  On most machines, the result
590 is rounded towards zero after each division, but some machines may round
591 differently with negative arguments.  This is because the Lisp function
592 @code{/} is implemented using the C division operator, which also
593 permits machine-dependent rounding.  As a practical matter, all known
594 machines round in the standard fashion.
596 @cindex @code{arith-error} in division
597 If you divide an integer by 0, an @code{arith-error} error is signaled.
598 (@xref{Errors}.)  Floating point division by zero returns either
599 infinity or a NaN if your machine supports @acronym{IEEE} floating point;
600 otherwise, it signals an @code{arith-error} error.
602 @example
603 @group
604 (/ 6 2)
605      @result{} 3
606 @end group
607 (/ 5 2)
608      @result{} 2
609 (/ 5.0 2)
610      @result{} 2.5
611 (/ 5 2.0)
612      @result{} 2.5
613 (/ 5.0 2.0)
614      @result{} 2.5
615 (/ 25 3 2)
616      @result{} 4
617 @group
618 (/ -17 6)
619      @result{} -2   @r{(could in theory be @minus{}3 on some machines)}
620 @end group
621 @end example
622 @end defun
624 @defun % dividend divisor
625 @cindex remainder
626 This function returns the integer remainder after division of @var{dividend}
627 by @var{divisor}.  The arguments must be integers or markers.
629 For negative arguments, the remainder is in principle machine-dependent
630 since the quotient is; but in practice, all known machines behave alike.
632 An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
634 @example
635 (% 9 4)
636      @result{} 1
637 (% -9 4)
638      @result{} -1
639 (% 9 -4)
640      @result{} 1
641 (% -9 -4)
642      @result{} -1
643 @end example
645 For any two integers @var{dividend} and @var{divisor},
647 @example
648 @group
649 (+ (% @var{dividend} @var{divisor})
650    (* (/ @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
651 @end group
652 @end example
654 @noindent
655 always equals @var{dividend}.
656 @end defun
658 @defun mod dividend divisor
659 @cindex modulus
660 This function returns the value of @var{dividend} modulo @var{divisor};
661 in other words, the remainder after division of @var{dividend}
662 by @var{divisor}, but with the same sign as @var{divisor}.
663 The arguments must be numbers or markers.
665 Unlike @code{%}, @code{mod} returns a well-defined result for negative
666 arguments.  It also permits floating point arguments; it rounds the
667 quotient downward (towards minus infinity) to an integer, and uses that
668 quotient to compute the remainder.
670 An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
672 @example
673 @group
674 (mod 9 4)
675      @result{} 1
676 @end group
677 @group
678 (mod -9 4)
679      @result{} 3
680 @end group
681 @group
682 (mod 9 -4)
683      @result{} -3
684 @end group
685 @group
686 (mod -9 -4)
687      @result{} -1
688 @end group
689 @group
690 (mod 5.5 2.5)
691      @result{} .5
692 @end group
693 @end example
695 For any two numbers @var{dividend} and @var{divisor},
697 @example
698 @group
699 (+ (mod @var{dividend} @var{divisor})
700    (* (floor @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
701 @end group
702 @end example
704 @noindent
705 always equals @var{dividend}, subject to rounding error if either
706 argument is floating point.  For @code{floor}, see @ref{Numeric
707 Conversions}.
708 @end defun
710 @node Rounding Operations
711 @section Rounding Operations
712 @cindex rounding without conversion
714 The functions @code{ffloor}, @code{fceiling}, @code{fround}, and
715 @code{ftruncate} take a floating point argument and return a floating
716 point result whose value is a nearby integer.  @code{ffloor} returns the
717 nearest integer below; @code{fceiling}, the nearest integer above;
718 @code{ftruncate}, the nearest integer in the direction towards zero;
719 @code{fround}, the nearest integer.
721 @defun ffloor float
722 This function rounds @var{float} to the next lower integral value, and
723 returns that value as a floating point number.
724 @end defun
726 @defun fceiling float
727 This function rounds @var{float} to the next higher integral value, and
728 returns that value as a floating point number.
729 @end defun
731 @defun ftruncate float
732 This function rounds @var{float} towards zero to an integral value, and
733 returns that value as a floating point number.
734 @end defun
736 @defun fround float
737 This function rounds @var{float} to the nearest integral value,
738 and returns that value as a floating point number.
739 @end defun
741 @node Bitwise Operations
742 @section Bitwise Operations on Integers
743 @cindex bitwise arithmetic
744 @cindex logical arithmetic
746   In a computer, an integer is represented as a binary number, a
747 sequence of @dfn{bits} (digits which are either zero or one).  A bitwise
748 operation acts on the individual bits of such a sequence.  For example,
749 @dfn{shifting} moves the whole sequence left or right one or more places,
750 reproducing the same pattern ``moved over.''
752   The bitwise operations in Emacs Lisp apply only to integers.
754 @defun lsh integer1 count
755 @cindex logical shift
756 @code{lsh}, which is an abbreviation for @dfn{logical shift}, shifts the
757 bits in @var{integer1} to the left @var{count} places, or to the right
758 if @var{count} is negative, bringing zeros into the vacated bits.  If
759 @var{count} is negative, @code{lsh} shifts zeros into the leftmost
760 (most-significant) bit, producing a positive result even if
761 @var{integer1} is negative.  Contrast this with @code{ash}, below.
763 Here are two examples of @code{lsh}, shifting a pattern of bits one
764 place to the left.  We show only the low-order eight bits of the binary
765 pattern; the rest are all zero.
767 @example
768 @group
769 (lsh 5 1)
770      @result{} 10
771 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 10.}
772 00000101 @result{} 00001010
774 (lsh 7 1)
775      @result{} 14
776 ;; @r{Decimal 7 becomes decimal 14.}
777 00000111 @result{} 00001110
778 @end group
779 @end example
781 @noindent
782 As the examples illustrate, shifting the pattern of bits one place to
783 the left produces a number that is twice the value of the previous
784 number.
786 Shifting a pattern of bits two places to the left produces results
787 like this (with 8-bit binary numbers):
789 @example
790 @group
791 (lsh 3 2)
792      @result{} 12
793 ;; @r{Decimal 3 becomes decimal 12.}
794 00000011 @result{} 00001100
795 @end group
796 @end example
798 On the other hand, shifting one place to the right looks like this:
800 @example
801 @group
802 (lsh 6 -1)
803      @result{} 3
804 ;; @r{Decimal 6 becomes decimal 3.}
805 00000110 @result{} 00000011
806 @end group
808 @group
809 (lsh 5 -1)
810      @result{} 2
811 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 2.}
812 00000101 @result{} 00000010
813 @end group
814 @end example
816 @noindent
817 As the example illustrates, shifting one place to the right divides the
818 value of a positive integer by two, rounding downward.
820 The function @code{lsh}, like all Emacs Lisp arithmetic functions, does
821 not check for overflow, so shifting left can discard significant bits
822 and change the sign of the number.  For example, left shifting
823 268,435,455 produces @minus{}2 on a 29-bit machine:
825 @example
826 (lsh 268435455 1)          ; @r{left shift}
827      @result{} -2
828 @end example
830 In binary, in the 29-bit implementation, the argument looks like this:
832 @example
833 @group
834 ;; @r{Decimal 268,435,455}
835 0 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111
836 @end group
837 @end example
839 @noindent
840 which becomes the following when left shifted:
842 @example
843 @group
844 ;; @r{Decimal @minus{}2}
845 1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1110
846 @end group
847 @end example
848 @end defun
850 @defun ash integer1 count
851 @cindex arithmetic shift
852 @code{ash} (@dfn{arithmetic shift}) shifts the bits in @var{integer1}
853 to the left @var{count} places, or to the right if @var{count}
854 is negative.
856 @code{ash} gives the same results as @code{lsh} except when
857 @var{integer1} and @var{count} are both negative.  In that case,
858 @code{ash} puts ones in the empty bit positions on the left, while
859 @code{lsh} puts zeros in those bit positions.
861 Thus, with @code{ash}, shifting the pattern of bits one place to the right
862 looks like this:
864 @example
865 @group
866 (ash -6 -1) @result{} -3
867 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal @minus{}3.}
868 1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010
869      @result{}
870 1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1101
871 @end group
872 @end example
874 In contrast, shifting the pattern of bits one place to the right with
875 @code{lsh} looks like this:
877 @example
878 @group
879 (lsh -6 -1) @result{} 268435453
880 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal 268,435,453.}
881 1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010
882      @result{}
883 0 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1101
884 @end group
885 @end example
887 Here are other examples:
889 @c !!! Check if lined up in smallbook format!  XDVI shows problem
890 @c     with smallbook but not with regular book! --rjc 16mar92
891 @smallexample
892 @group
893                    ;  @r{             29-bit binary values}
895 (lsh 5 2)          ;   5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
896      @result{} 20         ;      =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0001 0100}
897 @end group
898 @group
899 (ash 5 2)
900      @result{} 20
901 (lsh -5 2)         ;  -5  =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
902      @result{} -20        ;      =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1110 1100}
903 (ash -5 2)
904      @result{} -20
905 @end group
906 @group
907 (lsh 5 -2)         ;   5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
908      @result{} 1          ;      =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0001}
909 @end group
910 @group
911 (ash 5 -2)
912      @result{} 1
913 @end group
914 @group
915 (lsh -5 -2)        ;  -5  =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
916      @result{} 134217726  ;      =  @r{0 0111  1111 1111  1111 1111  1111 1110}
917 @end group
918 @group
919 (ash -5 -2)        ;  -5  =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
920      @result{} -2         ;      =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1110}
921 @end group
922 @end smallexample
923 @end defun
925 @defun logand &rest ints-or-markers
926 This function returns the ``logical and'' of the arguments: the
927 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
928 set in all the arguments.  (``Set'' means that the value of the bit is 1
929 rather than 0.)
931 For example, using 4-bit binary numbers, the ``logical and'' of 13 and
932 12 is 12: 1101 combined with 1100 produces 1100.
933 In both the binary numbers, the leftmost two bits are set (i.e., they
934 are 1's), so the leftmost two bits of the returned value are set.
935 However, for the rightmost two bits, each is zero in at least one of
936 the arguments, so the rightmost two bits of the returned value are 0's.
938 @noindent
939 Therefore,
941 @example
942 @group
943 (logand 13 12)
944      @result{} 12
945 @end group
946 @end example
948 If @code{logand} is not passed any argument, it returns a value of
949 @minus{}1.  This number is an identity element for @code{logand}
950 because its binary representation consists entirely of ones.  If
951 @code{logand} is passed just one argument, it returns that argument.
953 @smallexample
954 @group
955                    ; @r{               29-bit binary values}
957 (logand 14 13)     ; 14  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
958                    ; 13  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
959      @result{} 12         ; 12  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
960 @end group
962 @group
963 (logand 14 13 4)   ; 14  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
964                    ; 13  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
965                    ;  4  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0100}
966      @result{} 4          ;  4  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0100}
967 @end group
969 @group
970 (logand)
971      @result{} -1         ; -1  =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111}
972 @end group
973 @end smallexample
974 @end defun
976 @defun logior &rest ints-or-markers
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 This function returns the ``exclusive or'' of its arguments: the
1003 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
1004 set in an odd number of the arguments.  If there are no arguments, the
1005 result is 0, which is an identity element for this operation.  If
1006 @code{logxor} is passed just one argument, it returns that argument.
1008 @smallexample
1009 @group
1010                    ; @r{              29-bit binary values}
1012 (logxor 12 5)      ; 12  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
1013                    ;  5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
1014      @result{} 9          ;  9  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1001}
1015 @end group
1017 @group
1018 (logxor 12 5 7)    ; 12  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
1019                    ;  5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
1020                    ;  7  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0111}
1021      @result{} 14         ; 14  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
1022 @end group
1023 @end smallexample
1024 @end defun
1026 @defun lognot integer
1027 This function returns the logical complement of its argument: the @var{n}th
1028 bit is one in the result if, and only if, the @var{n}th bit is zero in
1029 @var{integer}, and vice-versa.
1031 @example
1032 (lognot 5)
1033      @result{} -6
1034 ;;  5  =  @r{0 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
1035 ;; @r{becomes}
1036 ;; -6  =  @r{1 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010}
1037 @end example
1038 @end defun
1040 @node Math Functions
1041 @section Standard Mathematical Functions
1042 @cindex transcendental functions
1043 @cindex mathematical functions
1044 @cindex floating-point functions
1046   These mathematical functions allow integers as well as floating point
1047 numbers as arguments.
1049 @defun sin arg
1050 @defunx cos arg
1051 @defunx tan arg
1052 These are the ordinary trigonometric functions, with argument measured
1053 in radians.
1054 @end defun
1056 @defun asin arg
1057 The value of @code{(asin @var{arg})} is a number between
1058 @ifnottex
1059 @minus{}pi/2
1060 @end ifnottex
1061 @tex
1062 @math{-\pi/2}
1063 @end tex
1065 @ifnottex
1066 pi/2
1067 @end ifnottex
1068 @tex
1069 @math{\pi/2}
1070 @end tex
1071 (inclusive) whose sine is @var{arg}; if, however, @var{arg} is out of
1072 range (outside [@minus{}1, 1]), it signals a @code{domain-error} error.
1073 @end defun
1075 @defun acos arg
1076 The value of @code{(acos @var{arg})} is a number between 0 and
1077 @ifnottex
1079 @end ifnottex
1080 @tex
1081 @math{\pi}
1082 @end tex
1083 (inclusive) whose cosine is @var{arg}; if, however, @var{arg} is out
1084 of range (outside [@minus{}1, 1]), it signals a @code{domain-error} error.
1085 @end defun
1087 @defun atan y &optional x
1088 The value of @code{(atan @var{y})} is a number between
1089 @ifnottex
1090 @minus{}pi/2
1091 @end ifnottex
1092 @tex
1093 @math{-\pi/2}
1094 @end tex
1096 @ifnottex
1097 pi/2
1098 @end ifnottex
1099 @tex
1100 @math{\pi/2}
1101 @end tex
1102 (exclusive) whose tangent is @var{y}.  If the optional second
1103 argument @var{x} is given, the value of @code{(atan y x)} is the
1104 angle in radians between the vector @code{[@var{x}, @var{y}]} and the
1105 @code{X} axis.
1106 @end defun
1108 @defun exp arg
1109 This is the exponential function; it returns
1110 @tex
1111 @math{e}
1112 @end tex
1113 @ifnottex
1114 @i{e}
1115 @end ifnottex
1116 to the power @var{arg}.
1117 @tex
1118 @math{e}
1119 @end tex
1120 @ifnottex
1121 @i{e}
1122 @end ifnottex
1123 is a fundamental mathematical constant also called the base of natural
1124 logarithms.
1125 @end defun
1127 @defun log arg &optional base
1128 This function returns the logarithm of @var{arg}, with base @var{base}.
1129 If you don't specify @var{base}, the base
1130 @tex
1131 @math{e}
1132 @end tex
1133 @ifnottex
1134 @i{e}
1135 @end ifnottex
1136 is used.  If @var{arg} is negative, it signals a @code{domain-error}
1137 error.
1138 @end defun
1140 @ignore
1141 @defun expm1 arg
1142 This function returns @code{(1- (exp @var{arg}))}, but it is more
1143 accurate than that when @var{arg} is negative and @code{(exp @var{arg})}
1144 is close to 1.
1145 @end defun
1147 @defun log1p arg
1148 This function returns @code{(log (1+ @var{arg}))}, but it is more
1149 accurate than that when @var{arg} is so small that adding 1 to it would
1150 lose accuracy.
1151 @end defun
1152 @end ignore
1154 @defun log10 arg
1155 This function returns the logarithm of @var{arg}, with base 10.  If
1156 @var{arg} is negative, it signals a @code{domain-error} error.
1157 @code{(log10 @var{x})} @equiv{} @code{(log @var{x} 10)}, at least
1158 approximately.
1159 @end defun
1161 @defun expt x y
1162 This function returns @var{x} raised to power @var{y}.  If both
1163 arguments are integers and @var{y} is positive, the result is an
1164 integer; in this case, overflow causes truncation, so watch out.
1165 @end defun
1167 @defun sqrt arg
1168 This returns the square root of @var{arg}.  If @var{arg} is negative,
1169 it signals a @code{domain-error} error.
1170 @end defun
1172 @node Random Numbers
1173 @section Random Numbers
1174 @cindex random numbers
1176 A deterministic computer program cannot generate true random numbers.
1177 For most purposes, @dfn{pseudo-random numbers} suffice.  A series of
1178 pseudo-random numbers is generated in a deterministic fashion.  The
1179 numbers are not truly random, but they have certain properties that
1180 mimic a random series.  For example, all possible values occur equally
1181 often in a pseudo-random series.
1183 In Emacs, pseudo-random numbers are generated from a ``seed'' number.
1184 Starting from any given seed, the @code{random} function always
1185 generates the same sequence of numbers.  Emacs always starts with the
1186 same seed value, so the sequence of values of @code{random} is actually
1187 the same in each Emacs run!  For example, in one operating system, the
1188 first call to @code{(random)} after you start Emacs always returns
1189 @minus{}1457731, and the second one always returns @minus{}7692030.  This
1190 repeatability is helpful for debugging.
1192 If you want random numbers that don't always come out the same, execute
1193 @code{(random t)}.  This chooses a new seed based on the current time of
1194 day and on Emacs's process @acronym{ID} number.
1196 @defun random &optional limit
1197 This function returns a pseudo-random integer.  Repeated calls return a
1198 series of pseudo-random integers.
1200 If @var{limit} is a positive integer, the value is chosen to be
1201 nonnegative and less than @var{limit}.
1203 If @var{limit} is @code{t}, it means to choose a new seed based on the
1204 current time of day and on Emacs's process @acronym{ID} number.
1205 @c "Emacs'" is incorrect usage!
1207 On some machines, any integer representable in Lisp may be the result
1208 of @code{random}.  On other machines, the result can never be larger
1209 than a certain maximum or less than a certain (negative) minimum.
1210 @end defun
1212 @ignore
1213    arch-tag: 574e8dd2-d513-4616-9844-c9a27869782e
1214 @end ignore