d4bbfd2e77202951ada7f0869e7e14fc7f593a79
[chise/xemacs-chise.git.1] / man / internals / internals.texi
1 \input texinfo  @c -*-texinfo-*-
2 @c %**start of header
3 @setfilename ../../info/internals.info
4 @settitle XEmacs Internals Manual
5 @c %**end of header
6
7 @ifinfo
8 @dircategory XEmacs Editor
9 @direntry
10 * Internals: (internals).       XEmacs Internals Manual.
11 @end direntry
12
13 Copyright @copyright{} 1992 - 1996 Ben Wing.
14 Copyright @copyright{} 1996, 1997 Sun Microsystems.
15 Copyright @copyright{} 1994 - 1998 Free Software Foundation.
16 Copyright @copyright{} 1994, 1995 Board of Trustees, University of Illinois.
17
18
19 Permission is granted to make and distribute verbatim copies of this
20 manual provided the copyright notice and this permission notice are
21 preserved on all copies.
22
23 @ignore
24 Permission is granted to process this file through TeX and print the
25 results, provided the printed document carries copying permission notice
26 identical to this one except for the removal of this paragraph (this
27 paragraph not being relevant to the printed manual).
28
29 @end ignore
30 Permission is granted to copy and distribute modified versions of this
31 manual under the conditions for verbatim copying, provided that the
32 entire resulting derived work is distributed under the terms of a
33 permission notice identical to this one.
34
35 Permission is granted to copy and distribute translations of this manual
36 into another language, under the above conditions for modified versions,
37 except that this permission notice may be stated in a translation
38 approved by the Foundation.
39
40 Permission is granted to copy and distribute modified versions of this
41 manual under the conditions for verbatim copying, provided also that the
42 section entitled ``GNU General Public License'' is included exactly as
43 in the original, and provided that the entire resulting derived work is
44 distributed under the terms of a permission notice identical to this
45 one.
46
47 Permission is granted to copy and distribute translations of this manual
48 into another language, under the above conditions for modified versions,
49 except that the section entitled ``GNU General Public License'' may be
50 included in a translation approved by the Free Software Foundation
51 instead of in the original English.
52 @end ifinfo
53
54 @c Combine indices.
55 @synindex cp fn
56 @syncodeindex vr fn
57 @syncodeindex ky fn
58 @syncodeindex pg fn
59 @syncodeindex tp fn
60
61 @setchapternewpage odd
62 @finalout
63
64 @titlepage
65 @title XEmacs Internals Manual
66 @subtitle Version 1.3, August 1999
67
68 @author Ben Wing
69 @author Martin Buchholz
70 @author Hrvoje Niksic
71 @author Matthias Neubauer
72 @author Olivier Galibert
73 @page
74 @vskip 0pt plus 1fill
75
76 @noindent
77 Copyright @copyright{} 1992 - 1996 Ben Wing. @*
78 Copyright @copyright{} 1996, 1997 Sun Microsystems, Inc. @*
79 Copyright @copyright{} 1994 - 1998 Free Software Foundation. @*
80 Copyright @copyright{} 1994, 1995 Board of Trustees, University of Illinois.
81
82 @sp 2
83 Version 1.3 @*
84 August 1999.@*
85
86 Permission is granted to make and distribute verbatim copies of this
87 manual provided the copyright notice and this permission notice are
88 preserved on all copies.
89
90 Permission is granted to copy and distribute modified versions of this
91 manual under the conditions for verbatim copying, provided also that the
92 section entitled ``GNU General Public License'' is included
93 exactly as in the original, and provided that the entire resulting
94 derived work is distributed under the terms of a permission notice
95 identical to this one.
96
97 Permission is granted to copy and distribute translations of this manual
98 into another language, under the above conditions for modified versions,
99 except that the section entitled ``GNU General Public License'' may be
100 included in a translation approved by the Free Software Foundation
101 instead of in the original English.
102 @end titlepage
103 @page
104
105 @node Top, A History of Emacs, (dir), (dir)
106
107 @ifinfo
108 This Info file contains v1.0 of the XEmacs Internals Manual.
109 @end ifinfo
110
111 @menu
112 * A History of Emacs::          Times, dates, important events.
113 * XEmacs From the Outside::     A broad conceptual overview.
114 * The Lisp Language::           An overview.
115 * XEmacs From the Perspective of Building::
116 * XEmacs From the Inside::
117 * The XEmacs Object System (Abstractly Speaking)::
118 * How Lisp Objects Are Represented in C::
119 * Rules When Writing New C Code::
120 * A Summary of the Various XEmacs Modules::
121 * Allocation of Objects in XEmacs Lisp::
122 * Dumping::
123 * Events and the Event Loop::
124 * Evaluation; Stack Frames; Bindings::
125 * Symbols and Variables::
126 * Buffers and Textual Representation::
127 * MULE Character Sets and Encodings::
128 * The Lisp Reader and Compiler::
129 * Lstreams::
130 * Consoles; Devices; Frames; Windows::
131 * The Redisplay Mechanism::
132 * Extents::
133 * Faces::
134 * Glyphs::
135 * Specifiers::
136 * Menus::
137 * Subprocesses::
138 * Interface to the X Window System::
139 * Index::
140
141 @detailmenu
142
143 --- The Detailed Node Listing ---
144
145 A History of Emacs
146
147 * Through Version 18::          Unification prevails.
148 * Lucid Emacs::                 One version 19 Emacs.
149 * GNU Emacs 19::                The other version 19 Emacs.
150 * GNU Emacs 20::                The other version 20 Emacs.
151 * XEmacs::                      The continuation of Lucid Emacs.
152
153 Rules When Writing New C Code
154
155 * General Coding Rules::
156 * Writing Lisp Primitives::
157 * Adding Global Lisp Variables::
158 * Coding for Mule::
159 * Techniques for XEmacs Developers::
160
161 Coding for Mule
162
163 * Character-Related Data Types::
164 * Working With Character and Byte Positions::
165 * Conversion to and from External Data::
166 * General Guidelines for Writing Mule-Aware Code::
167 * An Example of Mule-Aware Code::
168
169 A Summary of the Various XEmacs Modules
170
171 * Low-Level Modules::
172 * Basic Lisp Modules::
173 * Modules for Standard Editing Operations::
174 * Editor-Level Control Flow Modules::
175 * Modules for the Basic Displayable Lisp Objects::
176 * Modules for other Display-Related Lisp Objects::
177 * Modules for the Redisplay Mechanism::
178 * Modules for Interfacing with the File System::
179 * Modules for Other Aspects of the Lisp Interpreter and Object System::
180 * Modules for Interfacing with the Operating System::
181 * Modules for Interfacing with X Windows::
182 * Modules for Internationalization::
183
184 Allocation of Objects in XEmacs Lisp
185
186 * Introduction to Allocation::
187 * Garbage Collection::
188 * GCPROing::
189 * Garbage Collection - Step by Step::
190 * Integers and Characters::
191 * Allocation from Frob Blocks::
192 * lrecords::
193 * Low-level allocation::
194 * Cons::
195 * Vector::
196 * Bit Vector::
197 * Symbol::
198 * Marker::
199 * String::
200 * Compiled Function::
201
202 Garbage Collection - Step by Step
203
204 * Invocation::
205 * garbage_collect_1::
206 * mark_object::
207 * gc_sweep::
208 * sweep_lcrecords_1::
209 * compact_string_chars::
210 * sweep_strings::
211 * sweep_bit_vectors_1::
212
213 Dumping
214
215 * Overview::
216 * Data descriptions::
217 * Dumping phase::
218 * Reloading phase::
219
220 Dumping phase
221
222 * Object inventory::
223 * Address allocation::
224 * The header::
225 * Data dumping::
226 * Pointers dumping::
227
228 Events and the Event Loop
229
230 * Introduction to Events::
231 * Main Loop::
232 * Specifics of the Event Gathering Mechanism::
233 * Specifics About the Emacs Event::
234 * The Event Stream Callback Routines::
235 * Other Event Loop Functions::
236 * Converting Events::
237 * Dispatching Events; The Command Builder::
238
239 Evaluation; Stack Frames; Bindings
240
241 * Evaluation::
242 * Dynamic Binding; The specbinding Stack; Unwind-Protects::
243 * Simple Special Forms::
244 * Catch and Throw::
245
246 Symbols and Variables
247
248 * Introduction to Symbols::
249 * Obarrays::
250 * Symbol Values::
251
252 Buffers and Textual Representation
253
254 * Introduction to Buffers::     A buffer holds a block of text such as a file.
255 * The Text in a Buffer::        Representation of the text in a buffer.
256 * Buffer Lists::                Keeping track of all buffers.
257 * Markers and Extents::         Tagging locations within a buffer.
258 * Bufbytes and Emchars::        Representation of individual characters.
259 * The Buffer Object::           The Lisp object corresponding to a buffer.
260
261 MULE Character Sets and Encodings
262
263 * Character Sets::
264 * Encodings::
265 * Internal Mule Encodings::
266 * CCL::
267
268 Encodings
269
270 * Japanese EUC (Extended Unix Code)::
271 * JIS7::
272
273 Internal Mule Encodings
274
275 * Internal String Encoding::
276 * Internal Character Encoding::
277
278 Lstreams
279
280 * Creating an Lstream::         Creating an lstream object.
281 * Lstream Types::               Different sorts of things that are streamed.
282 * Lstream Functions::           Functions for working with lstreams.
283 * Lstream Methods::             Creating new lstream types.
284
285 Consoles; Devices; Frames; Windows
286
287 * Introduction to Consoles; Devices; Frames; Windows::
288 * Point::
289 * Window Hierarchy::
290 * The Window Object::
291
292 The Redisplay Mechanism
293
294 * Critical Redisplay Sections::
295 * Line Start Cache::
296 * Redisplay Piece by Piece::
297
298 Extents
299
300 * Introduction to Extents::     Extents are ranges over text, with properties.
301 * Extent Ordering::             How extents are ordered internally.
302 * Format of the Extent Info::   The extent information in a buffer or string.
303 * Zero-Length Extents::         A weird special case.
304 * Mathematics of Extent Ordering::  A rigorous foundation.
305 * Extent Fragments::            Cached information useful for redisplay.
306
307 @end detailmenu
308 @end menu
309
310 @node A History of Emacs, XEmacs From the Outside, Top, Top
311 @chapter A History of Emacs
312 @cindex history of Emacs
313 @cindex Hackers (Steven Levy)
314 @cindex Levy, Steven
315 @cindex ITS (Incompatible Timesharing System)
316 @cindex Stallman, Richard
317 @cindex RMS
318 @cindex MIT
319 @cindex TECO
320 @cindex FSF
321 @cindex Free Software Foundation
322
323   XEmacs is a powerful, customizable text editor and development
324 environment.  It began as Lucid Emacs, which was in turn derived from
325 GNU Emacs, a program written by Richard Stallman of the Free Software
326 Foundation.  GNU Emacs dates back to the 1970's, and was modelled
327 after a package called ``Emacs'', written in 1976, that was a set of
328 macros on top of TECO, an old, old text editor written at MIT on the
329 DEC PDP 10 under one of the earliest time-sharing operating systems,
330 ITS (Incompatible Timesharing System). (ITS dates back well before
331 Unix.) ITS, TECO, and Emacs were products of a group of people at MIT
332 who called themselves ``hackers'', who shared an idealistic belief
333 system about the free exchange of information and were fanatical in
334 their devotion to and time spent with computers. (The hacker
335 subculture dates back to the late 1950's at MIT and is described in
336 detail in Steven Levy's book @cite{Hackers}.  This book also includes
337 a lot of information about Stallman himself and the development of
338 Lisp, a programming language developed at MIT that underlies Emacs.)
339
340 @menu
341 * Through Version 18::          Unification prevails.
342 * Lucid Emacs::                 One version 19 Emacs.
343 * GNU Emacs 19::                The other version 19 Emacs.
344 * GNU Emacs 20::                The other version 20 Emacs.
345 * XEmacs::                      The continuation of Lucid Emacs.
346 @end menu
347
348 @node Through Version 18, Lucid Emacs, A History of Emacs, A History of Emacs
349 @section Through Version 18
350 @cindex Gosling, James
351 @cindex Great Usenet Renaming
352
353   Although the history of the early versions of GNU Emacs is unclear,
354 the history is well-known from the middle of 1985.  A time line is:
355
356 @itemize @bullet
357 @item
358 GNU Emacs version 15 (15.34) was released sometime in 1984 or 1985 and
359 shared some code with a version of Emacs written by James Gosling (the
360 same James Gosling who later created the Java language).
361 @item
362 GNU Emacs version 16 (first released version was 16.56) was released on
363 July 15, 1985.  All Gosling code was removed due to potential copyright
364 problems with the code.
365 @item
366 version 16.57: released on September 16, 1985.
367 @item
368 versions 16.58, 16.59: released on September 17, 1985.
369 @item
370 version 16.60: released on September 19, 1985.  These later version 16's
371 incorporated patches from the net, esp. for getting Emacs to work under
372 System V.
373 @item
374 version 17.36 (first official v17 release) released on December 20,
375 1985.  Included a TeX-able user manual.  First official unpatched
376 version that worked on vanilla System V machines.
377 @item
378 version 17.43 (second official v17 release) released on January 25,
379 1986.
380 @item
381 version 17.45 released on January 30, 1986.
382 @item
383 version 17.46 released on February 4, 1986.
384 @item
385 version 17.48 released on February 10, 1986.
386 @item
387 version 17.49 released on February 12, 1986.
388 @item
389 version 17.55 released on March 18, 1986.
390 @item
391 version 17.57 released on March 27, 1986.
392 @item
393 version 17.58 released on April 4, 1986.
394 @item
395 version 17.61 released on April 12, 1986.
396 @item
397 version 17.63 released on May 7, 1986.
398 @item
399 version 17.64 released on May 12, 1986.
400 @item
401 version 18.24 (a beta version) released on October 2, 1986.
402 @item
403 version 18.30 (a beta version) released on November 15, 1986.
404 @item
405 version 18.31 (a beta version) released on November 23, 1986.
406 @item
407 version 18.32 (a beta version) released on December 7, 1986.
408 @item
409 version 18.33 (a beta version) released on December 12, 1986.
410 @item
411 version 18.35 (a beta version) released on January 5, 1987.
412 @item
413 version 18.36 (a beta version) released on January 21, 1987.
414 @item
415 January 27, 1987: The Great Usenet Renaming.  net.emacs is now
416 comp.emacs.
417 @item
418 version 18.37 (a beta version) released on February 12, 1987.
419 @item
420 version 18.38 (a beta version) released on March 3, 1987.
421 @item
422 version 18.39 (a beta version) released on March 14, 1987.
423 @item
424 version 18.40 (a beta version) released on March 18, 1987.
425 @item
426 version 18.41 (the first ``official'' release) released on March 22,
427 1987.
428 @item
429 version 18.45 released on June 2, 1987.
430 @item
431 version 18.46 released on June 9, 1987.
432 @item
433 version 18.47 released on June 18, 1987.
434 @item
435 version 18.48 released on September 3, 1987.
436 @item
437 version 18.49 released on September 18, 1987.
438 @item
439 version 18.50 released on February 13, 1988.
440 @item
441 version 18.51 released on May 7, 1988.
442 @item
443 version 18.52 released on September 1, 1988.
444 @item
445 version 18.53 released on February 24, 1989.
446 @item
447 version 18.54 released on April 26, 1989.
448 @item
449 version 18.55 released on August 23, 1989.  This is the earliest version
450 that is still available by FTP.
451 @item
452 version 18.56 released on January 17, 1991.
453 @item
454 version 18.57 released late January, 1991.
455 @item
456 version 18.58 released ?????.
457 @item
458 version 18.59 released October 31, 1992.
459 @end itemize
460
461 @node Lucid Emacs, GNU Emacs 19, Through Version 18, A History of Emacs
462 @section Lucid Emacs
463 @cindex Lucid Emacs
464 @cindex Lucid Inc.
465 @cindex Energize
466 @cindex Epoch
467
468   Lucid Emacs was developed by the (now-defunct) Lucid Inc., a maker of
469 C++ and Lisp development environments.  It began when Lucid decided they
470 wanted to use Emacs as the editor and cornerstone of their C++
471 development environment (called ``Energize'').  They needed many features
472 that were not available in the existing version of GNU Emacs (version
473 18.5something), in particular good and integrated support for GUI
474 elements such as mouse support, multiple fonts, multiple window-system
475 windows, etc.  A branch of GNU Emacs called Epoch, written at the
476 University of Illinois, existed that supplied many of these features;
477 however, Lucid needed more than what existed in Epoch.  At the time, the
478 Free Software Foundation was working on version 19 of Emacs (this was
479 sometime around 1991), which was planned to have similar features, and
480 so Lucid decided to work with the Free Software Foundation.  Their plan
481 was to add features that they needed, and coordinate with the FSF so
482 that the features would get included back into Emacs version 19.
483
484   Delays in the release of version 19 occurred, however (resulting in it
485 finally being released more than a year after what was initially
486 planned), and Lucid encountered unexpected technical resistance in
487 getting their changes merged back into version 19, so they decided to
488 release their own version of Emacs, which became Lucid Emacs 19.0.
489
490 @cindex Zawinski, Jamie
491 @cindex Sexton, Harlan
492 @cindex Benson, Eric
493 @cindex Devin, Matthieu
494   The initial authors of Lucid Emacs were Matthieu Devin, Harlan Sexton,
495 and Eric Benson, and the work was later taken over by Jamie Zawinski,
496 who became ``Mr. Lucid Emacs'' for many releases.
497
498   A time line for Lucid Emacs/XEmacs is
499
500 @itemize @bullet
501 @item
502 version 19.0 shipped with Energize 1.0, April 1992.
503 @item
504 version 19.1 released June 4, 1992.
505 @item
506 version 19.2 released June 19, 1992.
507 @item
508 version 19.3 released September 9, 1992.
509 @item
510 version 19.4 released January 21, 1993.
511 @item
512 version 19.5 was a repackaging of 19.4 with a few bug fixes and
513 shipped with Energize 2.0.  Never released to the net.
514 @item
515 version 19.6 released April 9, 1993.
516 @item
517 version 19.7 was a repackaging of 19.6 with a few bug fixes and
518 shipped with Energize 2.1.  Never released to the net.
519 @item
520 version 19.8 released September 6, 1993.
521 @item
522 version 19.9 released January 12, 1994.
523 @item
524 version 19.10 released May 27, 1994.
525 @item
526 version 19.11 (first XEmacs) released September 13, 1994.
527 @item
528 version 19.12 released June 23, 1995.
529 @item
530 version 19.13 released September 1, 1995.
531 @item
532 version 19.14 released June 23, 1996.
533 @item
534 version 20.0 released February 9, 1997.
535 @item
536 version 19.15 released March 28, 1997.
537 @item
538 version 20.1 (not released to the net) April 15, 1997.
539 @item
540 version 20.2 released May 16, 1997.
541 @item
542 version 19.16 released October 31, 1997.
543 @item
544 version 20.3 (the first stable version of XEmacs 20.x) released November 30,
545 1997.
546 version 20.4 released February 28, 1998.
547 @end itemize
548
549 @node GNU Emacs 19, GNU Emacs 20, Lucid Emacs, A History of Emacs
550 @section GNU Emacs 19
551 @cindex GNU Emacs 19
552 @cindex FSF Emacs
553
554   About a year after the initial release of Lucid Emacs, the FSF
555 released a beta of their version of Emacs 19 (referred to here as ``GNU
556 Emacs'').  By this time, the current version of Lucid Emacs was
557 19.6. (Strangely, the first released beta from the FSF was GNU Emacs
558 19.7.) A time line for GNU Emacs version 19 is
559
560 @itemize @bullet
561 @item
562 version 19.8 (beta) released May 27, 1993.
563 @item
564 version 19.9 (beta) released May 27, 1993.
565 @item
566 version 19.10 (beta) released May 30, 1993.
567 @item
568 version 19.11 (beta) released June 1, 1993.
569 @item
570 version 19.12 (beta) released June 2, 1993.
571 @item
572 version 19.13 (beta) released June 8, 1993.
573 @item
574 version 19.14 (beta) released June 17, 1993.
575 @item
576 version 19.15 (beta) released June 19, 1993.
577 @item
578 version 19.16 (beta) released July 6, 1993.
579 @item
580 version 19.17 (beta) released late July, 1993.
581 @item
582 version 19.18 (beta) released August 9, 1993.
583 @item
584 version 19.19 (beta) released August 15, 1993.
585 @item
586 version 19.20 (beta) released November 17, 1993.
587 @item
588 version 19.21 (beta) released November 17, 1993.
589 @item
590 version 19.22 (beta) released November 28, 1993.
591 @item
592 version 19.23 (beta) released May 17, 1994.
593 @item
594 version 19.24 (beta) released May 16, 1994.
595 @item
596 version 19.25 (beta) released June 3, 1994.
597 @item
598 version 19.26 (beta) released September 11, 1994.
599 @item
600 version 19.27 (beta) released September 14, 1994.
601 @item
602 version 19.28 (first ``official'' release) released November 1, 1994.
603 @item
604 version 19.29 released June 21, 1995.
605 @item
606 version 19.30 released November 24, 1995.
607 @item
608 version 19.31 released May 25, 1996.
609 @item
610 version 19.32 released July 31, 1996.
611 @item
612 version 19.33 released August 11, 1996.
613 @item
614 version 19.34 released August 21, 1996.
615 @item
616 version 19.34b released September 6, 1996.
617 @end itemize
618
619 @cindex Mlynarik, Richard
620   In some ways, GNU Emacs 19 was better than Lucid Emacs; in some ways,
621 worse.  Lucid soon began incorporating features from GNU Emacs 19 into
622 Lucid Emacs; the work was mostly done by Richard Mlynarik, who had been
623 working on and using GNU Emacs for a long time (back as far as version
624 16 or 17).
625
626 @node GNU Emacs 20, XEmacs, GNU Emacs 19, A History of Emacs
627 @section GNU Emacs 20
628 @cindex GNU Emacs 20
629 @cindex FSF Emacs
630
631 On February 2, 1997 work began on GNU Emacs to integrate Mule.  The first
632 release was made in September of that year.
633
634 A timeline for Emacs 20 is
635
636 @itemize @bullet
637 @item
638 version 20.1 released September 17, 1997.
639 @item
640 version 20.2 released September 20, 1997.
641 @item
642 version 20.3 released August 19, 1998.
643 @end itemize
644
645 @node XEmacs,  , GNU Emacs 20, A History of Emacs
646 @section XEmacs
647 @cindex XEmacs
648
649 @cindex Sun Microsystems
650 @cindex University of Illinois
651 @cindex Illinois, University of
652 @cindex SPARCWorks
653 @cindex Andreessen, Marc
654 @cindex Baur, Steve
655 @cindex Buchholz, Martin
656 @cindex Kaplan, Simon
657 @cindex Wing, Ben
658 @cindex Thompson, Chuck
659 @cindex Win-Emacs
660 @cindex Epoch
661 @cindex Amdahl Corporation
662   Around the time that Lucid was developing Energize, Sun Microsystems
663 was developing their own development environment (called ``SPARCWorks'')
664 and also decided to use Emacs.  They joined forces with the Epoch team
665 at the University of Illinois and later with Lucid.  The maintainer of
666 the last-released version of Epoch was Marc Andreessen, but he dropped
667 out and the Epoch project, headed by Simon Kaplan, lured Chuck Thompson
668 away from a system administration job to become the primary Lucid Emacs
669 author for Epoch and Sun.  Chuck's area of specialty became the
670 redisplay engine (he replaced the old Lucid Emacs redisplay engine with
671 a ported version from Epoch and then later rewrote it from scratch).
672 Sun also hired Ben Wing (the author of Win-Emacs, a port of Lucid Emacs
673 to Microsoft Windows 3.1) in 1993, for what was initially a one-month
674 contract to fix some event problems but later became a many-year
675 involvement, punctuated by a six-month contract with Amdahl Corporation.
676
677 @cindex rename to XEmacs
678   In 1994, Sun and Lucid agreed to rename Lucid Emacs to XEmacs (a name
679 not favorable to either company); the first release called XEmacs was
680 version 19.11.  In June 1994, Lucid folded and Jamie quit to work for
681 the newly formed Mosaic Communications Corp., later Netscape
682 Communications Corp. (co-founded by the same Marc Andreessen, who had
683 quit his Epoch job to work on a graphical browser for the World Wide
684 Web).  Chuck then become the primary maintainer of XEmacs, and put out
685 versions 19.11 through 19.14 in conjunction with Ben.  For 19.12 and
686 19.13, Chuck added the new redisplay and many other display improvements
687 and Ben added MULE support (support for Asian and other languages) and
688 redesigned most of the internal Lisp subsystems to better support the
689 MULE work and the various other features being added to XEmacs.  After
690 19.14 Chuck retired as primary maintainer and Steve Baur stepped in.
691
692 @cindex MULE merged XEmacs appears
693   Soon after 19.13 was released, work began in earnest on the MULE
694 internationalization code and the source tree was divided into two
695 development paths.  The MULE version was initially called 19.20, but was
696 soon renamed to 20.0.  In 1996 Martin Buchholz of Sun Microsystems took
697 over the care and feeding of it and worked on it in parallel with the
698 19.14 development that was occurring at the same time.  After much work
699 by Martin, it was decided to release 20.0 ahead of 19.15 in February
700 1997.  The source tree remained divided until 20.2 when the version 19
701 source was finally retired at version 19.16.
702
703 @cindex Baur, Steve
704 @cindex Buchholz, Martin
705 @cindex Jones, Kyle
706 @cindex Niksic, Hrvoje
707 @cindex XEmacs goes it alone
708   In 1997, Sun finally dropped all pretense of support for XEmacs and
709 Martin Buchholz left the company in November.  Since then, and mostly
710 for the previous year, because Steve Baur was never paid to work on
711 XEmacs, XEmacs has existed solely on the contributions of volunteers
712 from the Free Software Community.  Starting from 1997, Hrvoje Niksic and
713 Kyle Jones have figured prominently in XEmacs development.
714
715 @cindex merging attempts
716   Many attempts have been made to merge XEmacs and GNU Emacs, but they
717 have consistently failed.
718
719   A more detailed history is contained in the XEmacs About page.
720
721 @node XEmacs From the Outside, The Lisp Language, A History of Emacs, Top
722 @chapter XEmacs From the Outside
723 @cindex read-eval-print
724
725   XEmacs appears to the outside world as an editor, but it is really a
726 Lisp environment.  At its heart is a Lisp interpreter; it also
727 ``happens'' to contain many specialized object types (e.g. buffers,
728 windows, frames, events) that are useful for implementing an editor.
729 Some of these objects (in particular windows and frames) have
730 displayable representations, and XEmacs provides a function
731 @code{redisplay()} that ensures that the display of all such objects
732 matches their internal state.  Most of the time, a standard Lisp
733 environment is in a @dfn{read-eval-print} loop---i.e. ``read some Lisp
734 code, execute it, and print the results''.  XEmacs has a similar loop:
735
736 @itemize @bullet
737 @item
738 read an event
739 @item
740 dispatch the event (i.e. ``do it'')
741 @item
742 redisplay
743 @end itemize
744
745   Reading an event is done using the Lisp function @code{next-event},
746 which waits for something to happen (typically, the user presses a key
747 or moves the mouse) and returns an event object describing this.
748 Dispatching an event is done using the Lisp function
749 @code{dispatch-event}, which looks up the event in a keymap object (a
750 particular kind of object that associates an event with a Lisp function)
751 and calls that function.  The function ``does'' what the user has
752 requested by changing the state of particular frame objects, buffer
753 objects, etc.  Finally, @code{redisplay()} is called, which updates the
754 display to reflect those changes just made.  Thus is an ``editor'' born.
755
756 @cindex bridge, playing
757 @cindex taxes, doing
758 @cindex pi, calculating
759   Note that you do not have to use XEmacs as an editor; you could just
760 as well make it do your taxes, compute pi, play bridge, etc.  You'd just
761 have to write functions to do those operations in Lisp.
762
763 @node The Lisp Language, XEmacs From the Perspective of Building, XEmacs From the Outside, Top
764 @chapter The Lisp Language
765 @cindex Lisp vs. C
766 @cindex C vs. Lisp
767 @cindex Lisp vs. Java
768 @cindex Java vs. Lisp
769 @cindex dynamic scoping
770 @cindex scoping, dynamic
771 @cindex dynamic types
772 @cindex types, dynamic
773 @cindex Java
774 @cindex Common Lisp
775 @cindex Gosling, James
776
777   Lisp is a general-purpose language that is higher-level than C and in
778 many ways more powerful than C.  Powerful dialects of Lisp such as
779 Common Lisp are probably much better languages for writing very large
780 applications than is C. (Unfortunately, for many non-technical
781 reasons C and its successor C++ have become the dominant languages for
782 application development.  These languages are both inadequate for
783 extremely large applications, which is evidenced by the fact that newer,
784 larger programs are becoming ever harder to write and are requiring ever
785 more programmers despite great increases in C development environments;
786 and by the fact that, although hardware speeds and reliability have been
787 growing at an exponential rate, most software is still generally
788 considered to be slow and buggy.)
789
790   The new Java language holds promise as a better general-purpose
791 development language than C.  Java has many features in common with
792 Lisp that are not shared by C (this is not a coincidence, since
793 Java was designed by James Gosling, a former Lisp hacker).  This
794 will be discussed more later.
795
796 For those used to C, here is a summary of the basic differences between
797 C and Lisp:
798
799 @enumerate
800 @item
801 Lisp has an extremely regular syntax.  Every function, expression,
802 and control statement is written in the form
803
804 @example
805    (@var{func} @var{arg1} @var{arg2} ...)
806 @end example
807
808 This is as opposed to C, which writes functions as
809
810 @example
811    func(@var{arg1}, @var{arg2}, ...)
812 @end example
813
814 but writes expressions involving operators as (e.g.)
815
816 @example
817    @var{arg1} + @var{arg2}
818 @end example
819
820 and writes control statements as (e.g.)
821
822 @example
823    while (@var{expr}) @{ @var{statement1}; @var{statement2}; ... @}
824 @end example
825
826 Lisp equivalents of the latter two would be
827
828 @example
829    (+ @var{arg1} @var{arg2} ...)
830 @end example
831
832 and
833
834 @example
835    (while @var{expr} @var{statement1} @var{statement2} ...)
836 @end example
837
838 @item
839 Lisp is a safe language.  Assuming there are no bugs in the Lisp
840 interpreter/compiler, it is impossible to write a program that ``core
841 dumps'' or otherwise causes the machine to execute an illegal
842 instruction.  This is very different from C, where perhaps the most
843 common outcome of a bug is exactly such a crash.  A corollary of this is that
844 the C operation of casting a pointer is impossible (and unnecessary) in
845 Lisp, and that it is impossible to access memory outside the bounds of
846 an array.
847
848 @item
849 Programs and data are written in the same form.  The
850 parenthesis-enclosing form described above for statements is the same
851 form used for the most common data type in Lisp, the list.  Thus, it is
852 possible to represent any Lisp program using Lisp data types, and for
853 one program to construct Lisp statements and then dynamically
854 @dfn{evaluate} them, or cause them to execute.
855
856 @item
857 All objects are @dfn{dynamically typed}.  This means that part of every
858 object is an indication of what type it is.  A Lisp program can
859 manipulate an object without knowing what type it is, and can query an
860 object to determine its type.  This means that, correspondingly,
861 variables and function parameters can hold objects of any type and are
862 not normally declared as being of any particular type.  This is opposed
863 to the @dfn{static typing} of C, where variables can hold exactly one
864 type of object and must be declared as such, and objects do not contain
865 an indication of their type because it's implicit in the variables they
866 are stored in.  It is possible in C to have a variable hold different
867 types of objects (e.g. through the use of @code{void *} pointers or
868 variable-argument functions), but the type information must then be
869 passed explicitly in some other fashion, leading to additional program
870 complexity.
871
872 @item
873 Allocated memory is automatically reclaimed when it is no longer in use.
874 This operation is called @dfn{garbage collection} and involves looking
875 through all variables to see what memory is being pointed to, and
876 reclaiming any memory that is not pointed to and is thus
877 ``inaccessible'' and out of use.  This is as opposed to C, in which
878 allocated memory must be explicitly reclaimed using @code{free()}.  If
879 you simply drop all pointers to memory without freeing it, it becomes
880 ``leaked'' memory that still takes up space.  Over a long period of
881 time, this can cause your program to grow and grow until it runs out of
882 memory.
883
884 @item
885 Lisp has built-in facilities for handling errors and exceptions.  In C,
886 when an error occurs, usually either the program exits entirely or the
887 routine in which the error occurs returns a value indicating this.  If
888 an error occurs in a deeply-nested routine, then every routine currently
889 called must unwind itself normally and return an error value back up to
890 the next routine.  This means that every routine must explicitly check
891 for an error in all the routines it calls; if it does not do so,
892 unexpected and often random behavior results.  This is an extremely
893 common source of bugs in C programs.  An alternative would be to do a
894 non-local exit using @code{longjmp()}, but that is often very dangerous
895 because the routines that were exited past had no opportunity to clean
896 up after themselves and may leave things in an inconsistent state,
897 causing a crash shortly afterwards.
898
899 Lisp provides mechanisms to make such non-local exits safe.  When an
900 error occurs, a routine simply signals that an error of a particular
901 class has occurred, and a non-local exit takes place.  Any routine can
902 trap errors occurring in routines it calls by registering an error
903 handler for some or all classes of errors. (If no handler is registered,
904 a default handler, generally installed by the top-level event loop, is
905 executed; this prints out the error and continues.) Routines can also
906 specify cleanup code (called an @dfn{unwind-protect}) that will be
907 called when control exits from a block of code, no matter how that exit
908 occurs---i.e. even if a function deeply nested below it causes a
909 non-local exit back to the top level.
910
911 Note that this facility has appeared in some recent vintages of C, in
912 particular Visual C++ and other PC compilers written for the Microsoft
913 Win32 API.
914
915 @item
916 In Emacs Lisp, local variables are @dfn{dynamically scoped}.  This means
917 that if you declare a local variable in a particular function, and then
918 call another function, that subfunction can ``see'' the local variable
919 you declared.  This is actually considered a bug in Emacs Lisp and in
920 all other early dialects of Lisp, and was corrected in Common Lisp. (In
921 Common Lisp, you can still declare dynamically scoped variables if you
922 want to---they are sometimes useful---but variables by default are
923 @dfn{lexically scoped} as in C.)
924 @end enumerate
925
926 For those familiar with Lisp, Emacs Lisp is modelled after MacLisp, an
927 early dialect of Lisp developed at MIT (no relation to the Macintosh
928 computer).  There is a Common Lisp compatibility package available for
929 Emacs that provides many of the features of Common Lisp.
930
931 The Java language is derived in many ways from C, and shares a similar
932 syntax, but has the following features in common with Lisp (and different
933 from C):
934
935 @enumerate
936 @item
937 Java is a safe language, like Lisp.
938 @item
939 Java provides garbage collection, like Lisp.
940 @item
941 Java has built-in facilities for handling errors and exceptions, like
942 Lisp.
943 @item
944 Java has a type system that combines the best advantages of both static
945 and dynamic typing.  Objects (except very simple types) are explicitly
946 marked with their type, as in dynamic typing; but there is a hierarchy
947 of types and functions are declared to accept only certain types, thus
948 providing the increased compile-time error-checking of static typing.
949 @end enumerate
950
951 The Java language also has some negative attributes:
952
953 @enumerate
954 @item
955 Java uses the edit/compile/run model of software development.  This
956 makes it hard to use interactively.  For example, to use Java like
957 @code{bc} it is necessary to write a special purpose, albeit tiny,
958 application.  In Emacs Lisp, a calculator comes built-in without any
959 effort - one can always just type an expression in the @code{*scratch*}
960 buffer.
961 @item
962 Java tries too hard to enforce, not merely enable, portability, making
963 ordinary access to standard OS facilities painful.  Java has an
964 @dfn{agenda}.  I think this is why @code{chdir} is not part of standard
965 Java, which is inexcusable.
966 @end enumerate
967
968 Unfortunately, there is no perfect language.  Static typing allows a
969 compiler to catch programmer errors and produce more efficient code, but
970 makes programming more tedious and less fun.  For the foreseeable future,
971 an Ideal Editing and Programming Environment (and that is what XEmacs
972 aspires to) will be programmable in multiple languages: high level ones
973 like Lisp for user customization and prototyping, and lower level ones
974 for infrastructure and industrial strength applications.  If I had my
975 way, XEmacs would be friendly towards the Python, Scheme, C++, ML,
976 etc... communities.  But there are serious technical difficulties to
977 achieving that goal.
978
979 The word @dfn{application} in the previous paragraph was used
980 intentionally.  XEmacs implements an API for programs written in Lisp
981 that makes it a full-fledged application platform, very much like an OS
982 inside the real OS.
983
984 @node XEmacs From the Perspective of Building, XEmacs From the Inside, The Lisp Language, Top
985 @chapter XEmacs From the Perspective of Building
986
987 The heart of XEmacs is the Lisp environment, which is written in C.
988 This is contained in the @file{src/} subdirectory.  Underneath
989 @file{src/} are two subdirectories of header files: @file{s/} (header
990 files for particular operating systems) and @file{m/} (header files for
991 particular machine types).  In practice the distinction between the two
992 types of header files is blurred.  These header files define or undefine
993 certain preprocessor constants and macros to indicate particular
994 characteristics of the associated machine or operating system.  As part
995 of the configure process, one @file{s/} file and one @file{m/} file is
996 identified for the particular environment in which XEmacs is being
997 built.
998
999 XEmacs also contains a great deal of Lisp code.  This implements the
1000 operations that make XEmacs useful as an editor as well as just a Lisp
1001 environment, and also contains many add-on packages that allow XEmacs to
1002 browse directories, act as a mail and Usenet news reader, compile Lisp
1003 code, etc.  There is actually more Lisp code than C code associated with
1004 XEmacs, but much of the Lisp code is peripheral to the actual operation
1005 of the editor.  The Lisp code all lies in subdirectories underneath the
1006 @file{lisp/} directory.
1007
1008 The @file{lwlib/} directory contains C code that implements a
1009 generalized interface onto different X widget toolkits and also
1010 implements some widgets of its own that behave like Motif widgets but
1011 are faster, free, and in some cases more powerful.  The code in this
1012 directory compiles into a library and is mostly independent from XEmacs.
1013
1014 The @file{etc/} directory contains various data files associated with
1015 XEmacs.  Some of them are actually read by XEmacs at startup; others
1016 merely contain useful information of various sorts.
1017
1018 The @file{lib-src/} directory contains C code for various auxiliary
1019 programs that are used in connection with XEmacs.  Some of them are used
1020 during the build process; others are used to perform certain functions
1021 that cannot conveniently be placed in the XEmacs executable (e.g. the
1022 @file{movemail} program for fetching mail out of @file{/var/spool/mail},
1023 which must be setgid to @file{mail} on many systems; and the
1024 @file{gnuclient} program, which allows an external script to communicate
1025 with a running XEmacs process).
1026
1027 The @file{man/} directory contains the sources for the XEmacs
1028 documentation.  It is mostly in a form called Texinfo, which can be
1029 converted into either a printed document (by passing it through @TeX{})
1030 or into on-line documentation called @dfn{info files}.
1031
1032 The @file{info/} directory contains the results of formatting the XEmacs
1033 documentation as @dfn{info files}, for on-line use.  These files are
1034 used when you enter the Info system using @kbd{C-h i} or through the
1035 Help menu.
1036
1037 The @file{dynodump/} directory contains auxiliary code used to build
1038 XEmacs on Solaris platforms.
1039
1040 The other directories contain various miscellaneous code and information
1041 that is not normally used or needed.
1042
1043 The first step of building involves running the @file{configure} program
1044 and passing it various parameters to specify any optional features you
1045 want and compiler arguments and such, as described in the @file{INSTALL}
1046 file.  This determines what the build environment is, chooses the
1047 appropriate @file{s/} and @file{m/} file, and runs a series of tests to
1048 determine many details about your environment, such as which library
1049 functions are available and exactly how they work.  The reason for
1050 running these tests is that it allows XEmacs to be compiled on a much
1051 wider variety of platforms than those that the XEmacs developers happen
1052 to be familiar with, including various sorts of hybrid platforms.  This
1053 is especially important now that many operating systems give you a great
1054 deal of control over exactly what features you want installed, and allow
1055 for easy upgrading of parts of a system without upgrading the rest.  It
1056 would be impossible to pre-determine and pre-specify the information for
1057 all possible configurations.
1058
1059 In fact, the @file{s/} and @file{m/} files are basically @emph{evil},
1060 since they contain unmaintainable platform-specific hard-coded
1061 information.  XEmacs has been moving in the direction of having all
1062 system-specific information be determined dynamically by
1063 @file{configure}.  Perhaps someday we can @code{rm -rf src/s src/m}.
1064
1065 When configure is done running, it generates @file{Makefile}s and
1066 @file{GNUmakefile}s and the file @file{src/config.h} (which describes
1067 the features of your system) from template files.  You then run
1068 @file{make}, which compiles the auxiliary code and programs in
1069 @file{lib-src/} and @file{lwlib/} and the main XEmacs executable in
1070 @file{src/}.  The result of compiling and linking is an executable
1071 called @file{temacs}, which is @emph{not} the final XEmacs executable.
1072 @file{temacs} by itself is not intended to function as an editor or even
1073 display any windows on the screen, and if you simply run it, it will
1074 exit immediately.  The @file{Makefile} runs @file{temacs} with certain
1075 options that cause it to initialize itself, read in a number of basic
1076 Lisp files, and then dump itself out into a new executable called
1077 @file{xemacs}.  This new executable has been pre-initialized and
1078 contains pre-digested Lisp code that is necessary for the editor to
1079 function (this includes most basic editing functions,
1080 e.g. @code{kill-line}, that can be defined in terms of other Lisp
1081 primitives; some initialization code that is called when certain
1082 objects, such as frames, are created; and all of the standard
1083 keybindings and code for the actions they result in).  This executable,
1084 @file{xemacs}, is the executable that you run to use the XEmacs editor.
1085
1086 Although @file{temacs} is not intended to be run as an editor, it can,
1087 by using the incantation @code{temacs -batch -l loadup.el run-temacs}.
1088 This is useful when the dumping procedure described above is broken, or
1089 when using certain program debugging tools such as Purify.  These tools
1090 get mighty confused by the tricks played by the XEmacs build process,
1091 such as allocation memory in one process, and freeing it in the next.
1092
1093 @node XEmacs From the Inside, The XEmacs Object System (Abstractly Speaking), XEmacs From the Perspective of Building, Top
1094 @chapter XEmacs From the Inside
1095
1096 Internally, XEmacs is quite complex, and can be very confusing.  To
1097 simplify things, it can be useful to think of XEmacs as containing an
1098 event loop that ``drives'' everything, and a number of other subsystems,
1099 such as a Lisp engine and a redisplay mechanism.  Each of these other
1100 subsystems exists simultaneously in XEmacs, and each has a certain
1101 state.  The flow of control continually passes in and out of these
1102 different subsystems in the course of normal operation of the editor.
1103
1104 It is important to keep in mind that, most of the time, the editor is
1105 ``driven'' by the event loop.  Except during initialization and batch
1106 mode, all subsystems are entered directly or indirectly through the
1107 event loop, and ultimately, control exits out of all subsystems back up
1108 to the event loop.  This cycle of entering a subsystem, exiting back out
1109 to the event loop, and starting another iteration of the event loop
1110 occurs once each keystroke, mouse motion, etc.
1111
1112 If you're trying to understand a particular subsystem (other than the
1113 event loop), think of it as a ``daemon'' process or ``servant'' that is
1114 responsible for one particular aspect of a larger system, and
1115 periodically receives commands or environment changes that cause it to
1116 do something.  Ultimately, these commands and environment changes are
1117 always triggered by the event loop.  For example:
1118
1119 @itemize @bullet
1120 @item
1121 The window and frame mechanism is responsible for keeping track of what
1122 windows and frames exist, what buffers are in them, etc.  It is
1123 periodically given commands (usually from the user) to make a change to
1124 the current window/frame state: i.e. create a new frame, delete a
1125 window, etc.
1126
1127 @item
1128 The buffer mechanism is responsible for keeping track of what buffers
1129 exist and what text is in them.  It is periodically given commands
1130 (usually from the user) to insert or delete text, create a buffer, etc.
1131 When it receives a text-change command, it notifies the redisplay
1132 mechanism.
1133
1134 @item
1135 The redisplay mechanism is responsible for making sure that windows and
1136 frames are displayed correctly.  It is periodically told (by the event
1137 loop) to actually ``do its job'', i.e. snoop around and see what the
1138 current state of the environment (mostly of the currently-existing
1139 windows, frames, and buffers) is, and make sure that that state matches
1140 what's actually displayed.  It keeps lots and lots of information around
1141 (such as what is actually being displayed currently, and what the
1142 environment was last time it checked) so that it can minimize the work
1143 it has to do.  It is also helped along in that whenever a relevant
1144 change to the environment occurs, the redisplay mechanism is told about
1145 this, so it has a pretty good idea of where it has to look to find
1146 possible changes and doesn't have to look everywhere.
1147
1148 @item
1149 The Lisp engine is responsible for executing the Lisp code in which most
1150 user commands are written.  It is entered through a call to @code{eval}
1151 or @code{funcall}, which occurs as a result of dispatching an event from
1152 the event loop.  The functions it calls issue commands to the buffer
1153 mechanism, the window/frame subsystem, etc.
1154
1155 @item
1156 The Lisp allocation subsystem is responsible for keeping track of Lisp
1157 objects.  It is given commands from the Lisp engine to allocate objects,
1158 garbage collect, etc.
1159 @end itemize
1160
1161 etc.
1162
1163   The important idea here is that there are a number of independent
1164 subsystems each with its own responsibility and persistent state, just
1165 like different employees in a company, and each subsystem is
1166 periodically given commands from other subsystems.  Commands can flow
1167 from any one subsystem to any other, but there is usually some sort of
1168 hierarchy, with all commands originating from the event subsystem.
1169
1170   XEmacs is entered in @code{main()}, which is in @file{emacs.c}.  When
1171 this is called the first time (in a properly-invoked @file{temacs}), it
1172 does the following:
1173
1174 @enumerate
1175 @item
1176 It does some very basic environment initializations, such as determining
1177 where it and its directories (e.g. @file{lisp/} and @file{etc/}) reside
1178 and setting up signal handlers.
1179 @item
1180 It initializes the entire Lisp interpreter.
1181 @item
1182 It sets the initial values of many built-in variables (including many
1183 variables that are visible to Lisp programs), such as the global keymap
1184 object and the built-in faces (a face is an object that describes the
1185 display characteristics of text).  This involves creating Lisp objects
1186 and thus is dependent on step (2).
1187 @item
1188 It performs various other initializations that are relevant to the
1189 particular environment it is running in, such as retrieving environment
1190 variables, determining the current date and the user who is running the
1191 program, examining its standard input, creating any necessary file
1192 descriptors, etc.
1193 @item
1194 At this point, the C initialization is complete.  A Lisp program that
1195 was specified on the command line (usually @file{loadup.el}) is called
1196 (temacs is normally invoked as @code{temacs -batch -l loadup.el dump}).
1197 @file{loadup.el} loads all of the other Lisp files that are needed for
1198 the operation of the editor, calls the @code{dump-emacs} function to
1199 write out @file{xemacs}, and then kills the temacs process.
1200 @end enumerate
1201
1202   When @file{xemacs} is then run, it only redoes steps (1) and (4)
1203 above; all variables already contain the values they were set to when
1204 the executable was dumped, and all memory that was allocated with
1205 @code{malloc()} is still around. (XEmacs knows whether it is being run
1206 as @file{xemacs} or @file{temacs} because it sets the global variable
1207 @code{initialized} to 1 after step (4) above.) At this point,
1208 @file{xemacs} calls a Lisp function to do any further initialization,
1209 which includes parsing the command-line (the C code can only do limited
1210 command-line parsing, which includes looking for the @samp{-batch} and
1211 @samp{-l} flags and a few other flags that it needs to know about before
1212 initialization is complete), creating the first frame (or @dfn{window}
1213 in standard window-system parlance), running the user's init file
1214 (usually the file @file{.emacs} in the user's home directory), etc.  The
1215 function to do this is usually called @code{normal-top-level};
1216 @file{loadup.el} tells the C code about this function by setting its
1217 name as the value of the Lisp variable @code{top-level}.
1218
1219   When the Lisp initialization code is done, the C code enters the event
1220 loop, and stays there for the duration of the XEmacs process.  The code
1221 for the event loop is contained in @file{cmdloop.c}, and is called
1222 @code{Fcommand_loop_1()}.  Note that this event loop could very well be
1223 written in Lisp, and in fact a Lisp version exists; but apparently,
1224 doing this makes XEmacs run noticeably slower.
1225
1226   Notice how much of the initialization is done in Lisp, not in C.
1227 In general, XEmacs tries to move as much code as is possible
1228 into Lisp.  Code that remains in C is code that implements the
1229 Lisp interpreter itself, or code that needs to be very fast, or
1230 code that needs to do system calls or other such stuff that
1231 needs to be done in C, or code that needs to have access to
1232 ``forbidden'' structures. (One conscious aspect of the design of
1233 Lisp under XEmacs is a clean separation between the external
1234 interface to a Lisp object's functionality and its internal
1235 implementation.  Part of this design is that Lisp programs
1236 are forbidden from accessing the contents of the object other
1237 than through using a standard API.  In this respect, XEmacs Lisp
1238 is similar to modern Lisp dialects but differs from GNU Emacs,
1239 which tends to expose the implementation and allow Lisp
1240 programs to look at it directly.  The major advantage of
1241 hiding the implementation is that it allows the implementation
1242 to be redesigned without affecting any Lisp programs, including
1243 those that might want to be ``clever'' by looking directly at
1244 the object's contents and possibly manipulating them.)
1245
1246   Moving code into Lisp makes the code easier to debug and maintain and
1247 makes it much easier for people who are not XEmacs developers to
1248 customize XEmacs, because they can make a change with much less chance
1249 of obscure and unwanted interactions occurring than if they were to
1250 change the C code.
1251
1252 @node The XEmacs Object System (Abstractly Speaking), How Lisp Objects Are Represented in C, XEmacs From the Inside, Top
1253 @chapter The XEmacs Object System (Abstractly Speaking)
1254
1255   At the heart of the Lisp interpreter is its management of objects.
1256 XEmacs Lisp contains many built-in objects, some of which are
1257 simple and others of which can be very complex; and some of which
1258 are very common, and others of which are rarely used or are only
1259 used internally. (Since the Lisp allocation system, with its
1260 automatic reclamation of unused storage, is so much more convenient
1261 than @code{malloc()} and @code{free()}, the C code makes extensive use of it
1262 in its internal operations.)
1263
1264   The basic Lisp objects are
1265
1266 @table @code
1267 @item integer
1268 28 or 31 bits of precision, or 60 or 63 bits on 64-bit machines; the
1269 reason for this is described below when the internal Lisp object
1270 representation is described.
1271 @item float
1272 Same precision as a double in C.
1273 @item cons
1274 A simple container for two Lisp objects, used to implement lists and
1275 most other data structures in Lisp.
1276 @item char
1277 An object representing a single character of text; chars behave like
1278 integers in many ways but are logically considered text rather than
1279 numbers and have a different read syntax. (the read syntax for a char
1280 contains the char itself or some textual encoding of it---for example,
1281 a Japanese Kanji character might be encoded as @samp{^[$(B#&^[(B} using the
1282 ISO-2022 encoding standard---rather than the numerical representation
1283 of the char; this way, if the mapping between chars and integers
1284 changes, which is quite possible for Kanji characters and other extended
1285 characters, the same character will still be created.  Note that some
1286 primitives confuse chars and integers.  The worst culprit is @code{eq},
1287 which makes a special exception and considers a char to be @code{eq} to
1288 its integer equivalent, even though in no other case are objects of two
1289 different types @code{eq}.  The reason for this monstrosity is
1290 compatibility with existing code; the separation of char from integer
1291 came fairly recently.)
1292 @item symbol
1293 An object that contains Lisp objects and is referred to by name;
1294 symbols are used to implement variables and named functions
1295 and to provide the equivalent of preprocessor constants in C.
1296 @item vector
1297 A one-dimensional array of Lisp objects providing constant-time access
1298 to any of the objects; access to an arbitrary object in a vector is
1299 faster than for lists, but the operations that can be done on a vector
1300 are more limited.
1301 @item string
1302 Self-explanatory; behaves much like a vector of chars
1303 but has a different read syntax and is stored and manipulated
1304 more compactly.
1305 @item bit-vector
1306 A vector of bits; similar to a string in spirit.
1307 @item compiled-function
1308 An object containing compiled Lisp code, known as @dfn{byte code}.
1309 @item subr
1310 A Lisp primitive, i.e. a Lisp-callable function implemented in C.
1311 @end table
1312
1313 @cindex closure
1314 Note that there is no basic ``function'' type, as in more powerful
1315 versions of Lisp (where it's called a @dfn{closure}).  XEmacs Lisp does
1316 not provide the closure semantics implemented by Common Lisp and Scheme.
1317 The guts of a function in XEmacs Lisp are represented in one of four
1318 ways: a symbol specifying another function (when one function is an
1319 alias for another), a list (whose first element must be the symbol
1320 @code{lambda}) containing the function's source code, a
1321 compiled-function object, or a subr object. (In other words, given a
1322 symbol specifying the name of a function, calling @code{symbol-function}
1323 to retrieve the contents of the symbol's function cell will return one
1324 of these types of objects.)
1325
1326 XEmacs Lisp also contains numerous specialized objects used to implement
1327 the editor:
1328
1329 @table @code
1330 @item buffer
1331 Stores text like a string, but is optimized for insertion and deletion
1332 and has certain other properties that can be set.
1333 @item frame
1334 An object with various properties whose displayable representation is a
1335 @dfn{window} in window-system parlance.
1336 @item window
1337 A section of a frame that displays the contents of a buffer;
1338 often called a @dfn{pane} in window-system parlance.
1339 @item window-configuration
1340 An object that represents a saved configuration of windows in a frame.
1341 @item device
1342 An object representing a screen on which frames can be displayed;
1343 equivalent to a @dfn{display} in the X Window System and a @dfn{TTY} in
1344 character mode.
1345 @item face
1346 An object specifying the appearance of text or graphics; it has
1347 properties such as font, foreground color, and background color.
1348 @item marker
1349 An object that refers to a particular position in a buffer and moves
1350 around as text is inserted and deleted to stay in the same relative
1351 position to the text around it.
1352 @item extent
1353 Similar to a marker but covers a range of text in a buffer; can also
1354 specify properties of the text, such as a face in which the text is to
1355 be displayed, whether the text is invisible or unmodifiable, etc.
1356 @item event
1357 Generated by calling @code{next-event} and contains information
1358 describing a particular event happening in the system, such as the user
1359 pressing a key or a process terminating.
1360 @item keymap
1361 An object that maps from events (described using lists, vectors, and
1362 symbols rather than with an event object because the mapping is for
1363 classes of events, rather than individual events) to functions to
1364 execute or other events to recursively look up; the functions are
1365 described by name, using a symbol, or using lists to specify the
1366 function's code.
1367 @item glyph
1368 An object that describes the appearance of an image (e.g.  pixmap) on
1369 the screen; glyphs can be attached to the beginning or end of extents
1370 and in some future version of XEmacs will be able to be inserted
1371 directly into a buffer.
1372 @item process
1373 An object that describes a connection to an externally-running process.
1374 @end table
1375
1376   There are some other, less-commonly-encountered general objects:
1377
1378 @table @code
1379 @item hash-table
1380 An object that maps from an arbitrary Lisp object to another arbitrary
1381 Lisp object, using hashing for fast lookup.
1382 @item obarray
1383 A limited form of hash-table that maps from strings to symbols; obarrays
1384 are used to look up a symbol given its name and are not actually their
1385 own object type but are kludgily represented using vectors with hidden
1386 fields (this representation derives from GNU Emacs).
1387 @item specifier
1388 A complex object used to specify the value of a display property; a
1389 default value is given and different values can be specified for
1390 particular frames, buffers, windows, devices, or classes of device.
1391 @item char-table
1392 An object that maps from chars or classes of chars to arbitrary Lisp
1393 objects; internally char tables use a complex nested-vector
1394 representation that is optimized to the way characters are represented
1395 as integers.
1396 @item range-table
1397 An object that maps from ranges of integers to arbitrary Lisp objects.
1398 @end table
1399
1400   And some strange special-purpose objects:
1401
1402 @table @code
1403 @item charset
1404 @itemx coding-system
1405 Objects used when MULE, or multi-lingual/Asian-language, support is
1406 enabled.
1407 @item color-instance
1408 @itemx font-instance
1409 @itemx image-instance
1410 An object that encapsulates a window-system resource; instances are
1411 mostly used internally but are exposed on the Lisp level for cleanness
1412 of the specifier model and because it's occasionally useful for Lisp
1413 program to create or query the properties of instances.
1414 @item subwindow
1415 An object that encapsulate a @dfn{subwindow} resource, i.e. a
1416 window-system child window that is drawn into by an external process;
1417 this object should be integrated into the glyph system but isn't yet,
1418 and may change form when this is done.
1419 @item tooltalk-message
1420 @itemx tooltalk-pattern
1421 Objects that represent resources used in the ToolTalk interprocess
1422 communication protocol.
1423 @item toolbar-button
1424 An object used in conjunction with the toolbar.
1425 @end table
1426
1427   And objects that are only used internally:
1428
1429 @table @code
1430 @item opaque
1431 A generic object for encapsulating arbitrary memory; this allows you the
1432 generality of @code{malloc()} and the convenience of the Lisp object
1433 system.
1434 @item lstream
1435 A buffering I/O stream, used to provide a unified interface to anything
1436 that can accept output or provide input, such as a file descriptor, a
1437 stdio stream, a chunk of memory, a Lisp buffer, a Lisp string, etc.;
1438 it's a Lisp object to make its memory management more convenient.
1439 @item char-table-entry
1440 Subsidiary objects in the internal char-table representation.
1441 @item extent-auxiliary
1442 @itemx menubar-data
1443 @itemx toolbar-data
1444 Various special-purpose objects that are basically just used to
1445 encapsulate memory for particular subsystems, similar to the more
1446 general ``opaque'' object.
1447 @item symbol-value-forward
1448 @itemx symbol-value-buffer-local
1449 @itemx symbol-value-varalias
1450 @itemx symbol-value-lisp-magic
1451 Special internal-only objects that are placed in the value cell of a
1452 symbol to indicate that there is something special with this variable --
1453 e.g. it has no value, it mirrors another variable, or it mirrors some C
1454 variable; there is really only one kind of object, called a
1455 @dfn{symbol-value-magic}, but it is sort-of halfway kludged into
1456 semi-different object types.
1457 @end table
1458
1459 @cindex permanent objects
1460 @cindex temporary objects
1461   Some types of objects are @dfn{permanent}, meaning that once created,
1462 they do not disappear until explicitly destroyed, using a function such
1463 as @code{delete-buffer}, @code{delete-window}, @code{delete-frame}, etc.
1464 Others will disappear once they are not longer used, through the garbage
1465 collection mechanism.  Buffers, frames, windows, devices, and processes
1466 are among the objects that are permanent.  Note that some objects can go
1467 both ways: Faces can be created either way; extents are normally
1468 permanent, but detached extents (extents not referring to any text, as
1469 happens to some extents when the text they are referring to is deleted)
1470 are temporary.  Note that some permanent objects, such as faces and
1471 coding systems, cannot be deleted.  Note also that windows are unique in
1472 that they can be @emph{undeleted} after having previously been
1473 deleted. (This happens as a result of restoring a window configuration.)
1474
1475 @cindex read syntax
1476   Note that many types of objects have a @dfn{read syntax}, i.e. a way of
1477 specifying an object of that type in Lisp code.  When you load a Lisp
1478 file, or type in code to be evaluated, what really happens is that the
1479 function @code{read} is called, which reads some text and creates an object
1480 based on the syntax of that text; then @code{eval} is called, which
1481 possibly does something special; then this loop repeats until there's
1482 no more text to read. (@code{eval} only actually does something special
1483 with symbols, which causes the symbol's value to be returned,
1484 similar to referencing a variable; and with conses [i.e. lists],
1485 which cause a function invocation.  All other values are returned
1486 unchanged.)
1487
1488   The read syntax
1489
1490 @example
1491 17297
1492 @end example
1493
1494 converts to an integer whose value is 17297.
1495
1496 @example
1497 1.983e-4
1498 @end example
1499
1500 converts to a float whose value is 1.983e-4, or .0001983.
1501
1502 @example
1503 ?b
1504 @end example
1505
1506 converts to a char that represents the lowercase letter b.
1507
1508 @example
1509 ?^[$(B#&^[(B
1510 @end example
1511
1512 (where @samp{^[} actually is an @samp{ESC} character) converts to a
1513 particular Kanji character when using an ISO2022-based coding system for
1514 input. (To decode this goo: @samp{ESC} begins an escape sequence;
1515 @samp{ESC $ (} is a class of escape sequences meaning ``switch to a
1516 94x94 character set''; @samp{ESC $ ( B} means ``switch to Japanese
1517 Kanji''; @samp{#} and @samp{&} collectively index into a 94-by-94 array
1518 of characters [subtract 33 from the ASCII value of each character to get
1519 the corresponding index]; @samp{ESC (} is a class of escape sequences
1520 meaning ``switch to a 94 character set''; @samp{ESC (B} means ``switch
1521 to US ASCII''.  It is a coincidence that the letter @samp{B} is used to
1522 denote both Japanese Kanji and US ASCII.  If the first @samp{B} were
1523 replaced with an @samp{A}, you'd be requesting a Chinese Hanzi character
1524 from the GB2312 character set.)
1525
1526 @example
1527 "foobar"
1528 @end example
1529
1530 converts to a string.
1531
1532 @example
1533 foobar
1534 @end example
1535
1536 converts to a symbol whose name is @code{"foobar"}.  This is done by
1537 looking up the string equivalent in the global variable
1538 @code{obarray}, whose contents should be an obarray.  If no symbol
1539 is found, a new symbol with the name @code{"foobar"} is automatically
1540 created and added to @code{obarray}; this process is called
1541 @dfn{interning} the symbol.
1542 @cindex interning
1543
1544 @example
1545 (foo . bar)
1546 @end example
1547
1548 converts to a cons cell containing the symbols @code{foo} and @code{bar}.
1549
1550 @example
1551 (1 a 2.5)
1552 @end example
1553
1554 converts to a three-element list containing the specified objects
1555 (note that a list is actually a set of nested conses; see the
1556 XEmacs Lisp Reference).
1557
1558 @example
1559 [1 a 2.5]
1560 @end example
1561
1562 converts to a three-element vector containing the specified objects.
1563
1564 @example
1565 #[... ... ... ...]
1566 @end example
1567
1568 converts to a compiled-function object (the actual contents are not
1569 shown since they are not relevant here; look at a file that ends with
1570 @file{.elc} for examples).
1571
1572 @example
1573 #*01110110
1574 @end example
1575
1576 converts to a bit-vector.
1577
1578 @example
1579 #s(hash-table ... ...)
1580 @end example
1581
1582 converts to a hash table (the actual contents are not shown).
1583
1584 @example
1585 #s(range-table ... ...)
1586 @end example
1587
1588 converts to a range table (the actual contents are not shown).
1589
1590 @example
1591 #s(char-table ... ...)
1592 @end example
1593
1594 converts to a char table (the actual contents are not shown).
1595
1596 Note that the @code{#s()} syntax is the general syntax for structures,
1597 which are not really implemented in XEmacs Lisp but should be.
1598
1599 When an object is printed out (using @code{print} or a related
1600 function), the read syntax is used, so that the same object can be read
1601 in again.
1602
1603 The other objects do not have read syntaxes, usually because it does not
1604 really make sense to create them in this fashion (i.e.  processes, where
1605 it doesn't make sense to have a subprocess created as a side effect of
1606 reading some Lisp code), or because they can't be created at all
1607 (e.g. subrs).  Permanent objects, as a rule, do not have a read syntax;
1608 nor do most complex objects, which contain too much state to be easily
1609 initialized through a read syntax.
1610
1611 @node How Lisp Objects Are Represented in C, Rules When Writing New C Code, The XEmacs Object System (Abstractly Speaking), Top
1612 @chapter How Lisp Objects Are Represented in C
1613
1614 Lisp objects are represented in C using a 32-bit or 64-bit machine word
1615 (depending on the processor; i.e. DEC Alphas use 64-bit Lisp objects and
1616 most other processors use 32-bit Lisp objects).  The representation
1617 stuffs a pointer together with a tag, as follows:
1618
1619 @example
1620  [ 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ]
1621  [ 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ]
1622
1623    <---------------------------------------------------------> <->
1624             a pointer to a structure, or an integer            tag
1625 @end example
1626
1627 A tag of 00 is used for all pointer object types, a tag of 10 is used
1628 for characters, and the other two tags 01 and 11 are joined together to
1629 form the integer object type.  This representation gives us 31 bit
1630 integers and 30 bit characters, while pointers are represented directly
1631 without any bit masking or shifting.  This representation, though,
1632 assumes that pointers to structs are always aligned to multiples of 4,
1633 so the lower 2 bits are always zero.
1634
1635 Lisp objects use the typedef @code{Lisp_Object}, but the actual C type
1636 used for the Lisp object can vary.  It can be either a simple type
1637 (@code{long} on the DEC Alpha, @code{int} on other machines) or a
1638 structure whose fields are bit fields that line up properly (actually, a
1639 union of structures is used).  Generally the simple integral type is
1640 preferable because it ensures that the compiler will actually use a
1641 machine word to represent the object (some compilers will use more
1642 general and less efficient code for unions and structs even if they can
1643 fit in a machine word).  The union type, however, has the advantage of
1644 stricter type checking.  If you accidentally pass an integer where a Lisp
1645 object is desired, you get a compile error.  The choice of which type
1646 to use is determined by the preprocessor constant @code{USE_UNION_TYPE}
1647 which is defined via the @code{--use-union-type} option to
1648 @code{configure}.
1649
1650 Various macros are used to convert between Lisp_Objects and the
1651 corresponding C type.  Macros of the form @code{XINT()}, @code{XCHAR()},
1652 @code{XSTRING()}, @code{XSYMBOL()}, do any required bit shifting and/or
1653 masking and cast it to the appropriate type.  @code{XINT()} needs to be
1654 a bit tricky so that negative numbers are properly sign-extended.  Since
1655 integers are stored left-shifted, if the right-shift operator does an
1656 arithmetic shift (i.e. it leaves the most-significant bit as-is rather
1657 than shifting in a zero, so that it mimics a divide-by-two even for
1658 negative numbers) the shift to remove the tag bit is enough.  This is
1659 the case on all the systems we support.
1660
1661 Note that when @code{ERROR_CHECK_TYPECHECK} is defined, the converter
1662 macros become more complicated---they check the tag bits and/or the
1663 type field in the first four bytes of a record type to ensure that the
1664 object is really of the correct type.  This is great for catching places
1665 where an incorrect type is being dereferenced---this typically results
1666 in a pointer being dereferenced as the wrong type of structure, with
1667 unpredictable (and sometimes not easily traceable) results.
1668
1669 There are similar @code{XSET@var{TYPE}()} macros that construct a Lisp
1670 object.  These macros are of the form @code{XSET@var{TYPE}
1671 (@var{lvalue}, @var{result})}, i.e. they have to be a statement rather
1672 than just used in an expression.  The reason for this is that standard C
1673 doesn't let you ``construct'' a structure (but GCC does).  Granted, this
1674 sometimes isn't too convenient; for the case of integers, at least, you
1675 can use the function @code{make_int()}, which constructs and
1676 @emph{returns} an integer Lisp object.  Note that the
1677 @code{XSET@var{TYPE}()} macros are also affected by
1678 @code{ERROR_CHECK_TYPECHECK} and make sure that the structure is of the
1679 right type in the case of record types, where the type is contained in
1680 the structure.
1681
1682 The C programmer is responsible for @strong{guaranteeing} that a
1683 Lisp_Object is the correct type before using the @code{X@var{TYPE}}
1684 macros.  This is especially important in the case of lists.  Use
1685 @code{XCAR} and @code{XCDR} if a Lisp_Object is certainly a cons cell,
1686 else use @code{Fcar()} and @code{Fcdr()}.  Trust other C code, but not
1687 Lisp code.  On the other hand, if XEmacs has an internal logic error,
1688 it's better to crash immediately, so sprinkle @code{assert()}s and
1689 ``unreachable'' @code{abort()}s liberally about the source code.  Where
1690 performance is an issue, use @code{type_checking_assert},
1691 @code{bufpos_checking_assert}, and @code{gc_checking_assert}, which do
1692 nothing unless the corresponding configure error checking flag was
1693 specified.
1694
1695 @node Rules When Writing New C Code, A Summary of the Various XEmacs Modules, How Lisp Objects Are Represented in C, Top
1696 @chapter Rules When Writing New C Code
1697
1698 The XEmacs C Code is extremely complex and intricate, and there are many
1699 rules that are more or less consistently followed throughout the code.
1700 Many of these rules are not obvious, so they are explained here.  It is
1701 of the utmost importance that you follow them.  If you don't, you may
1702 get something that appears to work, but which will crash in odd
1703 situations, often in code far away from where the actual breakage is.
1704
1705 @menu
1706 * General Coding Rules::
1707 * Writing Lisp Primitives::
1708 * Adding Global Lisp Variables::
1709 * Coding for Mule::
1710 * Techniques for XEmacs Developers::
1711 @end menu
1712
1713 @node General Coding Rules, Writing Lisp Primitives, Rules When Writing New C Code, Rules When Writing New C Code
1714 @section General Coding Rules
1715
1716 The C code is actually written in a dialect of C called @dfn{Clean C},
1717 meaning that it can be compiled, mostly warning-free, with either a C or
1718 C++ compiler.  Coding in Clean C has several advantages over plain C.
1719 C++ compilers are more nit-picking, and a number of coding errors have
1720 been found by compiling with C++.  The ability to use both C and C++
1721 tools means that a greater variety of development tools are available to
1722 the developer.
1723
1724 Every module includes @file{<config.h>} (angle brackets so that
1725 @samp{--srcdir} works correctly; @file{config.h} may or may not be in
1726 the same directory as the C sources) and @file{lisp.h}.  @file{config.h}
1727 must always be included before any other header files (including
1728 system header files) to ensure that certain tricks played by various
1729 @file{s/} and @file{m/} files work out correctly.
1730
1731 When including header files, always use angle brackets, not double
1732 quotes, except when the file to be included is always in the same
1733 directory as the including file.  If either file is a generated file,
1734 then that is not likely to be the case.  In order to understand why we
1735 have this rule, imagine what happens when you do a build in the source
1736 directory using @samp{./configure} and another build in another
1737 directory using @samp{../work/configure}.  There will be two different
1738 @file{config.h} files.  Which one will be used if you @samp{#include
1739 "config.h"}?
1740
1741 Almost every module contains a @code{syms_of_*()} function and a
1742 @code{vars_of_*()} function.  The former declares any Lisp primitives
1743 you have defined and defines any symbols you will be using.  The latter
1744 declares any global Lisp variables you have added and initializes global
1745 C variables in the module.  @strong{Important}: There are stringent
1746 requirements on exactly what can go into these functions.  See the
1747 comment in @file{emacs.c}.  The reason for this is to avoid obscure
1748 unwanted interactions during initialization.  If you don't follow these
1749 rules, you'll be sorry!  If you want to do anything that isn't allowed,
1750 create a @code{complex_vars_of_*()} function for it.  Doing this is
1751 tricky, though: you have to make sure your function is called at the
1752 right time so that all the initialization dependencies work out.
1753
1754 Declare each function of these kinds in @file{symsinit.h}.  Make sure
1755 it's called in the appropriate place in @file{emacs.c}.  You never need
1756 to include @file{symsinit.h} directly, because it is included by
1757 @file{lisp.h}.
1758
1759 @strong{All global and static variables that are to be modifiable must
1760 be declared uninitialized.}  This means that you may not use the
1761 ``declare with initializer'' form for these variables, such as @code{int
1762 some_variable = 0;}.  The reason for this has to do with some kludges
1763 done during the dumping process: If possible, the initialized data
1764 segment is re-mapped so that it becomes part of the (unmodifiable) code
1765 segment in the dumped executable.  This allows this memory to be shared
1766 among multiple running XEmacs processes.  XEmacs is careful to place as
1767 much constant data as possible into initialized variables during the
1768 @file{temacs} phase.
1769
1770 @cindex copy-on-write
1771 @strong{Please note:} This kludge only works on a few systems nowadays,
1772 and is rapidly becoming irrelevant because most modern operating systems
1773 provide @dfn{copy-on-write} semantics.  All data is initially shared
1774 between processes, and a private copy is automatically made (on a
1775 page-by-page basis) when a process first attempts to write to a page of
1776 memory.
1777
1778 Formerly, there was a requirement that static variables not be declared
1779 inside of functions.  This had to do with another hack along the same
1780 vein as what was just described: old USG systems put statically-declared
1781 variables in the initialized data space, so those header files had a
1782 @code{#define static} declaration. (That way, the data-segment remapping
1783 described above could still work.) This fails badly on static variables
1784 inside of functions, which suddenly become automatic variables;
1785 therefore, you weren't supposed to have any of them.  This awful kludge
1786 has been removed in XEmacs because
1787
1788 @enumerate
1789 @item
1790 almost all of the systems that used this kludge ended up having
1791 to disable the data-segment remapping anyway;
1792 @item
1793 the only systems that didn't were extremely outdated ones;
1794 @item
1795 this hack completely messed up inline functions.
1796 @end enumerate
1797
1798 The C source code makes heavy use of C preprocessor macros.  One popular
1799 macro style is:
1800
1801 @example
1802 #define FOO(var, value) do @{            \
1803   Lisp_Object FOO_value = (value);      \
1804   ... /* compute using FOO_value */     \
1805   (var) = bar;                          \
1806 @} while (0)
1807 @end example
1808
1809 The @code{do @{...@} while (0)} is a standard trick to allow FOO to have
1810 statement semantics, so that it can safely be used within an @code{if}
1811 statement in C, for example.  Multiple evaluation is prevented by
1812 copying a supplied argument into a local variable, so that
1813 @code{FOO(var,fun(1))} only calls @code{fun} once.
1814
1815 Lisp lists are popular data structures in the C code as well as in
1816 Elisp.  There are two sets of macros that iterate over lists.
1817 @code{EXTERNAL_LIST_LOOP_@var{n}} should be used when the list has been
1818 supplied by the user, and cannot be trusted to be acyclic and
1819 @code{nil}-terminated.  A @code{malformed-list} or @code{circular-list} error
1820 will be generated if the list being iterated over is not entirely
1821 kosher.  @code{LIST_LOOP_@var{n}}, on the other hand, is faster and less
1822 safe, and can be used only on trusted lists.
1823
1824 Related macros are @code{GET_EXTERNAL_LIST_LENGTH} and
1825 @code{GET_LIST_LENGTH}, which calculate the length of a list, and in the
1826 case of @code{GET_EXTERNAL_LIST_LENGTH}, validating the properness of
1827 the list.  The macros @code{EXTERNAL_LIST_LOOP_DELETE_IF} and
1828 @code{LIST_LOOP_DELETE_IF} delete elements from a lisp list satisfying some
1829 predicate.
1830
1831 @node Writing Lisp Primitives, Adding Global Lisp Variables, General Coding Rules, Rules When Writing New C Code
1832 @section Writing Lisp Primitives
1833
1834 Lisp primitives are Lisp functions implemented in C.  The details of
1835 interfacing the C function so that Lisp can call it are handled by a few
1836 C macros.  The only way to really understand how to write new C code is
1837 to read the source, but we can explain some things here.
1838
1839 An example of a special form is the definition of @code{prog1}, from
1840 @file{eval.c}.  (An ordinary function would have the same general
1841 appearance.)
1842
1843 @cindex garbage collection protection
1844 @smallexample
1845 @group
1846 DEFUN ("prog1", Fprog1, 1, UNEVALLED, 0, /*
1847 Similar to `progn', but the value of the first form is returned.
1848 \(prog1 FIRST BODY...): All the arguments are evaluated sequentially.
1849 The value of FIRST is saved during evaluation of the remaining args,
1850 whose values are discarded.
1851 */
1852        (args))
1853 @{
1854   /* This function can GC */
1855   REGISTER Lisp_Object val, form, tail;
1856   struct gcpro gcpro1;
1857
1858   val = Feval (XCAR (args));
1859
1860   GCPRO1 (val);
1861
1862   LIST_LOOP_3 (form, XCDR (args), tail)
1863     Feval (form);
1864
1865   UNGCPRO;
1866   return val;
1867 @}
1868 @end group
1869 @end smallexample
1870
1871   Let's start with a precise explanation of the arguments to the
1872 @code{DEFUN} macro.  Here is a template for them:
1873
1874 @example
1875 @group
1876 DEFUN (@var{lname}, @var{fname}, @var{min_args}, @var{max_args}, @var{interactive}, /*
1877 @var{docstring}
1878 */
1879    (@var{arglist}))
1880 @end group
1881 @end example
1882
1883 @table @var
1884 @item lname
1885 This string is the name of the Lisp symbol to define as the function
1886 name; in the example above, it is @code{"prog1"}.
1887
1888 @item fname
1889 This is the C function name for this function.  This is the name that is
1890 used in C code for calling the function.  The name is, by convention,
1891 @samp{F} prepended to the Lisp name, with all dashes (@samp{-}) in the
1892 Lisp name changed to underscores.  Thus, to call this function from C
1893 code, call @code{Fprog1}.  Remember that the arguments are of type
1894 @code{Lisp_Object}; various macros and functions for creating values of
1895 type @code{Lisp_Object} are declared in the file @file{lisp.h}.
1896
1897 Primitives whose names are special characters (e.g. @code{+} or
1898 @code{<}) are named by spelling out, in some fashion, the special
1899 character: e.g. @code{Fplus()} or @code{Flss()}.  Primitives whose names
1900 begin with normal alphanumeric characters but also contain special
1901 characters are spelled out in some creative way, e.g. @code{let*}
1902 becomes @code{FletX()}.
1903
1904 Each function also has an associated structure that holds the data for
1905 the subr object that represents the function in Lisp.  This structure
1906 conveys the Lisp symbol name to the initialization routine that will
1907 create the symbol and store the subr object as its definition.  The C
1908 variable name of this structure is always @samp{S} prepended to the
1909 @var{fname}.  You hardly ever need to be aware of the existence of this
1910 structure, since @code{DEFUN} plus @code{DEFSUBR} takes care of all the
1911 details.
1912
1913 @item min_args
1914 This is the minimum number of arguments that the function requires.  The
1915 function @code{prog1} allows a minimum of one argument.
1916
1917 @item max_args
1918 This is the maximum number of arguments that the function accepts, if
1919 there is a fixed maximum.  Alternatively, it can be @code{UNEVALLED},
1920 indicating a special form that receives unevaluated arguments, or
1921 @code{MANY}, indicating an unlimited number of evaluated arguments (the
1922 C equivalent of @code{&rest}).  Both @code{UNEVALLED} and @code{MANY}
1923 are macros.  If @var{max_args} is a number, it may not be less than
1924 @var{min_args} and it may not be greater than 8. (If you need to add a
1925 function with more than 8 arguments, use the @code{MANY} form.  Resist
1926 the urge to edit the definition of @code{DEFUN} in @file{lisp.h}.  If
1927 you do it anyways, make sure to also add another clause to the switch
1928 statement in @code{primitive_funcall().})
1929
1930 @item interactive
1931 This is an interactive specification, a string such as might be used as
1932 the argument of @code{interactive} in a Lisp function.  In the case of
1933 @code{prog1}, it is 0 (a null pointer), indicating that @code{prog1}
1934 cannot be called interactively.  A value of @code{""} indicates a
1935 function that should receive no arguments when called interactively.
1936
1937 @item docstring
1938 This is the documentation string.  It is written just like a
1939 documentation string for a function defined in Lisp; in particular, the
1940 first line should be a single sentence.  Note how the documentation
1941 string is enclosed in a comment, none of the documentation is placed on
1942 the same lines as the comment-start and comment-end characters, and the
1943 comment-start characters are on the same line as the interactive
1944 specification.  @file{make-docfile}, which scans the C files for
1945 documentation strings, is very particular about what it looks for, and
1946 will not properly extract the doc string if it's not in this exact format.
1947
1948 In order to make both @file{etags} and @file{make-docfile} happy, make
1949 sure that the @code{DEFUN} line contains the @var{lname} and
1950 @var{fname}, and that the comment-start characters for the doc string
1951 are on the same line as the interactive specification, and put a newline
1952 directly after them (and before the comment-end characters).
1953
1954 @item arglist
1955 This is the comma-separated list of arguments to the C function.  For a
1956 function with a fixed maximum number of arguments, provide a C argument
1957 for each Lisp argument.  In this case, unlike regular C functions, the
1958 types of the arguments are not declared; they are simply always of type
1959 @code{Lisp_Object}.
1960
1961 The names of the C arguments will be used as the names of the arguments
1962 to the Lisp primitive as displayed in its documentation, modulo the same
1963 concerns described above for @code{F...} names (in particular,
1964 underscores in the C arguments become dashes in the Lisp arguments).
1965
1966 There is one additional kludge: A trailing `_' on the C argument is
1967 discarded when forming the Lisp argument.  This allows C language
1968 reserved words (like @code{default}) or global symbols (like
1969 @code{dirname}) to be used as argument names without compiler warnings
1970 or errors.
1971
1972 A Lisp function with @w{@var{max_args} = @code{UNEVALLED}} is a
1973 @w{@dfn{special form}}; its arguments are not evaluated.  Instead it
1974 receives one argument of type @code{Lisp_Object}, a (Lisp) list of the
1975 unevaluated arguments, conventionally named @code{(args)}.
1976
1977 When a Lisp function has no upper limit on the number of arguments,
1978 specify @w{@var{max_args} = @code{MANY}}.  In this case its implementation in
1979 C actually receives exactly two arguments: the number of Lisp arguments
1980 (an @code{int}) and the address of a block containing their values (a
1981 @w{@code{Lisp_Object *}}).  In this case only are the C types specified
1982 in the @var{arglist}: @w{@code{(int nargs, Lisp_Object *args)}}.
1983
1984 @end table
1985
1986 Within the function @code{Fprog1} itself, note the use of the macros
1987 @code{GCPRO1} and @code{UNGCPRO}.  @code{GCPRO1} is used to ``protect''
1988 a variable from garbage collection---to inform the garbage collector
1989 that it must look in that variable and regard the object pointed at by
1990 its contents as an accessible object.  This is necessary whenever you
1991 call @code{Feval} or anything that can directly or indirectly call
1992 @code{Feval} (this includes the @code{QUIT} macro!).  At such a time,
1993 any Lisp object that you intend to refer to again must be protected
1994 somehow.  @code{UNGCPRO} cancels the protection of the variables that
1995 are protected in the current function.  It is necessary to do this
1996 explicitly.
1997
1998 The macro @code{GCPRO1} protects just one local variable.  If you want
1999 to protect two, use @code{GCPRO2} instead; repeating @code{GCPRO1} will
2000 not work.  Macros @code{GCPRO3} and @code{GCPRO4} also exist.
2001
2002 These macros implicitly use local variables such as @code{gcpro1}; you
2003 must declare these explicitly, with type @code{struct gcpro}.  Thus, if
2004 you use @code{GCPRO2}, you must declare @code{gcpro1} and @code{gcpro2}.
2005
2006 @cindex caller-protects (@code{GCPRO} rule)
2007 Note also that the general rule is @dfn{caller-protects}; i.e. you are
2008 only responsible for protecting those Lisp objects that you create.  Any
2009 objects passed to you as arguments should have been protected by whoever
2010 created them, so you don't in general have to protect them.
2011
2012 In particular, the arguments to any Lisp primitive are always
2013 automatically @code{GCPRO}ed, when called ``normally'' from Lisp code or
2014 bytecode.  So only a few Lisp primitives that are called frequently from
2015 C code, such as @code{Fprogn} protect their arguments as a service to
2016 their caller.  You don't need to protect your arguments when writing a
2017 new @code{DEFUN}.
2018
2019 @code{GCPRO}ing is perhaps the trickiest and most error-prone part of
2020 XEmacs coding.  It is @strong{extremely} important that you get this
2021 right and use a great deal of discipline when writing this code.
2022 @xref{GCPROing, ,@code{GCPRO}ing}, for full details on how to do this.
2023
2024 What @code{DEFUN} actually does is declare a global structure of type
2025 @code{Lisp_Subr} whose name begins with capital @samp{SF} and which
2026 contains information about the primitive (e.g. a pointer to the
2027 function, its minimum and maximum allowed arguments, a string describing
2028 its Lisp name); @code{DEFUN} then begins a normal C function declaration
2029 using the @code{F...} name.  The Lisp subr object that is the function
2030 definition of a primitive (i.e. the object in the function slot of the
2031 symbol that names the primitive) actually points to this @samp{SF}
2032 structure; when @code{Feval} encounters a subr, it looks in the
2033 structure to find out how to call the C function.
2034
2035 Defining the C function is not enough to make a Lisp primitive
2036 available; you must also create the Lisp symbol for the primitive (the
2037 symbol is @dfn{interned}; @pxref{Obarrays}) and store a suitable subr
2038 object in its function cell. (If you don't do this, the primitive won't
2039 be seen by Lisp code.) The code looks like this:
2040
2041 @example
2042 DEFSUBR (@var{fname});
2043 @end example
2044
2045 @noindent
2046 Here @var{fname} is the same name you used as the second argument to
2047 @code{DEFUN}.
2048
2049 This call to @code{DEFSUBR} should go in the @code{syms_of_*()} function
2050 at the end of the module.  If no such function exists, create it and
2051 make sure to also declare it in @file{symsinit.h} and call it from the
2052 appropriate spot in @code{main()}.  @xref{General Coding Rules}.
2053
2054 Note that C code cannot call functions by name unless they are defined
2055 in C.  The way to call a function written in Lisp from C is to use
2056 @code{Ffuncall}, which embodies the Lisp function @code{funcall}.  Since
2057 the Lisp function @code{funcall} accepts an unlimited number of
2058 arguments, in C it takes two: the number of Lisp-level arguments, and a
2059 one-dimensional array containing their values.  The first Lisp-level
2060 argument is the Lisp function to call, and the rest are the arguments to
2061 pass to it.  Since @code{Ffuncall} can call the evaluator, you must
2062 protect pointers from garbage collection around the call to
2063 @code{Ffuncall}. (However, @code{Ffuncall} explicitly protects all of
2064 its parameters, so you don't have to protect any pointers passed as
2065 parameters to it.)
2066
2067 The C functions @code{call0}, @code{call1}, @code{call2}, and so on,
2068 provide handy ways to call a Lisp function conveniently with a fixed
2069 number of arguments.  They work by calling @code{Ffuncall}.
2070
2071 @file{eval.c} is a very good file to look through for examples;
2072 @file{lisp.h} contains the definitions for important macros and
2073 functions.
2074
2075 @node Adding Global Lisp Variables, Coding for Mule, Writing Lisp Primitives, Rules When Writing New C Code
2076 @section Adding Global Lisp Variables
2077
2078 Global variables whose names begin with @samp{Q} are constants whose
2079 value is a symbol of a particular name.  The name of the variable should
2080 be derived from the name of the symbol using the same rules as for Lisp
2081 primitives.  These variables are initialized using a call to
2082 @code{defsymbol()} in the @code{syms_of_*()} function. (This call
2083 interns a symbol, sets the C variable to the resulting Lisp object, and
2084 calls @code{staticpro()} on the C variable to tell the
2085 garbage-collection mechanism about this variable.  What
2086 @code{staticpro()} does is add a pointer to the variable to a large
2087 global array; when garbage-collection happens, all pointers listed in
2088 the array are used as starting points for marking Lisp objects.  This is
2089 important because it's quite possible that the only current reference to
2090 the object is the C variable.  In the case of symbols, the
2091 @code{staticpro()} doesn't matter all that much because the symbol is
2092 contained in @code{obarray}, which is itself @code{staticpro()}ed.
2093 However, it's possible that a naughty user could do something like
2094 uninterning the symbol out of @code{obarray} or even setting
2095 @code{obarray} to a different value [although this is likely to make
2096 XEmacs crash!].)
2097
2098   @strong{Please note:} It is potentially deadly if you declare a
2099 @samp{Q...}  variable in two different modules.  The two calls to
2100 @code{defsymbol()} are no problem, but some linkers will complain about
2101 multiply-defined symbols.  The most insidious aspect of this is that
2102 often the link will succeed anyway, but then the resulting executable
2103 will sometimes crash in obscure ways during certain operations!  To
2104 avoid this problem, declare any symbols with common names (such as
2105 @code{text}) that are not obviously associated with this particular
2106 module in the module @file{general.c}.
2107
2108   Global variables whose names begin with @samp{V} are variables that
2109 contain Lisp objects.  The convention here is that all global variables
2110 of type @code{Lisp_Object} begin with @samp{V}, and all others don't
2111 (including integer and boolean variables that have Lisp
2112 equivalents). Most of the time, these variables have equivalents in
2113 Lisp, but some don't.  Those that do are declared this way by a call to
2114 @code{DEFVAR_LISP()} in the @code{vars_of_*()} initializer for the
2115 module.  What this does is create a special @dfn{symbol-value-forward}
2116 Lisp object that contains a pointer to the C variable, intern a symbol
2117 whose name is as specified in the call to @code{DEFVAR_LISP()}, and set
2118 its value to the symbol-value-forward Lisp object; it also calls
2119 @code{staticpro()} on the C variable to tell the garbage-collection
2120 mechanism about the variable.  When @code{eval} (or actually
2121 @code{symbol-value}) encounters this special object in the process of
2122 retrieving a variable's value, it follows the indirection to the C
2123 variable and gets its value.  @code{setq} does similar things so that
2124 the C variable gets changed.
2125
2126   Whether or not you @code{DEFVAR_LISP()} a variable, you need to
2127 initialize it in the @code{vars_of_*()} function; otherwise it will end
2128 up as all zeroes, which is the integer 0 (@emph{not} @code{nil}), and
2129 this is probably not what you want.  Also, if the variable is not
2130 @code{DEFVAR_LISP()}ed, @strong{you must call} @code{staticpro()} on the
2131 C variable in the @code{vars_of_*()} function.  Otherwise, the
2132 garbage-collection mechanism won't know that the object in this variable
2133 is in use, and will happily collect it and reuse its storage for another
2134 Lisp object, and you will be the one who's unhappy when you can't figure
2135 out how your variable got overwritten.
2136
2137 @node Coding for Mule, Techniques for XEmacs Developers, Adding Global Lisp Variables, Rules When Writing New C Code
2138 @section Coding for Mule
2139 @cindex Coding for Mule
2140
2141 Although Mule support is not compiled by default in XEmacs, many people
2142 are using it, and we consider it crucial that new code works correctly
2143 with multibyte characters.  This is not hard; it is only a matter of
2144 following several simple user-interface guidelines.  Even if you never
2145 compile with Mule, with a little practice you will find it quite easy
2146 to code Mule-correctly.
2147
2148 Note that these guidelines are not necessarily tied to the current Mule
2149 implementation; they are also a good idea to follow on the grounds of
2150 code generalization for future I18N work.
2151
2152 @menu
2153 * Character-Related Data Types::
2154 * Working With Character and Byte Positions::
2155 * Conversion to and from External Data::
2156 * General Guidelines for Writing Mule-Aware Code::
2157 * An Example of Mule-Aware Code::
2158 @end menu
2159
2160 @node Character-Related Data Types, Working With Character and Byte Positions, Coding for Mule, Coding for Mule
2161 @subsection Character-Related Data Types
2162
2163 First, let's review the basic character-related datatypes used by
2164 XEmacs.  Note that the separate @code{typedef}s are not mandatory in the
2165 current implementation (all of them boil down to @code{unsigned char} or
2166 @code{int}), but they improve clarity of code a great deal, because one
2167 glance at the declaration can tell the intended use of the variable.
2168
2169 @table @code
2170 @item Emchar
2171 @cindex Emchar
2172 An @code{Emchar} holds a single Emacs character.
2173
2174 Obviously, the equality between characters and bytes is lost in the Mule
2175 world.  Characters can be represented by one or more bytes in the
2176 buffer, and @code{Emchar} is the C type large enough to hold any
2177 character.
2178
2179 Without Mule support, an @code{Emchar} is equivalent to an
2180 @code{unsigned char}.
2181
2182 @item Bufbyte
2183 @cindex Bufbyte
2184 The data representing the text in a buffer or string is logically a set
2185 of @code{Bufbyte}s.
2186
2187 XEmacs does not work with the same character formats all the time; when
2188 reading characters from the outside, it decodes them to an internal
2189 format, and likewise encodes them when writing.  @code{Bufbyte} (in fact
2190 @code{unsigned char}) is the basic unit of XEmacs internal buffers and
2191 strings format.  A @code{Bufbyte *} is the type that points at text
2192 encoded in the variable-width internal encoding.
2193
2194 One character can correspond to one or more @code{Bufbyte}s.  In the
2195 current Mule implementation, an ASCII character is represented by the
2196 same @code{Bufbyte}, and other characters are represented by a sequence
2197 of two or more @code{Bufbyte}s.
2198
2199 Without Mule support, there are exactly 256 characters, implicitly
2200 Latin-1, and each character is represented using one @code{Bufbyte}, and
2201 there is a one-to-one correspondence between @code{Bufbyte}s and
2202 @code{Emchar}s.
2203
2204 @item Bufpos
2205 @itemx Charcount
2206 @cindex Bufpos
2207 @cindex Charcount
2208 A @code{Bufpos} represents a character position in a buffer or string.
2209 A @code{Charcount} represents a number (count) of characters.
2210 Logically, subtracting two @code{Bufpos} values yields a
2211 @code{Charcount} value.  Although all of these are @code{typedef}ed to
2212 @code{EMACS_INT}, we use them in preference to @code{EMACS_INT} to make
2213 it clear what sort of position is being used.
2214
2215 @code{Bufpos} and @code{Charcount} values are the only ones that are
2216 ever visible to Lisp.
2217
2218 @item Bytind
2219 @itemx Bytecount
2220 @cindex Bytind
2221 @cindex Bytecount
2222 A @code{Bytind} represents a byte position in a buffer or string.  A
2223 @code{Bytecount} represents the distance between two positions, in bytes.
2224 The relationship between @code{Bytind} and @code{Bytecount} is the same
2225 as the relationship between @code{Bufpos} and @code{Charcount}.
2226
2227 @item Extbyte
2228 @itemx Extcount
2229 @cindex Extbyte
2230 @cindex Extcount
2231 When dealing with the outside world, XEmacs works with @code{Extbyte}s,
2232 which are equivalent to @code{unsigned char}.  Obviously, an
2233 @code{Extcount} is the distance between two @code{Extbyte}s.  Extbytes
2234 and Extcounts are not all that frequent in XEmacs code.
2235 @end table
2236
2237 @node Working With Character and Byte Positions, Conversion to and from External Data, Character-Related Data Types, Coding for Mule
2238 @subsection Working With Character and Byte Positions
2239
2240 Now that we have defined the basic character-related types, we can look
2241 at the macros and functions designed for work with them and for
2242 conversion between them.  Most of these macros are defined in
2243 @file{buffer.h}, and we don't discuss all of them here, but only the
2244 most important ones.  Examining the existing code is the best way to
2245 learn about them.
2246
2247 @table @code
2248 @item MAX_EMCHAR_LEN
2249 @cindex MAX_EMCHAR_LEN
2250 This preprocessor constant is the maximum number of buffer bytes to
2251 represent an Emacs character in the variable width internal encoding.
2252 It is useful when allocating temporary strings to keep a known number of
2253 characters.  For instance:
2254
2255 @example
2256 @group
2257 @{
2258   Charcount cclen;
2259   ...
2260   @{
2261     /* Allocate place for @var{cclen} characters. */
2262     Bufbyte *buf = (Bufbyte *)alloca (cclen * MAX_EMCHAR_LEN);
2263 ...
2264 @end group
2265 @end example
2266
2267 If you followed the previous section, you can guess that, logically,
2268 multiplying a @code{Charcount} value with @code{MAX_EMCHAR_LEN} produces
2269 a @code{Bytecount} value.
2270
2271 In the current Mule implementation, @code{MAX_EMCHAR_LEN} equals 4.
2272 Without Mule, it is 1.
2273
2274 @item charptr_emchar
2275 @itemx set_charptr_emchar
2276 @cindex charptr_emchar
2277 @cindex set_charptr_emchar
2278 The @code{charptr_emchar} macro takes a @code{Bufbyte} pointer and
2279 returns the @code{Emchar} stored at that position.  If it were a
2280 function, its prototype would be:
2281
2282 @example
2283 Emchar charptr_emchar (Bufbyte *p);
2284 @end example
2285
2286 @code{set_charptr_emchar} stores an @code{Emchar} to the specified byte
2287 position.  It returns the number of bytes stored:
2288
2289 @example
2290 Bytecount set_charptr_emchar (Bufbyte *p, Emchar c);
2291 @end example
2292
2293 It is important to note that @code{set_charptr_emchar} is safe only for
2294 appending a character at the end of a buffer, not for overwriting a
2295 character in the middle.  This is because the width of characters
2296 varies, and @code{set_charptr_emchar} cannot resize the string if it
2297 writes, say, a two-byte character where a single-byte character used to
2298 reside.
2299
2300 A typical use of @code{set_charptr_emchar} can be demonstrated by this
2301 example, which copies characters from buffer @var{buf} to a temporary
2302 string of Bufbytes.
2303
2304 @example
2305 @group
2306 @{
2307   Bufpos pos;
2308   for (pos = beg; pos < end; pos++)
2309     @{
2310       Emchar c = BUF_FETCH_CHAR (buf, pos);
2311       p += set_charptr_emchar (buf, c);
2312     @}
2313 @}
2314 @end group
2315 @end example
2316
2317 Note how @code{set_charptr_emchar} is used to store the @code{Emchar}
2318 and increment the counter, at the same time.
2319
2320 @item INC_CHARPTR
2321 @itemx DEC_CHARPTR
2322 @cindex INC_CHARPTR
2323 @cindex DEC_CHARPTR
2324 These two macros increment and decrement a @code{Bufbyte} pointer,
2325 respectively.  They will adjust the pointer by the appropriate number of
2326 bytes according to the byte length of the character stored there.  Both
2327 macros assume that the memory address is located at the beginning of a
2328 valid character.
2329
2330 Without Mule support, @code{INC_CHARPTR (p)} and @code{DEC_CHARPTR (p)}
2331 simply expand to @code{p++} and @code{p--}, respectively.
2332
2333 @item bytecount_to_charcount
2334 @cindex bytecount_to_charcount
2335 Given a pointer to a text string and a length in bytes, return the
2336 equivalent length in characters.
2337
2338 @example
2339 Charcount bytecount_to_charcount (Bufbyte *p, Bytecount bc);
2340 @end example
2341
2342 @item charcount_to_bytecount
2343 @cindex charcount_to_bytecount
2344 Given a pointer to a text string and a length in characters, return the
2345 equivalent length in bytes.
2346
2347 @example
2348 Bytecount charcount_to_bytecount (Bufbyte *p, Charcount cc);
2349 @end example
2350
2351 @item charptr_n_addr
2352 @cindex charptr_n_addr
2353 Return a pointer to the beginning of the character offset @var{cc} (in
2354 characters) from @var{p}.
2355
2356 @example
2357 Bufbyte *charptr_n_addr (Bufbyte *p, Charcount cc);
2358 @end example
2359 @end table
2360
2361 @node Conversion to and from External Data, General Guidelines for Writing Mule-Aware Code, Working With Character and Byte Positions, Coding for Mule
2362 @subsection Conversion to and from External Data
2363
2364 When an external function, such as a C library function, returns a
2365 @code{char} pointer, you should almost never treat it as @code{Bufbyte}.
2366 This is because these returned strings may contain 8bit characters which
2367 can be misinterpreted by XEmacs, and cause a crash.  Likewise, when
2368 exporting a piece of internal text to the outside world, you should
2369 always convert it to an appropriate external encoding, lest the internal
2370 stuff (such as the infamous \201 characters) leak out.
2371
2372 The interface to conversion between the internal and external
2373 representations of text are the numerous conversion macros defined in
2374 @file{buffer.h}.  There used to be a fixed set of external formats
2375 supported by these macros, but now any coding system can be used with
2376 these macros.  The coding system alias mechanism is used to create the
2377 following logical coding systems, which replace the fixed external
2378 formats.  The (dontusethis-set-symbol-value-handler) mechanism was
2379 enhanced to make this possible (more work on that is needed - like
2380 remove the @code{dontusethis-} prefix).
2381
2382 @table @code
2383 @item Qbinary
2384 This is the simplest format and is what we use in the absence of a more
2385 appropriate format.  This converts according to the @code{binary} coding
2386 system:
2387
2388 @enumerate a
2389 @item
2390 On input, bytes 0--255 are converted into (implicitly Latin-1)
2391 characters 0--255.  A non-Mule xemacs doesn't really know about
2392 different character sets and the fonts to display them, so the bytes can
2393 be treated as text in different 1-byte encodings by simply setting the
2394 appropriate fonts.  So in a sense, non-Mule xemacs is a multi-lingual
2395 editor if, for example, different fonts are used to display text in
2396 different buffers, faces, or windows.  The specifier mechanism gives the
2397 user complete control over this kind of behavior.
2398 @item
2399 On output, characters 0--255 are converted into bytes 0--255 and other
2400 characters are converted into `~'.
2401 @end enumerate
2402
2403 @item Qfile_name
2404 Format used for filenames.  This is user-definable via either the
2405 @code{file-name-coding-system} or @code{pathname-coding-system} (now
2406 obsolete) variables.
2407
2408 @item Qnative
2409 Format used for the external Unix environment---@code{argv[]}, stuff
2410 from @code{getenv()}, stuff from the @file{/etc/passwd} file, etc.
2411 Currently this is the same as Qfile_name.  The two should be
2412 distinguished for clarity and possible future separation.
2413
2414 @item Qctext
2415 Compound--text format.  This is the standard X11 format used for data
2416 stored in properties, selections, and the like.  This is an 8-bit
2417 no-lock-shift ISO2022 coding system.  This is a real coding system,
2418 unlike Qfile_name, which is user-definable.
2419 @end table
2420
2421 There are two fundamental macros to convert between external and
2422 internal format.
2423
2424 @code{TO_INTERNAL_FORMAT} converts external data to internal format, and
2425 @code{TO_EXTERNAL_FORMAT} converts the other way around.  The arguments
2426 each of these receives are a source type, a source, a sink type, a sink,
2427 and a coding system (or a symbol naming a coding system).
2428
2429 A typical call looks like
2430 @example
2431 TO_EXTERNAL_FORMAT (LISP_STRING, str, C_STRING_MALLOC, ptr, Qfile_name);
2432 @end example
2433
2434 which means that the contents of the lisp string @code{str} are written
2435 to a malloc'ed memory area which will be pointed to by @code{ptr}, after
2436 the function returns.  The conversion will be done using the
2437 @code{file-name} coding system, which will be controlled by the user
2438 indirectly by setting or binding the variable
2439 @code{file-name-coding-system}.
2440
2441 Some sources and sinks require two C variables to specify.  We use some
2442 preprocessor magic to allow different source and sink types, and even
2443 different numbers of arguments to specify different types of sources and
2444 sinks.
2445
2446 So we can have a call that looks like
2447 @example
2448 TO_INTERNAL_FORMAT (DATA, (ptr, len),
2449                     MALLOC, (ptr, len),
2450                     coding_system);
2451 @end example
2452
2453 The parenthesized argument pairs are required to make the preprocessor
2454 magic work.
2455
2456 Here are the different source and sink types:
2457
2458 @table @code
2459 @item @code{DATA, (ptr, len),}
2460 input data is a fixed buffer of size @var{len} at address @var{ptr}
2461 @item @code{ALLOCA, (ptr, len),}
2462 output data is placed in an alloca()ed buffer of size @var{len} pointed to by @var{ptr}
2463 @item @code{MALLOC, (ptr, len),}
2464 output data is in a malloc()ed buffer of size @var{len} pointed to by @var{ptr}
2465 @item @code{C_STRING_ALLOCA, ptr,}
2466 equivalent to @code{ALLOCA (ptr, len_ignored)} on output.
2467 @item @code{C_STRING_MALLOC, ptr,}
2468 equivalent to @code{MALLOC (ptr, len_ignored)} on output
2469 @item @code{C_STRING, ptr,}
2470 equivalent to @code{DATA, (ptr, strlen (ptr) + 1)} on input
2471 @item @code{LISP_STRING, string,}
2472 input or output is a Lisp_Object of type string
2473 @item @code{LISP_BUFFER, buffer,}
2474 output is written to @code{(point)} in lisp buffer @var{buffer}
2475 @item @code{LISP_LSTREAM, lstream,}
2476 input or output is a Lisp_Object of type lstream
2477 @item @code{LISP_OPAQUE, object,}
2478 input or output is a Lisp_Object of type opaque
2479 @end table
2480
2481 Often, the data is being converted to a '\0'-byte-terminated string,
2482 which is the format required by many external system C APIs.  For these
2483 purposes, a source type of @code{C_STRING} or a sink type of
2484 @code{C_STRING_ALLOCA} or @code{C_STRING_MALLOC} is appropriate.
2485 Otherwise, we should try to keep XEmacs '\0'-byte-clean, which means
2486 using (ptr, len) pairs.
2487
2488 The sinks to be specified must be lvalues, unless they are the lisp
2489 object types @code{LISP_LSTREAM} or @code{LISP_BUFFER}.
2490
2491 For the sink types @code{ALLOCA} and @code{C_STRING_ALLOCA}, the
2492 resulting text is stored in a stack-allocated buffer, which is
2493 automatically freed on returning from the function.  However, the sink
2494 types @code{MALLOC} and @code{C_STRING_MALLOC} return @code{xmalloc()}ed
2495 memory.  The caller is responsible for freeing this memory using
2496 @code{xfree()}.
2497
2498 Note that it doesn't make sense for @code{LISP_STRING} to be a source
2499 for @code{TO_INTERNAL_FORMAT} or a sink for @code{TO_EXTERNAL_FORMAT}.
2500 You'll get an assertion failure if you try.
2501
2502
2503 @node General Guidelines for Writing Mule-Aware Code, An Example of Mule-Aware Code, Conversion to and from External Data, Coding for Mule
2504 @subsection General Guidelines for Writing Mule-Aware Code
2505
2506 This section contains some general guidance on how to write Mule-aware
2507 code, as well as some pitfalls you should avoid.
2508
2509 @table @emph
2510 @item Never use @code{char} and @code{char *}.
2511 In XEmacs, the use of @code{char} and @code{char *} is almost always a
2512 mistake.  If you want to manipulate an Emacs character from ``C'', use
2513 @code{Emchar}.  If you want to examine a specific octet in the internal
2514 format, use @code{Bufbyte}.  If you want a Lisp-visible character, use a
2515 @code{Lisp_Object} and @code{make_char}.  If you want a pointer to move
2516 through the internal text, use @code{Bufbyte *}.  Also note that you
2517 almost certainly do not need @code{Emchar *}.
2518
2519 @item Be careful not to confuse @code{Charcount}, @code{Bytecount}, and @code{Bufpos}.
2520 The whole point of using different types is to avoid confusion about the
2521 use of certain variables.  Lest this effect be nullified, you need to be
2522 careful about using the right types.
2523
2524 @item Always convert external data
2525 It is extremely important to always convert external data, because
2526 XEmacs can crash if unexpected 8bit sequences are copied to its internal
2527 buffers literally.
2528
2529 This means that when a system function, such as @code{readdir}, returns
2530 a string, you may need to convert it using one of the conversion macros
2531 described in the previous chapter, before passing it further to Lisp.
2532
2533 Actually, most of the basic system functions that accept '\0'-terminated
2534 string arguments, like @code{stat()} and @code{open()}, have been
2535 @strong{encapsulated} so that they are they @code{always} do internal to
2536 external conversion themselves.  This means you must pass internally
2537 encoded data, typically the @code{XSTRING_DATA} of a Lisp_String to
2538 these functions.  This is actually a design bug, since it unexpectedly
2539 changes the semantics of the system functions.  A better design would be
2540 to provide separate versions of these system functions that accepted
2541 Lisp_Objects which were lisp strings in place of their current
2542 @code{char *} arguments.
2543
2544 @example
2545 int stat_lisp (Lisp_Object path, struct stat *buf); /* Implement me */
2546 @end example
2547
2548 Also note that many internal functions, such as @code{make_string},
2549 accept Bufbytes, which removes the need for them to convert the data
2550 they receive.  This increases efficiency because that way external data
2551 needs to be decoded only once, when it is read.  After that, it is
2552 passed around in internal format.
2553 @end table
2554
2555 @node An Example of Mule-Aware Code,  , General Guidelines for Writing Mule-Aware Code, Coding for Mule
2556 @subsection An Example of Mule-Aware Code
2557
2558 As an example of Mule-aware code, we will analyze the @code{string}
2559 function, which conses up a Lisp string from the character arguments it
2560 receives.  Here is the definition, pasted from @code{alloc.c}:
2561
2562 @example
2563 @group
2564 DEFUN ("string", Fstring, 0, MANY, 0, /*
2565 Concatenate all the argument characters and make the result a string.
2566 */
2567        (int nargs, Lisp_Object *args))
2568 @{
2569   Bufbyte *storage = alloca_array (Bufbyte, nargs * MAX_EMCHAR_LEN);
2570   Bufbyte *p = storage;
2571
2572   for (; nargs; nargs--, args++)
2573     @{
2574       Lisp_Object lisp_char = *args;
2575       CHECK_CHAR_COERCE_INT (lisp_char);
2576       p += set_charptr_emchar (p, XCHAR (lisp_char));
2577     @}
2578   return make_string (storage, p - storage);
2579 @}
2580 @end group
2581 @end example
2582
2583 Now we can analyze the source line by line.
2584
2585 Obviously, string will be as long as there are arguments to the
2586 function.  This is why we allocate @code{MAX_EMCHAR_LEN} * @var{nargs}
2587 bytes on the stack, i.e. the worst-case number of bytes for @var{nargs}
2588 @code{Emchar}s to fit in the string.
2589
2590 Then, the loop checks that each element is a character, converting
2591 integers in the process.  Like many other functions in XEmacs, this
2592 function silently accepts integers where characters are expected, for
2593 historical and compatibility reasons.  Unless you know what you are
2594 doing, @code{CHECK_CHAR} will also suffice.  @code{XCHAR (lisp_char)}
2595 extracts the @code{Emchar} from the @code{Lisp_Object}, and
2596 @code{set_charptr_emchar} stores it to storage, increasing @code{p} in
2597 the process.
2598
2599 Other instructive examples of correct coding under Mule can be found all
2600 over the XEmacs code.  For starters, I recommend
2601 @code{Fnormalize_menu_item_name} in @file{menubar.c}.  After you have
2602 understood this section of the manual and studied the examples, you can
2603 proceed writing new Mule-aware code.
2604
2605 @node Techniques for XEmacs Developers,  , Coding for Mule, Rules When Writing New C Code
2606 @section Techniques for XEmacs Developers
2607
2608 To make a purified XEmacs, do: @code{make puremacs}.
2609 To make a quantified XEmacs, do: @code{make quantmacs}.
2610
2611 You simply can't dump Quantified and Purified images (unless using the
2612 portable dumper).  Purify gets confused when xemacs frees memory in one
2613 process that was allocated in a @emph{different} process on a different
2614 machine!.  Run it like so:
2615 @example
2616 temacs -batch -l loadup.el run-temacs @var{xemacs-args...}
2617 @end example
2618
2619 Before you go through the trouble, are you compiling with all
2620 debugging and error-checking off?  If not, try that first.  Be warned
2621 that while Quantify is directly responsible for quite a few
2622 optimizations which have been made to XEmacs, doing a run which
2623 generates results which can be acted upon is not necessarily a trivial
2624 task.
2625
2626 Also, if you're still willing to do some runs make sure you configure
2627 with the @samp{--quantify} flag.  That will keep Quantify from starting
2628 to record data until after the loadup is completed and will shut off
2629 recording right before it shuts down (which generates enough bogus data
2630 to throw most results off).  It also enables three additional elisp
2631 commands: @code{quantify-start-recording-data},
2632 @code{quantify-stop-recording-data} and @code{quantify-clear-data}.
2633
2634 If you want to make XEmacs faster, target your favorite slow benchmark,
2635 run a profiler like Quantify, @code{gprof}, or @code{tcov}, and figure
2636 out where the cycles are going.  Specific projects:
2637
2638 @itemize @bullet
2639 @item
2640 Make the garbage collector faster.  Figure out how to write an
2641 incremental garbage collector.
2642 @item
2643 Write a compiler that takes bytecode and spits out C code.
2644 Unfortunately, you will then need a C compiler and a more fully
2645 developed module system.
2646 @item
2647 Speed up redisplay.
2648 @item
2649 Speed up syntax highlighting.  Maybe moving some of the syntax
2650 highlighting capabilities into C would make a difference.
2651 @item
2652 Implement tail recursion in Emacs Lisp (hard!).
2653 @end itemize
2654
2655 Unfortunately, Emacs Lisp is slow, and is going to stay slow.  Function
2656 calls in elisp are especially expensive.  Iterating over a long list is
2657 going to be 30 times faster implemented in C than in Elisp.
2658
2659 Heavily used small code fragments need to be fast.  The traditional way
2660 to implement such code fragments in C is with macros.  But macros in C
2661 are known to be broken.
2662
2663 Macro arguments that are repeatedly evaluated may suffer from repeated
2664 side effects or suboptimal performance.
2665
2666 Variable names used in macros may collide with caller's variables,
2667 causing (at least) unwanted compiler warnings.
2668
2669 In order to solve these problems, and maintain statement semantics, one
2670 should use the @code{do @{ ... @} while (0)} trick while trying to
2671 reference macro arguments exactly once using local variables.
2672
2673 Let's take a look at this poor macro definition:
2674
2675 @example
2676 #define MARK_OBJECT(obj) \
2677   if (!marked_p (obj)) mark_object (obj), did_mark = 1
2678 @end example
2679
2680 This macro evaluates its argument twice, and also fails if used like this:
2681 @example
2682   if (flag) MARK_OBJECT (obj); else do_something();
2683 @end example
2684
2685 A much better definition is
2686
2687 @example
2688 #define MARK_OBJECT(obj) do @{ \
2689   Lisp_Object mo_obj = (obj); \
2690   if (!marked_p (mo_obj))     \
2691     @{                         \
2692       mark_object (mo_obj);   \
2693       did_mark = 1;           \
2694     @}                         \
2695 @} while (0)
2696 @end example
2697
2698 Notice the elimination of double evaluation by using the local variable
2699 with the obscure name.  Writing safe and efficient macros requires great
2700 care.  The one problem with macros that cannot be portably worked around
2701 is, since a C block has no value, a macro used as an expression rather
2702 than a statement cannot use the techniques just described to avoid
2703 multiple evaluation.
2704
2705 In most cases where a macro has function semantics, an inline function
2706 is a better implementation technique.  Modern compiler optimizers tend
2707 to inline functions even if they have no @code{inline} keyword, and
2708 configure magic ensures that the @code{inline} keyword can be safely
2709 used as an additional compiler hint.  Inline functions used in a single
2710 .c files are easy.  The function must already be defined to be
2711 @code{static}.  Just add another @code{inline} keyword to the
2712 definition.
2713
2714 @example
2715 inline static int
2716 heavily_used_small_function (int arg)
2717 @{
2718   ...
2719 @}
2720 @end example
2721
2722 Inline functions in header files are trickier, because we would like to
2723 make the following optimization if the function is @emph{not} inlined
2724 (for example, because we're compiling for debugging).  We would like the
2725 function to be defined externally exactly once, and each calling
2726 translation unit would create an external reference to the function,
2727 instead of including a definition of the inline function in the object
2728 code of every translation unit that uses it.  This optimization is
2729 currently only available for gcc.  But you don't have to worry about the
2730 trickiness; just define your inline functions in header files using this
2731 pattern:
2732
2733 @example
2734 INLINE_HEADER int
2735 i_used_to_be_a_crufty_macro_but_look_at_me_now (int arg);
2736 INLINE_HEADER int
2737 i_used_to_be_a_crufty_macro_but_look_at_me_now (int arg)
2738 @{
2739   ...
2740 @}
2741 @end example
2742
2743 The declaration right before the definition is to prevent warnings when
2744 compiling with @code{gcc -Wmissing-declarations}.  I consider issuing
2745 this warning for inline functions a gcc bug, but the gcc maintainers disagree.
2746
2747 Every header which contains inline functions, either directly by using
2748 @code{INLINE_HEADER} or indirectly by using @code{DECLARE_LRECORD} must
2749 be added to @file{inline.c}'s includes to make the optimization
2750 described above work.  (Optimization note: if all INLINE_HEADER
2751 functions are in fact inlined in all translation units, then the linker
2752 can just discard @code{inline.o}, since it contains only unreferenced code).
2753
2754 To get started debugging XEmacs, take a look at the @file{.gdbinit} and
2755 @file{.dbxrc} files in the @file{src} directory.  See the section in the
2756 XEmacs FAQ on How to Debug an XEmacs problem with a debugger.
2757
2758 After making source code changes, run @code{make check} to ensure that
2759 you haven't introduced any regressions.  If you want to make xemacs more
2760 reliable, please improve the test suite in @file{tests/automated}.
2761
2762 Did you make sure you didn't introduce any new compiler warnings?
2763
2764 Before submitting a patch, please try compiling at least once with
2765
2766 @example
2767 configure --with-mule --with-union-type --error-checking=all
2768 @end example
2769
2770 Here are things to know when you create a new source file:
2771
2772 @itemize @bullet
2773 @item
2774 All @file{.c} files should @code{#include <config.h>} first.  Almost all
2775 @file{.c} files should @code{#include "lisp.h"} second.
2776
2777 @item
2778 Generated header files should be included using the @code{#include <...>} syntax,
2779 not the @code{#include "..."} syntax.  The generated headers are:
2780
2781 @file{config.h sheap-adjust.h paths.h Emacs.ad.h}
2782
2783 The basic rule is that you should assume builds using @code{--srcdir}
2784 and the @code{#include <...>} syntax needs to be used when the
2785 to-be-included generated file is in a potentially different directory
2786 @emph{at compile time}.  The non-obvious C rule is that @code{#include "..."}
2787 means to search for the included file in the same directory as the
2788 including file, @emph{not} in the current directory.
2789
2790 @item
2791 Header files should @emph{not} include @code{<config.h>} and
2792 @code{"lisp.h"}.  It is the responsibility of the @file{.c} files that
2793 use it to do so.
2794
2795 @end itemize
2796
2797 Here is a checklist of things to do when creating a new lisp object type
2798 named @var{foo}:
2799
2800 @enumerate
2801 @item
2802 create @var{foo}.h
2803 @item
2804 create @var{foo}.c
2805 @item
2806 add definitions of @code{syms_of_@var{foo}}, etc. to @file{@var{foo}.c}
2807 @item
2808 add declarations of @code{syms_of_@var{foo}}, etc. to @file{symsinit.h}
2809 @item
2810 add calls to @code{syms_of_@var{foo}}, etc. to @file{emacs.c}
2811 @item
2812 add definitions of macros like @code{CHECK_@var{FOO}} and
2813 @code{@var{FOO}P} to @file{@var{foo}.h}
2814 @item
2815 add the new type index to @code{enum lrecord_type}
2816 @item
2817 add a DEFINE_LRECORD_IMPLEMENTATION call to @file{@var{foo}.c}
2818 @item
2819 add an INIT_LRECORD_IMPLEMENTATION call to @code{syms_of_@var{foo}.c}
2820 @end enumerate
2821
2822 @node A Summary of the Various XEmacs Modules, Allocation of Objects in XEmacs Lisp, Rules When Writing New C Code, Top
2823 @chapter A Summary of the Various XEmacs Modules
2824
2825   This is accurate as of XEmacs 20.0.
2826
2827 @menu
2828 * Low-Level Modules::
2829 * Basic Lisp Modules::
2830 * Modules for Standard Editing Operations::
2831 * Editor-Level Control Flow Modules::
2832 * Modules for the Basic Displayable Lisp Objects::
2833 * Modules for other Display-Related Lisp Objects::
2834 * Modules for the Redisplay Mechanism::
2835 * Modules for Interfacing with the File System::
2836 * Modules for Other Aspects of the Lisp Interpreter and Object System::
2837 * Modules for Interfacing with the Operating System::
2838 * Modules for Interfacing with X Windows::
2839 * Modules for Internationalization::
2840 @end menu
2841
2842 @node Low-Level Modules, Basic Lisp Modules, A Summary of the Various XEmacs Modules, A Summary of the Various XEmacs Modules
2843 @section Low-Level Modules
2844
2845 @example
2846 config.h
2847 @end example
2848
2849 This is automatically generated from @file{config.h.in} based on the
2850 results of configure tests and user-selected optional features and
2851 contains preprocessor definitions specifying the nature of the
2852 environment in which XEmacs is being compiled.
2853
2854
2855
2856 @example
2857 paths.h
2858 @end example
2859
2860 This is automatically generated from @file{paths.h.in} based on supplied
2861 configure values, and allows for non-standard installed configurations
2862 of the XEmacs directories.  It's currently broken, though.
2863
2864
2865
2866 @example
2867 emacs.c
2868 signal.c
2869 @end example
2870
2871 @file{emacs.c} contains @code{main()} and other code that performs the most
2872 basic environment initializations and handles shutting down the XEmacs
2873 process (this includes @code{kill-emacs}, the normal way that XEmacs is
2874 exited; @code{dump-emacs}, which is used during the build process to
2875 write out the XEmacs executable; @code{run-emacs-from-temacs}, which can
2876 be used to start XEmacs directly when temacs has finished loading all
2877 the Lisp code; and emergency code to handle crashes [XEmacs tries to
2878 auto-save all files before it crashes]).
2879
2880 Low-level code that directly interacts with the Unix signal mechanism,
2881 however, is in @file{signal.c}.  Note that this code does not handle system
2882 dependencies in interfacing to signals; that is handled using the
2883 @file{syssignal.h} header file, described in section J below.
2884
2885
2886
2887 @example
2888 unexaix.c
2889 unexalpha.c
2890 unexapollo.c
2891 unexconvex.c
2892 unexec.c
2893 unexelf.c
2894 unexelfsgi.c
2895 unexencap.c
2896 unexenix.c
2897 unexfreebsd.c
2898 unexfx2800.c
2899 unexhp9k3.c
2900 unexhp9k800.c
2901 unexmips.c
2902 unexnext.c
2903 unexsol2.c
2904 unexsunos4.c
2905 @end example
2906
2907 These modules contain code dumping out the XEmacs executable on various
2908 different systems. (This process is highly machine-specific and
2909 requires intimate knowledge of the executable format and the memory map
2910 of the process.) Only one of these modules is actually used; this is
2911 chosen by @file{configure}.
2912
2913
2914
2915 @example
2916 ecrt0.c
2917 lastfile.c
2918 pre-crt0.c
2919 @end example
2920
2921 These modules are used in conjunction with the dump mechanism.  On some
2922 systems, an alternative version of the C startup code (the actual code
2923 that receives control from the operating system when the process is
2924 started, and which calls @code{main()}) is required so that the dumping
2925 process works properly; @file{crt0.c} provides this.
2926
2927 @file{pre-crt0.c} and @file{lastfile.c} should be the very first and
2928 very last file linked, respectively. (Actually, this is not really true.
2929 @file{lastfile.c} should be after all Emacs modules whose initialized
2930 data should be made constant, and before all other Emacs files and all
2931 libraries.  In particular, the allocation modules @file{gmalloc.c},
2932 @file{alloca.c}, etc. are normally placed past @file{lastfile.c}, and
2933 all of the files that implement Xt widget classes @emph{must} be placed
2934 after @file{lastfile.c} because they contain various structures that
2935 must be statically initialized and into which Xt writes at various
2936 times.) @file{pre-crt0.c} and @file{lastfile.c} contain exported symbols
2937 that are used to determine the start and end of XEmacs' initialized
2938 data space when dumping.
2939
2940
2941
2942 @example
2943 alloca.c
2944 free-hook.c
2945 getpagesize.h
2946 gmalloc.c
2947 malloc.c
2948 mem-limits.h
2949 ralloc.c
2950 vm-limit.c
2951 @end example
2952
2953 These handle basic C allocation of memory.  @file{alloca.c} is an emulation of
2954 the stack allocation function @code{alloca()} on machines that lack
2955 this. (XEmacs makes extensive use of @code{alloca()} in its code.)
2956
2957 @file{gmalloc.c} and @file{malloc.c} are two implementations of the standard C
2958 functions @code{malloc()}, @code{realloc()} and @code{free()}.  They are
2959 often used in place of the standard system-provided @code{malloc()}
2960 because they usually provide a much faster implementation, at the
2961 expense of additional memory use.  @file{gmalloc.c} is a newer implementation
2962 that is much more memory-efficient for large allocations than @file{malloc.c},
2963 and should always be preferred if it works. (At one point, @file{gmalloc.c}
2964 didn't work on some systems where @file{malloc.c} worked; but this should be
2965 fixed now.)
2966
2967 @cindex relocating allocator
2968 @file{ralloc.c} is the @dfn{relocating allocator}.  It provides
2969 functions similar to @code{malloc()}, @code{realloc()} and @code{free()}
2970 that allocate memory that can be dynamically relocated in memory.  The
2971 advantage of this is that allocated memory can be shuffled around to
2972 place all the free memory at the end of the heap, and the heap can then
2973 be shrunk, releasing the memory back to the operating system.  The use
2974 of this can be controlled with the configure option @code{--rel-alloc};
2975 if enabled, memory allocated for buffers will be relocatable, so that if
2976 a very large file is visited and the buffer is later killed, the memory
2977 can be released to the operating system.  (The disadvantage of this
2978 mechanism is that it can be very slow.  On systems with the
2979 @code{mmap()} system call, the XEmacs version of @file{ralloc.c} uses
2980 this to move memory around without actually having to block-copy it,
2981 which can speed things up; but it can still cause noticeable performance
2982 degradation.)
2983
2984 @file{free-hook.c} contains some debugging functions for checking for invalid
2985 arguments to @code{free()}.
2986
2987 @file{vm-limit.c} contains some functions that warn the user when memory is
2988 getting low.  These are callback functions that are called by @file{gmalloc.c}
2989 and @file{malloc.c} at appropriate times.
2990
2991 @file{getpagesize.h} provides a uniform interface for retrieving the size of a
2992 page in virtual memory.  @file{mem-limits.h} provides a uniform interface for
2993 retrieving the total amount of available virtual memory.  Both are
2994 similar in spirit to the @file{sys*.h} files described in section J, below.
2995
2996
2997
2998 @example
2999 blocktype.c
3000 blocktype.h
3001 dynarr.c
3002 @end example
3003
3004 These implement a couple of basic C data types to facilitate memory
3005 allocation.  The @code{Blocktype} type efficiently manages the
3006 allocation of fixed-size blocks by minimizing the number of times that
3007 @code{malloc()} and @code{free()} are called.  It allocates memory in
3008 large chunks, subdivides the chunks into blocks of the proper size, and
3009 returns the blocks as requested.  When blocks are freed, they are placed
3010 onto a linked list, so they can be efficiently reused.  This data type
3011 is not much used in XEmacs currently, because it's a fairly new
3012 addition.
3013
3014 @cindex dynamic array
3015 The @code{Dynarr} type implements a @dfn{dynamic array}, which is
3016 similar to a standard C array but has no fixed limit on the number of
3017 elements it can contain.  Dynamic arrays can hold elements of any type,
3018 and when you add a new element, the array automatically resizes itself
3019 if it isn't big enough.  Dynarrs are extensively used in the redisplay
3020 mechanism.
3021
3022
3023
3024 @example
3025 inline.c
3026 @end example
3027
3028 This module is used in connection with inline functions (available in
3029 some compilers).  Often, inline functions need to have a corresponding
3030 non-inline function that does the same thing.  This module is where they
3031 reside.  It contains no actual code, but defines some special flags that
3032 cause inline functions defined in header files to be rendered as actual
3033 functions.  It then includes all header files that contain any inline
3034 function definitions, so that each one gets a real function equivalent.
3035
3036
3037
3038 @example
3039 debug.c
3040 debug.h
3041 @end example
3042
3043 These functions provide a system for doing internal consistency checks
3044 during code development.  This system is not currently used; instead the
3045 simpler @code{assert()} macro is used along with the various checks
3046 provided by the @samp{--error-check-*} configuration options.
3047
3048
3049
3050 @example
3051 universe.h
3052 @end example
3053
3054 This is not currently used.
3055
3056
3057
3058 @node Basic Lisp Modules, Modules for Standard Editing Operations, Low-Level Modules, A Summary of the Various XEmacs Modules
3059 @section Basic Lisp Modules
3060
3061 @example
3062 lisp-disunion.h
3063 lisp-union.h
3064 lisp.h
3065 lrecord.h
3066 symsinit.h
3067 @end example
3068
3069 These are the basic header files for all XEmacs modules.  Each module
3070 includes @file{lisp.h}, which brings the other header files in.
3071 @file{lisp.h} contains the definitions of the structures and extractor
3072 and constructor macros for the basic Lisp objects and various other
3073 basic definitions for the Lisp environment, as well as some
3074 general-purpose definitions (e.g. @code{min()} and @code{max()}).
3075 @file{lisp.h} includes either @file{lisp-disunion.h} or
3076 @file{lisp-union.h}, depending on whether @code{USE_UNION_TYPE} is
3077 defined.  These files define the typedef of the Lisp object itself (as
3078 described above) and the low-level macros that hide the actual
3079 implementation of the Lisp object.  All extractor and constructor macros
3080 for particular types of Lisp objects are defined in terms of these
3081 low-level macros.
3082
3083 As a general rule, all typedefs should go into the typedefs section of
3084 @file{lisp.h} rather than into a module-specific header file even if the
3085 structure is defined elsewhere.  This allows function prototypes that
3086 use the typedef to be placed into other header files.  Forward structure
3087 declarations (i.e. a simple declaration like @code{struct foo;} where
3088 the structure itself is defined elsewhere) should be placed into the
3089 typedefs section as necessary.
3090
3091 @file{lrecord.h} contains the basic structures and macros that implement
3092 all record-type Lisp objects---i.e. all objects whose type is a field
3093 in their C structure, which includes all objects except the few most
3094 basic ones.
3095
3096 @file{lisp.h} contains prototypes for most of the exported functions in
3097 the various modules.  Lisp primitives defined using @code{DEFUN} that
3098 need to be called by C code should be declared using @code{EXFUN}.
3099 Other function prototypes should be placed either into the appropriate
3100 section of @code{lisp.h}, or into a module-specific header file,
3101 depending on how general-purpose the function is and whether it has
3102 special-purpose argument types requiring definitions not in
3103 @file{lisp.h}.)  All initialization functions are prototyped in
3104 @file{symsinit.h}.
3105
3106
3107
3108 @example
3109 alloc.c
3110 @end example
3111
3112 The large module @file{alloc.c} implements all of the basic allocation and
3113 garbage collection for Lisp objects.  The most commonly used Lisp
3114 objects are allocated in chunks, similar to the Blocktype data type
3115 described above; others are allocated in individually @code{malloc()}ed
3116 blocks.  This module provides the foundation on which all other aspects
3117 of the Lisp environment sit, and is the first module initialized at
3118 startup.
3119
3120 Note that @file{alloc.c} provides a series of generic functions that are
3121 not dependent on any particular object type, and interfaces to
3122 particular types of objects using a standardized interface of
3123 type-specific methods.  This scheme is a fundamental principle of
3124 object-oriented programming and is heavily used throughout XEmacs.  The
3125 great advantage of this is that it allows for a clean separation of
3126 functionality into different modules---new classes of Lisp objects, new
3127 event interfaces, new device types, new stream interfaces, etc. can be
3128 added transparently without affecting code anywhere else in XEmacs.
3129 Because the different subsystems are divided into general and specific
3130 code, adding a new subtype within a subsystem will in general not
3131 require changes to the generic subsystem code or affect any of the other
3132 subtypes in the subsystem; this provides a great deal of robustness to
3133 the XEmacs code.
3134
3135
3136 @example
3137 eval.c
3138 backtrace.h
3139 @end example
3140
3141 This module contains all of the functions to handle the flow of control.
3142 This includes the mechanisms of defining functions, calling functions,
3143 traversing stack frames, and binding variables; the control primitives
3144 and other special forms such as @code{while}, @code{if}, @code{eval},
3145 @code{let}, @code{and}, @code{or}, @code{progn}, etc.; handling of
3146 non-local exits, unwind-protects, and exception handlers; entering the
3147 debugger; methods for the subr Lisp object type; etc.  It does
3148 @emph{not} include the @code{read} function, the @code{print} function,
3149 or the handling of symbols and obarrays.
3150
3151 @file{backtrace.h} contains some structures related to stack frames and the
3152 flow of control.
3153
3154
3155
3156 @example
3157 lread.c
3158 @end example
3159
3160 This module implements the Lisp reader and the @code{read} function,
3161 which converts text into Lisp objects, according to the read syntax of
3162 the objects, as described above.  This is similar to the parser that is
3163 a part of all compilers.
3164
3165
3166
3167 @example
3168 print.c
3169 @end example
3170
3171 This module implements the Lisp print mechanism and the @code{print}
3172 function and related functions.  This is the inverse of the Lisp reader
3173 -- it converts Lisp objects to a printed, textual representation.
3174 (Hopefully something that can be read back in using @code{read} to get
3175 an equivalent object.)
3176
3177
3178
3179 @example
3180 general.c
3181 symbols.c
3182 symeval.h
3183 @end example
3184
3185 @file{symbols.c} implements the handling of symbols, obarrays, and
3186 retrieving the values of symbols.  Much of the code is devoted to
3187 handling the special @dfn{symbol-value-magic} objects that define
3188 special types of variables---this includes buffer-local variables,
3189 variable aliases, variables that forward into C variables, etc.  This
3190 module is initialized extremely early (right after @file{alloc.c}),
3191 because it is here that the basic symbols @code{t} and @code{nil} are
3192 created, and those symbols are used everywhere throughout XEmacs.
3193
3194 @file{symeval.h} contains the definitions of symbol structures and the
3195 @code{DEFVAR_LISP()} and related macros for declaring variables.
3196
3197
3198
3199 @example
3200 data.c
3201 floatfns.c
3202 fns.c
3203 @end example
3204
3205 These modules implement the methods and standard Lisp primitives for all
3206 the basic Lisp object types other than symbols (which are described
3207 above).  @file{data.c} contains all the predicates (primitives that return
3208 whether an object is of a particular type); the integer arithmetic
3209 functions; and the basic accessor and mutator primitives for the various
3210 object types.  @file{fns.c} contains all the standard predicates for working
3211 with sequences (where, abstractly speaking, a sequence is an ordered set
3212 of objects, and can be represented by a list, string, vector, or
3213 bit-vector); it also contains @code{equal}, perhaps on the grounds that
3214 bulk of the operation of @code{equal} is comparing sequences.
3215 @file{floatfns.c} contains methods and primitives for floats and floating-point
3216 arithmetic.
3217
3218
3219
3220 @example
3221 bytecode.c
3222 bytecode.h
3223 @end example
3224
3225 @file{bytecode.c} implements the byte-code interpreter and
3226 compiled-function objects, and @file{bytecode.h} contains associated
3227 structures.  Note that the byte-code @emph{compiler} is written in Lisp.
3228
3229
3230
3231
3232 @node Modules for Standard Editing Operations, Editor-Level Control Flow Modules, Basic Lisp Modules, A Summary of the Various XEmacs Modules
3233 @section Modules for Standard Editing Operations
3234
3235 @example
3236 buffer.c
3237 buffer.h
3238 bufslots.h
3239 @end example
3240
3241 @file{buffer.c} implements the @dfn{buffer} Lisp object type.  This
3242 includes functions that create and destroy buffers; retrieve buffers by
3243 name or by other properties; manipulate lists of buffers (remember that
3244 buffers are permanent objects and stored in various ordered lists);
3245 retrieve or change buffer properties; etc.  It also contains the
3246 definitions of all the built-in buffer-local variables (which can be
3247 viewed as buffer properties).  It does @emph{not} contain code to
3248 manipulate buffer-local variables (that's in @file{symbols.c}, described
3249 above); or code to manipulate the text in a buffer.
3250
3251 @file{buffer.h} defines the structures associated with a buffer and the various
3252 macros for retrieving text from a buffer and special buffer positions
3253 (e.g. @code{point}, the default location for text insertion).  It also
3254 contains macros for working with buffer positions and converting between
3255 their representations as character offsets and as byte offsets (under
3256 MULE, they are different, because characters can be multi-byte).  It is
3257 one of the largest header files.
3258
3259 @file{bufslots.h} defines the fields in the buffer structure that correspond to
3260 the built-in buffer-local variables.  It is its own header file because
3261 it is included many times in @file{buffer.c}, as a way of iterating over all
3262 the built-in buffer-local variables.
3263
3264
3265
3266 @example
3267 insdel.c
3268 insdel.h
3269 @end example
3270
3271 @file{insdel.c} contains low-level functions for inserting and deleting text in
3272 a buffer, keeping track of changed regions for use by redisplay, and
3273 calling any before-change and after-change functions that may have been
3274 registered for the buffer.  It also contains the actual functions that
3275 convert between byte offsets and character offsets.
3276
3277 @file{insdel.h} contains associated headers.
3278
3279
3280
3281 @example
3282 marker.c
3283 @end example
3284
3285 This module implements the @dfn{marker} Lisp object type, which
3286 conceptually is a pointer to a text position in a buffer that moves
3287 around as text is inserted and deleted, so as to remain in the same
3288 relative position.  This module doesn't actually move the markers around
3289 -- that's handled in @file{insdel.c}.  This module just creates them and
3290 implements the primitives for working with them.  As markers are simple
3291 objects, this does not entail much.
3292
3293 Note that the standard arithmetic primitives (e.g. @code{+}) accept
3294 markers in place of integers and automatically substitute the value of
3295 @code{marker-position} for the marker, i.e. an integer describing the
3296 current buffer position of the marker.
3297
3298
3299
3300 @example
3301 extents.c
3302 extents.h
3303 @end example
3304
3305 This module implements the @dfn{extent} Lisp object type, which is like
3306 a marker that works over a range of text rather than a single position.
3307 Extents are also much more complex and powerful than markers and have a
3308 more efficient (and more algorithmically complex) implementation.  The
3309 implementation is described in detail in comments in @file{extents.c}.
3310
3311 The code in @file{extents.c} works closely with @file{insdel.c} so that
3312 extents are properly moved around as text is inserted and deleted.
3313 There is also code in @file{extents.c} that provides information needed
3314 by the redisplay mechanism for efficient operation. (Remember that
3315 extents can have display properties that affect [sometimes drastically,
3316 as in the @code{invisible} property] the display of the text they
3317 cover.)
3318
3319
3320
3321 @example
3322 editfns.c
3323 @end example
3324
3325 @file{editfns.c} contains the standard Lisp primitives for working with
3326 a buffer's text, and calls the low-level functions in @file{insdel.c}.
3327 It also contains primitives for working with @code{point} (the default
3328 buffer insertion location).
3329
3330 @file{editfns.c} also contains functions for retrieving various
3331 characteristics from the external environment: the current time, the
3332 process ID of the running XEmacs process, the name of the user who ran
3333 this XEmacs process, etc.  It's not clear why this code is in
3334 @file{editfns.c}.
3335
3336
3337
3338 @example
3339 callint.c
3340 cmds.c
3341 commands.h
3342 @end example
3343
3344 @cindex interactive
3345 These modules implement the basic @dfn{interactive} commands,
3346 i.e. user-callable functions.  Commands, as opposed to other functions,
3347 have special ways of getting their parameters interactively (by querying
3348 the user), as opposed to having them passed in a normal function
3349 invocation.  Many commands are not really meant to be called from other
3350 Lisp functions, because they modify global state in a way that's often
3351 undesired as part of other Lisp functions.
3352
3353 @file{callint.c} implements the mechanism for querying the user for
3354 parameters and calling interactive commands.  The bulk of this module is
3355 code that parses the interactive spec that is supplied with an
3356 interactive command.
3357
3358 @file{cmds.c} implements the basic, most commonly used editing commands:
3359 commands to move around the current buffer and insert and delete
3360 characters.  These commands are implemented using the Lisp primitives
3361 defined in @file{editfns.c}.
3362
3363 @file{commands.h} contains associated structure definitions and prototypes.
3364
3365
3366
3367 @example
3368 regex.c
3369 regex.h
3370 search.c
3371 @end example
3372
3373 @file{search.c} implements the Lisp primitives for searching for text in
3374 a buffer, and some of the low-level algorithms for doing this.  In
3375 particular, the fast fixed-string Boyer-Moore search algorithm is
3376 implemented in @file{search.c}.  The low-level algorithms for doing
3377 regular-expression searching, however, are implemented in @file{regex.c}
3378 and @file{regex.h}.  These two modules are largely independent of
3379 XEmacs, and are similar to (and based upon) the regular-expression
3380 routines used in @file{grep} and other GNU utilities.
3381
3382
3383
3384 @example
3385 doprnt.c
3386 @end example
3387
3388 @file{doprnt.c} implements formatted-string processing, similar to
3389 @code{printf()} command in C.
3390
3391
3392
3393 @example
3394 undo.c
3395 @end example
3396
3397 This module implements the undo mechanism for tracking buffer changes.
3398 Most of this could be implemented in Lisp.
3399
3400
3401
3402 @node Editor-Level Control Flow Modules, Modules for the Basic Displayable Lisp Objects, Modules for Standard Editing Operations, A Summary of the Various XEmacs Modules
3403 @section Editor-Level Control Flow Modules
3404
3405 @example
3406 event-Xt.c
3407 event-msw.c
3408 event-stream.c
3409 event-tty.c
3410 events-mod.h
3411 gpmevent.c
3412 gpmevent.h
3413 events.c
3414 events.h
3415 @end example
3416
3417 These implement the handling of events (user input and other system
3418 notifications).
3419
3420 @file{events.c} and @file{events.h} define the @dfn{event} Lisp object
3421 type and primitives for manipulating it.
3422
3423 @file{event-stream.c} implements the basic functions for working with
3424 event queues, dispatching an event by looking it up in relevant keymaps
3425 and such, and handling timeouts; this includes the primitives
3426 @code{next-event} and @code{dispatch-event}, as well as related
3427 primitives such as @code{sit-for}, @code{sleep-for}, and
3428 @code{accept-process-output}. (@file{event-stream.c} is one of the
3429 hairiest and trickiest modules in XEmacs.  Beware!  You can easily mess
3430 things up here.)
3431
3432 @file{event-Xt.c} and @file{event-tty.c} implement the low-level
3433 interfaces onto retrieving events from Xt (the X toolkit) and from TTY's
3434 (using @code{read()} and @code{select()}), respectively.  The event
3435 interface enforces a clean separation between the specific code for
3436 interfacing with the operating system and the generic code for working
3437 with events, by defining an API of basic, low-level event methods;
3438 @file{event-Xt.c} and @file{event-tty.c} are two different
3439 implementations of this API.  To add support for a new operating system
3440 (e.g. NeXTstep), one merely needs to provide another implementation of
3441 those API functions.
3442
3443 Note that the choice of whether to use @file{event-Xt.c} or
3444 @file{event-tty.c} is made at compile time!  Or at the very latest, it
3445 is made at startup time.  @file{event-Xt.c} handles events for
3446 @emph{both} X and TTY frames; @file{event-tty.c} is only used when X
3447 support is not compiled into XEmacs.  The reason for this is that there
3448 is only one event loop in XEmacs: thus, it needs to be able to receive
3449 events from all different kinds of frames.
3450
3451
3452
3453 @example
3454 keymap.c
3455 keymap.h
3456 @end example
3457
3458 @file{keymap.c} and @file{keymap.h} define the @dfn{keymap} Lisp object
3459 type and associated methods and primitives. (Remember that keymaps are
3460 objects that associate event descriptions with functions to be called to
3461 ``execute'' those events; @code{dispatch-event} looks up events in the
3462 relevant keymaps.)
3463
3464
3465
3466 @example
3467 cmdloop.c
3468 @end example
3469
3470 @file{cmdloop.c} contains functions that implement the actual editor
3471 command loop---i.e. the event loop that cyclically retrieves and
3472 dispatches events.  This code is also rather tricky, just like
3473 @file{event-stream.c}.
3474
3475
3476
3477 @example
3478 macros.c
3479 macros.h
3480 @end example
3481
3482 These two modules contain the basic code for defining keyboard macros.
3483 These functions don't actually do much; most of the code that handles keyboard
3484 macros is mixed in with the event-handling code in @file{event-stream.c}.
3485
3486
3487
3488 @example
3489 minibuf.c
3490 @end example
3491
3492 This contains some miscellaneous code related to the minibuffer (most of
3493 the minibuffer code was moved into Lisp by Richard Mlynarik).  This
3494 includes the primitives for completion (although filename completion is
3495 in @file{dired.c}), the lowest-level interface to the minibuffer (if the
3496 command loop were cleaned up, this too could be in Lisp), and code for
3497 dealing with the echo area (this, too, was mostly moved into Lisp, and
3498 the only code remaining is code to call out to Lisp or provide simple
3499 bootstrapping implementations early in temacs, before the echo-area Lisp
3500 code is loaded).
3501
3502
3503
3504 @node Modules for the Basic Displayable Lisp Objects, Modules for other Display-Related Lisp Objects, Editor-Level Control Flow Modules, A Summary of the Various XEmacs Modules
3505 @section Modules for the Basic Displayable Lisp Objects
3506
3507 @example
3508 console-msw.c
3509 console-msw.h
3510 console-stream.c
3511 console-stream.h
3512 console-tty.c
3513 console-tty.h
3514 console-x.c
3515 console-x.h
3516 console.c
3517 console.h
3518 @end example
3519
3520 These modules implement the @dfn{console} Lisp object type.  A console
3521 contains multiple display devices, but only one keyboard and mouse.
3522 Most of the time, a console will contain exactly one device.
3523
3524 Consoles are the top of a lisp object inclusion hierarchy.  Consoles
3525 contain devices, which contain frames, which contain windows.
3526
3527
3528
3529 @example
3530 device-msw.c
3531 device-tty.c
3532 device-x.c
3533 device.c
3534 device.h
3535 @end example
3536
3537 These modules implement the @dfn{device} Lisp object type.  This
3538 abstracts a particular screen or connection on which frames are
3539 displayed.  As with Lisp objects, event interfaces, and other
3540 subsystems, the device code is separated into a generic component that
3541 contains a standardized interface (in the form of a set of methods) onto
3542 particular device types.
3543
3544 The device subsystem defines all the methods and provides method
3545 services for not only device operations but also for the frame, window,
3546 menubar, scrollbar, toolbar, and other displayable-object subsystems.
3547 The reason for this is that all of these subsystems have the same
3548 subtypes (X, TTY, NeXTstep, Microsoft Windows, etc.) as devices do.
3549
3550
3551
3552 @example
3553 frame-msw.c
3554 frame-tty.c
3555 frame-x.c
3556 frame.c
3557 frame.h
3558 @end example
3559
3560 Each device contains one or more frames in which objects (e.g. text) are
3561 displayed.  A frame corresponds to a window in the window system;
3562 usually this is a top-level window but it could potentially be one of a
3563 number of overlapping child windows within a top-level window, using the
3564 MDI (Multiple Document Interface) protocol in Microsoft Windows or a
3565 similar scheme.
3566
3567 The @file{frame-*} files implement the @dfn{frame} Lisp object type and
3568 provide the generic and device-type-specific operations on frames
3569 (e.g. raising, lowering, resizing, moving, etc.).
3570
3571
3572
3573 @example
3574 window.c
3575 window.h
3576 @end example
3577
3578 @cindex window (in Emacs)
3579 @cindex pane
3580 Each frame consists of one or more non-overlapping @dfn{windows} (better
3581 known as @dfn{panes} in standard window-system terminology) in which a
3582 buffer's text can be displayed.  Windows can also have scrollbars
3583 displayed around their edges.
3584
3585 @file{window.c} and @file{window.h} implement the @dfn{window} Lisp
3586 object type and provide code to manage windows.  Since windows have no
3587 associated resources in the window system (the window system knows only
3588 about the frame; no child windows or anything are used for XEmacs
3589 windows), there is no device-type-specific code here; all of that code
3590 is part of the redisplay mechanism or the code for particular object
3591 types such as scrollbars.
3592
3593
3594
3595 @node Modules for other Display-Related Lisp Objects, Modules for the Redisplay Mechanism, Modules for the Basic Displayable Lisp Objects, A Summary of the Various XEmacs Modules
3596 @section Modules for other Display-Related Lisp Objects
3597
3598 @example
3599 faces.c
3600 faces.h
3601 @end example
3602
3603
3604
3605 @example
3606 bitmaps.h
3607 glyphs-eimage.c
3608 glyphs-msw.c
3609 glyphs-msw.h
3610 glyphs-widget.c
3611 glyphs-x.c
3612 glyphs-x.h
3613 glyphs.c
3614 glyphs.h
3615 @end example
3616
3617
3618
3619 @example
3620 objects-msw.c
3621 objects-msw.h
3622 objects-tty.c
3623 objects-tty.h
3624 objects-x.c
3625 objects-x.h
3626 objects.c
3627 objects.h
3628 @end example
3629
3630
3631
3632 @example
3633 menubar-msw.c
3634 menubar-msw.h
3635 menubar-x.c
3636 menubar.c
3637 menubar.h
3638 @end example
3639
3640
3641
3642 @example
3643 scrollbar-msw.c
3644 scrollbar-msw.h
3645 scrollbar-x.c
3646 scrollbar-x.h
3647 scrollbar.c
3648 scrollbar.h
3649 @end example
3650
3651
3652
3653 @example
3654 toolbar-msw.c
3655 toolbar-x.c
3656 toolbar.c
3657 toolbar.h
3658 @end example
3659
3660
3661
3662 @example
3663 font-lock.c
3664 @end example
3665
3666 This file provides C support for syntax highlighting---i.e.
3667 highlighting different syntactic constructs of a source file in
3668 different colors, for easy reading.  The C support is provided so that
3669 this is fast.
3670
3671
3672
3673 @example
3674 dgif_lib.c
3675 gif_err.c
3676 gif_lib.h
3677 gifalloc.c
3678 @end example
3679
3680 These modules decode GIF-format image files, for use with glyphs.
3681 These files were removed due to Unisys patent infringement concerns.
3682
3683
3684
3685 @node Modules for the Redisplay Mechanism, Modules for Interfacing with the File System, Modules for other Display-Related Lisp Objects, A Summary of the Various XEmacs Modules
3686 @section Modules for the Redisplay Mechanism
3687
3688 @example
3689 redisplay-output.c
3690 redisplay-msw.c
3691 redisplay-tty.c
3692 redisplay-x.c
3693 redisplay.c
3694 redisplay.h
3695 @end example
3696
3697 These files provide the redisplay mechanism.  As with many other
3698 subsystems in XEmacs, there is a clean separation between the general
3699 and device-specific support.
3700
3701 @file{redisplay.c} contains the bulk of the redisplay engine.  These
3702 functions update the redisplay structures (which describe how the screen
3703 is to appear) to reflect any changes made to the state of any
3704 displayable objects (buffer, frame, window, etc.) since the last time
3705 that redisplay was called.  These functions are highly optimized to
3706 avoid doing more work than necessary (since redisplay is called
3707 extremely often and is potentially a huge time sink), and depend heavily
3708 on notifications from the objects themselves that changes have occurred,
3709 so that redisplay doesn't explicitly have to check each possible object.
3710 The redisplay mechanism also contains a great deal of caching to further
3711 speed things up; some of this caching is contained within the various
3712 displayable objects.
3713
3714 @file{redisplay-output.c} goes through the redisplay structures and converts
3715 them into calls to device-specific methods to actually output the screen
3716 changes.
3717
3718 @file{redisplay-x.c} and @file{redisplay-tty.c} are two implementations
3719 of these redisplay output methods, for X frames and TTY frames,
3720 respectively.
3721
3722
3723
3724 @example
3725 indent.c
3726 @end example
3727
3728 This module contains various functions and Lisp primitives for
3729 converting between buffer positions and screen positions.  These
3730 functions call the redisplay mechanism to do most of the work, and then
3731 examine the redisplay structures to get the necessary information.  This
3732 module needs work.
3733
3734
3735
3736 @example
3737 termcap.c
3738 terminfo.c
3739 tparam.c
3740 @end example
3741
3742 These files contain functions for working with the termcap (BSD-style)
3743 and terminfo (System V style) databases of terminal capabilities and
3744 escape sequences, used when XEmacs is displaying in a TTY.
3745
3746
3747
3748 @example
3749 cm.c
3750 cm.h
3751 @end example
3752
3753 These files provide some miscellaneous TTY-output functions and should
3754 probably be merged into @file{redisplay-tty.c}.
3755
3756
3757
3758 @node Modules for Interfacing with the File System, Modules for Other Aspects of the Lisp Interpreter and Object System, Modules for the Redisplay Mechanism, A Summary of the Various XEmacs Modules
3759 @section Modules for Interfacing with the File System
3760
3761 @example
3762 lstream.c
3763 lstream.h
3764 @end example
3765
3766 These modules implement the @dfn{stream} Lisp object type.  This is an
3767 internal-only Lisp object that implements a generic buffering stream.
3768 The idea is to provide a uniform interface onto all sources and sinks of
3769 data, including file descriptors, stdio streams, chunks of memory, Lisp
3770 buffers, Lisp strings, etc.  That way, I/O functions can be written to
3771 the stream interface and can transparently handle all possible sources
3772 and sinks.  (For example, the @code{read} function can read data from a
3773 file, a string, a buffer, or even a function that is called repeatedly
3774 to return data, without worrying about where the data is coming from or
3775 what-size chunks it is returned in.)
3776
3777 @cindex lstream
3778 Note that in the C code, streams are called @dfn{lstreams} (for ``Lisp
3779 streams'') to distinguish them from other kinds of streams, e.g. stdio
3780 streams and C++ I/O streams.
3781
3782 Similar to other subsystems in XEmacs, lstreams are separated into
3783 generic functions and a set of methods for the different types of
3784 lstreams.  @file{lstream.c} provides implementations of many different
3785 types of streams; others are provided, e.g., in @file{file-coding.c}.
3786
3787
3788
3789 @example
3790 fileio.c
3791 @end example
3792
3793 This implements the basic primitives for interfacing with the file
3794 system.  This includes primitives for reading files into buffers,
3795 writing buffers into files, checking for the presence or accessibility
3796 of files, canonicalizing file names, etc.  Note that these primitives
3797 are usually not invoked directly by the user: There is a great deal of
3798 higher-level Lisp code that implements the user commands such as
3799 @code{find-file} and @code{save-buffer}.  This is similar to the
3800 distinction between the lower-level primitives in @file{editfns.c} and
3801 the higher-level user commands in @file{commands.c} and
3802 @file{simple.el}.
3803
3804
3805
3806 @example
3807 filelock.c
3808 @end example
3809
3810 This file provides functions for detecting clashes between different
3811 processes (e.g. XEmacs and some external process, or two different
3812 XEmacs processes) modifying the same file.  (XEmacs can optionally use
3813 the @file{lock/} subdirectory to provide a form of ``locking'' between
3814 different XEmacs processes.)  This module is also used by the low-level
3815 functions in @file{insdel.c} to ensure that, if the first modification
3816 is being made to a buffer whose corresponding file has been externally
3817 modified, the user is made aware of this so that the buffer can be
3818 synched up with the external changes if necessary.
3819
3820
3821 @example
3822 filemode.c
3823 @end example
3824
3825 This file provides some miscellaneous functions that construct a
3826 @samp{rwxr-xr-x}-type permissions string (as might appear in an
3827 @file{ls}-style directory listing) given the information returned by the
3828 @code{stat()} system call.
3829
3830
3831
3832 @example
3833 dired.c
3834 ndir.h
3835 @end example
3836
3837 These files implement the XEmacs interface to directory searching.  This
3838 includes a number of primitives for determining the files in a directory
3839 and for doing filename completion. (Remember that generic completion is
3840 handled by a different mechanism, in @file{minibuf.c}.)
3841
3842 @file{ndir.h} is a header file used for the directory-searching
3843 emulation functions provided in @file{sysdep.c} (see section J below),
3844 for systems that don't provide any directory-searching functions. (On
3845 those systems, directories can be read directly as files, and parsed.)
3846
3847
3848
3849 @example
3850 realpath.c
3851 @end example
3852
3853 This file provides an implementation of the @code{realpath()} function
3854 for expanding symbolic links, on systems that don't implement it or have
3855 a broken implementation.
3856
3857
3858
3859 @node Modules for Other Aspects of the Lisp Interpreter and Object System, Modules for Interfacing with the Operating System, Modules for Interfacing with the File System, A Summary of the Various XEmacs Modules
3860 @section Modules for Other Aspects of the Lisp Interpreter and Object System
3861
3862 @example
3863 elhash.c
3864 elhash.h
3865 hash.c
3866 hash.h
3867 @end example
3868
3869 These files provide two implementations of hash tables.  Files
3870 @file{hash.c} and @file{hash.h} provide a generic C implementation of
3871 hash tables which can stand independently of XEmacs.  Files
3872 @file{elhash.c} and @file{elhash.h} provide a separate implementation of
3873 hash tables that can store only Lisp objects, and knows about Lispy
3874 things like garbage collection, and implement the @dfn{hash-table} Lisp
3875 object type.
3876
3877
3878 @example
3879 specifier.c
3880 specifier.h
3881 @end example
3882
3883 This module implements the @dfn{specifier} Lisp object type.  This is
3884 primarily used for displayable properties, and allows for values that
3885 are specific to a particular buffer, window, frame, device, or device
3886 class, as well as a default value existing.  This is used, for example,
3887 to control the height of the horizontal scrollbar or the appearance of
3888 the @code{default}, @code{bold}, or other faces.  The specifier object
3889 consists of a number of specifications, each of which maps from a
3890 buffer, window, etc. to a value.  The function @code{specifier-instance}
3891 looks up a value given a window (from which a buffer, frame, and device
3892 can be derived).
3893
3894
3895 @example
3896 chartab.c
3897 chartab.h
3898 casetab.c
3899 @end example
3900
3901 @file{chartab.c} and @file{chartab.h} implement the @dfn{char table}
3902 Lisp object type, which maps from characters or certain sorts of
3903 character ranges to Lisp objects.  The implementation of this object
3904 type is optimized for the internal representation of characters.  Char
3905 tables come in different types, which affect the allowed object types to
3906 which a character can be mapped and also dictate certain other
3907 properties of the char table.
3908
3909 @cindex case table
3910 @file{casetab.c} implements one sort of char table, the @dfn{case
3911 table}, which maps characters to other characters of possibly different
3912 case.  These are used by XEmacs to implement case-changing primitives
3913 and to do case-insensitive searching.
3914
3915
3916
3917 @example
3918 syntax.c
3919 syntax.h
3920 @end example
3921
3922 @cindex scanner
3923 This module implements @dfn{syntax tables}, another sort of char table
3924 that maps characters into syntax classes that define the syntax of these
3925 characters (e.g. a parenthesis belongs to a class of @samp{open}
3926 characters that have corresponding @samp{close} characters and can be
3927 nested).  This module also implements the Lisp @dfn{scanner}, a set of
3928 primitives for scanning over text based on syntax tables.  This is used,
3929 for example, to find the matching parenthesis in a command such as
3930 @code{forward-sexp}, and by @file{font-lock.c} to locate quoted strings,
3931 comments, etc.
3932
3933
3934
3935 @example
3936 casefiddle.c
3937 @end example
3938
3939 This module implements various Lisp primitives for upcasing, downcasing
3940 and capitalizing strings or regions of buffers.
3941
3942
3943
3944 @example
3945 rangetab.c
3946 @end example
3947
3948 This module implements the @dfn{range table} Lisp object type, which
3949 provides for a mapping from ranges of integers to arbitrary Lisp
3950 objects.
3951
3952
3953
3954 @example
3955 opaque.c
3956 opaque.h
3957 @end example
3958
3959 This module implements the @dfn{opaque} Lisp object type, an
3960 internal-only Lisp object that encapsulates an arbitrary block of memory
3961 so that it can be managed by the Lisp allocation system.  To create an
3962 opaque object, you call @code{make_opaque()}, passing a pointer to a
3963 block of memory.  An object is created that is big enough to hold the
3964 memory, which is copied into the object's storage.  The object will then
3965 stick around as long as you keep pointers to it, after which it will be
3966 automatically reclaimed.
3967
3968 @cindex mark method
3969 Opaque objects can also have an arbitrary @dfn{mark method} associated
3970 with them, in case the block of memory contains other Lisp objects that
3971 need to be marked for garbage-collection purposes. (If you need other
3972 object methods, such as a finalize method, you should just go ahead and
3973 create a new Lisp object type---it's not hard.)
3974
3975
3976
3977 @example
3978 abbrev.c
3979 @end example
3980
3981 This function provides a few primitives for doing dynamic abbreviation
3982 expansion.  In XEmacs, most of the code for this has been moved into
3983 Lisp.  Some C code remains for speed and because the primitive
3984 @code{self-insert-command} (which is executed for all self-inserting
3985 characters) hooks into the abbrev mechanism. (@code{self-insert-command}
3986 is itself in C only for speed.)
3987
3988
3989
3990 @example
3991 doc.c
3992 @end example
3993
3994 This function provides primitives for retrieving the documentation
3995 strings of functions and variables.  These documentation strings contain
3996 certain special markers that get dynamically expanded (e.g. a
3997 reverse-lookup is performed on some named functions to retrieve their
3998 current key bindings).  Some documentation strings (in particular, for
3999 the built-in primitives and pre-loaded Lisp functions) are stored
4000 externally in a file @file{DOC} in the @file{lib-src/} directory and
4001 need to be fetched from that file. (Part of the build stage involves
4002 building this file, and another part involves constructing an index for
4003 this file and embedding it into the executable, so that the functions in
4004 @file{doc.c} do not have to search the entire @file{DOC} file to find
4005 the appropriate documentation string.)
4006
4007
4008
4009 @example
4010 md5.c
4011 @end example
4012
4013 This function provides a Lisp primitive that implements the MD5 secure
4014 hashing scheme, used to create a large hash value of a string of data such that
4015 the data cannot be derived from the hash value.  This is used for
4016 various security applications on the Internet.
4017
4018
4019
4020
4021 @node Modules for Interfacing with the Operating System, Modules for Interfacing with X Windows, Modules for Other Aspects of the Lisp Interpreter and Object System, A Summary of the Various XEmacs Modules
4022 @section Modules for Interfacing with the Operating System
4023
4024 @example
4025 callproc.c
4026 process.c
4027 process.h
4028 @end example
4029
4030 These modules allow XEmacs to spawn and communicate with subprocesses
4031 and network connections.
4032
4033 @cindex synchronous subprocesses
4034 @cindex subprocesses, synchronous
4035   @file{callproc.c} implements (through the @code{call-process}
4036 primitive) what are called @dfn{synchronous subprocesses}.  This means
4037 that XEmacs runs a program, waits till it's done, and retrieves its
4038 output.  A typical example might be calling the @file{ls} program to get
4039 a directory listing.
4040
4041 @cindex asynchronous subprocesses
4042 @cindex subprocesses, asynchronous
4043   @file{process.c} and @file{process.h} implement @dfn{asynchronous
4044 subprocesses}.  This means that XEmacs starts a program and then
4045 continues normally, not waiting for the process to finish.  Data can be
4046 sent to the process or retrieved from it as it's running.  This is used
4047 for the @code{shell} command (which provides a front end onto a shell
4048 program such as @file{csh}), the mail and news readers implemented in
4049 XEmacs, etc.  The result of calling @code{start-process} to start a
4050 subprocess is a process object, a particular kind of object used to
4051 communicate with the subprocess.  You can send data to the process by
4052 passing the process object and the data to @code{send-process}, and you
4053 can specify what happens to data retrieved from the process by setting
4054 properties of the process object. (When the process sends data, XEmacs
4055 receives a process event, which says that there is data ready.  When
4056 @code{dispatch-event} is called on this event, it reads the data from
4057 the process and does something with it, as specified by the process
4058 object's properties.  Typically, this means inserting the data into a
4059 buffer or calling a function.) Another property of the process object is
4060 called the @dfn{sentinel}, which is a function that is called when the
4061 process terminates.
4062
4063 @cindex network connections
4064   Process objects are also used for network connections (connections to a
4065 process running on another machine).  Network connections are started
4066 with @code{open-network-stream} but otherwise work just like
4067 subprocesses.
4068
4069
4070
4071 @example
4072 sysdep.c
4073 sysdep.h
4074 @end example
4075
4076   These modules implement most of the low-level, messy operating-system
4077 interface code.  This includes various device control (ioctl) operations
4078 for file descriptors, TTY's, pseudo-terminals, etc. (usually this stuff
4079 is fairly system-dependent; thus the name of this module), and emulation
4080 of standard library functions and system calls on systems that don't
4081 provide them or have broken versions.
4082
4083
4084
4085 @example
4086 sysdir.h
4087 sysfile.h
4088 sysfloat.h
4089 sysproc.h
4090 syspwd.h
4091 syssignal.h
4092 systime.h
4093 systty.h
4094 syswait.h
4095 @end example
4096
4097 These header files provide consistent interfaces onto system-dependent
4098 header files and system calls.  The idea is that, instead of including a
4099 standard header file like @file{<sys/param.h>} (which may or may not
4100 exist on various systems) or having to worry about whether all system
4101 provide a particular preprocessor constant, or having to deal with the
4102 four different paradigms for manipulating signals, you just include the
4103 appropriate @file{sys*.h} header file, which includes all the right
4104 system header files, defines and missing preprocessor constants,
4105 provides a uniform interface onto system calls, etc.
4106
4107 @file{sysdir.h} provides a uniform interface onto directory-querying
4108 functions. (In some cases, this is in conjunction with emulation
4109 functions in @file{sysdep.c}.)
4110
4111 @file{sysfile.h} includes all the necessary header files for standard
4112 system calls (e.g. @code{read()}), ensures that all necessary
4113 @code{open()} and @code{stat()} preprocessor constants are defined, and
4114 possibly (usually) substitutes sugared versions of @code{read()},
4115 @code{write()}, etc. that automatically restart interrupted I/O
4116 operations.
4117
4118 @file{sysfloat.h} includes the necessary header files for floating-point
4119 operations.
4120
4121 @file{sysproc.h} includes the necessary header files for calling
4122 @code{select()}, @code{fork()}, @code{execve()}, socket operations, and
4123 the like, and ensures that the @code{FD_*()} macros for descriptor-set
4124 manipulations are available.
4125
4126 @file{syspwd.h} includes the necessary header files for obtaining
4127 information from @file{/etc/passwd} (the functions are emulated under
4128 VMS).
4129
4130 @file{syssignal.h} includes the necessary header files for
4131 signal-handling and provides a uniform interface onto the different
4132 signal-handling and signal-blocking paradigms.
4133
4134 @file{systime.h} includes the necessary header files and provides
4135 uniform interfaces for retrieving the time of day, setting file
4136 access/modification times, getting the amount of time used by the XEmacs
4137 process, etc.
4138
4139 @file{systty.h} buffers against the infinitude of different ways of
4140 controlling TTY's.
4141
4142 @file{syswait.h} provides a uniform way of retrieving the exit status
4143 from a @code{wait()}ed-on process (some systems use a union, others use
4144 an int).
4145
4146
4147
4148 @example
4149 hpplay.c
4150 libsst.c
4151 libsst.h
4152 libst.h
4153 linuxplay.c
4154 nas.c
4155 sgiplay.c
4156 sound.c
4157 sunplay.c
4158 @end example
4159
4160 These files implement the ability to play various sounds on some types
4161 of computers.  You have to configure your XEmacs with sound support in
4162 order to get this capability.
4163
4164 @file{sound.c} provides the generic interface.  It implements various
4165 Lisp primitives and variables that let you specify which sounds should
4166 be played in certain conditions. (The conditions are identified by
4167 symbols, which are passed to @code{ding} to make a sound.  Various
4168 standard functions call this function at certain times; if sound support
4169 does not exist, a simple beep results.
4170
4171 @cindex native sound
4172 @cindex sound, native
4173 @file{sgiplay.c}, @file{sunplay.c}, @file{hpplay.c}, and
4174 @file{linuxplay.c} interface to the machine's speaker for various
4175 different kind of machines.  This is called @dfn{native} sound.
4176
4177 @cindex sound, network
4178 @cindex network sound
4179 @cindex NAS
4180 @file{nas.c} interfaces to a computer somewhere else on the network
4181 using the NAS (Network Audio Server) protocol, playing sounds on that
4182 machine.  This allows you to run XEmacs on a remote machine, with its
4183 display set to your local machine, and have the sounds be made on your
4184 local machine, provided that you have a NAS server running on your local
4185 machine.
4186
4187 @file{libsst.c}, @file{libsst.h}, and @file{libst.h} provide some
4188 additional functions for playing sound on a Sun SPARC but are not
4189 currently in use.
4190
4191
4192
4193 @example
4194 tooltalk.c
4195 tooltalk.h
4196 @end example
4197
4198 These two modules implement an interface to the ToolTalk protocol, which
4199 is an interprocess communication protocol implemented on some versions
4200 of Unix.  ToolTalk is a high-level protocol that allows processes to
4201 register themselves as providers of particular services; other processes
4202 can then request a service without knowing or caring exactly who is
4203 providing the service.  It is similar in spirit to the DDE protocol
4204 provided under Microsoft Windows.  ToolTalk is a part of the new CDE
4205 (Common Desktop Environment) specification and is used to connect the
4206 parts of the SPARCWorks development environment.
4207
4208
4209
4210 @example
4211 getloadavg.c
4212 @end example
4213
4214 This module provides the ability to retrieve the system's current load
4215 average. (The way to do this is highly system-specific, unfortunately,
4216 and requires a lot of special-case code.)
4217
4218
4219
4220 @example
4221 sunpro.c
4222 @end example
4223
4224 This module provides a small amount of code used internally at Sun to
4225 keep statistics on the usage of XEmacs.
4226
4227
4228
4229 @example
4230 broken-sun.h
4231 strcmp.c
4232 strcpy.c
4233 sunOS-fix.c
4234 @end example
4235
4236 These files provide replacement functions and prototypes to fix numerous
4237 bugs in early releases of SunOS 4.1.
4238
4239
4240
4241 @example
4242 hftctl.c
4243 @end example
4244
4245 This module provides some terminal-control code necessary on versions of
4246 AIX prior to 4.1.
4247
4248
4249
4250 @node Modules for Interfacing with X Windows, Modules for Internationalization, Modules for Interfacing with the Operating System, A Summary of the Various XEmacs Modules
4251 @section Modules for Interfacing with X Windows
4252
4253 @example
4254 Emacs.ad.h
4255 @end example
4256
4257 A file generated from @file{Emacs.ad}, which contains XEmacs-supplied
4258 fallback resources (so that XEmacs has pretty defaults).
4259
4260
4261
4262 @example
4263 EmacsFrame.c
4264 EmacsFrame.h
4265 EmacsFrameP.h
4266 @end example
4267
4268 These modules implement an Xt widget class that encapsulates a frame.
4269 This is for ease in integrating with Xt.  The EmacsFrame widget covers
4270 the entire X window except for the menubar; the scrollbars are
4271 positioned on top of the EmacsFrame widget.
4272
4273 @strong{Warning:} Abandon hope, all ye who enter here.  This code took
4274 an ungodly amount of time to get right, and is likely to fall apart
4275 mercilessly at the slightest change.  Such is life under Xt.
4276
4277
4278
4279 @example
4280 EmacsManager.c
4281 EmacsManager.h
4282 EmacsManagerP.h
4283 @end example
4284
4285 These modules implement a simple Xt manager (i.e. composite) widget
4286 class that simply lets its children set whatever geometry they want.
4287 It's amazing that Xt doesn't provide this standardly, but on second
4288 thought, it makes sense, considering how amazingly broken Xt is.
4289
4290
4291 @example
4292 EmacsShell-sub.c
4293 EmacsShell.c
4294 EmacsShell.h
4295 EmacsShellP.h
4296 @end example
4297
4298 These modules implement two Xt widget classes that are subclasses of
4299 the TopLevelShell and TransientShell classes.  This is necessary to deal
4300 with more brokenness that Xt has sadistically thrust onto the backs of
4301 developers.
4302
4303
4304
4305 @example
4306 xgccache.c
4307 xgccache.h
4308 @end example
4309
4310 These modules provide functions for maintenance and caching of GC's
4311 (graphics contexts) under the X Window System.  This code is junky and
4312 needs to be rewritten.
4313
4314
4315
4316 @example
4317 select-msw.c
4318 select-x.c
4319 select.c
4320 select.h
4321 @end example
4322
4323 @cindex selections
4324   This module provides an interface to the X Window System's concept of
4325 @dfn{selections}, the standard way for X applications to communicate
4326 with each other.
4327
4328
4329
4330 @example
4331 xintrinsic.h
4332 xintrinsicp.h
4333 xmmanagerp.h
4334 xmprimitivep.h
4335 @end example
4336
4337 These header files are similar in spirit to the @file{sys*.h} files and buffer
4338 against different implementations of Xt and Motif.
4339
4340 @itemize @bullet
4341 @item
4342 @file{xintrinsic.h} should be included in place of @file{<Intrinsic.h>}.
4343 @item
4344 @file{xintrinsicp.h} should be included in place of @file{<IntrinsicP.h>}.
4345 @item
4346 @file{xmmanagerp.h} should be included in place of @file{<XmManagerP.h>}.
4347 @item
4348 @file{xmprimitivep.h} should be included in place of @file{<XmPrimitiveP.h>}.
4349 @end itemize
4350
4351
4352
4353 @example
4354 xmu.c
4355 xmu.h
4356 @end example
4357
4358 These files provide an emulation of the Xmu library for those systems
4359 (i.e. HPUX) that don't provide it as a standard part of X.
4360
4361
4362
4363 @example
4364 ExternalClient-Xlib.c
4365 ExternalClient.c
4366 ExternalClient.h
4367 ExternalClientP.h
4368 ExternalShell.c
4369 ExternalShell.h
4370 ExternalShellP.h
4371 extw-Xlib.c
4372 extw-Xlib.h
4373 extw-Xt.c
4374 extw-Xt.h
4375 @end example
4376
4377 @cindex external widget
4378   These files provide the @dfn{external widget} interface, which allows an
4379 XEmacs frame to appear as a widget in another application.  To do this,
4380 you have to configure with @samp{--external-widget}.
4381
4382 @file{ExternalShell*} provides the server (XEmacs) side of the
4383 connection.
4384
4385 @file{ExternalClient*} provides the client (other application) side of
4386 the connection.  These files are not compiled into XEmacs but are
4387 compiled into libraries that are then linked into your application.
4388
4389 @file{extw-*} is common code that is used for both the client and server.
4390
4391 Don't touch this code; something is liable to break if you do.
4392
4393
4394
4395 @node Modules for Internationalization,  , Modules for Interfacing with X Windows, A Summary of the Various XEmacs Modules
4396 @section Modules for Internationalization
4397
4398 @example
4399 mule-canna.c
4400 mule-ccl.c
4401 mule-charset.c
4402 mule-charset.h
4403 file-coding.c
4404 file-coding.h
4405 mule-mcpath.c
4406 mule-mcpath.h
4407 mule-wnnfns.c
4408 mule.c
4409 @end example
4410
4411 These files implement the MULE (Asian-language) support.  Note that MULE
4412 actually provides a general interface for all sorts of languages, not
4413 just Asian languages (although they are generally the most complicated
4414 to support).  This code is still in beta.
4415
4416 @file{mule-charset.*} and @file{file-coding.*} provide the heart of the
4417 XEmacs MULE support.  @file{mule-charset.*} implements the @dfn{charset}
4418 Lisp object type, which encapsulates a character set (an ordered one- or
4419 two-dimensional set of characters, such as US ASCII or JISX0208 Japanese
4420 Kanji).
4421
4422 @file{file-coding.*} implements the @dfn{coding-system} Lisp object
4423 type, which encapsulates a method of converting between different
4424 encodings.  An encoding is a representation of a stream of characters,
4425 possibly from multiple character sets, using a stream of bytes or words,
4426 and defines (e.g.) which escape sequences are used to specify particular
4427 character sets, how the indices for a character are converted into bytes
4428 (sometimes this involves setting the high bit; sometimes complicated
4429 rearranging of the values takes place, as in the Shift-JIS encoding),
4430 etc.
4431
4432 @file{mule-ccl.c} provides the CCL (Code Conversion Language)
4433 interpreter.  CCL is similar in spirit to Lisp byte code and is used to
4434 implement converters for custom encodings.
4435
4436 @file{mule-canna.c} and @file{mule-wnnfns.c} implement interfaces to
4437 external programs used to implement the Canna and WNN input methods,
4438 respectively.  This is currently in beta.
4439
4440 @file{mule-mcpath.c} provides some functions to allow for pathnames
4441 containing extended characters.  This code is fragmentary, obsolete, and
4442 completely non-working.  Instead, @var{pathname-coding-system} is used
4443 to specify conversions of names of files and directories.  The standard
4444 C I/O functions like @samp{open()} are wrapped so that conversion occurs
4445 automatically.
4446
4447 @file{mule.c} provides a few miscellaneous things that should probably
4448 be elsewhere.
4449
4450
4451
4452 @example
4453 intl.c
4454 @end example
4455
4456 This provides some miscellaneous internationalization code for
4457 implementing message translation and interfacing to the Ximp input
4458 method.  None of this code is currently working.
4459
4460
4461
4462 @example
4463 iso-wide.h
4464 @end example
4465
4466 This contains leftover code from an earlier implementation of
4467 Asian-language support, and is not currently used.
4468
4469
4470
4471
4472 @node Allocation of Objects in XEmacs Lisp, Dumping, A Summary of the Various XEmacs Modules, Top
4473 @chapter Allocation of Objects in XEmacs Lisp
4474
4475 @menu
4476 * Introduction to Allocation::
4477 * Garbage Collection::
4478 * GCPROing::
4479 * Garbage Collection - Step by Step::
4480 * Integers and Characters::
4481 * Allocation from Frob Blocks::
4482 * lrecords::
4483 * Low-level allocation::
4484 * Cons::
4485 * Vector::
4486 * Bit Vector::
4487 * Symbol::
4488 * Marker::
4489 * String::
4490 * Compiled Function::
4491 @end menu
4492
4493 @node Introduction to Allocation, Garbage Collection, Allocation of Objects in XEmacs Lisp, Allocation of Objects in XEmacs Lisp
4494 @section Introduction to Allocation
4495
4496   Emacs Lisp, like all Lisps, has garbage collection.  This means that
4497 the programmer never has to explicitly free (destroy) an object; it
4498 happens automatically when the object becomes inaccessible.  Most
4499 experts agree that garbage collection is a necessity in a modern,
4500 high-level language.  Its omission from C stems from the fact that C was
4501 originally designed to be a nice abstract layer on top of assembly
4502 language, for writing kernels and basic system utilities rather than
4503 large applications.
4504
4505   Lisp objects can be created by any of a number of Lisp primitives.
4506 Most object types have one or a small number of basic primitives
4507 for creating objects.  For conses, the basic primitive is @code{cons};
4508 for vectors, the primitives are @code{make-vector} and @code{vector}; for
4509 symbols, the primitives are @code{make-symbol} and @code{intern}; etc.
4510 Some Lisp objects, especially those that are primarily used internally,
4511 have no corresponding Lisp primitives.  Every Lisp object, though,
4512 has at least one C primitive for creating it.
4513
4514   Recall from section (VII) that a Lisp object, as stored in a 32-bit or
4515 64-bit word, has a few tag bits, and a ``value'' that occupies the
4516 remainder of the bits.  We can separate the different Lisp object types
4517 into three broad categories:
4518
4519 @itemize @bullet
4520 @item
4521 (a) Those for whom the value directly represents the contents of the
4522 Lisp object.  Only two types are in this category: integers and
4523 characters.  No special allocation or garbage collection is necessary
4524 for such objects.  Lisp objects of these types do not need to be
4525 @code{GCPRO}ed.
4526 @end itemize
4527
4528   In the remaining two categories, the type is stored in the object
4529 itself.  The tag for all such objects is the generic @dfn{lrecord}
4530 (Lisp_Type_Record) tag.  The first bytes of the object's structure are an
4531 integer (actually a char) characterising the object's type and some
4532 flags, in particular the mark bit used for garbage collection.  A
4533 structure describing the type is accessible thru the
4534 lrecord_implementation_table indexed with said integer.  This structure
4535 includes the method pointers and a pointer to a string naming the type.
4536
4537 @itemize @bullet
4538 @item
4539 (b) Those lrecords that are allocated in frob blocks (see above).  This
4540 includes the objects that are most common and relatively small, and
4541 includes conses, strings, subrs, floats, compiled functions, symbols,
4542 extents, events, and markers.  With the cleanup of frob blocks done in
4543 19.12, it's not terribly hard to add more objects to this category, but
4544 it's a bit trickier than adding an object type to type (c) (esp. if the
4545 object needs a finalization method), and is not likely to save much
4546 space unless the object is small and there are many of them. (In fact,
4547 if there are very few of them, it might actually waste space.)
4548 @item
4549 (c) Those lrecords that are individually @code{malloc()}ed.  These are
4550 called @dfn{lcrecords}.  All other types are in this category.  Adding a
4551 new type to this category is comparatively easy, and all types added
4552 since 19.8 (when the current allocation scheme was devised, by Richard
4553 Mlynarik), with the exception of the character type, have been in this
4554 category.
4555 @end itemize
4556
4557   Note that bit vectors are a bit of a special case.  They are
4558 simple lrecords as in category (b), but are individually @code{malloc()}ed
4559 like vectors.  You can basically view them as exactly like vectors
4560 except that their type is stored in lrecord fashion rather than
4561 in directly-tagged fashion.
4562
4563
4564 @node Garbage Collection, GCPROing, Introduction to Allocation, Allocation of Objects in XEmacs Lisp
4565 @section Garbage Collection
4566 @cindex garbage collection
4567
4568 @cindex mark and sweep
4569   Garbage collection is simple in theory but tricky to implement.
4570 Emacs Lisp uses the oldest garbage collection method, called
4571 @dfn{mark and sweep}.  Garbage collection begins by starting with
4572 all accessible locations (i.e. all variables and other slots where
4573 Lisp objects might occur) and recursively traversing all objects
4574 accessible from those slots, marking each one that is found.
4575 We then go through all of memory and free each object that is
4576 not marked, and unmarking each object that is marked.  Note
4577 that ``all of memory'' means all currently allocated objects.
4578 Traversing all these objects means traversing all frob blocks,
4579 all vectors (which are chained in one big list), and all
4580 lcrecords (which are likewise chained).
4581
4582   Garbage collection can be invoked explicitly by calling
4583 @code{garbage-collect} but is also called automatically by @code{eval},
4584 once a certain amount of memory has been allocated since the last
4585 garbage collection (according to @code{gc-cons-threshold}).
4586
4587
4588 @node GCPROing, Garbage Collection - Step by Step, Garbage Collection, Allocation of Objects in XEmacs Lisp
4589 @section @code{GCPRO}ing
4590
4591 @code{GCPRO}ing is one of the ugliest and trickiest parts of Emacs
4592 internals.  The basic idea is that whenever garbage collection
4593 occurs, all in-use objects must be reachable somehow or
4594 other from one of the roots of accessibility.  The roots
4595 of accessibility are:
4596
4597 @enumerate
4598 @item
4599 All objects that have been @code{staticpro()}d or
4600 @code{staticpro_nodump()}ed.  This is used for any global C variables
4601 that hold Lisp objects.  A call to @code{staticpro()} happens implicitly
4602 as a result of any symbols declared with @code{defsymbol()} and any
4603 variables declared with @code{DEFVAR_FOO()}.  You need to explicitly
4604 call @code{staticpro()} (in the @code{vars_of_foo()} method of a module)
4605 for other global C variables holding Lisp objects. (This typically
4606 includes internal lists and such things.).  Use
4607 @code{staticpro_nodump()} only in the rare cases when you do not want
4608 the pointed variable to be saved at dump time but rather recompute it at
4609 startup.
4610
4611 Note that @code{obarray} is one of the @code{staticpro()}d things.
4612 Therefore, all functions and variables get marked through this.
4613 @item
4614 Any shadowed bindings that are sitting on the @code{specpdl} stack.
4615 @item
4616 Any objects sitting in currently active (Lisp) stack frames,
4617 catches, and condition cases.
4618 @item
4619 A couple of special-case places where active objects are
4620 located.
4621 @item
4622 Anything currently marked with @code{GCPRO}.
4623 @end enumerate
4624
4625   Marking with @code{GCPRO} is necessary because some C functions (quite
4626 a lot, in fact), allocate objects during their operation.  Quite
4627 frequently, there will be no other pointer to the object while the
4628 function is running, and if a garbage collection occurs and the object
4629 needs to be referenced again, bad things will happen.  The solution is
4630 to mark those objects with @code{GCPRO}.  Unfortunately this is easy to
4631 forget, and there is basically no way around this problem.  Here are
4632 some rules, though:
4633
4634 @enumerate
4635 @item
4636 For every @code{GCPRO@var{n}}, there have to be declarations of
4637 @code{struct gcpro gcpro1, gcpro2}, etc.
4638
4639 @item
4640 You @emph{must} @code{UNGCPRO} anything that's @code{GCPRO}ed, and you
4641 @emph{must not} @code{UNGCPRO} if you haven't @code{GCPRO}ed.  Getting
4642 either of these wrong will lead to crashes, often in completely random
4643 places unrelated to where the problem lies.
4644
4645 @item
4646 The way this actually works is that all currently active @code{GCPRO}s
4647 are chained through the @code{struct gcpro} local variables, with the
4648 variable @samp{gcprolist} pointing to the head of the list and the nth
4649 local @code{gcpro} variable pointing to the first @code{gcpro} variable
4650 in the next enclosing stack frame.  Each @code{GCPRO}ed thing is an
4651 lvalue, and the @code{struct gcpro} local variable contains a pointer to
4652 this lvalue.  This is why things will mess up badly if you don't pair up
4653 the @code{GCPRO}s and @code{UNGCPRO}s---you will end up with
4654 @code{gcprolist}s containing pointers to @code{struct gcpro}s or local
4655 @code{Lisp_Object} variables in no-longer-active stack frames.
4656
4657 @item
4658 It is actually possible for a single @code{struct gcpro} to
4659 protect a contiguous array of any number of values, rather than
4660 just a single lvalue.  To effect this, call @code{GCPRO@var{n}} as usual on
4661 the first object in the array and then set @code{gcpro@var{n}.nvars}.
4662
4663 @item
4664 @strong{Strings are relocated.}  What this means in practice is that the
4665 pointer obtained using @code{XSTRING_DATA()} is liable to change at any
4666 time, and you should never keep it around past any function call, or
4667 pass it as an argument to any function that might cause a garbage
4668 collection.  This is why a number of functions accept either a
4669 ``non-relocatable'' @code{char *} pointer or a relocatable Lisp string,
4670 and only access the Lisp string's data at the very last minute.  In some
4671 cases, you may end up having to @code{alloca()} some space and copy the
4672 string's data into it.
4673
4674 @item
4675 By convention, if you have to nest @code{GCPRO}'s, use @code{NGCPRO@var{n}}
4676 (along with @code{struct gcpro ngcpro1, ngcpro2}, etc.), @code{NNGCPRO@var{n}},
4677 etc.  This avoids compiler warnings about shadowed locals.
4678
4679 @item
4680 It is @emph{always} better to err on the side of extra @code{GCPRO}s
4681 rather than too few.  The extra cycles spent on this are
4682 almost never going to make a whit of difference in the
4683 speed of anything.
4684
4685 @item
4686 The general rule to follow is that caller, not callee, @code{GCPRO}s.
4687 That is, you should not have to explicitly @code{GCPRO} any Lisp objects
4688 that are passed in as parameters.
4689
4690 One exception from this rule is if you ever plan to change the parameter
4691 value, and store a new object in it.  In that case, you @emph{must}
4692 @code{GCPRO} the parameter, because otherwise the new object will not be
4693 protected.
4694
4695 So, if you create any Lisp objects (remember, this happens in all sorts
4696 of circumstances, e.g. with @code{Fcons()}, etc.), you are responsible
4697 for @code{GCPRO}ing them, unless you are @emph{absolutely sure} that
4698 there's no possibility that a garbage-collection can occur while you
4699 need to use the object.  Even then, consider @code{GCPRO}ing.
4700
4701 @item
4702 A garbage collection can occur whenever anything calls @code{Feval}, or
4703 whenever a QUIT can occur where execution can continue past
4704 this. (Remember, this is almost anywhere.)
4705
4706 @item
4707 If you have the @emph{least smidgeon of doubt} about whether
4708 you need to @code{GCPRO}, you should @code{GCPRO}.
4709
4710 @item
4711 Beware of @code{GCPRO}ing something that is uninitialized.  If you have
4712 any shade of doubt about this, initialize all your variables to @code{Qnil}.
4713
4714 @item
4715 Be careful of traps, like calling @code{Fcons()} in the argument to
4716 another function.  By the ``caller protects'' law, you should be
4717 @code{GCPRO}ing the newly-created cons, but you aren't.  A certain
4718 number of functions that are commonly called on freshly created stuff
4719 (e.g. @code{nconc2()}, @code{Fsignal()}), break the ``caller protects''
4720 law and go ahead and @code{GCPRO} their arguments so as to simplify
4721 things, but make sure and check if it's OK whenever doing something like
4722 this.
4723
4724 @item
4725 Once again, remember to @code{GCPRO}!  Bugs resulting from insufficient
4726 @code{GCPRO}ing are intermittent and extremely difficult to track down,
4727 often showing up in crashes inside of @code{garbage-collect} or in
4728 weirdly corrupted objects or even in incorrect values in a totally
4729 different section of code.
4730 @end enumerate
4731
4732 @cindex garbage collection, conservative
4733 @cindex conservative garbage collection
4734   Given the extremely error-prone nature of the @code{GCPRO} scheme, and
4735 the difficulties in tracking down, it should be considered a deficiency
4736 in the XEmacs code.  A solution to this problem would involve
4737 implementing so-called @dfn{conservative} garbage collection for the C
4738 stack.  That involves looking through all of stack memory and treating
4739 anything that looks like a reference to an object as a reference.  This
4740 will result in a few objects not getting collected when they should, but
4741 it obviates the need for @code{GCPRO}ing, and allows garbage collection
4742 to happen at any point at all, such as during object allocation.
4743
4744 @node Garbage Collection - Step by Step, Integers and Characters, GCPROing, Allocation of Objects in XEmacs Lisp
4745 @section Garbage Collection - Step by Step
4746 @cindex garbage collection step by step
4747
4748 @menu
4749 * Invocation::
4750 * garbage_collect_1::
4751 * mark_object::
4752 * gc_sweep::
4753 * sweep_lcrecords_1::
4754 * compact_string_chars::
4755 * sweep_strings::
4756 * sweep_bit_vectors_1::
4757 @end menu
4758
4759 @node Invocation, garbage_collect_1, Garbage Collection - Step by Step, Garbage Collection - Step by Step
4760 @subsection Invocation
4761 @cindex garbage collection, invocation
4762
4763 The first thing that anyone should know about garbage collection is:
4764 when and how the garbage collector is invoked. One might think that this
4765 could happen every time new memory is allocated, e.g. new objects are
4766 created, but this is @emph{not} the case. Instead, we have the following
4767 situation:
4768
4769 The entry point of any process of garbage collection is an invocation
4770 of the function @code{garbage_collect_1} in file @code{alloc.c}. The
4771 invocation can occur @emph{explicitly} by calling the function
4772 @code{Fgarbage_collect} (in addition this function provides information
4773 about the freed memory), or can occur @emph{implicitly} in four different
4774 situations:
4775 @enumerate
4776 @item
4777 In function @code{main_1} in file @code{emacs.c}. This function is called
4778 at each startup of xemacs. The garbage collection is invoked after all
4779 initial creations are completed, but only if a special internal error
4780 checking-constant @code{ERROR_CHECK_GC} is defined.
4781 @item
4782 In function @code{disksave_object_finalization} in file
4783 @code{alloc.c}. The only purpose of this function is to clear the
4784 objects from memory which need not be stored with xemacs when we dump out
4785 an executable. This is only done by @code{Fdump_emacs} or by
4786 @code{Fdump_emacs_data} respectively (both in @code{emacs.c}). The
4787 actual clearing is accomplished by making these objects unreachable and
4788 starting a garbage collection. The function is only used while building
4789 xemacs.
4790 @item
4791 In function @code{Feval / eval} in file @code{eval.c}. Each time the
4792 well known and often used function eval is called to evaluate a form,
4793 one of the first things that could happen, is a potential call of
4794 @code{garbage_collect_1}. There exist three global variables,
4795 @code{consing_since_gc} (counts the created cons-cells since the last
4796 garbage collection), @code{gc_cons_threshold} (a specified threshold
4797 after which a garbage collection occurs) and @code{always_gc}. If
4798 @code{always_gc} is set or if the threshold is exceeded, the garbage
4799 collection will start.
4800 @item
4801 In function @code{Ffuncall / funcall} in file @code{eval.c}. This
4802 function evaluates calls of elisp functions and works according to
4803 @code{Feval}.
4804 @end enumerate
4805
4806 The upshot is that garbage collection can basically occur everywhere
4807 @code{Feval}, respectively @code{Ffuncall}, is used - either directly or
4808 through another function. Since calls to these two functions are hidden
4809 in various other functions, many calls to @code{garbage_collect_1} are
4810 not obviously foreseeable, and therefore unexpected. Instances where
4811 they are used that are worth remembering are various elisp commands, as
4812 for example @code{or}, @code{and}, @code{if}, @code{cond}, @code{while},
4813 @code{setq}, etc., miscellaneous @code{gui_item_...} functions,
4814 everything related to @code{eval} (@code{Feval_buffer}, @code{call0},
4815 ...) and inside @code{Fsignal}. The latter is used to handle signals, as
4816 for example the ones raised by every @code{QUIT}-macro triggered after
4817 pressing Ctrl-g.
4818
4819 @node garbage_collect_1, mark_object, Invocation, Garbage Collection - Step by Step
4820 @subsection @code{garbage_collect_1}
4821 @cindex @code{garbage_collect_1}
4822
4823 We can now describe exactly what happens after the invocation takes
4824 place.
4825 @enumerate
4826 @item
4827 There are several cases in which the garbage collector is left immediately:
4828 when we are already garbage collecting (@code{gc_in_progress}), when
4829 the garbage collection is somehow forbidden
4830 (@code{gc_currently_forbidden}), when we are currently displaying something
4831 (@code{in_display}) or when we are preparing for the armageddon of the
4832 whole system (@code{preparing_for_armageddon}).
4833 @item
4834 Next the correct frame in which to put
4835 all the output occurring during garbage collecting is determined. In
4836 order to be able to restore the old display's state after displaying the
4837 message, some data about the current cursor position has to be
4838 saved. The variables @code{pre_gc_cursor} and @code{cursor_changed} take
4839 care of that.
4840 @item
4841 The state of @code{gc_currently_forbidden} must be restored after
4842 the garbage collection, no matter what happens during the process. We
4843 accomplish this by @code{record_unwind_protect}ing the suitable function
4844 @code{restore_gc_inhibit} together with the current value of
4845 @code{gc_currently_forbidden}.
4846 @item
4847 If we are concurrently running an interactive xemacs session, the next step
4848 is simply to show the garbage collector's cursor/message.
4849 @item
4850 The following steps are the intrinsic steps of the garbage collector,
4851 therefore @code{gc_in_progress} is set.
4852 @item
4853 For debugging purposes, it is possible to copy the current C stack
4854 frame. However, this seems to be a currently unused feature.
4855 @item
4856 Before actually starting to go over all live objects, references to
4857 objects that are no longer used are pruned. We only have to do this for events
4858 (@code{clear_event_resource}) and for specifiers
4859 (@code{cleanup_specifiers}).
4860 @item
4861 Now the mark phase begins and marks all accessible elements. In order to
4862 start from
4863 all slots that serve as roots of accessibility, the function
4864 @code{mark_object} is called for each root individually to go out from
4865 there to mark all reachable objects. All roots that are traversed are
4866 shown in their processed order:
4867 @itemize @bullet
4868 @item
4869 all constant symbols and static variables that are registered via
4870 @code{staticpro}@ in the array @code{staticvec}.
4871 @xref{Adding Global Lisp Variables}.
4872 @item
4873 all Lisp objects that are created in C functions and that must be
4874 protected from freeing them. They are registered in the global
4875 list @code{gcprolist}.
4876 @xref{GCPROing}.
4877 @item
4878 all local variables (i.e. their name fields @code{symbol} and old
4879 values @code{old_values}) that are bound during the evaluation by the Lisp
4880 engine. They are stored in @code{specbinding} structs pushed on a stack
4881 called @code{specpdl}.
4882 @xref{Dynamic Binding; The specbinding Stack; Unwind-Protects}.
4883 @item
4884 all catch blocks that the Lisp engine encounters during the evaluation
4885 cause the creation of structs @code{catchtag} inserted in the list
4886 @code{catchlist}. Their tag (@code{tag}) and value (@code{val} fields
4887 are freshly created objects and therefore have to be marked.
4888 @xref{Catch and Throw}.
4889 @item
4890 every function application pushes new structs @code{backtrace}
4891 on the call stack of the Lisp engine (@code{backtrace_list}). The unique
4892 parts that have to be marked are the fields for each function
4893 (@code{function}) and all their arguments (@code{args}).
4894 @xref{Evaluation}.
4895 @item
4896 all objects that are used by the redisplay engine that must not be freed
4897 are marked by a special function called @code{mark_redisplay} (in
4898 @code{redisplay.c}).
4899 @item
4900 all objects created for profiling purposes are allocated by C functions
4901 instead of using the lisp allocation mechanisms. In order to receive the
4902 right ones during the sweep phase, they also have to be marked
4903 manually. That is done by the function @code{mark_profiling_info}
4904 @end itemize
4905 @item
4906 Hash tables in XEmacs belong to a kind of special objects that
4907 make use of a concept often called 'weak pointers'.
4908 To make a long story short, these kind of pointers are not followed
4909 during the estimation of the live objects during garbage collection.
4910 Any object referenced only by weak pointers is collected
4911 anyway, and the reference to it is cleared. In hash tables there are
4912 different usage patterns of them, manifesting in different types of hash
4913 tables, namely 'non-weak', 'weak', 'key-weak' and 'value-weak'
4914 (internally also 'key-car-weak' and 'value-car-weak') hash tables, each
4915 clearing entries depending on different conditions. More information can
4916 be found in the documentation to the function @code{make-hash-table}.
4917
4918 Because there are complicated dependency rules about when and what to
4919 mark while processing weak hash tables, the standard @code{marker}
4920 method is only active if it is marking non-weak hash tables. As soon as
4921 a weak component is in the table, the hash table entries are ignored
4922 while marking. Instead their marking is done each separately by the
4923 function @code{finish_marking_weak_hash_tables}. This function iterates
4924 over each hash table entry @code{hentries} for each weak hash table in
4925 @code{Vall_weak_hash_tables}. Depending on the type of a table, the
4926 appropriate action is performed.
4927 If a table is acting as @code{HASH_TABLE_KEY_WEAK}, and a key already marked,
4928 everything reachable from the @code{value} component is marked. If it is
4929 acting as a @code{HASH_TABLE_VALUE_WEAK} and the value component is
4930 already marked, the marking starts beginning only from the
4931 @code{key} component.
4932 If it is a @code{HASH_TABLE_KEY_CAR_WEAK} and the car
4933 of the key entry is already marked, we mark both the @code{key} and
4934 @code{value} components.
4935 Finally, if the table is of the type @code{HASH_TABLE_VALUE_CAR_WEAK}
4936 and the car of the value components is already marked, again both the
4937 @code{key} and the @code{value} components get marked.
4938
4939 Again, there are lists with comparable properties called weak
4940 lists. There exist different peculiarities of their types called
4941 @code{simple}, @code{assoc}, @code{key-assoc} and
4942 @code{value-assoc}. You can find further details about them in the
4943 description to the function @code{make-weak-list}. The scheme of their
4944 marking is similar: all weak lists are listed in @code{Qall_weak_lists},
4945 therefore we iterate over them. The marking is advanced until we hit an
4946 already marked pair. Then we know that during a former run all
4947 the rest has been marked completely. Again, depending on the special
4948 type of the weak list, our jobs differ. If it is a @code{WEAK_LIST_SIMPLE}
4949 and the elem is marked, we mark the @code{cons} part. If it is a
4950 @code{WEAK_LIST_ASSOC} and not a pair or a pair with both marked car and
4951 cdr, we mark the @code{cons} and the @code{elem}. If it is a
4952 @code{WEAK_LIST_KEY_ASSOC} and not a pair or a pair with a marked car of
4953 the elem, we mark the @code{cons} and the @code{elem}. Finally, if it is
4954 a @code{WEAK_LIST_VALUE_ASSOC} and not a pair or a pair with a marked
4955 cdr of the elem, we mark both the @code{cons} and the @code{elem}.
4956
4957 Since, by marking objects in reach from weak hash tables and weak lists,
4958 other objects could get marked, this perhaps implies further marking of
4959 other weak objects, both finishing functions are redone as long as
4960 yet unmarked objects get freshly marked.
4961
4962 @item
4963 After completing the special marking for the weak hash tables and for the weak
4964 lists, all entries that point to objects that are going to be swept in
4965 the further process are useless, and therefore have to be removed from
4966 the table or the list.
4967
4968 The function @code{prune_weak_hash_tables} does the job for weak hash
4969 tables. Totally unmarked hash tables are removed from the list
4970 @code{Vall_weak_hash_tables}. The other ones are treated more carefully
4971 by scanning over all entries and removing one as soon as one of
4972 the components @code{key} and @code{value} is unmarked.
4973
4974 The same idea applies to the weak lists. It is accomplished by
4975 @code{prune_weak_lists}: An unmarked list is pruned from
4976 @code{Vall_weak_lists} immediately. A marked list is treated more
4977 carefully by going over it and removing just the unmarked pairs.
4978
4979 @item
4980 The function @code{prune_specifiers} checks all listed specifiers held
4981 in @code{Vall_specifiers} and removes the ones from the lists that are
4982 unmarked.
4983
4984 @item
4985 All syntax tables are stored in a list called
4986 @code{Vall_syntax_tables}. The function @code{prune_syntax_tables} walks
4987 through it and unlinks the tables that are unmarked.
4988
4989 @item
4990 Next, we will attack the complete sweeping - the function
4991 @code{gc_sweep} which holds the predominance.
4992 @item
4993 First, all the variables with respect to garbage collection are
4994 reset. @code{consing_since_gc} - the counter of the created cells since
4995 the last garbage collection - is set back to 0, and
4996 @code{gc_in_progress} is not @code{true} anymore.
4997 @item
4998 In case the session is interactive, the displayed cursor and message are
4999 removed again.
5000 @item
5001 The state of @code{gc_inhibit} is restored to the former value by
5002 unwinding the stack.
5003 @item
5004 A small memory reserve is always held back that can be reached by
5005 @code{breathing_space}. If nothing more is left, we create a new reserve
5006 and exit.
5007 @end enumerate
5008
5009 @node mark_object, gc_sweep, garbage_collect_1, Garbage Collection - Step by Step
5010 @subsection @code{mark_object}
5011 @cindex @code{mark_object}
5012
5013 The first thing that is checked while marking an object is whether the
5014 object is a real Lisp object @code{Lisp_Type_Record} or just an integer
5015 or a character. Integers and characters are the only two types that are
5016 stored directly - without another level of indirection, and therefore they
5017 don't have to be marked and collected.
5018 @xref{How Lisp Objects Are Represented in C}.
5019
5020 The second case is the one we have to handle. It is the one when we are
5021 dealing with a pointer to a Lisp object. But, there exist also three
5022 possibilities, that prevent us from doing anything while marking: The
5023 object is read only which prevents it from being garbage collected,
5024 i.e. marked (@code{C_READONLY_RECORD_HEADER}). The object in question is
5025 already marked, and need not be marked for the second time (checked by
5026 @code{MARKED_RECORD_HEADER_P}). If it is a special, unmarkable object
5027 (@code{UNMARKABLE_RECORD_HEADER_P}, apparently, these are objects that
5028 sit in some const space, and can therefore not be marked, see
5029 @code{this_one_is_unmarkable} in @code{alloc.c}).
5030
5031 Now, the actual marking is feasible. We do so by once using the macro
5032 @code{MARK_RECORD_HEADER} to mark the object itself (actually the
5033 special flag in the lrecord header), and calling its special marker
5034 "method" @code{marker} if available. The marker method marks every
5035 other object that is in reach from our current object. Note, that these
5036 marker methods should not call @code{mark_object} recursively, but
5037 instead should return the next object from where further marking has to
5038 be performed.
5039
5040 In case another object was returned, as mentioned before, we reiterate
5041 the whole @code{mark_object} process beginning with this next object.
5042
5043 @node gc_sweep, sweep_lcrecords_1, mark_object, Garbage Collection - Step by Step
5044 @subsection @code{gc_sweep}
5045 @cindex @code{gc_sweep}
5046
5047 The job of this function is to free all unmarked records from memory. As
5048 we know, there are different types of objects implemented and managed, and
5049 consequently different ways to free them from memory.
5050 @xref{Introduction to Allocation}.
5051
5052 We start with all objects stored through @code{lcrecords}. All
5053 bulkier objects are allocated and handled using that scheme of
5054 @code{lcrecords}. Each object is @code{malloc}ed separately
5055 instead of placing it in one of the contiguous frob blocks. All types
5056 that are currently stored
5057 using @code{lcrecords}'s  @code{alloc_lcrecord} and
5058 @code{make_lcrecord_list} are the types: vectors, buffers,
5059 char-table, char-table-entry, console, weak-list, database, device,
5060 ldap, hash-table, command-builder, extent-auxiliary, extent-info, face,
5061 coding-system, frame, image-instance, glyph, popup-data, gui-item,
5062 keymap, charset, color_instance, font_instance, opaque, opaque-list,
5063 process, range-table, specifier, symbol-value-buffer-local,
5064 symbol-value-lisp-magic, symbol-value-varalias, toolbar-button,
5065 tooltalk-message, tooltalk-pattern, window, and window-configuration. We
5066 take care of them in the fist place
5067 in order to be able to handle and to finalize items stored in them more
5068 easily. The function @code{sweep_lcrecords_1} as described below is
5069 doing the whole job for us.
5070 For a description about the internals: @xref{lrecords}.
5071
5072 Our next candidates are the other objects that behave quite differently
5073 than everything else: the strings. They consists of two parts, a
5074 fixed-size portion (@code{struct Lisp_String}) holding the string's
5075 length, its property list and a pointer to the second part, and the
5076 actual string data, which is stored in string-chars blocks comparable to
5077 frob blocks. In this block, the data is not only freed, but also a
5078 compression of holes is made, i.e. all strings are relocated together.
5079 @xref{String}. This compacting phase is performed by the function
5080 @code{compact_string_chars}, the actual sweeping by the function
5081 @code{sweep_strings} is described below.
5082
5083 After that, the other types are swept step by step using functions
5084 @code{sweep_conses}, @code{sweep_bit_vectors_1},
5085 @code{sweep_compiled_functions}, @code{sweep_floats},
5086 @code{sweep_symbols}, @code{sweep_extents}, @code{sweep_markers} and
5087 @code{sweep_extents}.  They are the fixed-size types cons, floats,
5088 compiled-functions, symbol, marker, extent, and event stored in
5089 so-called "frob blocks", and therefore we can basically do the same on
5090 every type objects, using the same macros, especially defined only to
5091 handle everything with respect to fixed-size blocks. The only fixed-size
5092 type that is not handled here are the fixed-size portion of strings,
5093 because we took special care of them earlier.
5094
5095 The only big exceptions are bit vectors stored differently and
5096 therefore treated differently by the function @code{sweep_bit_vectors_1}
5097 described later.
5098
5099 At first, we need some brief information about how
5100 these fixed-size types are managed in general, in order to understand
5101 how the sweeping is done. They have all a fixed size, and are therefore
5102 stored in big blocks of memory - allocated at once - that can hold a
5103 certain amount of objects of one type. The macro
5104 @code{DECLARE_FIXED_TYPE_ALLOC} creates the suitable structures for
5105 every type. More precisely, we have the block struct
5106 (holding a pointer to the previous block @code{prev} and the
5107 objects in @code{block[]}), a pointer to current block
5108 (@code{current_..._block)}) and its last index
5109 (@code{current_..._block_index}), and a pointer to the free list that
5110 will be created. Also a macro @code{FIXED_TYPE_FROM_BLOCK} plus some
5111 related macros exists that are used to obtain a new object, either from
5112 the free list @code{ALLOCATE_FIXED_TYPE_1} if there is an unused object
5113 of that type stored or by allocating a completely new block using
5114 @code{ALLOCATE_FIXED_TYPE_FROM_BLOCK}.
5115
5116 The rest works as follows: all of them define a
5117 macro @code{UNMARK_...} that is used to unmark the object. They define a
5118 macro @code{ADDITIONAL_FREE_...} that defines additional work that has
5119 to be done when converting an object from in use to not in use (so far,
5120 only markers use it in order to unchain them). Then, they all call
5121 the macro @code{SWEEP_FIXED_TYPE_BLOCK} instantiated with their type name
5122 and their struct name.
5123
5124 This call in particular does the following: we go over all blocks
5125 starting with the current moving towards the oldest.
5126 For each block, we look at every object in it. If the object already
5127 freed (checked with @code{FREE_STRUCT_P} using the first pointer of the
5128 object), or if it is
5129 set to read only (@code{C_READONLY_RECORD_HEADER_P}, nothing must be
5130 done. If it is unmarked (checked with @code{MARKED_RECORD_HEADER_P}), it
5131 is put in the free list and set free (using the macro
5132 @code{FREE_FIXED_TYPE}, otherwise it stays in the block, but is unmarked
5133 (by @code{UNMARK_...}). While going through one block, we note if the
5134 whole block is empty. If so, the whole block is freed (using
5135 @code{xfree}) and the free list state is set to the state it had before
5136 handling this block.
5137
5138 @node sweep_lcrecords_1, compact_string_chars, gc_sweep, Garbage Collection - Step by Step
5139 @subsection @code{sweep_lcrecords_1}
5140 @cindex @code{sweep_lcrecords_1}
5141
5142 After nullifying the complete lcrecord statistics, we go over all
5143 lcrecords two separate times. They are all chained together in a list with
5144 a head called @code{all_lcrecords}.
5145
5146 The first loop calls for each object its @code{finalizer} method, but only
5147 in the case that it is not read only
5148 (@code{C_READONLY_RECORD_HEADER_P)}, it is not already marked
5149 (@code{MARKED_RECORD_HEADER_P}), it is not already in a free list (list of
5150 freed objects, field @code{free}) and finally it owns a finalizer
5151 method.
5152
5153 The second loop actually frees the appropriate objects again by iterating
5154 through the whole list. In case an object is read only or marked, it
5155 has to persist, otherwise it is manually freed by calling
5156 @code{xfree}. During this loop, the lcrecord statistics are kept up to
5157 date by calling @code{tick_lcrecord_stats} with the right arguments,
5158
5159 @node compact_string_chars, sweep_strings, sweep_lcrecords_1, Garbage Collection - Step by Step
5160 @subsection @code{compact_string_chars}
5161 @cindex @code{compact_string_chars}
5162
5163 The purpose of this function is to compact all the data parts of the
5164 strings that are held in so-called @code{string_chars_block}, i.e. the
5165 strings that do not exceed a certain maximal length.
5166
5167 The procedure with which this is done is as follows. We are keeping two
5168 positions in the @code{string_chars_block}s using two pointer/integer
5169 pairs, namely @code{from_sb}/@code{from_pos} and
5170 @code{to_sb}/@code{to_pos}. They stand for the actual positions, from
5171 where to where, to copy the actually handled string.
5172
5173 While going over all chained @code{string_char_block}s and their held
5174 strings, staring at @code{first_string_chars_block}, both pointers
5175 are advanced and eventually a string is copied from @code{from_sb} to
5176 @code{to_sb}, depending on the status of the pointed at strings.
5177
5178 More precisely, we can distinguish between the following actions.
5179 @itemize @bullet
5180 @item
5181 The string at @code{from_sb}'s position could be marked as free, which
5182 is indicated by an invalid pointer to the pointer that should point back
5183 to the fixed size string object, and which is checked by
5184 @code{FREE_STRUCT_P}. In this case, the @code{from_sb}/@code{from_pos}
5185 is advanced to the next string, and nothing has to be copied.
5186 @item
5187 Also, if a string object itself is unmarked, nothing has to be
5188 copied. We likewise advance the @code{from_sb}/@code{from_pos}
5189 pair as described above.
5190 @item
5191 In all other cases, we have a marked string at hand. The string data
5192 must be moved from the from-position to the to-position. In case
5193 there is not enough space in the actual @code{to_sb}-block, we advance
5194 this pointer to the beginning of the next block before copying. In case the
5195 from and to positions are different, we perform the
5196 actual copying using the library function @code{memmove}.
5197 @end itemize
5198
5199 After compacting, the pointer to the current
5200 @code{string_chars_block}, sitting in @code{current_string_chars_block},
5201 is reset on the last block to which we moved a string,
5202 i.e. @code{to_block}, and all remaining blocks (we know that they just
5203 carry garbage) are explicitly @code{xfree}d.
5204
5205 @node sweep_strings, sweep_bit_vectors_1, compact_string_chars, Garbage Collection - Step by Step
5206 @subsection @code{sweep_strings}
5207 @cindex @code{sweep_strings}
5208
5209 The sweeping for the fixed sized string objects is essentially exactly
5210 the same as it is for all other fixed size types. As before, the freeing
5211 into the suitable free list is done by using the macro
5212 @code{SWEEP_FIXED_SIZE_BLOCK} after defining the right macros
5213 @code{UNMARK_string} and @code{ADDITIONAL_FREE_string}. These two
5214 definitions are a little bit special compared to the ones used
5215 for the other fixed size types.
5216
5217 @code{UNMARK_string} is defined the same way except some additional code
5218 used for updating the bookkeeping information.
5219
5220 For strings, @code{ADDITIONAL_FREE_string} has to do something in
5221 addition: in case, the string was not allocated in a
5222 @code{string_chars_block} because it exceeded the maximal length, and
5223 therefore it was @code{malloc}ed separately, we know also @code{xfree}
5224 it explicitly.
5225
5226 @node sweep_bit_vectors_1,  , sweep_strings, Garbage Collection - Step by Step
5227 @subsection @code{sweep_bit_vectors_1}
5228 @cindex @code{sweep_bit_vectors_1}
5229
5230 Bit vectors are also one of the rare types that are @code{malloc}ed
5231 individually. Consequently, while sweeping, all further needless
5232 bit vectors must be freed by hand. This is done, as one might imagine,
5233 the expected way: since they are all registered in a list called
5234 @code{all_bit_vectors}, all elements of that list are traversed,
5235 all unmarked bit vectors are unlinked by calling @code{xfree} and all of
5236 them become unmarked.
5237 In addition, the bookkeeping information used for garbage
5238 collector's output purposes is updated.
5239
5240 @node Integers and Characters, Allocation from Frob Blocks, Garbage Collection - Step by Step, Allocation of Objects in XEmacs Lisp
5241 @section Integers and Characters
5242
5243   Integer and character Lisp objects are created from integers using the
5244 macros @code{XSETINT()} and @code{XSETCHAR()} or the equivalent
5245 functions @code{make_int()} and @code{make_char()}. (These are actually
5246 macros on most systems.)  These functions basically just do some moving
5247 of bits around, since the integral value of the object is stored
5248 directly in the @code{Lisp_Object}.
5249
5250   @code{XSETINT()} and the like will truncate values given to them that
5251 are too big; i.e. you won't get the value you expected but the tag bits
5252 will at least be correct.
5253
5254 @node Allocation from Frob Blocks, lrecords, Integers and Characters, Allocation of Objects in XEmacs Lisp
5255 @section Allocation from Frob Blocks
5256
5257 The uninitialized memory required by a @code{Lisp_Object} of a particular type
5258 is allocated using
5259 @code{ALLOCATE_FIXED_TYPE()}.  This only occurs inside of the
5260 lowest-level object-creating functions in @file{alloc.c}:
5261 @code{Fcons()}, @code{make_float()}, @code{Fmake_byte_code()},
5262 @code{Fmake_symbol()}, @code{allocate_extent()},
5263 @code{allocate_event()}, @code{Fmake_marker()}, and
5264 @code{make_uninit_string()}.  The idea is that, for each type, there are
5265 a number of frob blocks (each 2K in size); each frob block is divided up
5266 into object-sized chunks.  Each frob block will have some of these
5267 chunks that are currently assigned to objects, and perhaps some that are
5268 free. (If a frob block has nothing but free chunks, it is freed at the
5269 end of the garbage collection cycle.)  The free chunks are stored in a
5270 free list, which is chained by storing a pointer in the first four bytes
5271 of the chunk. (Except for the free chunks at the end of the last frob
5272 block, which are handled using an index which points past the end of the
5273 last-allocated chunk in the last frob block.)
5274 @code{ALLOCATE_FIXED_TYPE()} first tries to retrieve a chunk from the
5275 free list; if that fails, it calls
5276 @code{ALLOCATE_FIXED_TYPE_FROM_BLOCK()}, which looks at the end of the
5277 last frob block for space, and creates a new frob block if there is
5278 none. (There are actually two versions of these macros, one of which is
5279 more defensive but less efficient and is used for error-checking.)
5280
5281 @node lrecords, Low-level allocation, Allocation from Frob Blocks, Allocation of Objects in XEmacs Lisp
5282 @section lrecords
5283
5284   [see @file{lrecord.h}]
5285
5286   All lrecords have at the beginning of their structure a @code{struct
5287 lrecord_header}.  This just contains a type number and some flags,
5288 including the mark bit.  All builtin type numbers are defined as
5289 constants in @code{enum lrecord_type}, to allow the compiler to generate
5290 more efficient code for @code{@var{type}P}.  The type number, thru the
5291 @code{lrecord_implementation_table}, gives access to a @code{struct
5292 lrecord_implementation}, which is a structure containing method pointers
5293 and such.  There is one of these for each type, and it is a global,
5294 constant, statically-declared structure that is declared in the
5295 @code{DEFINE_LRECORD_IMPLEMENTATION()} macro.
5296
5297   Simple lrecords (of type (b) above) just have a @code{struct
5298 lrecord_header} at their beginning.  lcrecords, however, actually have a
5299 @code{struct lcrecord_header}.  This, in turn, has a @code{struct
5300 lrecord_header} at its beginning, so sanity is preserved; but it also
5301 has a pointer used to chain all lcrecords together, and a special ID
5302 field used to distinguish one lcrecord from another. (This field is used
5303 only for debugging and could be removed, but the space gain is not
5304 significant.)
5305
5306   Simple lrecords are created using @code{ALLOCATE_FIXED_TYPE()}, just
5307 like for other frob blocks.  The only change is that the implementation
5308 pointer must be initialized correctly. (The implementation structure for
5309 an lrecord, or rather the pointer to it, is named @code{lrecord_float},
5310 @code{lrecord_extent}, @code{lrecord_buffer}, etc.)
5311
5312   lcrecords are created using @code{alloc_lcrecord()}.  This takes a
5313 size to allocate and an implementation pointer. (The size needs to be
5314 passed because some lcrecords, such as window configurations, are of
5315 variable size.) This basically just @code{malloc()}s the storage,
5316 initializes the @code{struct lcrecord_header}, and chains the lcrecord
5317 onto the head of the list of all lcrecords, which is stored in the
5318 variable @code{all_lcrecords}.  The calls to @code{alloc_lcrecord()}
5319 generally occur in the lowest-level allocation function for each lrecord
5320 type.
5321
5322 Whenever you create an lrecord, you need to call either
5323 @code{DEFINE_LRECORD_IMPLEMENTATION()} or
5324 @code{DEFINE_LRECORD_SEQUENCE_IMPLEMENTATION()}.  This needs to be
5325 specified in a @file{.c} file, at the top level.  What this actually
5326 does is define and initialize the implementation structure for the
5327 lrecord. (And possibly declares a function @code{error_check_foo()} that
5328 implements the @code{XFOO()} macro when error-checking is enabled.)  The
5329 arguments to the macros are the actual type name (this is used to
5330 construct the C variable name of the lrecord implementation structure
5331 and related structures using the @samp{##} macro concatenation
5332 operator), a string that names the type on the Lisp level (this may not
5333 be the same as the C type name; typically, the C type name has
5334 underscores, while the Lisp string has dashes), various method pointers,
5335 and the name of the C structure that contains the object.  The methods
5336 are used to encapsulate type-specific information about the object, such
5337 as how to print it or mark it for garbage collection, so that it's easy
5338 to add new object types without having to add a specific case for each
5339 new type in a bunch of different places.
5340
5341   The difference between @code{DEFINE_LRECORD_IMPLEMENTATION()} and
5342 @code{DEFINE_LRECORD_SEQUENCE_IMPLEMENTATION()} is that the former is
5343 used for fixed-size object types and the latter is for variable-size
5344 object types.  Most object types are fixed-size; some complex
5345 types, however (e.g. window configurations), are variable-size.
5346 Variable-size object types have an extra method, which is called
5347 to determine the actual size of a particular object of that type.
5348 (Currently this is only used for keeping allocation statistics.)
5349
5350   For the purpose of keeping allocation statistics, the allocation
5351 engine keeps a list of all the different types that exist.  Note that,
5352 since @code{DEFINE_LRECORD_IMPLEMENTATION()} is a macro that is
5353 specified at top-level, there is no way for it to initialize the global
5354 data structures containing type information, like
5355 @code{lrecord_implementations_table}.  For this reason a call to
5356 @code{INIT_LRECORD_IMPLEMENTATION} must be added to the same source file
5357 containing @code{DEFINE_LRECORD_IMPLEMENTATION}, but instead of to the
5358 top level, to one of the init functions, typically
5359 @code{syms_of_@var{foo}.c}.  @code{INIT_LRECORD_IMPLEMENTATION} must be
5360 called before an object of this type is used.
5361
5362 The type number is also used to index into an array holding the number
5363 of objects of each type and the total memory allocated for objects of
5364 that type.  The statistics in this array are computed during the sweep
5365 stage.  These statistics are returned by the call to
5366 @code{garbage-collect}.
5367
5368   Note that for every type defined with a @code{DEFINE_LRECORD_*()}
5369 macro, there needs to be a @code{DECLARE_LRECORD_IMPLEMENTATION()}
5370 somewhere in a @file{.h} file, and this @file{.h} file needs to be
5371 included by @file{inline.c}.
5372
5373   Furthermore, there should generally be a set of @code{XFOOBAR()},
5374 @code{FOOBARP()}, etc. macros in a @file{.h} (or occasionally @file{.c})
5375 file.  To create one of these, copy an existing model and modify as
5376 necessary.
5377
5378   @strong{Please note:} If you define an lrecord in an external
5379 dynamically-loaded module, you must use @code{DECLARE_EXTERNAL_LRECORD},
5380 @code{DEFINE_EXTERNAL_LRECORD_IMPLEMENTATION}, and
5381 @code{DEFINE_EXTERNAL_LRECORD_SEQUENCE_IMPLEMENTATION} instead of the
5382 non-EXTERNAL forms. These macros will dynamically add new type numbers
5383 to the global enum that records them, whereas the non-EXTERNAL forms
5384 assume that the programmer has already inserted the correct type numbers
5385 into the enum's code at compile-time.
5386
5387   The various methods in the lrecord implementation structure are:
5388
5389 @enumerate
5390 @item
5391 @cindex mark method
5392 A @dfn{mark} method.  This is called during the marking stage and passed
5393 a function pointer (usually the @code{mark_object()} function), which is
5394 used to mark an object.  All Lisp objects that are contained within the
5395 object need to be marked by applying this function to them.  The mark
5396 method should also return a Lisp object, which should be either @code{nil} or
5397 an object to mark. (This can be used in lieu of calling
5398 @code{mark_object()} on the object, to reduce the recursion depth, and
5399 consequently should be the most heavily nested sub-object, such as a
5400 long list.)
5401
5402 @strong{Please note:} When the mark method is called, garbage collection
5403 is in progress, and special precautions need to be taken when accessing
5404 objects; see section (B) above.
5405
5406 If your mark method does not need to do anything, it can be
5407 @code{NULL}.
5408
5409 @item
5410 A @dfn{print} method.  This is called to create a printed representation
5411 of the object, whenever @code{princ}, @code{prin1}, or the like is
5412 called.  It is passed the object, a stream to which the output is to be
5413 directed, and an @code{escapeflag} which indicates whether the object's
5414 printed representation should be @dfn{escaped} so that it is
5415 readable. (This corresponds to the difference between @code{princ} and
5416 @code{prin1}.) Basically, @dfn{escaped} means that strings will have
5417 quotes around them and confusing characters in the strings such as
5418 quotes, backslashes, and newlines will be backslashed; and that special
5419 care will be taken to make symbols print in a readable fashion
5420 (e.g. symbols that look like numbers will be backslashed).  Other
5421 readable objects should perhaps pass @code{escapeflag} on when
5422 sub-objects are printed, so that readability is preserved when necessary
5423 (or if not, always pass in a 1 for @code{escapeflag}).  Non-readable
5424 objects should in general ignore @code{escapeflag}, except that some use
5425 it as an indication that more verbose output should be given.
5426
5427 Sub-objects are printed using @code{print_internal()}, which takes
5428 exactly the same arguments as are passed to the print method.
5429
5430 Literal C strings should be printed using @code{write_c_string()},
5431 or @code{write_string_1()} for non-null-terminated strings.
5432
5433 Functions that do not have a readable representation should check the
5434 @code{print_readably} flag and signal an error if it is set.
5435
5436 If you specify NULL for the print method, the
5437 @code{default_object_printer()} will be used.
5438
5439 @item
5440 A @dfn{finalize} method.  This is called at the beginning of the sweep
5441 stage on lcrecords that are about to be freed, and should be used to
5442 perform any extra object cleanup.  This typically involves freeing any
5443 extra @code{malloc()}ed memory associated with the object, releasing any
5444 operating-system and window-system resources associated with the object
5445 (e.g. pixmaps, fonts), etc.
5446
5447 The finalize method can be NULL if nothing needs to be done.
5448
5449 WARNING #1: The finalize method is also called at the end of the dump
5450 phase; this time with the for_disksave parameter set to non-zero.  The
5451 object is @emph{not} about to disappear, so you have to make sure to
5452 @emph{not} free any extra @code{malloc()}ed memory if you're going to
5453 need it later.  (Also, signal an error if there are any operating-system
5454 and window-system resources here, because they can't be dumped.)
5455
5456 Finalize methods should, as a rule, set to zero any pointers after
5457 they've been freed, and check to make sure pointers are not zero before
5458 freeing.  Although I'm pretty sure that finalize methods are not called
5459 twice on the same object (except for the @code{for_disksave} proviso),
5460 we've gotten nastily burned in some cases by not doing this.
5461
5462 WARNING #2: The finalize method is @emph{only} called for
5463 lcrecords, @emph{not} for simply lrecords.  If you need a
5464 finalize method for simple lrecords, you have to stick
5465 it in the @code{ADDITIONAL_FREE_foo()} macro in @file{alloc.c}.
5466
5467 WARNING #3: Things are in an @emph{extremely} bizarre state
5468 when @code{ADDITIONAL_FREE_foo()} is called, so you have to
5469 be incredibly careful when writing one of these functions.
5470 See the comment in @code{gc_sweep()}.  If you ever have to add
5471 one of these, consider using an lcrecord or dealing with
5472 the problem in a different fashion.
5473
5474 @item
5475 An @dfn{equal} method.  This compares the two objects for similarity,
5476 when @code{equal} is called.  It should compare the contents of the
5477 objects in some reasonable fashion.  It is passed the two objects and a
5478 @dfn{depth} value, which is used to catch circular objects.  To compare
5479 sub-Lisp-objects, call @code{internal_equal()} and bump the depth value
5480 by one.  If this value gets too high, a @code{circular-object} error
5481 will be signaled.
5482
5483 If this is NULL, objects are @code{equal} only when they are @code{eq},
5484 i.e. identical.
5485
5486 @item
5487 A @dfn{hash} method.  This is used to hash objects when they are to be
5488 compared with @code{equal}.  The rule here is that if two objects are
5489 @code{equal}, they @emph{must} hash to the same value; i.e. your hash
5490 function should use some subset of the sub-fields of the object that are
5491 compared in the ``equal'' method.  If you specify this method as
5492 @code{NULL}, the object's pointer will be used as the hash, which will
5493 @emph{fail} if the object has an @code{equal} method, so don't do this.
5494
5495 To hash a sub-Lisp-object, call @code{internal_hash()}.  Bump the
5496 depth by one, just like in the ``equal'' method.
5497
5498 To convert a Lisp object directly into a hash value (using
5499 its pointer), use @code{LISP_HASH()}.  This is what happens when
5500 the hash method is NULL.
5501
5502 To hash two or more values together into a single value, use
5503 @code{HASH2()}, @code{HASH3()}, @code{HASH4()}, etc.
5504
5505 @item
5506 @dfn{getprop}, @dfn{putprop}, @dfn{remprop}, and @dfn{plist} methods.
5507 These are used for object types that have properties.  I don't feel like
5508 documenting them here.  If you create one of these objects, you have to
5509 use different macros to define them,
5510 i.e. @code{DEFINE_LRECORD_IMPLEMENTATION_WITH_PROPS()} or
5511 @code{DEFINE_LRECORD_SEQUENCE_IMPLEMENTATION_WITH_PROPS()}.
5512
5513 @item
5514 A @dfn{size_in_bytes} method, when the object is of variable-size.
5515 (i.e. declared with a @code{_SEQUENCE_IMPLEMENTATION} macro.)  This should
5516 simply return the object's size in bytes, exactly as you might expect.
5517 For an example, see the methods for window configurations and opaques.
5518 @end enumerate
5519
5520 @node Low-level allocation, Cons, lrecords, Allocation of Objects in XEmacs Lisp
5521 @section Low-level allocation
5522
5523   Memory that you want to allocate directly should be allocated using
5524 @code{xmalloc()} rather than @code{malloc()}.  This implements
5525 error-checking on the return value, and once upon a time did some more
5526 vital stuff (i.e. @code{BLOCK_INPUT}, which is no longer necessary).
5527 Free using @code{xfree()}, and realloc using @code{xrealloc()}.  Note
5528 that @code{xmalloc()} will do a non-local exit if the memory can't be
5529 allocated. (Many functions, however, do not expect this, and thus XEmacs
5530 will likely crash if this happens.  @strong{This is a bug.}  If you can,
5531 you should strive to make your function handle this OK.  However, it's
5532 difficult in the general circumstance, perhaps requiring extra
5533 unwind-protects and such.)
5534
5535   Note that XEmacs provides two separate replacements for the standard
5536 @code{malloc()} library function.  These are called @dfn{old GNU malloc}
5537 (@file{malloc.c}) and @dfn{new GNU malloc} (@file{gmalloc.c}),
5538 respectively.  New GNU malloc is better in pretty much every way than
5539 old GNU malloc, and should be used if possible.  (It used to be that on
5540 some systems, the old one worked but the new one didn't.  I think this
5541 was due specifically to a bug in SunOS, which the new one now works
5542 around; so I don't think the old one ever has to be used any more.) The
5543 primary difference between both of these mallocs and the standard system
5544 malloc is that they are much faster, at the expense of increased space.
5545 The basic idea is that memory is allocated in fixed chunks of powers of
5546 two.  This allows for basically constant malloc time, since the various
5547 chunks can just be kept on a number of free lists. (The standard system
5548 malloc typically allocates arbitrary-sized chunks and has to spend some
5549 time, sometimes a significant amount of time, walking the heap looking
5550 for a free block to use and cleaning things up.)  The new GNU malloc
5551 improves on things by allocating large objects in chunks of 4096 bytes
5552 rather than in ever larger powers of two, which results in ever larger
5553 wastage.  There is a slight speed loss here, but it's of doubtful
5554 significance.
5555
5556   NOTE: Apparently there is a third-generation GNU malloc that is
5557 significantly better than the new GNU malloc, and should probably
5558 be included in XEmacs.
5559
5560   There is also the relocating allocator, @file{ralloc.c}.  This actually
5561 moves blocks of memory around so that the @code{sbrk()} pointer shrunk
5562 and virtual memory released back to the system.  On some systems,
5563 this is a big win.  On all systems, it causes a noticeable (and
5564 sometimes huge) speed penalty, so I turn it off by default.
5565 @file{ralloc.c} only works with the new GNU malloc in @file{gmalloc.c}.
5566 There are also two versions of @file{ralloc.c}, one that uses @code{mmap()}
5567 rather than block copies to move data around.  This purports to
5568 be faster, although that depends on the amount of data that would
5569 have had to be block copied and the system-call overhead for
5570 @code{mmap()}.  I don't know exactly how this works, except that the
5571 relocating-allocation routines are pretty much used only for
5572 the memory allocated for a buffer, which is the biggest consumer
5573 of space, esp. of space that may get freed later.
5574
5575   Note that the GNU mallocs have some ``memory warning'' facilities.
5576 XEmacs taps into them and issues a warning through the standard
5577 warning system, when memory gets to 75%, 85%, and 95% full.
5578 (On some systems, the memory warnings are not functional.)
5579
5580   Allocated memory that is going to be used to make a Lisp object
5581 is created using @code{allocate_lisp_storage()}.  This just calls
5582 @code{xmalloc()}.  It used to verify that the pointer to the memory can
5583 fit into a Lisp word, before the current Lisp object representation was
5584 introduced.  @code{allocate_lisp_storage()} is called by
5585 @code{alloc_lcrecord()}, @code{ALLOCATE_FIXED_TYPE()}, and the vector
5586 and bit-vector creation routines.  These routines also call
5587 @code{INCREMENT_CONS_COUNTER()} at the appropriate times; this keeps
5588 statistics on how much memory is allocated, so that garbage-collection
5589 can be invoked when the threshold is reached.
5590
5591 @node Cons, Vector, Low-level allocation, Allocation of Objects in XEmacs Lisp
5592 @section Cons
5593
5594   Conses are allocated in standard frob blocks.  The only thing to
5595 note is that conses can be explicitly freed using @code{free_cons()}
5596 and associated functions @code{free_list()} and @code{free_alist()}.  This
5597 immediately puts the conses onto the cons free list, and decrements
5598 the statistics on memory allocation appropriately.  This is used
5599 to good effect by some extremely commonly-used code, to avoid
5600 generating extra objects and thereby triggering GC sooner.
5601 However, you have to be @emph{extremely} careful when doing this.
5602 If you mess this up, you will get BADLY BURNED, and it has happened
5603 before.
5604
5605 @node Vector, Bit Vector, Cons, Allocation of Objects in XEmacs Lisp
5606 @section Vector
5607
5608   As mentioned above, each vector is @code{malloc()}ed individually, and
5609 all are threaded through the variable @code{all_vectors}.  Vectors are
5610 marked strangely during garbage collection, by kludging the size field.
5611 Note that the @code{struct Lisp_Vector} is declared with its
5612 @code{contents} field being a @emph{stretchy} array of one element.  It
5613 is actually @code{malloc()}ed with the right size, however, and access
5614 to any element through the @code{contents} array works fine.
5615
5616 @node Bit Vector, Symbol, Vector, Allocation of Objects in XEmacs Lisp
5617 @section Bit Vector
5618
5619   Bit vectors work exactly like vectors, except for more complicated
5620 code to access an individual bit, and except for the fact that bit
5621 vectors are lrecords while vectors are not. (The only difference here is
5622 that there's an lrecord implementation pointer at the beginning and the
5623 tag field in bit vector Lisp words is ``lrecord'' rather than
5624 ``vector''.)
5625
5626 @node Symbol, Marker, Bit Vector, Allocation of Objects in XEmacs Lisp
5627 @section Symbol
5628
5629   Symbols are also allocated in frob blocks.  Symbols in the awful
5630 horrible obarray structure are chained through their @code{next} field.
5631
5632 Remember that @code{intern} looks up a symbol in an obarray, creating
5633 one if necessary.
5634
5635 @node Marker, String, Symbol, Allocation of Objects in XEmacs Lisp
5636 @section Marker
5637
5638   Markers are allocated in frob blocks, as usual.  They are kept
5639 in a buffer unordered, but in a doubly-linked list so that they
5640 can easily be removed. (Formerly this was a singly-linked list,
5641 but in some cases garbage collection took an extraordinarily
5642 long time due to the O(N^2) time required to remove lots of
5643 markers from a buffer.) Markers are removed from a buffer in
5644 the finalize stage, in @code{ADDITIONAL_FREE_marker()}.
5645
5646 @node String, Compiled Function, Marker, Allocation of Objects in XEmacs Lisp
5647 @section String
5648
5649   As mentioned above, strings are a special case.  A string is logically
5650 two parts, a fixed-size object (containing the length, property list,
5651 and a pointer to the actual data), and the actual data in the string.
5652 The fixed-size object is a @code{struct Lisp_String} and is allocated in
5653 frob blocks, as usual.  The actual data is stored in special
5654 @dfn{string-chars blocks}, which are 8K blocks of memory.
5655 Currently-allocated strings are simply laid end to end in these
5656 string-chars blocks, with a pointer back to the @code{struct Lisp_String}
5657 stored before each string in the string-chars block.  When a new string
5658 needs to be allocated, the remaining space at the end of the last
5659 string-chars block is used if there's enough, and a new string-chars
5660 block is created otherwise.
5661
5662   There are never any holes in the string-chars blocks due to the string
5663 compaction and relocation that happens at the end of garbage collection.
5664 During the sweep stage of garbage collection, when objects are
5665 reclaimed, the garbage collector goes through all string-chars blocks,
5666 looking for unused strings.  Each chunk of string data is preceded by a
5667 pointer to the corresponding @code{struct Lisp_String}, which indicates
5668 both whether the string is used and how big the string is, i.e. how to
5669 get to the next chunk of string data.  Holes are compressed by
5670 block-copying the next string into the empty space and relocating the
5671 pointer stored in the corresponding @code{struct Lisp_String}.
5672 @strong{This means you have to be careful with strings in your code.}
5673 See the section above on @code{GCPRO}ing.
5674
5675   Note that there is one situation not handled: a string that is too big
5676 to fit into a string-chars block.  Such strings, called @dfn{big
5677 strings}, are all @code{malloc()}ed as their own block. (#### Although it
5678 would make more sense for the threshold for big strings to be somewhat
5679 lower, e.g. 1/2 or 1/4 the size of a string-chars block.  It seems that
5680 this was indeed the case formerly---indeed, the threshold was set at
5681 1/8---but Mly forgot about this when rewriting things for 19.8.)
5682
5683 Note also that the string data in string-chars blocks is padded as
5684 necessary so that proper alignment constraints on the @code{struct
5685 Lisp_String} back pointers are maintained.
5686
5687   Finally, strings can be resized.  This happens in Mule when a
5688 character is substituted with a different-length character, or during
5689 modeline frobbing. (You could also export this to Lisp, but it's not
5690 done so currently.) Resizing a string is a potentially tricky process.
5691 If the change is small enough that the padding can absorb it, nothing
5692 other than a simple memory move needs to be done.  Keep in mind,
5693 however, that the string can't shrink too much because the offset to the
5694 next string in the string-chars block is computed by looking at the
5695 length and rounding to the nearest multiple of four or eight.  If the
5696 string would shrink or expand beyond the correct padding, new string
5697 data needs to be allocated at the end of the last string-chars block and
5698 the data moved appropriately.  This leaves some dead string data, which
5699 is marked by putting a special marker of 0xFFFFFFFF in the @code{struct
5700 Lisp_String} pointer before the data (there's no real @code{struct
5701 Lisp_String} to point to and relocate), and storing the size of the dead
5702 string data (which would normally be obtained from the now-non-existent
5703 @code{struct Lisp_String}) at the beginning of the dead string data gap.
5704 The string compactor recognizes this special 0xFFFFFFFF marker and
5705 handles it correctly.
5706
5707 @node Compiled Function,  , String, Allocation of Objects in XEmacs Lisp
5708 @section Compiled Function
5709
5710   Not yet documented.
5711
5712
5713 @node Dumping, Events and the Event Loop, Allocation of Objects in XEmacs Lisp, Top
5714 @chapter Dumping
5715
5716 @section What is dumping and its justification
5717
5718 The C code of XEmacs is just a Lisp engine with a lot of built-in
5719 primitives useful for writing an editor.  The editor itself is written
5720 mostly in Lisp, and represents around 100K lines of code.  Loading and
5721 executing the initialization of all this code takes a bit a time (five
5722 to ten times the usual startup time of current xemacs) and requires
5723 having all the lisp source files around.  Having to reload them each
5724 time the editor is started would not be acceptable.
5725
5726 The traditional solution to this problem is called dumping: the build
5727 process first creates the lisp engine under the name @file{temacs}, then
5728 runs it until it has finished loading and initializing all the lisp
5729 code, and eventually creates a new executable called @file{xemacs}
5730 including both the object code in @file{temacs} and all the contents of
5731 the memory after the initialization.
5732
5733 This solution, while working, has a huge problem: the creation of the
5734 new executable from the actual contents of memory is an extremely
5735 system-specific process, quite error-prone, and which interferes with a
5736 lot of system libraries (like malloc).  It is even getting worse
5737 nowadays with libraries using constructors which are automatically
5738 called when the program is started (even before main()) which tend to
5739 crash when they are called multiple times, once before dumping and once
5740 after (IRIX 6.x libz.so pulls in some C++ image libraries thru
5741 dependencies which have this problem).  Writing the dumper is also one
5742 of the most difficult parts of porting XEmacs to a new operating system.
5743 Basically, `dumping' is an operation that is just not officially
5744 supported on many operating systems.
5745
5746 The aim of the portable dumper is to solve the same problem as the
5747 system-specific dumper, that is to be able to reload quickly, using only
5748 a small number of files, the fully initialized lisp part of the editor,
5749 without any system-specific hacks.
5750
5751 @menu
5752 * Overview::
5753 * Data descriptions::
5754 * Dumping phase::
5755 * Reloading phase::
5756 * Remaining issues::
5757 @end menu
5758
5759 @node Overview, Data descriptions, Dumping, Dumping
5760 @section Overview
5761
5762 The portable dumping system has to:
5763
5764 @enumerate
5765 @item
5766 At dump time, write all initialized, non-quickly-rebuildable data to a
5767 file [Note: currently named @file{xemacs.dmp}, but the name will
5768 change], along with all informations needed for the reloading.
5769
5770 @item
5771 When starting xemacs, reload the dump file, relocate it to its new
5772 starting address if needed, and reinitialize all pointers to this
5773 data.  Also, rebuild all the quickly rebuildable data.
5774 @end enumerate
5775
5776 @node Data descriptions, Dumping phase, Overview, Dumping
5777 @section Data descriptions
5778
5779 The more complex task of the dumper is to be able to write lisp objects
5780 (lrecords) and C structs to disk and reload them at a different address,
5781 updating all the pointers they include in the process.  This is done by
5782 using external data descriptions that give information about the layout
5783 of the structures in memory.
5784
5785 The specification of these descriptions is in lrecord.h.  A description
5786 of an lrecord is an array of struct lrecord_description.  Each of these
5787 structs include a type, an offset in the structure and some optional
5788 parameters depending on the type.  For instance, here is the string
5789 description:
5790
5791 @example
5792 static const struct lrecord_description string_description[] = @{
5793   @{ XD_BYTECOUNT,         offsetof (Lisp_String, size) @},
5794   @{ XD_OPAQUE_DATA_PTR,   offsetof (Lisp_String, data), XD_INDIRECT(0, 1) @},
5795   @{ XD_LISP_OBJECT,       offsetof (Lisp_String, plist) @},
5796   @{ XD_END @}
5797 @};
5798 @end example
5799
5800 The first line indicates a member of type Bytecount, which is used by
5801 the next, indirect directive.  The second means "there is a pointer to
5802 some opaque data in the field @code{data}".  The length of said data is
5803 given by the expression @code{XD_INDIRECT(0, 1)}, which means "the value
5804 in the 0th line of the description (welcome to C) plus one".  The third
5805 line means "there is a Lisp_Object member @code{plist} in the Lisp_String
5806 structure".  @code{XD_END} then ends the description.
5807
5808 This gives us all the information we need to move around what is pointed
5809 to by a structure (C or lrecord) and, by transitivity, everything that
5810 it points to.  The only missing information for dumping is the size of
5811 the structure.  For lrecords, this is part of the
5812 lrecord_implementation, so we don't need to duplicate it.  For C
5813 structures we use a struct struct_description, which includes a size
5814 field and a pointer to an associated array of lrecord_description.
5815
5816 @node Dumping phase, Reloading phase, Data descriptions, Dumping
5817 @section Dumping phase
5818
5819 Dumping is done by calling the function pdump() (in dumper.c) which is
5820 invoked from Fdump_emacs (in emacs.c).  This function performs a number
5821 of tasks.
5822
5823 @menu
5824 * Object inventory::
5825 * Address allocation::
5826 * The header::
5827 * Data dumping::
5828 * Pointers dumping::
5829 @end menu
5830
5831 @node Object inventory, Address allocation, Dumping phase, Dumping phase
5832 @subsection Object inventory
5833
5834 The first task is to build the list of the objects to dump.  This
5835 includes:
5836
5837 @itemize @bullet
5838 @item lisp objects
5839 @item C structures
5840 @end itemize
5841
5842 We end up with one @code{pdump_entry_list_elmt} per object group (arrays
5843 of C structs are kept together) which includes a pointer to the first
5844 object of the group, the per-object size and the count of objects in the
5845 group, along with some other information which is initialized later.
5846
5847 These entries are linked together in @code{pdump_entry_list} structures
5848 and can be enumerated thru either:
5849
5850 @enumerate
5851 @item
5852 the @code{pdump_object_table}, an array of @code{pdump_entry_list}, one
5853 per lrecord type, indexed by type number.
5854
5855 @item
5856 the @code{pdump_opaque_data_list}, used for the opaque data which does
5857 not include pointers, and hence does not need descriptions.
5858
5859 @item
5860 the @code{pdump_struct_table}, which is a vector of
5861 @code{struct_description}/@code{pdump_entry_list} pairs, used for
5862 non-opaque C structures.
5863 @end enumerate
5864
5865 This uses a marking strategy similar to the garbage collector.  Some
5866 differences though:
5867
5868 @enumerate
5869 @item
5870 We do not use the mark bit (which does not exist for C structures
5871 anyway); we use a big hash table instead.
5872
5873 @item
5874 We do not use the mark function of lrecords but instead rely on the
5875 external descriptions.  This happens essentially because we need to
5876 follow pointers to C structures and opaque data in addition to
5877 Lisp_Object members.
5878 @end enumerate
5879
5880 This is done by @code{pdump_register_object}, which handles Lisp_Object
5881 variables, and pdump_register_struct which handles C structures, which
5882 both delegate the description management to pdump_register_sub.
5883
5884 The hash table doubles as a map object to pdump_entry_list_elmt (i.e.
5885 allows us to look up a pdump_entry_list_elmt with the object it points
5886 to).  Entries are added with @code{pdump_add_entry()} and looked up with
5887 @code{pdump_get_entry()}.  There is no need for entry removal.  The hash
5888 value is computed quite simply from the object pointer by
5889 @code{pdump_make_hash()}.
5890
5891 The roots for the marking are:
5892
5893 @enumerate
5894 @item
5895 the @code{staticpro}'ed variables (there is a special @code{staticpro_nodump()}
5896 call for protected variables we do not want to dump).
5897
5898 @item
5899 the @code{pdump_wire}'d variables (@code{staticpro()} is equivalent to
5900 @code{staticpro_nodump()} + @code{pdump_wire()}).
5901
5902 @item
5903 the @code{dumpstruct}'ed variables, which points to C structures.
5904 @end enumerate
5905
5906 This does not include the GCPRO'ed variables, the specbinds, the
5907 catchtags, the backlist, the redisplay or the profiling info, since we
5908 do not want to rebuild the actual chain of lisp calls which end up to
5909 the dump-emacs call, only the global variables.
5910
5911 Weak lists and weak hash tables are dumped as if they were their
5912 non-weak equivalent (without changing their type, of course).  This has
5913 not yet been a problem.
5914
5915 @node Address allocation, The header, Object inventory, Dumping phase
5916 @subsection Address allocation
5917
5918
5919 The next step is to allocate the offsets of each of the objects in the
5920 final dump file.  This is done by @code{pdump_allocate_offset()} which
5921 is called indirectly by @code{pdump_scan_by_alignment()}.
5922
5923 The strategy to deal with alignment problems uses these facts:
5924
5925 @enumerate
5926 @item
5927 real world alignment requirements are powers of two.
5928
5929 @item
5930 the C compiler is required to adjust the size of a struct so that you
5931 can have an array of them next to each other.  This means you can have an
5932 upper bound of the alignment requirements of a given structure by
5933 looking at which power of two its size is a multiple.
5934
5935 @item
5936 the non-variant part of variable size lrecords has an alignment
5937 requirement of 4.
5938 @end enumerate
5939
5940 Hence, for each lrecord type, C struct type or opaque data block the
5941 alignment requirement is computed as a power of two, with a minimum of
5942 2^2 for lrecords.  @code{pdump_scan_by_alignment()} then scans all the
5943 @code{pdump_entry_list_elmt}'s, the ones with the highest requirements
5944 first.  This ensures the best packing.
5945
5946 The maximum alignment requirement we take into account is 2^8.
5947
5948 @code{pdump_allocate_offset()} only has to do a linear allocation,
5949 starting at offset 256 (this leaves room for the header and keeps the
5950 alignments happy).
5951
5952 @node The header, Data dumping, Address allocation, Dumping phase
5953 @subsection The header
5954
5955 The next step creates the file and writes a header with a signature and
5956 some random information in it (number of staticpro, number of assigned
5957 lrecord types, etc...).  The reloc_address field, which indicates at
5958 which address the file should be loaded if we want to avoid post-reload
5959 relocation, is set to 0.  It then seeks to offset 256 (base offset for
5960 the objects).
5961
5962 @node Data dumping, Pointers dumping, The header, Dumping phase
5963 @subsection Data dumping
5964
5965 The data is dumped in the same order as the addresses were allocated by
5966 @code{pdump_dump_data()}, called from @code{pdump_scan_by_alignment()}.
5967 This function copies the data to a temporary buffer, relocates all
5968 pointers in the object to the addresses allocated in step Address
5969 Allocation, and writes it to the file.  Using the same order means that,
5970 if we are careful with lrecords whose size is not a multiple of 4, we
5971 are ensured that the object is always written at the offset in the file
5972 allocated in step Address Allocation.
5973
5974 @node Pointers dumping,  , Data dumping, Dumping phase
5975 @subsection Pointers dumping
5976
5977 A bunch of tables needed to reassign properly the global pointers are
5978 then written.  They are:
5979
5980 @enumerate
5981 @item
5982 the staticpro array
5983 @item
5984 the dumpstruct array
5985 @item
5986 the lrecord_implementation_table array
5987 @item
5988 a vector of all the offsets to the objects in the file that include a
5989 description (for faster relocation at reload time)
5990 @item
5991 the pdump_wire and pdump_wire_list arrays
5992 @end enumerate
5993
5994 For each of the arrays we write both the pointer to the variables and
5995 the relocated offset of the object they point to.  Since these variables
5996 are global, the pointers are still valid when restarting the program and
5997 are used to regenerate the global pointers.
5998
5999 The @code{pdump_wire_list} array is a special case.  The variables it
6000 points to are the head of weak linked lists of lisp objects of the same
6001 type.  Not all objects of this list are dumped so the relocated pointer
6002 we associate with them points to the first dumped object of the list, or
6003 Qnil if none is available.  This is also the reason why they are not
6004 used as roots for the purpose of object enumeration.
6005
6006 This is the end of the dumping part.
6007
6008 @node Reloading phase, Remaining issues, Dumping phase, Dumping
6009 @section Reloading phase
6010
6011 @subsection File loading
6012
6013 The file is mmap'ed in memory (which ensures a PAGESIZE alignment, at
6014 least 4096), or if mmap is unavailable or fails, a 256-bytes aligned
6015 malloc is done and the file is loaded.
6016
6017 Some variables are reinitialized from the values found in the header.
6018
6019 The difference between the actual loading address and the reloc_address
6020 is computed and will be used for all the relocations.
6021
6022
6023 @subsection Putting back the staticvec
6024
6025 The staticvec array is memcpy'd from the file and the variables it
6026 points to are reset to the relocated objects addresses.
6027
6028
6029 @subsection Putting back the dumpstructed variables
6030
6031 The variables pointed to by dumpstruct in the dump phase are reset to
6032 the right relocated object addresses.
6033
6034
6035 @subsection lrecord_implementations_table
6036
6037 The lrecord_implementations_table is reset to its dump time state and
6038 the right lrecord_type_index values are put in.
6039
6040
6041 @subsection Object relocation
6042
6043 All the objects are relocated using their description and their offset
6044 by @code{pdump_reloc_one}.  This step is unnecessary if the
6045 reloc_address is equal to the file loading address.
6046
6047
6048 @subsection Putting back the pdump_wire and pdump_wire_list variables
6049
6050 Same as Putting back the dumpstructed variables.
6051
6052
6053 @subsection Reorganize the hash tables
6054
6055 Since some of the hash values in the lisp hash tables are
6056 address-dependent, their layout is now wrong.  So we go through each of
6057 them and have them resorted by calling @code{pdump_reorganize_hash_table}.
6058
6059 @node Remaining issues,  , Reloading phase, Dumping
6060 @section Remaining issues
6061
6062 The build process will have to start a post-dump xemacs, ask it the
6063 loading address (which will, hopefully, be always the same between
6064 different xemacs invocations) and relocate the file to the new address.
6065 This way the object relocation phase will not have to be done, which
6066 means no writes in the objects and that, because of the use of mmap, the
6067 dumped data will be shared between all the xemacs running on the
6068 computer.
6069
6070 Some executable signature will be necessary to ensure that a given dump
6071 file is really associated with a given executable, or random crashes
6072 will occur.  Maybe a random number set at compile or configure time thru
6073 a define.  This will also allow for having differently-compiled xemacsen
6074 on the same system (mule and no-mule comes to mind).
6075
6076 The DOC file contents should probably end up in the dump file.
6077
6078
6079 @node Events and the Event Loop, Evaluation; Stack Frames; Bindings, Dumping, Top
6080 @chapter Events and the Event Loop
6081
6082 @menu
6083 * Introduction to Events::
6084 * Main Loop::
6085 * Specifics of the Event Gathering Mechanism::
6086 * Specifics About the Emacs Event::
6087 * The Event Stream Callback Routines::
6088 * Other Event Loop Functions::
6089 * Converting Events::
6090 * Dispatching Events; The Command Builder::
6091 @end menu
6092
6093 @node Introduction to Events, Main Loop, Events and the Event Loop, Events and the Event Loop
6094 @section Introduction to Events
6095
6096   An event is an object that encapsulates information about an
6097 interesting occurrence in the operating system.  Events are
6098 generated either by user action, direct (e.g. typing on the
6099 keyboard or moving the mouse) or indirect (moving another
6100 window, thereby generating an expose event on an Emacs frame),
6101 or as a result of some other typically asynchronous action happening,
6102 such as output from a subprocess being ready or a timer expiring.
6103 Events come into the system in an asynchronous fashion (typically
6104 through a callback being called) and are converted into a
6105 synchronous event queue (first-in, first-out) in a process that
6106 we will call @dfn{collection}.
6107
6108   Note that each application has its own event queue. (It is
6109 immaterial whether the collection process directly puts the
6110 events in the proper application's queue, or puts them into
6111 a single system queue, which is later split up.)
6112
6113   The most basic level of event collection is done by the
6114 operating system or window system.  Typically, XEmacs does
6115 its own event collection as well.  Often there are multiple
6116 layers of collection in XEmacs, with events from various
6117 sources being collected into a queue, which is then combined
6118 with other sources to go into another queue (i.e. a second
6119 level of collection), with perhaps another level on top of
6120 this, etc.
6121
6122   XEmacs has its own types of events (called @dfn{Emacs events}),
6123 which provides an abstract layer on top of the system-dependent
6124 nature of the most basic events that are received.  Part of the
6125 complex nature of the XEmacs event collection process involves
6126 converting from the operating-system events into the proper
6127 Emacs events---there may not be a one-to-one correspondence.
6128
6129   Emacs events are documented in @file{events.h}; I'll discuss them
6130 later.
6131
6132 @node Main Loop, Specifics of the Event Gathering Mechanism, Introduction to Events, Events and the Event Loop
6133 @section Main Loop
6134
6135   The @dfn{command loop} is the top-level loop that the editor is always
6136 running.  It loops endlessly, calling @code{next-event} to retrieve an
6137 event and @code{dispatch-event} to execute it. @code{dispatch-event} does
6138 the appropriate thing with non-user events (process, timeout,
6139 magic, eval, mouse motion); this involves calling a Lisp handler
6140 function, redrawing a newly-exposed part of a frame, reading
6141 subprocess output, etc.  For user events, @code{dispatch-event}
6142 looks up the event in relevant keymaps or menubars; when a
6143 full key sequence or menubar selection is reached, the appropriate
6144 function is executed. @code{dispatch-event} may have to keep state
6145 across calls; this is done in the ``command-builder'' structure
6146 associated with each console (remember, there's usually only
6147 one console), and the engine that looks up keystrokes and
6148 constructs full key sequences is called the @dfn{command builder}.
6149 This is documented elsewhere.
6150
6151   The guts of the command loop are in @code{command_loop_1()}.  This
6152 function doesn't catch errors, though---that's the job of
6153 @code{command_loop_2()}, which is a condition-case (i.e. error-trapping)
6154 wrapper around @code{command_loop_1()}.  @code{command_loop_1()} never
6155 returns, but may get thrown out of.
6156
6157   When an error occurs, @code{cmd_error()} is called, which usually
6158 invokes the Lisp error handler in @code{command-error}; however, a
6159 default error handler is provided if @code{command-error} is @code{nil}
6160 (e.g. during startup).  The purpose of the error handler is simply to
6161 display the error message and do associated cleanup; it does not need to
6162 throw anywhere.  When the error handler finishes, the condition-case in
6163 @code{command_loop_2()} will finish and @code{command_loop_2()} will
6164 reinvoke @code{command_loop_1()}.
6165
6166   @code{command_loop_2()} is invoked from three places: from
6167 @code{initial_command_loop()} (called from @code{main()} at the end of
6168 internal initialization), from the Lisp function @code{recursive-edit},
6169 and from @code{call_command_loop()}.
6170
6171   @code{call_command_loop()} is called when a macro is started and when
6172 the minibuffer is entered; normal termination of the macro or minibuffer
6173 causes a throw out of the recursive command loop. (To
6174 @code{execute-kbd-macro} for macros and @code{exit} for minibuffers.
6175 Note also that the low-level minibuffer-entering function,
6176 @code{read-minibuffer-internal}, provides its own error handling and
6177 does not need @code{command_loop_2()}'s error encapsulation; so it tells
6178 @code{call_command_loop()} to invoke @code{command_loop_1()} directly.)
6179
6180   Note that both read-minibuffer-internal and recursive-edit set up a
6181 catch for @code{exit}; this is why @code{abort-recursive-edit}, which
6182 throws to this catch, exits out of either one.
6183
6184   @code{initial_command_loop()}, called from @code{main()}, sets up a
6185 catch for @code{top-level} when invoking @code{command_loop_2()},
6186 allowing functions to throw all the way to the top level if they really
6187 need to.  Before invoking @code{command_loop_2()},
6188 @code{initial_command_loop()} calls @code{top_level_1()}, which handles
6189 all of the startup stuff (creating the initial frame, handling the
6190 command-line options, loading the user's @file{.emacs} file, etc.).  The
6191 function that actually does this is in Lisp and is pointed to by the
6192 variable @code{top-level}; normally this function is
6193 @code{normal-top-level}.  @code{top_level_1()} is just an error-handling
6194 wrapper similar to @code{command_loop_2()}.  Note also that
6195 @code{initial_command_loop()} sets up a catch for @code{top-level} when
6196 invoking @code{top_level_1()}, just like when it invokes
6197 @code{command_loop_2()}.
6198
6199 @node Specifics of the Event Gathering Mechanism, Specifics About the Emacs Event, Main Loop, Events and the Event Loop
6200 @section Specifics of the Event Gathering Mechanism
6201
6202   Here is an approximate diagram of the collection processes
6203 at work in XEmacs, under TTY's (TTY's are simpler than X
6204 so we'll look at this first):
6205
6206 @noindent
6207 @example
6208  asynch.      asynch.    asynch.   asynch.             [Collectors in
6209 kbd events  kbd events   process   process                the OS]
6210       |         |         output    output
6211       |         |           |         |
6212       |         |           |         |      SIGINT,   [signal handlers
6213       |         |           |         |      SIGQUIT,     in XEmacs]
6214       V         V           V         V      SIGWINCH,
6215      file      file        file      file    SIGALRM
6216      desc.     desc.       desc.     desc.     |
6217      (TTY)     (TTY)       (pipe)    (pipe)    |
6218       |          |          |         |      fake    timeouts
6219       |          |          |         |      file        |
6220       |          |          |         |      desc.       |
6221       |          |          |         |      (pipe)      |
6222       |          |          |         |        |         |
6223       |          |          |         |        |         |
6224       |          |          |         |        |         |
6225       V          V          V         V        V         V
6226       ------>-----------<----------------<----------------
6227                   |
6228                   |
6229                   | [collected using select() in emacs_tty_next_event()
6230                   |  and converted to the appropriate Emacs event]
6231                   |
6232                   |
6233                   V          (above this line is TTY-specific)
6234                 Emacs -----------------------------------------------
6235                 event (below this line is the generic event mechanism)
6236                   |
6237                   |
6238 was there     if not, call
6239 a SIGINT?  emacs_tty_next_event()
6240     |             |
6241     |             |
6242     |             |
6243     V             V
6244     --->------<----
6245            |
6246            |     [collected in event_stream_next_event();
6247            |      SIGINT is converted using maybe_read_quit_event()]
6248            V
6249          Emacs
6250          event
6251            |
6252            \---->------>----- maybe_kbd_translate() ---->---\
6253                                                             |
6254                                                             |
6255                                                             |
6256      command event queue                                    |
6257                                                if not from command
6258   (contains events that were                   event queue, call
6259   read earlier but not processed,              event_stream_next_event()
6260   typically when waiting in a                               |
6261   sit-for, sleep-for, etc. for                              |
6262  a particular event to be received)                         |
6263                |                                            |
6264                |                                            |
6265                V                                            V
6266                ---->------------------------------------<----
6267                                                |
6268                                                | [collected in
6269                                                |  next_event_internal()]
6270                                                |
6271  unread-     unread-       event from          |
6272  command-    command-       keyboard       else, call
6273  events      event           macro      next_event_internal()
6274    |           |               |               |
6275    |           |               |               |
6276    |           |               |               |
6277    V           V               V               V
6278    --------->----------------------<------------
6279                      |
6280                      |      [collected in `next-event', which may loop
6281                      |       more than once if the event it gets is on
6282                      |       a dead frame, device, etc.]
6283                      |
6284                      |
6285                      V
6286             feed into top-level event loop,
6287             which repeatedly calls `next-event'
6288             and then dispatches the event
6289             using `dispatch-event'
6290 @end example
6291
6292 Notice the separation between TTY-specific and generic event mechanism.
6293 When using the Xt-based event loop, the TTY-specific stuff is replaced
6294 but the rest stays the same.
6295
6296 It's also important to realize that only one different kind of
6297 system-specific event loop can be operating at a time, and must be able
6298 to receive all kinds of events simultaneously.  For the two existing
6299 event loops (implemented in @file{event-tty.c} and @file{event-Xt.c},
6300 respectively), the TTY event loop @emph{only} handles TTY consoles,
6301 while the Xt event loop handles @emph{both} TTY and X consoles.  This
6302 situation is different from all of the output handlers, where you simply
6303 have one per console type.
6304
6305   Here's the Xt Event Loop Diagram (notice that below a certain point,
6306 it's the same as the above diagram):
6307
6308 @example
6309 asynch. asynch. asynch. asynch.                 [Collectors in
6310  kbd     kbd    process process                    the OS]
6311 events  events  output  output
6312   |       |       |       |
6313   |       |       |       |     asynch. asynch. [Collectors in the
6314   |       |       |       |       X        X     OS and X Window System]
6315   |       |       |       |     events  events
6316   |       |       |       |       |        |
6317   |       |       |       |       |        |
6318   |       |       |       |       |        |    SIGINT, [signal handlers
6319   |       |       |       |       |        |    SIGQUIT,   in XEmacs]
6320   |       |       |       |       |        |    SIGWINCH,
6321   |       |       |       |       |        |    SIGALRM
6322   |       |       |       |       |        |       |
6323   |       |       |       |       |        |       |
6324   |       |       |       |       |        |       |      timeouts
6325   |       |       |       |       |        |       |          |
6326   |       |       |       |       |        |       |          |
6327   |       |       |       |       |        |       V          |
6328   V       V       V       V       V        V      fake        |
6329  file    file    file    file    file     file    file        |
6330  desc.   desc.   desc.   desc.   desc.    desc.   desc.       |
6331  (TTY)   (TTY)   (pipe)  (pipe) (socket) (socket) (pipe)      |
6332   |       |       |       |       |        |       |          |
6333   |       |       |       |       |        |       |          |
6334   |       |       |       |       |        |       |          |
6335   V       V       V       V       V        V       V          V
6336   --->----------------------------------------<---------<------
6337        |              |               |
6338        |              |               |[collected using select() in
6339        |              |               | _XtWaitForSomething(), called
6340        |              |               | from XtAppProcessEvent(), called
6341        |              |               | in emacs_Xt_next_event();
6342        |              |               | dispatched to various callbacks]
6343        |              |               |
6344        |              |               |
6345   emacs_Xt_        p_s_callback(),    | [popup_selection_callback]
6346   event_handler()  x_u_v_s_callback(),| [x_update_vertical_scrollbar_
6347        |           x_u_h_s_callback(),|  callback]
6348        |           search_callback()  | [x_update_horizontal_scrollbar_
6349        |              |               |  callback]
6350        |              |               |
6351        |              |               |
6352   enqueue_Xt_       signal_special_   |
6353   dispatch_event()  Xt_user_event()   |
6354   [maybe multiple     |               |
6355    times, maybe 0     |               |
6356    times]             |               |
6357        |            enqueue_Xt_       |
6358        |            dispatch_event()  |
6359        |              |               |
6360        |              |               |
6361        V              V               |
6362        -->----------<--               |
6363               |                       |
6364               |                       |
6365            dispatch             Xt_what_callback()
6366            event                  sets flags
6367            queue                      |
6368               |                       |
6369               |                       |
6370               |                       |
6371               |                       |
6372               ---->-----------<--------
6373                    |
6374                    |
6375                    |     [collected and converted as appropriate in
6376                    |            emacs_Xt_next_event()]
6377                    |
6378                    |
6379                    V          (above this line is Xt-specific)
6380                  Emacs ------------------------------------------------
6381                  event (below this line is the generic event mechanism)
6382                    |
6383                    |
6384 was there      if not, call
6385 a SIGINT?   emacs_Xt_next_event()
6386     |              |
6387     |              |
6388     |              |
6389     V              V
6390     --->-------<----
6391            |
6392            |        [collected in event_stream_next_event();
6393            |         SIGINT is converted using maybe_read_quit_event()]
6394            V
6395          Emacs
6396          event
6397            |
6398            \---->------>----- maybe_kbd_translate() -->-----\
6399                                                             |
6400                                                             |
6401                                                             |
6402      command event queue                                    |
6403                                               if not from command
6404   (contains events that were                  event queue, call
6405   read earlier but not processed,             event_stream_next_event()
6406   typically when waiting in a                               |
6407   sit-for, sleep-for, etc. for                              |
6408  a particular event to be received)                         |
6409                |                                            |
6410                |                                            |
6411                V                                            V
6412                ---->----------------------------------<------
6413                                                |
6414                                                | [collected in
6415                                                |  next_event_internal()]
6416                                                |
6417  unread-     unread-       event from          |
6418  command-    command-       keyboard       else, call
6419  events      event           macro      next_event_internal()
6420    |           |               |               |
6421    |           |               |               |
6422    |           |               |               |
6423    V           V               V               V
6424    --------->----------------------<------------
6425                      |
6426                      |      [collected in `next-event', which may loop
6427                      |       more than once if the event it gets is on
6428                      |       a dead frame, device, etc.]
6429                      |
6430                      |
6431                      V
6432             feed into top-level event loop,
6433             which repeatedly calls `next-event'
6434             and then dispatches the event
6435             using `dispatch-event'
6436 @end example
6437
6438 @node Specifics About the Emacs Event, The Event Stream Callback Routines, Specifics of the Event Gathering Mechanism, Events and the Event Loop
6439 @section Specifics About the Emacs Event
6440
6441 @node The Event Stream Callback Routines, Other Event Loop Functions, Specifics About the Emacs Event, Events and the Event Loop
6442 @section The Event Stream Callback Routines
6443
6444 @node Other Event Loop Functions, Converting Events, The Event Stream Callback Routines, Events and the Event Loop
6445 @section Other Event Loop Functions
6446
6447   @code{detect_input_pending()} and @code{input-pending-p} look for
6448 input by calling @code{event_stream->event_pending_p} and looking in
6449 @code{[V]unread-command-event} and the @code{command_event_queue} (they
6450 do not check for an executing keyboard macro, though).
6451
6452   @code{discard-input} cancels any command events pending (and any
6453 keyboard macros currently executing), and puts the others onto the
6454 @code{command_event_queue}.  There is a comment about a ``race
6455 condition'', which is not a good sign.
6456
6457   @code{next-command-event} and @code{read-char} are higher-level
6458 interfaces to @code{next-event}.  @code{next-command-event} gets the
6459 next @dfn{command} event (i.e.  keypress, mouse event, menu selection,
6460 or scrollbar action), calling @code{dispatch-event} on any others.
6461 @code{read-char} calls @code{next-command-event} and uses
6462 @code{event_to_character()} to return the character equivalent.  With
6463 the right kind of input method support, it is possible for (read-char)
6464 to return a Kanji character.
6465
6466 @node Converting Events, Dispatching Events; The Command Builder, Other Event Loop Functions, Events and the Event Loop
6467 @section Converting Events
6468
6469   @code{character_to_event()}, @code{event_to_character()},
6470 @code{event-to-character}, and @code{character-to-event} convert between
6471 characters and keypress events corresponding to the characters.  If the
6472 event was not a keypress, @code{event_to_character()} returns -1 and
6473 @code{event-to-character} returns @code{nil}.  These functions convert
6474 between character representation and the split-up event representation
6475 (keysym plus mod keys).
6476
6477 @node Dispatching Events; The Command Builder,  , Converting Events, Events and the Event Loop
6478 @section Dispatching Events; The Command Builder
6479
6480 Not yet documented.
6481
6482 @node Evaluation; Stack Frames; Bindings, Symbols and Variables, Events and the Event Loop, Top
6483 @chapter Evaluation; Stack Frames; Bindings
6484
6485 @menu
6486 * Evaluation::
6487 * Dynamic Binding; The specbinding Stack; Unwind-Protects::
6488 * Simple Special Forms::
6489 * Catch and Throw::
6490 @end menu
6491
6492 @node Evaluation, Dynamic Binding; The specbinding Stack; Unwind-Protects, Evaluation; Stack Frames; Bindings, Evaluation; Stack Frames; Bindings
6493 @section Evaluation
6494
6495   @code{Feval()} evaluates the form (a Lisp object) that is passed to
6496 it.  Note that evaluation is only non-trivial for two types of objects:
6497 symbols and conses.  A symbol is evaluated simply by calling
6498 @code{symbol-value} on it and returning the value.
6499
6500   Evaluating a cons means calling a function.  First, @code{eval} checks
6501 to see if garbage-collection is necessary, and calls
6502 @code{garbage_collect_1()} if so.  It then increases the evaluation
6503 depth by 1 (@code{lisp_eval_depth}, which is always less than
6504 @code{max_lisp_eval_depth}) and adds an element to the linked list of
6505 @code{struct backtrace}'s (@code{backtrace_list}).  Each such structure
6506 contains a pointer to the function being called plus a list of the
6507 function's arguments.  Originally these values are stored unevalled, and
6508 as they are evaluated, the backtrace structure is updated.  Garbage
6509 collection pays attention to the objects pointed to in the backtrace
6510 structures (garbage collection might happen while a function is being
6511 called or while an argument is being evaluated, and there could easily
6512 be no other references to the arguments in the argument list; once an
6513 argument is evaluated, however, the unevalled version is not needed by
6514 eval, and so the backtrace structure is changed).
6515
6516 At this point, the function to be called is determined by looking at
6517 the car of the cons (if this is a symbol, its function definition is
6518 retrieved and the process repeated).  The function should then consist
6519 of either a @code{Lisp_Subr} (built-in function written in C), a
6520 @code{Lisp_Compiled_Function} object, or a cons whose car is one of the
6521 symbols @code{autoload}, @code{macro} or @code{lambda}.
6522
6523 If the function is a @code{Lisp_Subr}, the lisp object points to a
6524 @code{struct Lisp_Subr} (created by @code{DEFUN()}), which contains a
6525 pointer to the C function, a minimum and maximum number of arguments
6526 (or possibly the special constants @code{MANY} or @code{UNEVALLED}), a
6527 pointer to the symbol referring to that subr, and a couple of other
6528 things.  If the subr wants its arguments @code{UNEVALLED}, they are
6529 passed raw as a list.  Otherwise, an array of evaluated arguments is
6530 created and put into the backtrace structure, and either passed whole
6531 (@code{MANY}) or each argument is passed as a C argument.
6532
6533 If the function is a @code{Lisp_Compiled_Function},
6534 @code{funcall_compiled_function()} is called.  If the function is a
6535 lambda list, @code{funcall_lambda()} is called.  If the function is a
6536 macro, [..... fill in] is done.  If the function is an autoload,
6537 @code{do_autoload()} is called to load the definition and then eval
6538 starts over [explain this more].
6539
6540 When @code{Feval()} exits, the evaluation depth is reduced by one, the
6541 debugger is called if appropriate, and the current backtrace structure
6542 is removed from the list.
6543
6544 Both @code{funcall_compiled_function()} and @code{funcall_lambda()} need
6545 to go through the list of formal parameters to the function and bind
6546 them to the actual arguments, checking for @code{&rest} and
6547 @code{&optional} symbols in the formal parameters and making sure the
6548 number of actual arguments is correct.
6549 @code{funcall_compiled_function()} can do this a little more
6550 efficiently, since the formal parameter list can be checked for sanity
6551 when the compiled function object is created.
6552
6553 @code{funcall_lambda()} simply calls @code{Fprogn} to execute the code
6554 in the lambda list.
6555
6556 @code{funcall_compiled_function()} calls the real byte-code interpreter
6557 @code{execute_optimized_program()} on the byte-code instructions, which
6558 are converted into an internal form for faster execution.
6559
6560 When a compiled function is executed for the first time by
6561 @code{funcall_compiled_function()}, or during the dump phase of building
6562 XEmacs, the byte-code instructions are converted from a
6563 @code{Lisp_String} (which is inefficient to access, especially in the
6564 presence of MULE) into a @code{Lisp_Opaque} object containing an array
6565 of unsigned char, which can be directly executed by the byte-code
6566 interpreter.  At this time the byte code is also analyzed for validity
6567 and transformed into a more optimized form, so that
6568 @code{execute_optimized_program()} can really fly.
6569
6570 Here are some of the optimizations performed by the internal byte-code
6571 transformer:
6572 @enumerate
6573 @item
6574 References to the @code{constants} array are checked for out-of-range
6575 indices, so that the byte interpreter doesn't have to.
6576 @item
6577 References to the @code{constants} array that will be used as a Lisp
6578 variable are checked for being correct non-constant (i.e. not @code{t},
6579 @code{nil}, or @code{keywordp}) symbols, so that the byte interpreter
6580 doesn't have to.
6581 @item
6582 The maximum number of variable bindings in the byte-code is
6583 pre-computed, so that space on the @code{specpdl} stack can be
6584 pre-reserved once for the whole function execution.
6585 @item
6586 All byte-code jumps are relative to the current program counter instead
6587 of the start of the program, thereby saving a register.
6588 @item
6589 One-byte relative jumps are converted from the byte-code form of unsigned
6590 chars offset by 127 to machine-friendly signed chars.
6591 @end enumerate
6592
6593 Of course, this transformation of the @code{instructions} should not be
6594 visible to the user, so @code{Fcompiled_function_instructions()} needs
6595 to know how to convert the optimized opaque object back into a Lisp
6596 string that is identical to the original string from the @file{.elc}
6597 file.  (Actually, the resulting string may (rarely) contain slightly
6598 different, yet equivalent, byte code.)
6599
6600 @code{Ffuncall()} implements Lisp @code{funcall}.  @code{(funcall fun
6601 x1 x2 x3 ...)} is equivalent to @code{(eval (list fun (quote x1) (quote
6602 x2) (quote x3) ...))}.  @code{Ffuncall()} contains its own code to do
6603 the evaluation, however, and is very similar to @code{Feval()}.
6604
6605 From the performance point of view, it is worth knowing that most of the
6606 time in Lisp evaluation is spent executing @code{Lisp_Subr} and
6607 @code{Lisp_Compiled_Function} objects via @code{Ffuncall()} (not
6608 @code{Feval()}).
6609
6610 @code{Fapply()} implements Lisp @code{apply}, which is very similar to
6611 @code{funcall} except that if the last argument is a list, the result is the
6612 same as if each of the arguments in the list had been passed separately.
6613 @code{Fapply()} does some business to expand the last argument if it's a
6614 list, then calls @code{Ffuncall()} to do the work.
6615
6616 @code{apply1()}, @code{call0()}, @code{call1()}, @code{call2()}, and
6617 @code{call3()} call a function, passing it the argument(s) given (the
6618 arguments are given as separate C arguments rather than being passed as
6619 an array).  @code{apply1()} uses @code{Fapply()} while the others use
6620 @code{Ffuncall()} to do the real work.
6621
6622 @node Dynamic Binding; The specbinding Stack; Unwind-Protects, Simple Special Forms, Evaluation, Evaluation; Stack Frames; Bindings
6623 @section Dynamic Binding; The specbinding Stack; Unwind-Protects
6624
6625 @example
6626 struct specbinding
6627 @{
6628   Lisp_Object symbol;
6629   Lisp_Object old_value;
6630   Lisp_Object (*func) (Lisp_Object); /* for unwind-protect */
6631 @};
6632 @end example
6633
6634   @code{struct specbinding} is used for local-variable bindings and
6635 unwind-protects.  @code{specpdl} holds an array of @code{struct specbinding}'s,
6636 @code{specpdl_ptr} points to the beginning of the free bindings in the
6637 array, @code{specpdl_size} specifies the total number of binding slots
6638 in the array, and @code{max_specpdl_size} specifies the maximum number
6639 of bindings the array can be expanded to hold.  @code{grow_specpdl()}
6640 increases the size of the @code{specpdl} array, multiplying its size by
6641 2 but never exceeding @code{max_specpdl_size} (except that if this
6642 number is less than 400, it is first set to 400).
6643
6644   @code{specbind()} binds a symbol to a value and is used for local
6645 variables and @code{let} forms.  The symbol and its old value (which
6646 might be @code{Qunbound}, indicating no prior value) are recorded in the
6647 specpdl array, and @code{specpdl_size} is increased by 1.
6648
6649   @code{record_unwind_protect()} implements an @dfn{unwind-protect},
6650 which, when placed around a section of code, ensures that some specified
6651 cleanup routine will be executed even if the code exits abnormally
6652 (e.g. through a @code{throw} or quit).  @code{record_unwind_protect()}
6653 simply adds a new specbinding to the @code{specpdl} array and stores the
6654 appropriate information in it.  The cleanup routine can either be a C
6655 function, which is stored in the @code{func} field, or a @code{progn}
6656 form, which is stored in the @code{old_value} field.
6657
6658   @code{unbind_to()} removes specbindings from the @code{specpdl} array
6659 until the specified position is reached.  Each specbinding can be one of
6660 three types:
6661
6662 @enumerate
6663 @item
6664 an unwind-protect with a C cleanup function (@code{func} is not 0, and
6665 @code{old_value} holds an argument to be passed to the function);
6666 @item
6667 an unwind-protect with a Lisp form (@code{func} is 0, @code{symbol}
6668 is @code{nil}, and @code{old_value} holds the form to be executed with
6669 @code{Fprogn()}); or
6670 @item
6671 a local-variable binding (@code{func} is 0, @code{symbol} is not
6672 @code{nil}, and @code{old_value} holds the old value, which is stored as
6673 the symbol's value).
6674 @end enumerate
6675
6676 @node Simple Special Forms, Catch and Throw, Dynamic Binding; The specbinding Stack; Unwind-Protects, Evaluation; Stack Frames; Bindings
6677 @section Simple Special Forms
6678
6679 @code{or}, @code{and}, @code{if}, @code{cond}, @code{progn},
6680 @code{prog1}, @code{prog2}, @code{setq}, @code{quote}, @code{function},
6681 @code{let*}, @code{let}, @code{while}
6682
6683 All of these are very simple and work as expected, calling
6684 @code{Feval()} or @code{Fprogn()} as necessary and (in the case of
6685 @code{let} and @code{let*}) using @code{specbind()} to create bindings
6686 and @code{unbind_to()} to undo the bindings when finished.
6687
6688 Note that, with the exception of @code{Fprogn}, these functions are
6689 typically called in real life only in interpreted code, since the byte
6690 compiler knows how to convert calls to these functions directly into
6691 byte code.
6692
6693 @node Catch and Throw,  , Simple Special Forms, Evaluation; Stack Frames; Bindings
6694 @section Catch and Throw
6695
6696 @example
6697 struct catchtag
6698 @{
6699   Lisp_Object tag;
6700   Lisp_Object val;
6701   struct catchtag *next;
6702   struct gcpro *gcpro;
6703   jmp_buf jmp;
6704   struct backtrace *backlist;
6705   int lisp_eval_depth;
6706   int pdlcount;
6707 @};
6708 @end example
6709
6710   @code{catch} is a Lisp function that places a catch around a body of
6711 code.  A catch is a means of non-local exit from the code.  When a catch
6712 is created, a tag is specified, and executing a @code{throw} to this tag
6713 will exit from the body of code caught with this tag, and its value will
6714 be the value given in the call to @code{throw}.  If there is no such
6715 call, the code will be executed normally.
6716
6717   Information pertaining to a catch is held in a @code{struct catchtag},
6718 which is placed at the head of a linked list pointed to by
6719 @code{catchlist}.  @code{internal_catch()} is passed a C function to
6720 call (@code{Fprogn()} when Lisp @code{catch} is called) and arguments to
6721 give it, and places a catch around the function.  Each @code{struct
6722 catchtag} is held in the stack frame of the @code{internal_catch()}
6723 instance that created the catch.
6724
6725   @code{internal_catch()} is fairly straightforward.  It stores into the
6726 @code{struct catchtag} the tag name and the current values of
6727 @code{backtrace_list}, @code{lisp_eval_depth}, @code{gcprolist}, and the
6728 offset into the @code{specpdl} array, sets a jump point with @code{_setjmp()}
6729 (storing the jump point into the @code{struct catchtag}), and calls the
6730 function.  Control will return to @code{internal_catch()} either when
6731 the function exits normally or through a @code{_longjmp()} to this jump
6732 point.  In the latter case, @code{throw} will store the value to be
6733 returned into the @code{struct catchtag} before jumping.  When it's
6734 done, @code{internal_catch()} removes the @code{struct catchtag} from
6735 the catchlist and returns the proper value.
6736
6737   @code{Fthrow()} goes up through the catchlist until it finds one with
6738 a matching tag.  It then calls @code{unbind_catch()} to restore
6739 everything to what it was when the appropriate catch was set, stores the
6740 return value in the @code{struct catchtag}, and jumps (with
6741 @code{_longjmp()}) to its jump point.
6742
6743   @code{unbind_catch()} removes all catches from the catchlist until it
6744 finds the correct one.  Some of the catches might have been placed for
6745 error-trapping, and if so, the appropriate entries on the handlerlist
6746 must be removed (see ``errors'').  @code{unbind_catch()} also restores
6747 the values of @code{gcprolist}, @code{backtrace_list}, and
6748 @code{lisp_eval}, and calls @code{unbind_to()} to undo any specbindings
6749 created since the catch.
6750
6751
6752 @node Symbols and Variables, Buffers and Textual Representation, Evaluation; Stack Frames; Bindings, Top
6753 @chapter Symbols and Variables
6754
6755 @menu
6756 * Introduction to Symbols::
6757 * Obarrays::
6758 * Symbol Values::
6759 @end menu
6760
6761 @node Introduction to Symbols, Obarrays, Symbols and Variables, Symbols and Variables
6762 @section Introduction to Symbols
6763
6764   A symbol is basically just an object with four fields: a name (a
6765 string), a value (some Lisp object), a function (some Lisp object), and
6766 a property list (usually a list of alternating keyword/value pairs).
6767 What makes symbols special is that there is usually only one symbol with
6768 a given name, and the symbol is referred to by name.  This makes a
6769 symbol a convenient way of calling up data by name, i.e. of implementing
6770 variables. (The variable's value is stored in the @dfn{value slot}.)
6771 Similarly, functions are referenced by name, and the definition of the
6772 function is stored in a symbol's @dfn{function slot}.  This means that
6773 there can be a distinct function and variable with the same name.  The
6774 property list is used as a more general mechanism of associating
6775 additional values with particular names, and once again the namespace is
6776 independent of the function and variable namespaces.
6777
6778 @node Obarrays, Symbol Values, Introduction to Symbols, Symbols and Variables
6779 @section Obarrays
6780
6781   The identity of symbols with their names is accomplished through a
6782 structure called an obarray, which is just a poorly-implemented hash
6783 table mapping from strings to symbols whose name is that string. (I say
6784 ``poorly implemented'' because an obarray appears in Lisp as a vector
6785 with some hidden fields rather than as its own opaque type.  This is an
6786 Emacs Lisp artifact that should be fixed.)
6787
6788   Obarrays are implemented as a vector of some fixed size (which should
6789 be a prime for best results), where each ``bucket'' of the vector
6790 contains one or more symbols, threaded through a hidden @code{next}
6791 field in the symbol.  Lookup of a symbol in an obarray, and adding a
6792 symbol to an obarray, is accomplished through standard hash-table
6793 techniques.
6794
6795   The standard Lisp function for working with symbols and obarrays is
6796 @code{intern}.  This looks up a symbol in an obarray given its name; if
6797 it's not found, a new symbol is automatically created with the specified
6798 name, added to the obarray, and returned.  This is what happens when the
6799 Lisp reader encounters a symbol (or more precisely, encounters the name
6800 of a symbol) in some text that it is reading.  There is a standard
6801 obarray called @code{obarray} that is used for this purpose, although
6802 the Lisp programmer is free to create his own obarrays and @code{intern}
6803 symbols in them.
6804
6805   Note that, once a symbol is in an obarray, it stays there until
6806 something is done about it, and the standard obarray @code{obarray}
6807 always stays around, so once you use any particular variable name, a
6808 corresponding symbol will stay around in @code{obarray} until you exit
6809 XEmacs.
6810
6811   Note that @code{obarray} itself is a variable, and as such there is a
6812 symbol in @code{obarray} whose name is @code{"obarray"} and which
6813 contains @code{obarray} as its value.
6814
6815   Note also that this call to @code{intern} occurs only when in the Lisp
6816 reader, not when the code is executed (at which point the symbol is
6817 already around, stored as such in the definition of the function).
6818
6819   You can create your own obarray using @code{make-vector} (this is
6820 horrible but is an artifact) and intern symbols into that obarray.
6821 Doing that will result in two or more symbols with the same name.
6822 However, at most one of these symbols is in the standard @code{obarray}:
6823 You cannot have two symbols of the same name in any particular obarray.
6824 Note that you cannot add a symbol to an obarray in any fashion other
6825 than using @code{intern}: i.e. you can't take an existing symbol and put
6826 it in an existing obarray.  Nor can you change the name of an existing
6827 symbol. (Since obarrays are vectors, you can violate the consistency of
6828 things by storing directly into the vector, but let's ignore that
6829 possibility.)
6830
6831   Usually symbols are created by @code{intern}, but if you really want,
6832 you can explicitly create a symbol using @code{make-symbol}, giving it
6833 some name.  The resulting symbol is not in any obarray (i.e. it is
6834 @dfn{uninterned}), and you can't add it to any obarray.  Therefore its
6835 primary purpose is as a symbol to use in macros to avoid namespace
6836 pollution.  It can also be used as a carrier of information, but cons
6837 cells could probably be used just as well.
6838
6839   You can also use @code{intern-soft} to look up a symbol but not create
6840 a new one, and @code{unintern} to remove a symbol from an obarray.  This
6841 returns the removed symbol. (Remember: You can't put the symbol back
6842 into any obarray.) Finally, @code{mapatoms} maps over all of the symbols
6843 in an obarray.
6844
6845 @node Symbol Values,  , Obarrays, Symbols and Variables
6846 @section Symbol Values
6847
6848   The value field of a symbol normally contains a Lisp object.  However,
6849 a symbol can be @dfn{unbound}, meaning that it logically has no value.
6850 This is internally indicated by storing a special Lisp object, called
6851 @dfn{the unbound marker} and stored in the global variable
6852 @code{Qunbound}.  The unbound marker is of a special Lisp object type
6853 called @dfn{symbol-value-magic}.  It is impossible for the Lisp
6854 programmer to directly create or access any object of this type.
6855
6856   @strong{You must not let any ``symbol-value-magic'' object escape to
6857 the Lisp level.}  Printing any of these objects will cause the message
6858 @samp{INTERNAL EMACS BUG} to appear as part of the print representation.
6859 (You may see this normally when you call @code{debug_print()} from the
6860 debugger on a Lisp object.) If you let one of these objects escape to
6861 the Lisp level, you will violate a number of assumptions contained in
6862 the C code and make the unbound marker not function right.
6863
6864   When a symbol is created, its value field (and function field) are set
6865 to @code{Qunbound}.  The Lisp programmer can restore these conditions
6866 later using @code{makunbound} or @code{fmakunbound}, and can query to
6867 see whether the value of function fields are @dfn{bound} (i.e. have a
6868 value other than @code{Qunbound}) using @code{boundp} and
6869 @code{fboundp}.  The fields are set to a normal Lisp object using
6870 @code{set} (or @code{setq}) and @code{fset}.
6871
6872   Other symbol-value-magic objects are used as special markers to
6873 indicate variables that have non-normal properties.  This includes any
6874 variables that are tied into C variables (setting the variable magically
6875 sets some global variable in the C code, and likewise for retrieving the
6876 variable's value), variables that magically tie into slots in the
6877 current buffer, variables that are buffer-local, etc.  The
6878 symbol-value-magic object is stored in the value cell in place of
6879 a normal object, and the code to retrieve a symbol's value
6880 (i.e. @code{symbol-value}) knows how to do special things with them.
6881 This means that you should not just fetch the value cell directly if you
6882 want a symbol's value.
6883
6884   The exact workings of this are rather complex and involved and are
6885 well-documented in comments in @file{buffer.c}, @file{symbols.c}, and
6886 @file{lisp.h}.
6887
6888 @node Buffers and Textual Representation, MULE Character Sets and Encodings, Symbols and Variables, Top
6889 @chapter Buffers and Textual Representation
6890
6891 @menu
6892 * Introduction to Buffers::     A buffer holds a block of text such as a file.
6893 * The Text in a Buffer::        Representation of the text in a buffer.
6894 * Buffer Lists::                Keeping track of all buffers.
6895 * Markers and Extents::         Tagging locations within a buffer.
6896 * Bufbytes and Emchars::        Representation of individual characters.
6897 * The Buffer Object::           The Lisp object corresponding to a buffer.
6898 @end menu
6899
6900 @node Introduction to Buffers, The Text in a Buffer, Buffers and Textual Representation, Buffers and Textual Representation
6901 @section Introduction to Buffers
6902
6903   A buffer is logically just a Lisp object that holds some text.
6904 In this, it is like a string, but a buffer is optimized for
6905 frequent insertion and deletion, while a string is not.  Furthermore:
6906
6907 @enumerate
6908 @item
6909 Buffers are @dfn{permanent} objects, i.e. once you create them, they
6910 remain around, and need to be explicitly deleted before they go away.
6911 @item
6912 Each buffer has a unique name, which is a string.  Buffers are
6913 normally referred to by name.  In this respect, they are like
6914 symbols.
6915 @item
6916 Buffers have a default insertion position, called @dfn{point}.
6917 Inserting text (unless you explicitly give a position) goes at point,
6918 and moves point forward past the text.  This is what is going on when
6919 you type text into Emacs.
6920 @item
6921 Buffers have lots of extra properties associated with them.
6922 @item
6923 Buffers can be @dfn{displayed}.  What this means is that there
6924 exist a number of @dfn{windows}, which are objects that correspond
6925 to some visible section of your display, and each window has
6926 an associated buffer, and the current contents of the buffer
6927 are shown in that section of the display.  The redisplay mechanism
6928 (which takes care of doing this) knows how to look at the
6929 text of a buffer and come up with some reasonable way of displaying
6930 this.  Many of the properties of a buffer control how the
6931 buffer's text is displayed.
6932 @item
6933 One buffer is distinguished and called the @dfn{current buffer}.  It is
6934 stored in the variable @code{current_buffer}.  Buffer operations operate
6935 on this buffer by default.  When you are typing text into a buffer, the
6936 buffer you are typing into is always @code{current_buffer}.  Switching
6937 to a different window changes the current buffer.  Note that Lisp code
6938 can temporarily change the current buffer using @code{set-buffer} (often
6939 enclosed in a @code{save-excursion} so that the former current buffer
6940 gets restored when the code is finished).  However, calling
6941 @code{set-buffer} will NOT cause a permanent change in the current
6942 buffer.  The reason for this is that the top-level event loop sets
6943 @code{current_buffer} to the buffer of the selected window, each time
6944 it finishes executing a user command.
6945 @end enumerate
6946
6947   Make sure you understand the distinction between @dfn{current buffer}
6948 and @dfn{buffer of the selected window}, and the distinction between
6949 @dfn{point} of the current buffer and @dfn{window-point} of the selected
6950 window. (This latter distinction is explained in detail in the section
6951 on windows.)
6952
6953 @node The Text in a Buffer, Buffer Lists, Introduction to Buffers, Buffers and Textual Representation
6954 @section The Text in a Buffer
6955
6956   The text in a buffer consists of a sequence of zero or more
6957 characters.  A @dfn{character} is an integer that logically represents
6958 a letter, number, space, or other unit of text.  Most of the characters
6959 that you will typically encounter belong to the ASCII set of characters,
6960 but there are also characters for various sorts of accented letters,
6961 special symbols, Chinese and Japanese ideograms (i.e. Kanji, Katakana,
6962 etc.), Cyrillic and Greek letters, etc.  The actual number of possible
6963 characters is quite large.
6964
6965   For now, we can view a character as some non-negative integer that
6966 has some shape that defines how it typically appears (e.g. as an
6967 uppercase A). (The exact way in which a character appears depends on the
6968 font used to display the character.) The internal type of characters in
6969 the C code is an @code{Emchar}; this is just an @code{int}, but using a
6970 symbolic type makes the code clearer.
6971
6972   Between every character in a buffer is a @dfn{buffer position} or
6973 @dfn{character position}.  We can speak of the character before or after
6974 a particular buffer position, and when you insert a character at a
6975 particular position, all characters after that position end up at new
6976 positions.  When we speak of the character @dfn{at} a position, we
6977 really mean the character after the position.  (This schizophrenia
6978 between a buffer position being ``between'' a character and ``on'' a
6979 character is rampant in Emacs.)
6980
6981   Buffer positions are numbered starting at 1.  This means that
6982 position 1 is before the first character, and position 0 is not
6983 valid.  If there are N characters in a buffer, then buffer
6984 position N+1 is after the last one, and position N+2 is not valid.
6985
6986   The internal makeup of the Emchar integer varies depending on whether
6987 we have compiled with MULE support.  If not, the Emchar integer is an
6988 8-bit integer with possible values from 0 - 255.  0 - 127 are the
6989 standard ASCII characters, while 128 - 255 are the characters from the
6990 ISO-8859-1 character set.  If we have compiled with MULE support, an
6991 Emchar is a 19-bit integer, with the various bits having meanings
6992 according to a complex scheme that will be detailed later.  The
6993 characters numbered 0 - 255 still have the same meanings as for the
6994 non-MULE case, though.
6995
6996   Internally, the text in a buffer is represented in a fairly simple
6997 fashion: as a contiguous array of bytes, with a @dfn{gap} of some size
6998 in the middle.  Although the gap is of some substantial size in bytes,
6999 there is no text contained within it: From the perspective of the text
7000 in the buffer, it does not exist.  The gap logically sits at some buffer
7001 position, between two characters (or possibly at the beginning or end of
7002 the buffer).  Insertion of text in a buffer at a particular position is
7003 always accomplished by first moving the gap to that position
7004 (i.e. through some block moving of text), then writing the text into the
7005 beginning of the gap, thereby shrinking the gap.  If the gap shrinks
7006 down to nothing, a new gap is created. (What actually happens is that a
7007 new gap is ``created'' at the end of the buffer's text, which requires
7008 nothing more than changing a couple of indices; then the gap is
7009 ``moved'' to the position where the insertion needs to take place by
7010 moving up in memory all the text after that position.)  Similarly,
7011 deletion occurs by moving the gap to the place where the text is to be
7012 deleted, and then simply expanding the gap to include the deleted text.
7013 (@dfn{Expanding} and @dfn{shrinking} the gap as just described means
7014 just that the internal indices that keep track of where the gap is
7015 located are changed.)
7016
7017   Note that the total amount of memory allocated for a buffer text never
7018 decreases while the buffer is live.  Therefore, if you load up a
7019 20-megabyte file and then delete all but one character, there will be a
7020 20-megabyte gap, which won't get any smaller (except by inserting
7021 characters back again).  Once the buffer is killed, the memory allocated
7022 for the buffer text will be freed, but it will still be sitting on the
7023 heap, taking up virtual memory, and will not be released back to the
7024 operating system. (However, if you have compiled XEmacs with rel-alloc,
7025 the situation is different.  In this case, the space @emph{will} be
7026 released back to the operating system.  However, this tends to result in a
7027 noticeable speed penalty.)
7028
7029   Astute readers may notice that the text in a buffer is represented as
7030 an array of @emph{bytes}, while (at least in the MULE case) an Emchar is
7031 a 19-bit integer, which clearly cannot fit in a byte.  This means (of
7032 course) that the text in a buffer uses a different representation from
7033 an Emchar: specifically, the 19-bit Emchar becomes a series of one to
7034 four bytes.  The conversion between these two representations is complex
7035 and will be described later.
7036
7037   In the non-MULE case, everything is very simple: An Emchar
7038 is an 8-bit value, which fits neatly into one byte.
7039
7040   If we are given a buffer position and want to retrieve the
7041 character at that position, we need to follow these steps:
7042
7043 @enumerate
7044 @item
7045 Pretend there's no gap, and convert the buffer position into a @dfn{byte
7046 index} that indexes to the appropriate byte in the buffer's stream of
7047 textual bytes.  By convention, byte indices begin at 1, just like buffer
7048 positions.  In the non-MULE case, byte indices and buffer positions are
7049 identical, since one character equals one byte.
7050 @item
7051 Convert the byte index into a @dfn{memory index}, which takes the gap
7052 into account.  The memory index is a direct index into the block of
7053 memory that stores the text of a buffer.  This basically just involves
7054 checking to see if the byte index is past the gap, and if so, adding the
7055 size of the gap to it.  By convention, memory indices begin at 1, just
7056 like buffer positions and byte indices, and when referring to the
7057 position that is @dfn{at} the gap, we always use the memory position at
7058 the @emph{beginning}, not at the end, of the gap.
7059 @item
7060 Fetch the appropriate bytes at the determined memory position.
7061 @item
7062 Convert these bytes into an Emchar.
7063 @end enumerate
7064
7065   In the non-Mule case, (3) and (4) boil down to a simple one-byte
7066 memory access.
7067
7068   Note that we have defined three types of positions in a buffer:
7069
7070 @enumerate
7071 @item
7072 @dfn{buffer positions} or @dfn{character positions}, typedef @code{Bufpos}
7073 @item
7074 @dfn{byte indices}, typedef @code{Bytind}
7075 @item
7076 @dfn{memory indices}, typedef @code{Memind}
7077 @end enumerate
7078
7079   All three typedefs are just @code{int}s, but defining them this way makes
7080 things a lot clearer.
7081
7082   Most code works with buffer positions.  In particular, all Lisp code
7083 that refers to text in a buffer uses buffer positions.  Lisp code does
7084 not know that byte indices or memory indices exist.
7085
7086   Finally, we have a typedef for the bytes in a buffer.  This is a
7087 @code{Bufbyte}, which is an unsigned char.  Referring to them as
7088 Bufbytes underscores the fact that we are working with a string of bytes
7089 in the internal Emacs buffer representation rather than in one of a
7090 number of possible alternative representations (e.g. EUC-encoded text,
7091 etc.).
7092
7093 @node Buffer Lists, Markers and Extents, The Text in a Buffer, Buffers and Textual Representation
7094 @section Buffer Lists
7095
7096   Recall earlier that buffers are @dfn{permanent} objects, i.e.  that
7097 they remain around until explicitly deleted.  This entails that there is
7098 a list of all the buffers in existence.  This list is actually an
7099 assoc-list (mapping from the buffer's name to the buffer) and is stored
7100 in the global variable @code{Vbuffer_alist}.
7101
7102   The order of the buffers in the list is important: the buffers are
7103 ordered approximately from most-recently-used to least-recently-used.
7104 Switching to a buffer using @code{switch-to-buffer},
7105 @code{pop-to-buffer}, etc. and switching windows using
7106 @code{other-window}, etc.  usually brings the new current buffer to the
7107 front of the list.  @code{switch-to-buffer}, @code{other-buffer},
7108 etc. look at the beginning of the list to find an alternative buffer to
7109 suggest.  You can also explicitly move a buffer to the end of the list
7110 using @code{bury-buffer}.
7111
7112   In addition to the global ordering in @code{Vbuffer_alist}, each frame
7113 has its own ordering of the list.  These lists always contain the same
7114 elements as in @code{Vbuffer_alist} although possibly in a different
7115 order.  @code{buffer-list} normally returns the list for the selected
7116 frame.  This allows you to work in separate frames without things
7117 interfering with each other.
7118
7119   The standard way to look up a buffer given a name is
7120 @code{get-buffer}, and the standard way to create a new buffer is
7121 @code{get-buffer-create}, which looks up a buffer with a given name,
7122 creating a new one if necessary.  These operations correspond exactly
7123 with the symbol operations @code{intern-soft} and @code{intern},
7124 respectively.  You can also force a new buffer to be created using
7125 @code{generate-new-buffer}, which takes a name and (if necessary) makes
7126 a unique name from this by appending a number, and then creates the
7127 buffer.  This is basically like the symbol operation @code{gensym}.
7128
7129 @node Markers and Extents, Bufbytes and Emchars, Buffer Lists, Buffers and Textual Representation
7130 @section Markers and Extents
7131
7132   Among the things associated with a buffer are things that are
7133 logically attached to certain buffer positions.  This can be used to
7134 keep track of a buffer position when text is inserted and deleted, so
7135 that it remains at the same spot relative to the text around it; to
7136 assign properties to particular sections of text; etc.  There are two
7137 such objects that are useful in this regard: they are @dfn{markers} and
7138 @dfn{extents}.
7139
7140   A @dfn{marker} is simply a flag placed at a particular buffer
7141 position, which is moved around as text is inserted and deleted.
7142 Markers are used for all sorts of purposes, such as the @code{mark} that
7143 is the other end of textual regions to be cut, copied, etc.
7144
7145   An @dfn{extent} is similar to two markers plus some associated
7146 properties, and is used to keep track of regions in a buffer as text is
7147 inserted and deleted, and to add properties (e.g. fonts) to particular
7148 regions of text.  The external interface of extents is explained
7149 elsewhere.
7150
7151   The important thing here is that markers and extents simply contain
7152 buffer positions in them as integers, and every time text is inserted or
7153 deleted, these positions must be updated.  In order to minimize the
7154 amount of shuffling that needs to be done, the positions in markers and
7155 extents (there's one per marker, two per extent) are stored in Meminds.
7156 This means that they only need to be moved when the text is physically
7157 moved in memory; since the gap structure tries to minimize this, it also
7158 minimizes the number of marker and extent indices that need to be
7159 adjusted.  Look in @file{insdel.c} for the details of how this works.
7160
7161   One other important distinction is that markers are @dfn{temporary}
7162 while extents are @dfn{permanent}.  This means that markers disappear as
7163 soon as there are no more pointers to them, and correspondingly, there
7164 is no way to determine what markers are in a buffer if you are just
7165 given the buffer.  Extents remain in a buffer until they are detached
7166 (which could happen as a result of text being deleted) or the buffer is
7167 deleted, and primitives do exist to enumerate the extents in a buffer.
7168
7169 @node Bufbytes and Emchars, The Buffer Object, Markers and Extents, Buffers and Textual Representation
7170 @section Bufbytes and Emchars
7171
7172   Not yet documented.
7173
7174 @node The Buffer Object,  , Bufbytes and Emchars, Buffers and Textual Representation
7175 @section The Buffer Object
7176
7177   Buffers contain fields not directly accessible by the Lisp programmer.
7178 We describe them here, naming them by the names used in the C code.
7179 Many are accessible indirectly in Lisp programs via Lisp primitives.
7180
7181 @table @code
7182 @item name
7183 The buffer name is a string that names the buffer.  It is guaranteed to
7184 be unique.  @xref{Buffer Names,,, lispref, XEmacs Lisp Reference
7185 Manual}.
7186
7187 @item save_modified
7188 This field contains the time when the buffer was last saved, as an
7189 integer.  @xref{Buffer Modification,,, lispref, XEmacs Lisp Reference
7190 Manual}.
7191
7192 @item modtime
7193 This field contains the modification time of the visited file.  It is
7194 set when the file is written or read.  Every time the buffer is written
7195 to the file, this field is compared to the modification time of the
7196 file.  @xref{Buffer Modification,,, lispref, XEmacs Lisp Reference
7197 Manual}.
7198
7199 @item auto_save_modified
7200 This field contains the time when the buffer was last auto-saved.
7201
7202 @item last_window_start
7203 This field contains the @code{window-start} position in the buffer as of
7204 the last time the buffer was displayed in a window.
7205
7206 @item undo_list
7207 This field points to the buffer's undo list.  @xref{Undo,,, lispref,
7208 XEmacs Lisp Reference Manual}.
7209
7210 @item syntax_table_v
7211 This field contains the syntax table for the buffer.  @xref{Syntax
7212 Tables,,, lispref, XEmacs Lisp Reference Manual}.
7213
7214 @item downcase_table
7215 This field contains the conversion table for converting text to lower
7216 case.  @xref{Case Tables,,, lispref, XEmacs Lisp Reference Manual}.
7217
7218 @item upcase_table
7219 This field contains the conversion table for converting text to upper
7220 case.  @xref{Case Tables,,, lispref, XEmacs Lisp Reference Manual}.
7221
7222 @item case_canon_table
7223 This field contains the conversion table for canonicalizing text for
7224 case-folding search.  @xref{Case Tables,,, lispref, XEmacs Lisp
7225 Reference Manual}.
7226
7227 @item case_eqv_table
7228 This field contains the equivalence table for case-folding search.
7229 @xref{Case Tables,,, lispref, XEmacs Lisp Reference Manual}.
7230
7231 @item display_table
7232 This field contains the buffer's display table, or @code{nil} if it
7233 doesn't have one.  @xref{Display Tables,,, lispref, XEmacs Lisp
7234 Reference Manual}.
7235
7236 @item markers
7237 This field contains the chain of all markers that currently point into
7238 the buffer.  Deletion of text in the buffer, and motion of the buffer's
7239 gap, must check each of these markers and perhaps update it.
7240 @xref{Markers,,, lispref, XEmacs Lisp Reference Manual}.
7241
7242 @item backed_up
7243 This field is a flag that tells whether a backup file has been made for
7244 the visited file of this buffer.
7245
7246 @item mark
7247 This field contains the mark for the buffer.  The mark is a marker,
7248 hence it is also included on the list @code{markers}.  @xref{The Mark,,,
7249 lispref, XEmacs Lisp Reference Manual}.
7250
7251 @item mark_active
7252 This field is non-@code{nil} if the buffer's mark is active.
7253
7254 @item local_var_alist
7255 This field contains the association list describing the variables local
7256 in this buffer, and their values, with the exception of local variables
7257 that have special slots in the buffer object.  (Those slots are omitted
7258 from this table.)  @xref{Buffer-Local Variables,,, lispref, XEmacs Lisp
7259 Reference Manual}.
7260
7261 @item modeline_format
7262 This field contains a Lisp object which controls how to display the mode
7263 line for this buffer.  @xref{Modeline Format,,, lispref, XEmacs Lisp
7264 Reference Manual}.
7265
7266 @item base_buffer
7267 This field holds the buffer's base buffer (if it is an indirect buffer),
7268 or @code{nil}.
7269 @end table
7270
7271 @node MULE Character Sets and Encodings, The Lisp Reader and Compiler, Buffers and Textual Representation, Top
7272 @chapter MULE Character Sets and Encodings
7273
7274   Recall that there are two primary ways that text is represented in
7275 XEmacs.  The @dfn{buffer} representation sees the text as a series of
7276 bytes (Bufbytes), with a variable number of bytes used per character.
7277 The @dfn{character} representation sees the text as a series of integers
7278 (Emchars), one per character.  The character representation is a cleaner
7279 representation from a theoretical standpoint, and is thus used in many
7280 cases when lots of manipulations on a string need to be done.  However,
7281 the buffer representation is the standard representation used in both
7282 Lisp strings and buffers, and because of this, it is the ``default''
7283 representation that text comes in.  The reason for using this
7284 representation is that it's compact and is compatible with ASCII.
7285
7286 @menu
7287 * Character Sets::
7288 * Encodings::
7289 * Internal Mule Encodings::
7290 * CCL::
7291 @end menu
7292
7293 @node Character Sets, Encodings, MULE Character Sets and Encodings, MULE Character Sets and Encodings
7294 @section Character Sets
7295
7296   A character set (or @dfn{charset}) is an ordered set of characters.  A
7297 particular character in a charset is indexed using one or more
7298 @dfn{position codes}, which are non-negative integers.  The number of
7299 position codes needed to identify a particular character in a charset is
7300 called the @dfn{dimension} of the charset.  In XEmacs/Mule, all charsets
7301 have dimension 1 or 2, and the size of all charsets (except for a few
7302 special cases) is either 94, 96, 94 by 94, or 96 by 96.  The range of
7303 position codes used to index characters from any of these types of
7304 character sets is as follows:
7305
7306 @example
7307 Charset type            Position code 1         Position code 2
7308 ------------------------------------------------------------
7309 94                      33 - 126                N/A
7310 96                      32 - 127                N/A
7311 94x94                   33 - 126                33 - 126
7312 96x96                   32 - 127                32 - 127
7313 @end example
7314
7315   Note that in the above cases position codes do not start at an
7316 expected value such as 0 or 1.  The reason for this will become clear
7317 later.
7318
7319   For example, Latin-1 is a 96-character charset, and JISX0208 (the
7320 Japanese national character set) is a 94x94-character charset.
7321
7322   [Note that, although the ranges above define the @emph{valid} position
7323 codes for a charset, some of the slots in a particular charset may in
7324 fact be empty.  This is the case for JISX0208, for example, where (e.g.)
7325 all the slots whose first position code is in the range 118 - 127 are
7326 empty.]
7327
7328   There are three charsets that do not follow the above rules.  All of
7329 them have one dimension, and have ranges of position codes as follows:
7330
7331 @example
7332 Charset name            Position code 1
7333 ------------------------------------
7334 ASCII                   0 - 127
7335 Control-1               0 - 31
7336 Composite               0 - some large number
7337 @end example
7338
7339   (The upper bound of the position code for composite characters has not
7340 yet been determined, but it will probably be at least 16,383).
7341
7342   ASCII is the union of two subsidiary character sets: Printing-ASCII
7343 (the printing ASCII character set, consisting of position codes 33 -
7344 126, like for a standard 94-character charset) and Control-ASCII (the
7345 non-printing characters that would appear in a binary file with codes 0
7346 - 32 and 127).
7347
7348   Control-1 contains the non-printing characters that would appear in a
7349 binary file with codes 128 - 159.
7350
7351   Composite contains characters that are generated by overstriking one
7352 or more characters from other charsets.
7353
7354   Note that some characters in ASCII, and all characters in Control-1,
7355 are @dfn{control} (non-printing) characters.  These have no printed
7356 representation but instead control some other function of the printing
7357 (e.g. TAB or 8 moves the current character position to the next tab
7358 stop).  All other characters in all charsets are @dfn{graphic}
7359 (printing) characters.
7360
7361   When a binary file is read in, the bytes in the file are assigned to
7362 character sets as follows:
7363
7364 @example
7365 Bytes           Character set           Range
7366 --------------------------------------------------
7367 0 - 127         ASCII                   0 - 127
7368 128 - 159       Control-1               0 - 31
7369 160 - 255       Latin-1                 32 - 127
7370 @end example
7371
7372   This is a bit ad-hoc but gets the job done.
7373
7374 @node Encodings, Internal Mule Encodings, Character Sets, MULE Character Sets and Encodings
7375 @section Encodings
7376
7377   An @dfn{encoding} is a way of numerically representing characters from
7378 one or more character sets.  If an encoding only encompasses one
7379 character set, then the position codes for the characters in that
7380 character set could be used directly.  This is not possible, however, if
7381 more than one character set is to be used in the encoding.
7382
7383   For example, the conversion detailed above between bytes in a binary
7384 file and characters is effectively an encoding that encompasses the
7385 three character sets ASCII, Control-1, and Latin-1 in a stream of 8-bit
7386 bytes.
7387
7388   Thus, an encoding can be viewed as a way of encoding characters from a
7389 specified group of character sets using a stream of bytes, each of which
7390 contains a fixed number of bits (but not necessarily 8, as in the common
7391 usage of ``byte'').
7392
7393   Here are descriptions of a couple of common
7394 encodings:
7395
7396 @menu
7397 * Japanese EUC (Extended Unix Code)::
7398 * JIS7::
7399 @end menu
7400
7401 @node Japanese EUC (Extended Unix Code), JIS7, Encodings, Encodings
7402 @subsection Japanese EUC (Extended Unix Code)
7403
7404 This encompasses the character sets Printing-ASCII, Japanese-JISX0201,
7405 and Japanese-JISX0208-Kana (half-width katakana, the right half of
7406 JISX0201).  It uses 8-bit bytes.
7407
7408 Note that Printing-ASCII and Japanese-JISX0201-Kana are 94-character
7409 charsets, while Japanese-JISX0208 is a 94x94-character charset.
7410
7411 The encoding is as follows:
7412
7413 @example
7414 Character set            Representation (PC=position-code)
7415 -------------            --------------
7416 Printing-ASCII           PC1
7417 Japanese-JISX0201-Kana   0x8E       | PC1 + 0x80
7418 Japanese-JISX0208        PC1 + 0x80 | PC2 + 0x80
7419 Japanese-JISX0212        PC1 + 0x80 | PC2 + 0x80
7420 @end example
7421
7422
7423 @node JIS7,  , Japanese EUC (Extended Unix Code), Encodings
7424 @subsection JIS7
7425
7426 This encompasses the character sets Printing-ASCII,
7427 Japanese-JISX0201-Roman (the left half of JISX0201; this character set
7428 is very similar to Printing-ASCII and is a 94-character charset),
7429 Japanese-JISX0208, and Japanese-JISX0201-Kana.  It uses 7-bit bytes.
7430
7431 Unlike Japanese EUC, this is a @dfn{modal} encoding, which
7432 means that there are multiple states that the encoding can
7433 be in, which affect how the bytes are to be interpreted.
7434 Special sequences of bytes (called @dfn{escape sequences})
7435 are used to change states.
7436
7437   The encoding is as follows:
7438
7439 @example
7440 Character set              Representation (PC=position-code)
7441 -------------              --------------
7442 Printing-ASCII             PC1
7443 Japanese-JISX0201-Roman    PC1
7444 Japanese-JISX0201-Kana     PC1
7445 Japanese-JISX0208          PC1 PC2
7446
7447
7448 Escape sequence   ASCII equivalent   Meaning
7449 ---------------   ----------------   -------
7450 0x1B 0x28 0x4A    ESC ( J            invoke Japanese-JISX0201-Roman
7451 0x1B 0x28 0x49    ESC ( I            invoke Japanese-JISX0201-Kana
7452 0x1B 0x24 0x42    ESC $ B            invoke Japanese-JISX0208
7453 0x1B 0x28 0x42    ESC ( B            invoke Printing-ASCII
7454 @end example
7455
7456   Initially, Printing-ASCII is invoked.
7457
7458 @node Internal Mule Encodings, CCL, Encodings, MULE Character Sets and Encodings
7459 @section Internal Mule Encodings
7460
7461 In XEmacs/Mule, each character set is assigned a unique number, called a
7462 @dfn{leading byte}.  This is used in the encodings of a character.
7463 Leading bytes are in the range 0x80 - 0xFF (except for ASCII, which has
7464 a leading byte of 0), although some leading bytes are reserved.
7465
7466 Charsets whose leading byte is in the range 0x80 - 0x9F are called
7467 @dfn{official} and are used for built-in charsets.  Other charsets are
7468 called @dfn{private} and have leading bytes in the range 0xA0 - 0xFF;
7469 these are user-defined charsets.
7470
7471   More specifically:
7472
7473 @example
7474 Character set           Leading byte
7475 -------------           ------------
7476 ASCII                   0
7477 Composite               0x80
7478 Dimension-1 Official    0x81 - 0x8D
7479                           (0x8E is free)
7480 Control-1               0x8F
7481 Dimension-2 Official    0x90 - 0x99
7482                           (0x9A - 0x9D are free;
7483                            0x9E and 0x9F are reserved)
7484 Dimension-1 Private     0xA0 - 0xEF
7485 Dimension-2 Private     0xF0 - 0xFF
7486 @end example
7487
7488 There are two internal encodings for characters in XEmacs/Mule.  One is
7489 called @dfn{string encoding} and is an 8-bit encoding that is used for
7490 representing characters in a buffer or string.  It uses 1 to 4 bytes per
7491 character.  The other is called @dfn{character encoding} and is a 19-bit
7492 encoding that is used for representing characters individually in a
7493 variable.
7494
7495 (In the following descriptions, we'll ignore composite characters for
7496 the moment.  We also give a general (structural) overview first,
7497 followed later by the exact details.)
7498
7499 @menu
7500 * Internal String Encoding::
7501 * Internal Character Encoding::
7502 @end menu
7503
7504 @node Internal String Encoding, Internal Character Encoding, Internal Mule Encodings, Internal Mule Encodings
7505 @subsection Internal String Encoding
7506
7507 ASCII characters are encoded using their position code directly.  Other
7508 characters are encoded using their leading byte followed by their
7509 position code(s) with the high bit set.  Characters in private character
7510 sets have their leading byte prefixed with a @dfn{leading byte prefix},
7511 which is either 0x9E or 0x9F. (No character sets are ever assigned these
7512 leading bytes.) Specifically:
7513
7514 @example
7515 Character set           Encoding (PC=position-code, LB=leading-byte)
7516 -------------           --------
7517 ASCII                   PC-1 |
7518 Control-1               LB   |  PC1 + 0xA0 |
7519 Dimension-1 official    LB   |  PC1 + 0x80 |
7520 Dimension-1 private     0x9E |  LB         | PC1 + 0x80 |
7521 Dimension-2 official    LB   |  PC1 + 0x80 | PC2 + 0x80 |
7522 Dimension-2 private     0x9F |  LB         | PC1 + 0x80 | PC2 + 0x80
7523 @end example
7524
7525   The basic characteristic of this encoding is that the first byte
7526 of all characters is in the range 0x00 - 0x9F, and the second and
7527 following bytes of all characters is in the range 0xA0 - 0xFF.
7528 This means that it is impossible to get out of sync, or more
7529 specifically:
7530
7531 @enumerate
7532 @item
7533 Given any byte position, the beginning of the character it is
7534 within can be determined in constant time.
7535 @item
7536 Given any byte position at the beginning of a character, the
7537 beginning of the next character can be determined in constant
7538 time.
7539 @item
7540 Given any byte position at the beginning of a character, the
7541 beginning of the previous character can be determined in constant
7542 time.
7543 @item
7544 Textual searches can simply treat encoded strings as if they
7545 were encoded in a one-byte-per-character fashion rather than
7546 the actual multi-byte encoding.
7547 @end enumerate
7548
7549   None of the standard non-modal encodings meet all of these
7550 conditions.  For example, EUC satisfies only (2) and (3), while
7551 Shift-JIS and Big5 (not yet described) satisfy only (2). (All
7552 non-modal encodings must satisfy (2), in order to be unambiguous.)
7553
7554 @node Internal Character Encoding,  , Internal String Encoding, Internal Mule Encodings
7555 @subsection Internal Character Encoding
7556
7557   One 19-bit word represents a single character.  The word is
7558 separated into three fields:
7559
7560 @example
7561 Bit number:     18 17 16 15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00
7562                 <------------> <------------------> <------------------>
7563 Field:                1                  2                    3
7564 @end example
7565
7566   Note that fields 2 and 3 hold 7 bits each, while field 1 holds 5 bits.
7567
7568 @example
7569 Character set           Field 1         Field 2         Field 3
7570 -------------           -------         -------         -------
7571 ASCII                      0               0              PC1
7572    range:                                                   (00 - 7F)
7573 Control-1                  0               1              PC1
7574    range:                                                   (00 - 1F)
7575 Dimension-1 official       0            LB - 0x80         PC1
7576    range:                                    (01 - 0D)      (20 - 7F)
7577 Dimension-1 private        0            LB - 0x80         PC1
7578    range:                                    (20 - 6F)      (20 - 7F)
7579 Dimension-2 official    LB - 0x8F         PC1             PC2
7580    range:                    (01 - 0A)       (20 - 7F)      (20 - 7F)
7581 Dimension-2 private     LB - 0xE1         PC1             PC2
7582    range:                    (0F - 1E)       (20 - 7F)      (20 - 7F)
7583 Composite                 0x1F             ?               ?
7584 @end example
7585
7586   Note that character codes 0 - 255 are the same as the ``binary encoding''
7587 described above.
7588
7589 @node CCL,  , Internal Mule Encodings, MULE Character Sets and Encodings
7590 @section CCL
7591
7592 @example
7593 CCL PROGRAM SYNTAX:
7594      CCL_PROGRAM := (CCL_MAIN_BLOCK
7595                      [ CCL_EOF_BLOCK ])
7596
7597      CCL_MAIN_BLOCK := CCL_BLOCK
7598      CCL_EOF_BLOCK := CCL_BLOCK
7599
7600      CCL_BLOCK := STATEMENT | (STATEMENT [STATEMENT ...])
7601      STATEMENT :=
7602              SET | IF | BRANCH | LOOP | REPEAT | BREAK
7603              | READ | WRITE
7604
7605      SET := (REG = EXPRESSION) | (REG SELF_OP EXPRESSION)
7606             | INT-OR-CHAR
7607
7608      EXPRESSION := ARG | (EXPRESSION OP ARG)
7609
7610      IF := (if EXPRESSION CCL_BLOCK CCL_BLOCK)
7611      BRANCH := (branch EXPRESSION CCL_BLOCK [CCL_BLOCK ...])
7612      LOOP := (loop STATEMENT [STATEMENT ...])
7613      BREAK := (break)
7614      REPEAT := (repeat)
7615              | (write-repeat [REG | INT-OR-CHAR | string])
7616              | (write-read-repeat REG [INT-OR-CHAR | string | ARRAY]?)
7617      READ := (read REG) | (read REG REG)
7618              | (read-if REG ARITH_OP ARG CCL_BLOCK CCL_BLOCK)
7619              | (read-branch REG CCL_BLOCK [CCL_BLOCK ...])
7620      WRITE := (write REG) | (write REG REG)
7621              | (write INT-OR-CHAR) | (write STRING) | STRING
7622              | (write REG ARRAY)
7623      END := (end)
7624
7625      REG := r0 | r1 | r2 | r3 | r4 | r5 | r6 | r7
7626      ARG := REG | INT-OR-CHAR
7627      OP :=   + | - | * | / | % | & | '|' | ^ | << | >> | <8 | >8 | //
7628              | < | > | == | <= | >= | !=
7629      SELF_OP :=
7630              += | -= | *= | /= | %= | &= | '|=' | ^= | <<= | >>=
7631      ARRAY := '[' INT-OR-CHAR ... ']'
7632      INT-OR-CHAR := INT | CHAR
7633
7634 MACHINE CODE:
7635
7636 The machine code consists of a vector of 32-bit words.
7637 The first such word specifies the start of the EOF section of the code;
7638 this is the code executed to handle any stuff that needs to be done
7639 (e.g. designating back to ASCII and left-to-right mode) after all
7640 other encoded/decoded data has been written out.  This is not used for
7641 charset CCL programs.
7642
7643 REGISTER: 0..7  -- referred by RRR or rrr
7644
7645 OPERATOR BIT FIELD (27-bit): XXXXXXXXXXXXXXX RRR TTTTT
7646         TTTTT (5-bit): operator type
7647         RRR (3-bit): register number
7648         XXXXXXXXXXXXXXXX (15-bit):
7649                 CCCCCCCCCCCCCCC: constant or address
7650                 000000000000rrr: register number
7651
7652 AAAA:   00000 +
7653         00001 -
7654         00010 *
7655         00011 /
7656         00100 %
7657         00101 &
7658         00110 |
7659         00111 ~
7660
7661         01000 <<
7662         01001 >>
7663         01010 <8
7664         01011 >8
7665         01100 //
7666         01101 not used
7667         01110 not used
7668         01111 not used
7669
7670         10000 <
7671         10001 >
7672         10010 ==
7673         10011 <=
7674         10100 >=
7675         10101 !=
7676
7677 OPERATORS:      TTTTT RRR XX..
7678
7679 SetCS:          00000 RRR C...C      RRR = C...C
7680 SetCL:          00001 RRR .....      RRR = c...c
7681                 c.............c
7682 SetR:           00010 RRR ..rrr      RRR = rrr
7683 SetA:           00011 RRR ..rrr      RRR = array[rrr]
7684                 C.............C      size of array = C...C
7685                 c.............c      contents = c...c
7686
7687 Jump:           00100 000 c...c      jump to c...c
7688 JumpCond:       00101 RRR c...c      if (!RRR) jump to c...c
7689 WriteJump:      00110 RRR c...c      Write1 RRR, jump to c...c
7690 WriteReadJump:  00111 RRR c...c      Write1, Read1 RRR, jump to c...c
7691 WriteCJump:     01000 000 c...c      Write1 C...C, jump to c...c
7692                 C...C
7693 WriteCReadJump: 01001 RRR c...c      Write1 C...C, Read1 RRR,
7694                 C.............C      and jump to c...c
7695 WriteSJump:     01010 000 c...c      WriteS, jump to c...c
7696                 C.............C
7697                 S.............S
7698                 ...
7699 WriteSReadJump: 01011 RRR c...c      WriteS, Read1 RRR, jump to c...c
7700                 C.............C
7701                 S.............S
7702                 ...
7703 WriteAReadJump: 01100 RRR c...c      WriteA, Read1 RRR, jump to c...c
7704                 C.............C      size of array = C...C
7705                 c.............c      contents = c...c
7706                 ...
7707 Branch:         01101 RRR C...C      if (RRR >= 0 && RRR < C..)
7708                 c.............c      branch to (RRR+1)th address
7709 Read1:          01110 RRR ...        read 1-byte to RRR
7710 Read2:          01111 RRR ..rrr      read 2-byte to RRR and rrr
7711 ReadBranch:     10000 RRR C...C      Read1 and Branch
7712                 c.............c
7713                 ...
7714 Write1:         10001 RRR .....      write 1-byte RRR
7715 Write2:         10010 RRR ..rrr      write 2-byte RRR and rrr
7716 WriteC:         10011 000 .....      write 1-char C...CC
7717                 C.............C
7718 WriteS:         10100 000 .....      write C..-byte of string
7719                 C.............C
7720                 S.............S
7721                 ...
7722 WriteA:         10101 RRR .....      write array[RRR]
7723                 C.............C      size of array = C...C
7724                 c.............c      contents = c...c
7725                 ...
7726 End:            10110 000 .....      terminate the execution
7727
7728 SetSelfCS:      10111 RRR C...C      RRR AAAAA= C...C
7729                 ..........AAAAA
7730 SetSelfCL:      11000 RRR .....      RRR AAAAA= c...c
7731                 c.............c
7732                 ..........AAAAA
7733 SetSelfR:       11001 RRR ..Rrr      RRR AAAAA= rrr
7734                 ..........AAAAA
7735 SetExprCL:      11010 RRR ..Rrr      RRR = rrr AAAAA c...c
7736                 c.............c
7737                 ..........AAAAA
7738 SetExprR:       11011 RRR ..rrr      RRR = rrr AAAAA Rrr
7739                 ............Rrr
7740                 ..........AAAAA
7741 JumpCondC:      11100 RRR c...c      if !(RRR AAAAA C..) jump to c...c
7742                 C.............C
7743                 ..........AAAAA
7744 JumpCondR:      11101 RRR c...c      if !(RRR AAAAA rrr) jump to c...c
7745                 ............rrr
7746                 ..........AAAAA
7747 ReadJumpCondC:  11110 RRR c...c      Read1 and JumpCondC
7748                 C.............C
7749                 ..........AAAAA
7750 ReadJumpCondR:  11111 RRR c...c      Read1 and JumpCondR
7751                 ............rrr
7752                 ..........AAAAA
7753 @end example
7754
7755 @node The Lisp Reader and Compiler, Lstreams, MULE Character Sets and Encodings, Top
7756 @chapter The Lisp Reader and Compiler
7757
7758 Not yet documented.
7759
7760 @node Lstreams, Consoles; Devices; Frames; Windows, The Lisp Reader and Compiler, Top
7761 @chapter Lstreams
7762
7763   An @dfn{lstream} is an internal Lisp object that provides a generic
7764 buffering stream implementation.  Conceptually, you send data to the
7765 stream or read data from the stream, not caring what's on the other end
7766 of the stream.  The other end could be another stream, a file
7767 descriptor, a stdio stream, a fixed block of memory, a reallocating
7768 block of memory, etc.  The main purpose of the stream is to provide a
7769 standard interface and to do buffering.  Macros are defined to read or
7770 write characters, so the calling functions do not have to worry about
7771 blocking data together in order to achieve efficiency.
7772
7773 @menu
7774 * Creating an Lstream::         Creating an lstream object.
7775 * Lstream Types::               Different sorts of things that are streamed.
7776 * Lstream Functions::           Functions for working with lstreams.
7777 * Lstream Methods::             Creating new lstream types.
7778 @end menu
7779
7780 @node Creating an Lstream, Lstream Types, Lstreams, Lstreams
7781 @section Creating an Lstream
7782
7783 Lstreams come in different types, depending on what is being interfaced
7784 to.  Although the primitive for creating new lstreams is
7785 @code{Lstream_new()}, generally you do not call this directly.  Instead,
7786 you call some type-specific creation function, which creates the lstream
7787 and initializes it as appropriate for the particular type.
7788
7789 All lstream creation functions take a @var{mode} argument, specifying
7790 what mode the lstream should be opened as.  This controls whether the
7791 lstream is for input and output, and optionally whether data should be
7792 blocked up in units of MULE characters.  Note that some types of
7793 lstreams can only be opened for input; others only for output; and
7794 others can be opened either way.  #### Richard Mlynarik thinks that
7795 there should be a strict separation between input and output streams,
7796 and he's probably right.
7797
7798   @var{mode} is a string, one of
7799
7800 @table @code
7801 @item "r"
7802   Open for reading.
7803 @item "w"
7804   Open for writing.
7805 @item "rc"
7806   Open for reading, but ``read'' never returns partial MULE characters.
7807 @item "wc"
7808   Open for writing, but never writes partial MULE characters.
7809 @end table
7810
7811 @node Lstream Types, Lstream Functions, Creating an Lstream, Lstreams
7812 @section Lstream Types
7813
7814 @table @asis
7815 @item stdio
7816
7817 @item filedesc
7818
7819 @item lisp-string
7820
7821 @item fixed-buffer
7822
7823 @item resizing-buffer
7824
7825 @item dynarr
7826
7827 @item lisp-buffer
7828
7829 @item print
7830
7831 @item decoding
7832
7833 @item encoding
7834 @end table
7835
7836 @node Lstream Functions, Lstream Methods, Lstream Types, Lstreams
7837 @section Lstream Functions
7838
7839 @deftypefun {Lstream *} Lstream_new (Lstream_implementation *@var{imp}, const char *@var{mode})
7840 Allocate and return a new Lstream.  This function is not really meant to
7841 be called directly; rather, each stream type should provide its own
7842 stream creation function, which creates the stream and does any other
7843 necessary creation stuff (e.g. opening a file).
7844 @end deftypefun
7845
7846 @deftypefun void Lstream_set_buffering (Lstream *@var{lstr}, Lstream_buffering @var{buffering}, int @var{buffering_size})
7847 Change the buffering of a stream.  See @file{lstream.h}.  By default the
7848 buffering is @code{STREAM_BLOCK_BUFFERED}.
7849 @end deftypefun
7850
7851 @deftypefun int Lstream_flush (Lstream *@var{lstr})
7852 Flush out any pending unwritten data in the stream.  Clear any buffered
7853 input data.  Returns 0 on success, -1 on error.
7854 @end deftypefun
7855
7856 @deftypefn Macro int Lstream_putc (Lstream *@var{stream}, int @var{c})
7857 Write out one byte to the stream.  This is a macro and so it is very
7858 efficient.  The @var{c} argument is only evaluated once but the @var{stream}
7859 argument is evaluated more than once.  Returns 0 on success, -1 on
7860 error.
7861 @end deftypefn
7862
7863 @deftypefn Macro int Lstream_getc (Lstream *@var{stream})
7864 Read one byte from the stream.  This is a macro and so it is very
7865 efficient.  The @var{stream} argument is evaluated more than once.  Return
7866 value is -1 for EOF or error.
7867 @end deftypefn
7868
7869 @deftypefn Macro void Lstream_ungetc (Lstream *@var{stream}, int @var{c})
7870 Push one byte back onto the input queue.  This will be the next byte
7871 read from the stream.  Any number of bytes can be pushed back and will
7872 be read in the reverse order they were pushed back---most recent
7873 first. (This is necessary for consistency---if there are a number of
7874 bytes that have been unread and I read and unread a byte, it needs to be
7875 the first to be read again.) This is a macro and so it is very
7876 efficient.  The @var{c} argument is only evaluated once but the @var{stream}
7877 argument is evaluated more than once.
7878 @end deftypefn
7879
7880 @deftypefun int Lstream_fputc (Lstream *@var{stream}, int @var{c})
7881 @deftypefunx int Lstream_fgetc (Lstream *@var{stream})
7882 @deftypefunx void Lstream_fungetc (Lstream *@var{stream}, int @var{c})
7883 Function equivalents of the above macros.
7884 @end deftypefun
7885
7886 @deftypefun ssize_t Lstream_read (Lstream *@var{stream}, void *@var{data}, size_t @var{size})
7887 Read @var{size} bytes of @var{data} from the stream.  Return the number
7888 of bytes read.  0 means EOF. -1 means an error occurred and no bytes
7889 were read.
7890 @end deftypefun
7891
7892 @deftypefun ssize_t Lstream_write (Lstream *@var{stream}, void *@var{data}, size_t @var{size})
7893 Write @var{size} bytes of @var{data} to the stream.  Return the number
7894 of bytes written.  -1 means an error occurred and no bytes were written.
7895 @end deftypefun
7896
7897 @deftypefun void Lstream_unread (Lstream *@var{stream}, void *@var{data}, size_t @var{size})
7898 Push back @var{size} bytes of @var{data} onto the input queue.  The next
7899 call to @code{Lstream_read()} with the same size will read the same
7900 bytes back.  Note that this will be the case even if there is other
7901 pending unread data.
7902 @end deftypefun
7903
7904 @deftypefun int Lstream_close (Lstream *@var{stream})
7905 Close the stream.  All data will be flushed out.
7906 @end deftypefun
7907
7908 @deftypefun void Lstream_reopen (Lstream *@var{stream})
7909 Reopen a closed stream.  This enables I/O on it again.  This is not
7910 meant to be called except from a wrapper routine that reinitializes
7911 variables and such---the close routine may well have freed some
7912 necessary storage structures, for example.
7913 @end deftypefun
7914
7915 @deftypefun void Lstream_rewind (Lstream *@var{stream})
7916 Rewind the stream to the beginning.
7917 @end deftypefun
7918
7919 @node Lstream Methods,  , Lstream Functions, Lstreams
7920 @section Lstream Methods
7921
7922 @deftypefn {Lstream Method} ssize_t reader (Lstream *@var{stream}, unsigned char *@var{data}, size_t @var{size})
7923 Read some data from the stream's end and store it into @var{data}, which
7924 can hold @var{size} bytes.  Return the number of bytes read.  A return
7925 value of 0 means no bytes can be read at this time.  This may be because
7926 of an EOF, or because there is a granularity greater than one byte that
7927 the stream imposes on the returned data, and @var{size} is less than
7928 this granularity. (This will happen frequently for streams that need to
7929 return whole characters, because @code{Lstream_read()} calls the reader
7930 function repeatedly until it has the number of bytes it wants or until 0
7931 is returned.)  The lstream functions do not treat a 0 return as EOF or
7932 do anything special; however, the calling function will interpret any 0
7933 it gets back as EOF.  This will normally not happen unless the caller
7934 calls @code{Lstream_read()} with a very small size.
7935
7936 This function can be @code{NULL} if the stream is output-only.
7937 @end deftypefn
7938
7939 @deftypefn {Lstream Method} ssize_t writer (Lstream *@var{stream}, const unsigned char *@var{data}, size_t @var{size})
7940 Send some data to the stream's end.  Data to be sent is in @var{data}
7941 and is @var{size} bytes.  Return the number of bytes sent.  This
7942 function can send and return fewer bytes than is passed in; in that
7943 case, the function will just be called again until there is no data left
7944 or 0 is returned.  A return value of 0 means that no more data can be
7945 currently stored, but there is no error; the data will be squirreled
7946 away until the writer can accept data. (This is useful, e.g., if you're
7947 dealing with a non-blocking file descriptor and are getting
7948 @code{EWOULDBLOCK} errors.)  This function can be @code{NULL} if the
7949 stream is input-only.
7950 @end deftypefn
7951
7952 @deftypefn {Lstream Method} int rewinder (Lstream *@var{stream})
7953 Rewind the stream.  If this is @code{NULL}, the stream is not seekable.
7954 @end deftypefn
7955
7956 @deftypefn {Lstream Method} int seekable_p (Lstream *@var{stream})
7957 Indicate whether this stream is seekable---i.e. it can be rewound.
7958 This method is ignored if the stream does not have a rewind method.  If
7959 this method is not present, the result is determined by whether a rewind
7960 method is present.
7961 @end deftypefn
7962
7963 @deftypefn {Lstream Method} int flusher (Lstream *@var{stream})
7964 Perform any additional operations necessary to flush the data in this
7965 stream.
7966 @end deftypefn
7967
7968 @deftypefn {Lstream Method} int pseudo_closer (Lstream *@var{stream})
7969 @end deftypefn
7970
7971 @deftypefn {Lstream Method} int closer (Lstream *@var{stream})
7972 Perform any additional operations necessary to close this stream down.
7973 May be @code{NULL}.  This function is called when @code{Lstream_close()}
7974 is called or when the stream is garbage-collected.  When this function
7975 is called, all pending data in the stream will already have been written
7976 out.
7977 @end deftypefn
7978
7979 @deftypefn {Lstream Method} Lisp_Object marker (Lisp_Object @var{lstream}, void (*@var{markfun}) (Lisp_Object))
7980 Mark this object for garbage collection.  Same semantics as a standard
7981 @code{Lisp_Object} marker.  This function can be @code{NULL}.
7982 @end deftypefn
7983
7984 @node Consoles; Devices; Frames; Windows, The Redisplay Mechanism, Lstreams, Top
7985 @chapter Consoles; Devices; Frames; Windows
7986
7987 @menu
7988 * Introduction to Consoles; Devices; Frames; Windows::
7989 * Point::
7990 * Window Hierarchy::
7991 * The Window Object::
7992 @end menu
7993
7994 @node Introduction to Consoles; Devices; Frames; Windows, Point, Consoles; Devices; Frames; Windows, Consoles; Devices; Frames; Windows
7995 @section Introduction to Consoles; Devices; Frames; Windows
7996
7997 A window-system window that you see on the screen is called a
7998 @dfn{frame} in Emacs terminology.  Each frame is subdivided into one or
7999 more non-overlapping panes, called (confusingly) @dfn{windows}.  Each
8000 window displays the text of a buffer in it. (See above on Buffers.) Note
8001 that buffers and windows are independent entities: Two or more windows
8002 can be displaying the same buffer (potentially in different locations),
8003 and a buffer can be displayed in no windows.
8004
8005   A single display screen that contains one or more frames is called
8006 a @dfn{display}.  Under most circumstances, there is only one display.
8007 However, more than one display can exist, for example if you have
8008 a @dfn{multi-headed} console, i.e. one with a single keyboard but
8009 multiple displays. (Typically in such a situation, the various
8010 displays act like one large display, in that the mouse is only
8011 in one of them at a time, and moving the mouse off of one moves
8012 it into another.) In some cases, the different displays will
8013 have different characteristics, e.g. one color and one mono.
8014
8015   XEmacs can display frames on multiple displays.  It can even deal
8016 simultaneously with frames on multiple keyboards (called @dfn{consoles} in
8017 XEmacs terminology).  Here is one case where this might be useful: You
8018 are using XEmacs on your workstation at work, and leave it running.
8019 Then you go home and dial in on a TTY line, and you can use the
8020 already-running XEmacs process to display another frame on your local
8021 TTY.
8022
8023   Thus, there is a hierarchy console -> display -> frame -> window.
8024 There is a separate Lisp object type for each of these four concepts.
8025 Furthermore, there is logically a @dfn{selected console},
8026 @dfn{selected display}, @dfn{selected frame}, and @dfn{selected window}.
8027 Each of these objects is distinguished in various ways, such as being the
8028 default object for various functions that act on objects of that type.
8029 Note that every containing object remembers the ``selected'' object
8030 among the objects that it contains: e.g. not only is there a selected
8031 window, but every frame remembers the last window in it that was
8032 selected, and changing the selected frame causes the remembered window
8033 within it to become the selected window.  Similar relationships apply
8034 for consoles to devices and devices to frames.
8035
8036 @node Point, Window Hierarchy, Introduction to Consoles; Devices; Frames; Windows, Consoles; Devices; Frames; Windows
8037 @section Point
8038
8039   Recall that every buffer has a current insertion position, called
8040 @dfn{point}.  Now, two or more windows may be displaying the same buffer,
8041 and the text cursor in the two windows (i.e. @code{point}) can be in
8042 two different places.  You may ask, how can that be, since each
8043 buffer has only one value of @code{point}?  The answer is that each window
8044 also has a value of @code{point} that is squirreled away in it.  There
8045 is only one selected window, and the value of ``point'' in that buffer
8046 corresponds to that window.  When the selected window is changed
8047 from one window to another displaying the same buffer, the old
8048 value of @code{point} is stored into the old window's ``point'' and the
8049 value of @code{point} from the new window is retrieved and made the
8050 value of @code{point} in the buffer.  This means that @code{window-point}
8051 for the selected window is potentially inaccurate, and if you
8052 want to retrieve the correct value of @code{point} for a window,
8053 you must special-case on the selected window and retrieve the
8054 buffer's point instead.  This is related to why @code{save-window-excursion}
8055 does not save the selected window's value of @code{point}.
8056
8057 @node Window Hierarchy, The Window Object, Point, Consoles; Devices; Frames; Windows
8058 @section Window Hierarchy
8059 @cindex window hierarchy
8060 @cindex hierarchy of windows
8061
8062   If a frame contains multiple windows (panes), they are always created
8063 by splitting an existing window along the horizontal or vertical axis.
8064 Terminology is a bit confusing here: to @dfn{split a window
8065 horizontally} means to create two side-by-side windows, i.e. to make a
8066 @emph{vertical} cut in a window.  Likewise, to @dfn{split a window
8067 vertically} means to create two windows, one above the other, by making
8068 a @emph{horizontal} cut.
8069
8070   If you split a window and then split again along the same axis, you
8071 will end up with a number of panes all arranged along the same axis.
8072 The precise way in which the splits were made should not be important,
8073 and this is reflected internally.  Internally, all windows are arranged
8074 in a tree, consisting of two types of windows, @dfn{combination} windows
8075 (which have children, and are covered completely by those children) and
8076 @dfn{leaf} windows, which have no children and are visible.  Every
8077 combination window has two or more children, all arranged along the same
8078 axis.  There are (logically) two subtypes of windows, depending on
8079 whether their children are horizontally or vertically arrayed.  There is
8080 always one root window, which is either a leaf window (if the frame
8081 contains only one window) or a combination window (if the frame contains
8082 more than one window).  In the latter case, the root window will have
8083 two or more children, either horizontally or vertically arrayed, and
8084 each of those children will be either a leaf window or another
8085 combination window.
8086
8087   Here are some rules:
8088
8089 @enumerate
8090 @item
8091 Horizontal combination windows can never have children that are
8092 horizontal combination windows; same for vertical.
8093
8094 @item
8095 Only leaf windows can be split (obviously) and this splitting does one
8096 of two things: (a) turns the leaf window into a combination window and
8097 creates two new leaf children, or (b) turns the leaf window into one of
8098 the two new leaves and creates the other leaf.  Rule (1) dictates which
8099 of these two outcomes happens.
8100
8101 @item
8102 Every combination window must have at least two children.
8103
8104 @item
8105 Leaf windows can never become combination windows.  They can be deleted,
8106 however.  If this results in a violation of (3), the parent combination
8107 window also gets deleted.
8108
8109 @item
8110 All functions that accept windows must be prepared to accept combination
8111 windows, and do something sane (e.g. signal an error if so).
8112 Combination windows @emph{do} escape to the Lisp level.
8113
8114 @item
8115 All windows have three fields governing their contents:
8116 these are @dfn{hchild} (a list of horizontally-arrayed children),
8117 @dfn{vchild} (a list of vertically-arrayed children), and @dfn{buffer}
8118 (the buffer contained in a leaf window).  Exactly one of
8119 these will be non-@code{nil}.  Remember that @dfn{horizontally-arrayed}
8120 means ``side-by-side'' and @dfn{vertically-arrayed} means
8121 @dfn{one above the other}.
8122
8123 @item
8124 Leaf windows also have markers in their @code{start} (the
8125 first buffer position displayed in the window) and @code{pointm}
8126 (the window's stashed value of @code{point}---see above) fields,
8127 while combination windows have @code{nil} in these fields.
8128
8129 @item
8130 The list of children for a window is threaded through the
8131 @code{next} and @code{prev} fields of each child window.
8132
8133 @item
8134 @strong{Deleted windows can be undeleted}.  This happens as a result of
8135 restoring a window configuration, and is unlike frames, displays, and
8136 consoles, which, once deleted, can never be restored.  Deleting a window
8137 does nothing except set a special @code{dead} bit to 1 and clear out the
8138 @code{next}, @code{prev}, @code{hchild}, and @code{vchild} fields, for
8139 GC purposes.
8140
8141 @item
8142 Most frames actually have two top-level windows---one for the
8143 minibuffer and one (the @dfn{root}) for everything else.  The modeline
8144 (if present) separates these two.  The @code{next} field of the root
8145 points to the minibuffer, and the @code{prev} field of the minibuffer
8146 points to the root.  The other @code{next} and @code{prev} fields are
8147 @code{nil}, and the frame points to both of these windows.
8148 Minibuffer-less frames have no minibuffer window, and the @code{next}
8149 and @code{prev} of the root window are @code{nil}.  Minibuffer-only
8150 frames have no root window, and the @code{next} of the minibuffer window
8151 is @code{nil} but the @code{prev} points to itself. (#### This is an
8152 artifact that should be fixed.)
8153 @end enumerate
8154
8155 @node The Window Object,  , Window Hierarchy, Consoles; Devices; Frames; Windows
8156 @section The Window Object
8157
8158   Windows have the following accessible fields:
8159
8160 @table @code
8161 @item frame
8162 The frame that this window is on.
8163
8164 @item mini_p
8165 Non-@code{nil} if this window is a minibuffer window.
8166
8167 @item buffer
8168 The buffer that the window is displaying.  This may change often during
8169 the life of the window.
8170
8171 @item dedicated
8172 Non-@code{nil} if this window is dedicated to its buffer.
8173
8174 @item pointm
8175 @cindex window point internals
8176 This is the value of point in the current buffer when this window is
8177 selected; when it is not selected, it retains its previous value.
8178
8179 @item start
8180 The position in the buffer that is the first character to be displayed
8181 in the window.
8182
8183 @item force_start
8184 If this flag is non-@code{nil}, it says that the window has been
8185 scrolled explicitly by the Lisp program.  This affects what the next
8186 redisplay does if point is off the screen: instead of scrolling the
8187 window to show the text around point, it moves point to a location that
8188 is on the screen.
8189
8190 @item last_modified
8191 The @code{modified} field of the window's buffer, as of the last time
8192 a redisplay completed in this window.
8193
8194 @item last_point
8195 The buffer's value of point, as of the last time
8196 a redisplay completed in this window.
8197
8198 @item left
8199 This is the left-hand edge of the window, measured in columns.  (The
8200 leftmost column on the screen is @w{column 0}.)
8201
8202 @item top
8203 This is the top edge of the window, measured in lines.  (The top line on
8204 the screen is @w{line 0}.)
8205
8206 @item height
8207 The height of the window, measured in lines.
8208
8209 @item width
8210 The width of the window, measured in columns.
8211
8212 @item next
8213 This is the window that is the next in the chain of siblings.  It is
8214 @code{nil} in a window that is the rightmost or bottommost of a group of
8215 siblings.
8216
8217 @item prev
8218 This is the window that is the previous in the chain of siblings.  It is
8219 @code{nil} in a window that is the leftmost or topmost of a group of
8220 siblings.
8221
8222 @item parent
8223 Internally, XEmacs arranges windows in a tree; each group of siblings has
8224 a parent window whose area includes all the siblings.  This field points
8225 to a window's parent.
8226
8227 Parent windows do not display buffers, and play little role in display
8228 except to shape their child windows.  Emacs Lisp programs usually have
8229 no access to the parent windows; they operate on the windows at the
8230 leaves of the tree, which actually display buffers.
8231
8232 @item hscroll
8233 This is the number of columns that the display in the window is scrolled
8234 horizontally to the left.  Normally, this is 0.
8235
8236 @item use_time
8237 This is the last time that the window was selected.  The function
8238 @code{get-lru-window} uses this field.
8239
8240 @item display_table
8241 The window's display table, or @code{nil} if none is specified for it.
8242
8243 @item update_mode_line
8244 Non-@code{nil} means this window's mode line needs to be updated.
8245
8246 @item base_line_number
8247 The line number of a certain position in the buffer, or @code{nil}.
8248 This is used for displaying the line number of point in the mode line.
8249
8250 @item base_line_pos
8251 The position in the buffer for which the line number is known, or
8252 @code{nil} meaning none is known.
8253
8254 @item region_showing
8255 If the region (or part of it) is highlighted in this window, this field
8256 holds the mark position that made one end of that region.  Otherwise,
8257 this field is @code{nil}.
8258 @end table
8259
8260 @node The Redisplay Mechanism, Extents, Consoles; Devices; Frames; Windows, Top
8261 @chapter The Redisplay Mechanism
8262
8263   The redisplay mechanism is one of the most complicated sections of
8264 XEmacs, especially from a conceptual standpoint.  This is doubly so
8265 because, unlike for the basic aspects of the Lisp interpreter, the
8266 computer science theories of how to efficiently handle redisplay are not
8267 well-developed.
8268
8269   When working with the redisplay mechanism, remember the Golden Rules
8270 of Redisplay:
8271
8272 @enumerate
8273 @item
8274 It Is Better To Be Correct Than Fast.
8275 @item
8276 Thou Shalt Not Run Elisp From Within Redisplay.
8277 @item
8278 It Is Better To Be Fast Than Not To Be.
8279 @end enumerate
8280
8281 @menu
8282 * Critical Redisplay Sections::
8283 * Line Start Cache::
8284 * Redisplay Piece by Piece::
8285 @end menu
8286
8287 @node Critical Redisplay Sections, Line Start Cache, The Redisplay Mechanism, The Redisplay Mechanism
8288 @section Critical Redisplay Sections
8289 @cindex critical redisplay sections
8290
8291 Within this section, we are defenseless and assume that the
8292 following cannot happen:
8293
8294 @enumerate
8295 @item
8296 garbage collection
8297 @item
8298 Lisp code evaluation
8299 @item
8300 frame size changes
8301 @end enumerate
8302
8303 We ensure (3) by calling @code{hold_frame_size_changes()}, which
8304 will cause any pending frame size changes to get put on hold
8305 till after the end of the critical section.  (1) follows
8306 automatically if (2) is met.  #### Unfortunately, there are
8307 some places where Lisp code can be called within this section.
8308 We need to remove them.
8309
8310 If @code{Fsignal()} is called during this critical section, we
8311 will @code{abort()}.
8312
8313 If garbage collection is called during this critical section,
8314 we simply return. #### We should abort instead.
8315
8316 #### If a frame-size change does occur we should probably
8317 actually be preempting redisplay.
8318
8319 @node Line Start Cache, Redisplay Piece by Piece, Critical Redisplay Sections, The Redisplay Mechanism
8320 @section Line Start Cache
8321 @cindex line start cache
8322
8323   The traditional scrolling code in Emacs breaks in a variable height
8324 world.  It depends on the key assumption that the number of lines that
8325 can be displayed at any given time is fixed.  This led to a complete
8326 separation of the scrolling code from the redisplay code.  In order to
8327 fully support variable height lines, the scrolling code must actually be
8328 tightly integrated with redisplay.  Only redisplay can determine how
8329 many lines will be displayed on a screen for any given starting point.
8330
8331   What is ideally wanted is a complete list of the starting buffer
8332 position for every possible display line of a buffer along with the
8333 height of that display line.  Maintaining such a full list would be very
8334 expensive.  We settle for having it include information for all areas
8335 which we happen to generate anyhow (i.e. the region currently being
8336 displayed) and for those areas we need to work with.
8337
8338   In order to ensure that the cache accurately represents what redisplay
8339 would actually show, it is necessary to invalidate it in many
8340 situations.  If the buffer changes, the starting positions may no longer
8341 be correct.  If a face or an extent has changed then the line heights
8342 may have altered.  These events happen frequently enough that the cache
8343 can end up being constantly disabled.  With this potentially constant
8344 invalidation when is the cache ever useful?
8345
8346   Even if the cache is invalidated before every single usage, it is
8347 necessary.  Scrolling often requires knowledge about display lines which
8348 are actually above or below the visible region.  The cache provides a
8349 convenient light-weight method of storing this information for multiple
8350 display regions.  This knowledge is necessary for the scrolling code to
8351 always obey the First Golden Rule of Redisplay.
8352
8353   If the cache already contains all of the information that the scrolling
8354 routines happen to need so that it doesn't have to go generate it, then
8355 we are able to obey the Third Golden Rule of Redisplay.  The first thing
8356 we do to help out the cache is to always add the displayed region.  This
8357 region had to be generated anyway, so the cache ends up getting the
8358 information basically for free.  In those cases where a user is simply
8359 scrolling around viewing a buffer there is a high probability that this
8360 is sufficient to always provide the needed information.  The second
8361 thing we can do is be smart about invalidating the cache.
8362
8363   TODO---Be smart about invalidating the cache.  Potential places:
8364
8365 @itemize @bullet
8366 @item
8367 Insertions at end-of-line which don't cause line-wraps do not alter the
8368 starting positions of any display lines.  These types of buffer
8369 modifications should not invalidate the cache.  This is actually a large
8370 optimization for redisplay speed as well.
8371 @item
8372 Buffer modifications frequently only affect the display of lines at and
8373 below where they occur.  In these situations we should only invalidate
8374 the part of the cache starting at where the modification occurs.
8375 @end itemize
8376
8377   In case you're wondering, the Second Golden Rule of Redisplay is not
8378 applicable.
8379
8380 @node Redisplay Piece by Piece,  , Line Start Cache, The Redisplay Mechanism
8381 @section Redisplay Piece by Piece
8382 @cindex Redisplay Piece by Piece
8383
8384 As you can begin to see redisplay is complex and also not well
8385 documented. Chuck no longer works on XEmacs so this section is my take
8386 on the workings of redisplay.
8387
8388 Redisplay happens in three phases:
8389
8390 @enumerate
8391 @item
8392 Determine desired display in area that needs redisplay.
8393 Implemented by @code{redisplay.c}
8394 @item
8395 Compare desired display with current display
8396 Implemented by @code{redisplay-output.c}
8397 @item
8398 Output changes Implemented by @code{redisplay-output.c},
8399 @code{redisplay-x.c}, @code{redisplay-msw.c} and @code{redisplay-tty.c}
8400 @end enumerate
8401
8402 Steps 1 and 2 are device-independent and relatively complex.  Step 3 is
8403 mostly device-dependent.
8404
8405 Determining the desired display
8406
8407 Display attributes are stored in @code{display_line} structures. Each
8408 @code{display_line} consists of a set of @code{display_block}'s and each
8409 @code{display_block} contains a number of @code{rune}'s. Generally
8410 dynarr's of @code{display_line}'s are held by each window representing
8411 the current display and the desired display.
8412
8413 The @code{display_line} structures are tightly tied to buffers which
8414 presents a problem for redisplay as this connection is bogus for the
8415 modeline. Hence the @code{display_line} generation routines are
8416 duplicated for generating the modeline. This means that the modeline
8417 display code has many bugs that the standard redisplay code does not.
8418
8419 The guts of @code{display_line} generation are in
8420 @code{create_text_block}, which creates a single display line for the
8421 desired locale. This incrementally parses the characters on the current
8422 line and generates redisplay structures for each.
8423
8424 Gutter redisplay is different. Because the data to display is stored in
8425 a string we cannot use @code{create_text_block}. Instead we use
8426 @code{create_text_string_block} which performs the same function as
8427 @code{create_text_block} but for strings. Many of the complexities of
8428 @code{create_text_block} to do with cursor handling and selective
8429 display have been removed.
8430
8431 @node Extents, Faces, The Redisplay Mechanism, Top
8432 @chapter Extents
8433
8434 @menu
8435 * Introduction to Extents::     Extents are ranges over text, with properties.
8436 * Extent Ordering::             How extents are ordered internally.
8437 * Format of the Extent Info::   The extent information in a buffer or string.
8438 * Zero-Length Extents::         A weird special case.
8439 * Mathematics of Extent Ordering::  A rigorous foundation.
8440 * Extent Fragments::            Cached information useful for redisplay.
8441 @end menu
8442
8443 @node Introduction to Extents, Extent Ordering, Extents, Extents
8444 @section Introduction to Extents
8445
8446   Extents are regions over a buffer, with a start and an end position
8447 denoting the region of the buffer included in the extent.  In
8448 addition, either end can be closed or open, meaning that the endpoint
8449 is or is not logically included in the extent.  Insertion of a character
8450 at a closed endpoint causes the character to go inside the extent;
8451 insertion at an open endpoint causes the character to go outside.
8452
8453   Extent endpoints are stored using memory indices (see @file{insdel.c}),
8454 to minimize the amount of adjusting that needs to be done when
8455 characters are inserted or deleted.
8456
8457   (Formerly, extent endpoints at the gap could be either before or
8458 after the gap, depending on the open/closedness of the endpoint.
8459 The intent of this was to make it so that insertions would
8460 automatically go inside or out of extents as necessary with no
8461 further work needing to be done.  It didn't work out that way,
8462 however, and just ended up complexifying and buggifying all the
8463 rest of the code.)
8464
8465 @node Extent Ordering, Format of the Extent Info, Introduction to Extents, Extents
8466 @section Extent Ordering
8467
8468   Extents are compared using memory indices.  There are two orderings
8469 for extents and both orders are kept current at all times.  The normal
8470 or @dfn{display} order is as follows:
8471
8472 @example
8473 Extent A is ``less than'' extent B,
8474 that is, earlier in the display order,
8475   if:    A-start < B-start,
8476   or if: A-start = B-start, and A-end > B-end
8477 @end example
8478
8479   So if two extents begin at the same position, the larger of them is the
8480 earlier one in the display order (@code{EXTENT_LESS} is true).
8481
8482   For the e-order, the same thing holds:
8483
8484 @example
8485 Extent A is ``less than'' extent B in e-order,
8486 that is, later in the buffer,
8487   if:    A-end < B-end,
8488   or if: A-end = B-end, and A-start > B-start
8489 @end example
8490
8491   So if two extents end at the same position, the smaller of them is the
8492 earlier one in the e-order (@code{EXTENT_E_LESS} is true).
8493
8494   The display order and the e-order are complementary orders: any
8495 theorem about the display order also applies to the e-order if you swap
8496 all occurrences of ``display order'' and ``e-order'', ``less than'' and
8497 ``greater than'', and ``extent start'' and ``extent end''.
8498
8499 @node Format of the Extent Info, Zero-Length Extents, Extent Ordering, Extents
8500 @section Format of the Extent Info
8501
8502   An extent-info structure consists of a list of the buffer or string's
8503 extents and a @dfn{stack of extents} that lists all of the extents over
8504 a particular position.  The stack-of-extents info is used for
8505 optimization purposes---it basically caches some info that might
8506 be expensive to compute.  Certain otherwise hard computations are easy
8507 given the stack of extents over a particular position, and if the
8508 stack of extents over a nearby position is known (because it was
8509 calculated at some prior point in time), it's easy to move the stack
8510 of extents to the proper position.
8511
8512   Given that the stack of extents is an optimization, and given that
8513 it requires memory, a string's stack of extents is wiped out each
8514 time a garbage collection occurs.  Therefore, any time you retrieve
8515 the stack of extents, it might not be there.  If you need it to
8516 be there, use the @code{_force} version.
8517
8518   Similarly, a string may or may not have an extent_info structure.
8519 (Generally it won't if there haven't been any extents added to the
8520 string.) So use the @code{_force} version if you need the extent_info
8521 structure to be there.
8522
8523   A list of extents is maintained as a double gap array: one gap array
8524 is ordered by start index (the @dfn{display order}) and the other is
8525 ordered by end index (the @dfn{e-order}).  Note that positions in an
8526 extent list should logically be conceived of as referring @emph{to} a
8527 particular extent (as is the norm in programs) rather than sitting
8528 between two extents.  Note also that callers of these functions should
8529 not be aware of the fact that the extent list is implemented as an
8530 array, except for the fact that positions are integers (this should be
8531 generalized to handle integers and linked list equally well).
8532
8533 @node Zero-Length Extents, Mathematics of Extent Ordering, Format of the Extent Info, Extents
8534 @section Zero-Length Extents
8535
8536   Extents can be zero-length, and will end up that way if their endpoints
8537 are explicitly set that way or if their detachable property is @code{nil}
8538 and all the text in the extent is deleted. (The exception is open-open
8539 zero-length extents, which are barred from existing because there is
8540 no sensible way to define their properties.  Deletion of the text in
8541 an open-open extent causes it to be converted into a closed-open
8542 extent.)  Zero-length extents are primarily used to represent
8543 annotations, and behave as follows:
8544
8545 @enumerate
8546 @item
8547 Insertion at the position of a zero-length extent expands the extent
8548 if both endpoints are closed; goes after the extent if it is closed-open;
8549 and goes before the extent if it is open-closed.
8550
8551 @item
8552 Deletion of a character on a side of a zero-length extent whose
8553 corresponding endpoint is closed causes the extent to be detached if
8554 it is detachable; if the extent is not detachable or the corresponding
8555 endpoint is open, the extent remains in the buffer, moving as necessary.
8556 @end enumerate
8557
8558   Note that closed-open, non-detachable zero-length extents behave
8559 exactly like markers and that open-closed, non-detachable zero-length
8560 extents behave like the ``point-type'' marker in Mule.
8561
8562 @node Mathematics of Extent Ordering, Extent Fragments, Zero-Length Extents, Extents
8563 @section Mathematics of Extent Ordering
8564 @cindex extent mathematics
8565 @cindex mathematics of extents
8566 @cindex extent ordering
8567
8568 @cindex display order of extents
8569 @cindex extents, display order
8570   The extents in a buffer are ordered by ``display order'' because that
8571 is that order that the redisplay mechanism needs to process them in.
8572 The e-order is an auxiliary ordering used to facilitate operations
8573 over extents.  The operations that can be performed on the ordered
8574 list of extents in a buffer are
8575
8576 @enumerate
8577 @item
8578 Locate where an extent would go if inserted into the list.
8579 @item
8580 Insert an extent into the list.
8581 @item
8582 Remove an extent from the list.
8583 @item
8584 Map over all the extents that overlap a range.
8585 @end enumerate
8586
8587   (4) requires being able to determine the first and last extents
8588 that overlap a range.
8589
8590   NOTE: @dfn{overlap} is used as follows:
8591
8592 @itemize @bullet
8593 @item
8594 two ranges overlap if they have at least one point in common.
8595 Whether the endpoints are open or closed makes a difference here.
8596 @item
8597 a point overlaps a range if the point is contained within the
8598 range; this is equivalent to treating a point @math{P} as the range
8599 @math{[P, P]}.
8600 @item
8601 In the case of an @emph{extent} overlapping a point or range, the extent
8602 is normally treated as having closed endpoints.  This applies
8603 consistently in the discussion of stacks of extents and such below.
8604 Note that this definition of overlap is not necessarily consistent with
8605 the extents that @code{map-extents} maps over, since @code{map-extents}
8606 sometimes pays attention to whether the endpoints of an extents are open
8607 or closed.  But for our purposes, it greatly simplifies things to treat
8608 all extents as having closed endpoints.
8609 @end itemize
8610
8611 First, define @math{>}, @math{<}, @math{<=}, etc. as applied to extents
8612 to mean comparison according to the display order.  Comparison between
8613 an extent @math{E} and an index @math{I} means comparison between
8614 @math{E} and the range @math{[I, I]}.
8615
8616 Also define @math{e>}, @math{e<}, @math{e<=}, etc. to mean comparison
8617 according to the e-order.
8618
8619 For any range @math{R}, define @math{R(0)} to be the starting index of
8620 the range and @math{R(1)} to be the ending index of the range.
8621
8622 For any extent @math{E}, define @math{E(next)} to be the extent directly
8623 following @math{E}, and @math{E(prev)} to be the extent directly
8624 preceding @math{E}.  Assume @math{E(next)} and @math{E(prev)} can be
8625 determined from @math{E} in constant time.  (This is because we store
8626 the extent list as a doubly linked list.)
8627
8628 Similarly, define @math{E(e-next)} and @math{E(e-prev)} to be the
8629 extents directly following and preceding @math{E} in the e-order.
8630
8631 Now:
8632
8633 Let @math{R} be a range.
8634 Let @math{F} be the first extent overlapping @math{R}.
8635 Let @math{L} be the last extent overlapping @math{R}.
8636
8637 Theorem 1: @math{R(1)} lies between @math{L} and @math{L(next)},
8638 i.e. @math{L <= R(1) < L(next)}.
8639
8640   This follows easily from the definition of display order.  The
8641 basic reason that this theorem applies is that the display order
8642 sorts by increasing starting index.
8643
8644   Therefore, we can determine @math{L} just by looking at where we would
8645 insert @math{R(1)} into the list, and if we know @math{F} and are moving
8646 forward over extents, we can easily determine when we've hit @math{L} by
8647 comparing the extent we're at to @math{R(1)}.
8648
8649 @example
8650 Theorem 2: @math{F(e-prev) e< [1, R(0)] e<= F}.
8651 @end example
8652
8653   This is the analog of Theorem 1, and applies because the e-order
8654 sorts by increasing ending index.
8655
8656   Therefore, @math{F} can be found in the same amount of time as
8657 operation (1), i.e. the time that it takes to locate where an extent
8658 would go if inserted into the e-order list.
8659
8660   If the lists were stored as balanced binary trees, then operation (1)
8661 would take logarithmic time, which is usually quite fast.  However,
8662 currently they're stored as simple doubly-linked lists, and instead we
8663 do some caching to try to speed things up.
8664
8665   Define a @dfn{stack of extents} (or @dfn{SOE}) as the set of extents
8666 (ordered in the display order) that overlap an index @math{I}, together
8667 with the SOE's @dfn{previous} extent, which is an extent that precedes
8668 @math{I} in the e-order. (Hopefully there will not be very many extents
8669 between @math{I} and the previous extent.)
8670
8671 Now:
8672
8673 Let @math{I} be an index, let @math{S} be the stack of extents on
8674 @math{I}, let @math{F} be the first extent in @math{S}, and let @math{P}
8675 be @math{S}'s previous extent.
8676
8677 Theorem 3: The first extent in @math{S} is the first extent that overlaps
8678 any range @math{[I, J]}.
8679
8680 Proof: Any extent that overlaps @math{[I, J]} but does not include
8681 @math{I} must have a start index @math{> I}, and thus be greater than
8682 any extent in @math{S}.
8683
8684 Therefore, finding the first extent that overlaps a range @math{R} is
8685 the same as finding the first extent that overlaps @math{R(0)}.
8686
8687 Theorem 4: Let @math{I2} be an index such that @math{I2 > I}, and let
8688 @math{F2} be the first extent that overlaps @math{I2}.  Then, either
8689 @math{F2} is in @math{S} or @math{F2} is greater than any extent in
8690 @math{S}.
8691
8692 Proof: If @math{F2} does not include @math{I} then its start index is
8693 greater than @math{I} and thus it is greater than any extent in
8694 @math{S}, including @math{F}.  Otherwise, @math{F2} includes @math{I}
8695 and thus is in @math{S}, and thus @math{F2 >= F}.
8696
8697 @node Extent Fragments,  , Mathematics of Extent Ordering, Extents
8698 @section Extent Fragments
8699 @cindex extent fragment
8700
8701   Imagine that the buffer is divided up into contiguous, non-overlapping
8702 @dfn{runs} of text such that no extent starts or ends within a run
8703 (extents that abut the run don't count).
8704
8705   An extent fragment is a structure that holds data about the run that
8706 contains a particular buffer position (if the buffer position is at the
8707 junction of two runs, the run after the position is used)---the
8708 beginning and end of the run, a list of all of the extents in that run,
8709 the @dfn{merged face} that results from merging all of the faces
8710 corresponding to those extents, the begin and end glyphs at the
8711 beginning of the run, etc.  This is the information that redisplay needs
8712 in order to display this run.
8713
8714   Extent fragments have to be very quick to update to a new buffer
8715 position when moving linearly through the buffer.  They rely on the
8716 stack-of-extents code, which does the heavy-duty algorithmic work of
8717 determining which extents overly a particular position.
8718
8719 @node Faces, Glyphs, Extents, Top
8720 @chapter Faces
8721
8722 Not yet documented.
8723
8724 @node Glyphs, Specifiers, Faces, Top
8725 @chapter Glyphs
8726
8727 Glyphs are graphical elements that can be displayed in XEmacs buffers or
8728 gutters. We use the term graphical element here in the broadest possible
8729 sense since glyphs can be as mundane as text or as arcane as a native
8730 tab widget.
8731
8732 In XEmacs, glyphs represent the uninstantiated state of graphical
8733 elements, i.e. they hold all the information necessary to produce an
8734 image on-screen but the image need not exist at this stage, and multiple
8735 screen images can be instantiated from a single glyph.
8736
8737 Glyphs are lazily instantiated by calling one of the glyph
8738 functions. This usually occurs within redisplay when
8739 @code{Fglyph_height} is called. Instantiation causes an image-instance
8740 to be created and cached. This cache is on a device basis for all glyphs
8741 except glyph-widgets, and on a window basis for glyph widgets.  The
8742 caching is done by @code{image_instantiate} and is necessary because it
8743 is generally possible to display an image-instance in multiple
8744 domains. For instance if we create a Pixmap, we can actually display
8745 this on multiple windows - even though we only need a single Pixmap
8746 instance to do this. If caching wasn't done then it would be necessary
8747 to create image-instances for every displayable occurrence of a glyph -
8748 and every usage - and this would be extremely memory and cpu intensive.
8749
8750 Widget-glyphs (a.k.a native widgets) are not cached in this way. This is
8751 because widget-glyph image-instances on screen are toolkit windows, and
8752 thus cannot be reused in multiple XEmacs domains. Thus widget-glyphs are
8753 cached on an XEmacs window basis.  
8754
8755 Any action on a glyph first consults the cache before actually
8756 instantiating a widget.
8757
8758 @section Widget-Glyphs in the MS-Windows Environment
8759
8760 To Do
8761
8762 @section Widget-Glyphs in the X Environment
8763
8764 Widget-glyphs under X make heavy use of lwlib (@pxref{Lucid Widget
8765 Library}) for manipulating the native toolkit objects. This is primarily
8766 so that different toolkits can be supported for widget-glyphs, just as
8767 they are supported for features such as menubars etc.
8768
8769 @node Specifiers, Menus, Glyphs, Top
8770 @chapter Specifiers
8771
8772 Not yet documented.
8773
8774 @node Menus, Subprocesses, Specifiers, Top
8775 @chapter Menus
8776
8777   A menu is set by setting the value of the variable
8778 @code{current-menubar} (which may be buffer-local) and then calling
8779 @code{set-menubar-dirty-flag} to signal a change.  This will cause the
8780 menu to be redrawn at the next redisplay.  The format of the data in
8781 @code{current-menubar} is described in @file{menubar.c}.
8782
8783   Internally the data in current-menubar is parsed into a tree of
8784 @code{widget_value's} (defined in @file{lwlib.h}); this is accomplished
8785 by the recursive function @code{menu_item_descriptor_to_widget_value()},
8786 called by @code{compute_menubar_data()}.  Such a tree is deallocated
8787 using @code{free_widget_value()}.
8788
8789   @code{update_screen_menubars()} is one of the external entry points.
8790 This checks to see, for each screen, if that screen's menubar needs to
8791 be updated.  This is the case if
8792
8793 @enumerate
8794 @item
8795 @code{set-menubar-dirty-flag} was called since the last redisplay.  (This
8796 function sets the C variable menubar_has_changed.)
8797 @item
8798 The buffer displayed in the screen has changed.
8799 @item
8800 The screen has no menubar currently displayed.
8801 @end enumerate
8802
8803   @code{set_screen_menubar()} is called for each such screen.  This
8804 function calls @code{compute_menubar_data()} to create the tree of
8805 widget_value's, then calls @code{lw_create_widget()},
8806 @code{lw_modify_all_widgets()}, and/or @code{lw_destroy_all_widgets()}
8807 to create the X-Toolkit widget associated with the menu.
8808
8809   @code{update_psheets()}, the other external entry point, actually
8810 changes the menus being displayed.  It uses the widgets fixed by
8811 @code{update_screen_menubars()} and calls various X functions to ensure
8812 that the menus are displayed properly.
8813
8814   The menubar widget is set up so that @code{pre_activate_callback()} is
8815 called when the menu is first selected (i.e. mouse button goes down),
8816 and @code{menubar_selection_callback()} is called when an item is
8817 selected.  @code{pre_activate_callback()} calls the function in
8818 activate-menubar-hook, which can change the menubar (this is described
8819 in @file{menubar.c}).  If the menubar is changed,
8820 @code{set_screen_menubars()} is called.
8821 @code{menubar_selection_callback()} enqueues a menu event, putting in it
8822 a function to call (either @code{eval} or @code{call-interactively}) and
8823 its argument, which is the callback function or form given in the menu's
8824 description.
8825
8826 @node Subprocesses, Interface to the X Window System, Menus, Top
8827 @chapter Subprocesses
8828
8829   The fields of a process are:
8830
8831 @table @code
8832 @item name
8833 A string, the name of the process.
8834
8835 @item command
8836 A list containing the command arguments that were used to start this
8837 process.
8838
8839 @item filter
8840 A function used to accept output from the process instead of a buffer,
8841 or @code{nil}.
8842
8843 @item sentinel
8844 A function called whenever the process receives a signal, or @code{nil}.
8845
8846 @item buffer
8847 The associated buffer of the process.
8848
8849 @item pid
8850 An integer, the Unix process @sc{id}.
8851
8852 @item childp
8853 A flag, non-@code{nil} if this is really a child process.
8854 It is @code{nil} for a network connection.
8855
8856 @item mark
8857 A marker indicating the position of the end of the last output from this
8858 process inserted into the buffer.  This is often but not always the end
8859 of the buffer.
8860
8861 @item kill_without_query
8862 If this is non-@code{nil}, killing XEmacs while this process is still
8863 running does not ask for confirmation about killing the process.
8864
8865 @item raw_status_low
8866 @itemx raw_status_high
8867 These two fields record 16 bits each of the process status returned by
8868 the @code{wait} system call.
8869
8870 @item status
8871 The process status, as @code{process-status} should return it.
8872
8873 @item tick
8874 @itemx update_tick
8875 If these two fields are not equal, a change in the status of the process
8876 needs to be reported, either by running the sentinel or by inserting a
8877 message in the process buffer.
8878
8879 @item pty_flag
8880 Non-@code{nil} if communication with the subprocess uses a @sc{pty};
8881 @code{nil} if it uses a pipe.
8882
8883 @item infd
8884 The file descriptor for input from the process.
8885
8886 @item outfd
8887 The file descriptor for output to the process.
8888
8889 @item subtty
8890 The file descriptor for the terminal that the subprocess is using.  (On
8891 some systems, there is no need to record this, so the value is
8892 @code{-1}.)
8893
8894 @item tty_name
8895 The name of the terminal that the subprocess is using,
8896 or @code{nil} if it is using pipes.
8897 @end table
8898
8899 @node Interface to the X Window System, Index, Subprocesses, Top
8900 @chapter Interface to the X Window System
8901
8902 Mostly undocumented.
8903
8904 @menu
8905 * Lucid Widget Library::        An interface to various widget sets.
8906 @end menu
8907
8908 @node Lucid Widget Library, , , Interface to the X Window System
8909 @section Lucid Widget Library
8910
8911 Lwlib is extremely poorly documented and quite hairy.  The author(s)
8912 blame that on X, Xt, and Motif, with some justice, but also sufficient
8913 hypocrisy to avoid drawing the obvious conclusion about their own work.
8914
8915 The Lucid Widget Library is composed of two more or less independent
8916 pieces.  The first, as the name suggests, is a set of widgets.  These
8917 widgets are intended to resemble and improve on widgets provided in the
8918 Motif toolkit but not in the Athena widgets, including menubars and
8919 scrollbars.  Recent additions by Andy Piper integrate some ``modern''
8920 widgets by Edward Falk, including checkboxes, radio buttons, progress
8921 gauges, and index tab controls (aka notebooks).
8922
8923 The second piece of the Lucid widget library is a generic interface to
8924 several toolkits for X (including Xt, the Athena widget set, and Motif,
8925 as well as the Lucid widgets themselves) so that core XEmacs code need
8926 not know which widget set has been used to build the graphical user
8927 interface.
8928
8929 @menu
8930 * Generic Widget Interface::    The lwlib generic widget interface.
8931 * Scrollbars::
8932 * Menubars::
8933 * Checkboxes and Radio Buttons::
8934 * Progress Bars::
8935 * Tab Controls::
8936 @end menu
8937
8938 @node Generic Widget Interface, Scrollbars, , Lucid Widget Library
8939 @subsection Generic Widget Interface
8940
8941 In general in any toolkit a widget may be a composite object.  In Xt,
8942 all widgets have an X window that they manage, but typically a complex
8943 widget will have widget children, each of which manages a subwindow of
8944 the parent widget's X window.  These children may themselves be
8945 composite widgets.  Thus a widget is actually a tree or hierarchy of
8946 widgets.
8947
8948 For each toolkit widget, lwlib maintains a tree of @code{widget_values}
8949 which mirror the hierarchical state of Xt widgets (including Motif,
8950 Athena, 3D Athena, and Falk's widget sets).  Each @code{widget_value}
8951 has @code{contents} member, which points to the head of a linked list of
8952 its children.  The linked list of siblings is chained through the
8953 @code{next} member of @code{widget_value}.
8954
8955 @example
8956            +-----------+
8957            | composite |
8958            +-----------+
8959                  |
8960                  | contents
8961                  V
8962              +-------+ next +-------+ next +-------+
8963              | child |----->| child |----->| child |
8964              +-------+      +-------+      +-------+
8965                                 |
8966                                 | contents
8967                                 V
8968                          +-------------+ next +-------------+
8969                          | grand child |----->| grand child |
8970                          +-------------+      +-------------+
8971
8972 The @code{widget_value} hierarchy of a composite widget with two simple
8973 children and one composite child.
8974 @end example
8975
8976 The @code{widget_instance} structure maintains the inverse view of the
8977 tree.  As for the @code{widget_value}, siblings are chained through the
8978 @code{next} member.  However, rather than naming children, the
8979 @code{widget_instance} tree links to parents.
8980
8981 @example
8982            +-----------+
8983            | composite |
8984            +-----------+
8985                  A
8986                  | parent
8987                  |
8988              +-------+ next +-------+ next +-------+
8989              | child |----->| child |----->| child |
8990              +-------+      +-------+      +-------+
8991                                 A
8992                                 | parent
8993                                 |
8994                          +-------------+ next +-------------+
8995                          | grand child |----->| grand child |
8996                          +-------------+      +-------------+
8997
8998 The @code{widget_value} hierarchy of a composite widget with two simple
8999 children and one composite child.
9000 @end example
9001
9002 This permits widgets derived from different toolkits to be updated and
9003 manipulated generically by the lwlib library. For instance
9004 @code{update_one_widget_instance} can cope with multiple types of widget
9005 and multiple types of toolkit. Each element in the widget hierarchy is
9006 updated from its corresponding @code{widget_value} by walking the
9007 @code{widget_value} tree.  This has desirable properties.  For example,
9008 @code{lw_modify_all_widgets} is called from @file{glyphs-x.c} and
9009 updates all the properties of a widget without having to know what the
9010 widget is or what toolkit it is from.  Unfortunately this also has its
9011 hairy properties; the lwlib code quite complex. And of course lwlib has
9012 to know at some level what the widget is and how to set its properties.
9013
9014 The @code{widget_instance} structure also contains a pointer to the root
9015 of its tree.  Widget instances are further confi
9016
9017
9018 @node Scrollbars, Menubars, Generic Widget Interface, Lucid Widget Library
9019 @subsection Scrollbars
9020
9021 @node Menubars, Checkboxes and Radio Buttons, Scrollbars, Lucid Widget Library
9022 @subsection Menubars
9023
9024 @node Checkboxes and Radio Buttons, Progress Bars, Menubars, Lucid Widget Library
9025 @subsection Checkboxes and Radio Buttons
9026
9027 @node Progress Bars, Tab Controls, Checkboxes and Radio Buttons, Lucid Widget Library
9028 @subsection Progress Bars
9029
9030 @node Tab Controls, , Progress Bars, Lucid Widget Library
9031 @subsection Tab Controls
9032
9033 @include index.texi
9034
9035 @c Print the tables of contents
9036 @summarycontents
9037 @contents
9038 @c That's all
9039
9040 @bye