XEmacs 21.4.15
[chise/xemacs-chise.git.1] / man / lispref / numbers.texi
1 @c -*-texinfo-*-
2 @c This is part of the XEmacs Lisp Reference Manual.
3 @c Copyright (C) 1990, 1991, 1992, 1993, 1994 Free Software Foundation, Inc.
4 @c See the file lispref.texi for copying conditions.
5 @setfilename ../../info/numbers.info
6 @node Numbers, Strings and Characters, Lisp Data Types, Top
7 @chapter Numbers
8 @cindex integers
9 @cindex numbers
10
11   XEmacs supports two numeric data types: @dfn{integers} and
12 @dfn{floating point numbers}.  Integers are whole numbers such as
13 @minus{}3, 0, #b0111, #xFEED, #o744.  Their values are exact.  The
14 number prefixes `#b', `#o', and `#x' are supported to represent numbers
15 in binary, octal, and hexadecimal notation (or radix).  Floating point
16 numbers are numbers with fractional parts, such as @minus{}4.5, 0.0, or
17 2.71828.  They can also be expressed in exponential notation: 1.5e2
18 equals 150; in this example, @samp{e2} stands for ten to the second
19 power, and is multiplied by 1.5.  Floating point values are not exact;
20 they have a fixed, limited amount of precision.
21
22 @menu
23 * Integer Basics::            Representation and range of integers.
24 * Float Basics::              Representation and range of floating point.
25 * Predicates on Numbers::     Testing for numbers.
26 * Comparison of Numbers::     Equality and inequality predicates.
27 * Numeric Conversions::       Converting float to integer and vice versa.
28 * Arithmetic Operations::     How to add, subtract, multiply and divide.
29 * Rounding Operations::       Explicitly rounding floating point numbers.
30 * Bitwise Operations::        Logical and, or, not, shifting.
31 * Math Functions::            Trig, exponential and logarithmic functions.
32 * Random Numbers::            Obtaining random integers, predictable or not.
33 @end menu
34
35 @node Integer Basics
36 @section Integer Basics
37
38   The range of values for an integer depends on the machine.  The
39 minimum range is @minus{}134217728 to 134217727 (28 bits; i.e.,
40 @ifinfo
41 -2**27
42 @end ifinfo
43 @tex
44 $-2^{27}$
45 @end tex
46 to
47 @ifinfo
48 2**27 - 1),
49 @end ifinfo
50 @tex
51 $2^{27}-1$),
52 @end tex
53 but some machines may provide a wider range.  Many examples in this
54 chapter assume an integer has 28 bits.
55 @cindex overflow
56
57   The Lisp reader reads an integer as a sequence of digits with optional
58 initial sign and optional final period.
59
60 @example
61  1               ; @r{The integer 1.}
62  1.              ; @r{The integer 1.}
63 +1               ; @r{Also the integer 1.}
64 -1               ; @r{The integer @minus{}1.}
65  268435457       ; @r{Also the integer 1, due to overflow.}
66  0               ; @r{The integer 0.}
67 -0               ; @r{The integer 0.}
68 @end example
69
70   To understand how various functions work on integers, especially the
71 bitwise operators (@pxref{Bitwise Operations}), it is often helpful to
72 view the numbers in their binary form.
73
74   In 28-bit binary, the decimal integer 5 looks like this:
75
76 @example
77 0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101
78 @end example
79
80 @noindent
81 (We have inserted spaces between groups of 4 bits, and two spaces
82 between groups of 8 bits, to make the binary integer easier to read.)
83
84   The integer @minus{}1 looks like this:
85
86 @example
87 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111
88 @end example
89
90 @noindent
91 @cindex two's complement
92 @minus{}1 is represented as 28 ones.  (This is called @dfn{two's
93 complement} notation.)
94
95   The negative integer, @minus{}5, is creating by subtracting 4 from
96 @minus{}1.  In binary, the decimal integer 4 is 100.  Consequently,
97 @minus{}5 looks like this:
98
99 @example
100 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011
101 @end example
102
103   In this implementation, the largest 28-bit binary integer is the
104 decimal integer 134,217,727.  In binary, it looks like this:
105
106 @example
107 0111  1111 1111  1111 1111  1111 1111
108 @end example
109
110   Since the arithmetic functions do not check whether integers go
111 outside their range, when you add 1 to 134,217,727, the value is the
112 negative integer @minus{}134,217,728:
113
114 @example
115 (+ 1 134217727)
116      @result{} -134217728
117      @result{} 1000  0000 0000  0000 0000  0000 0000
118 @end example
119
120   Many of the following functions accept markers for arguments as well
121 as integers.  (@xref{Markers}.)  More precisely, the actual arguments to
122 such functions may be either integers or markers, which is why we often
123 give these arguments the name @var{int-or-marker}.  When the argument
124 value is a marker, its position value is used and its buffer is ignored.
125
126 @ignore
127   In version 19, except where @emph{integer} is specified as an
128 argument, all of the functions for markers and integers also work for
129 floating point numbers.
130 @end ignore
131
132 @node Float Basics
133 @section Floating Point Basics
134
135   XEmacs supports floating point numbers.  The precise range of floating
136 point numbers is machine-specific; it is the same as the range of the C
137 data type @code{double} on the machine in question.
138
139   The printed representation for floating point numbers requires either
140 a decimal point (with at least one digit following), an exponent, or
141 both.  For example, @samp{1500.0}, @samp{15e2}, @samp{15.0e2},
142 @samp{1.5e3}, and @samp{.15e4} are five ways of writing a floating point
143 number whose value is 1500.  They are all equivalent.  You can also use
144 a minus sign to write negative floating point numbers, as in
145 @samp{-1.0}.
146
147 @cindex IEEE floating point
148 @cindex positive infinity
149 @cindex negative infinity
150 @cindex infinity
151 @cindex NaN
152    Most modern computers support the IEEE floating point standard, which
153 provides for positive infinity and negative infinity as floating point
154 values.  It also provides for a class of values called NaN or
155 ``not-a-number''; numerical functions return such values in cases where
156 there is no correct answer.  For example, @code{(sqrt -1.0)} returns a
157 NaN.  For practical purposes, there's no significant difference between
158 different NaN values in XEmacs Lisp, and there's no rule for precisely
159 which NaN value should be used in a particular case, so this manual
160 doesn't try to distinguish them.  XEmacs Lisp has no read syntax for NaNs
161 or infinities; perhaps we should create a syntax in the future.
162
163   You can use @code{logb} to extract the binary exponent of a floating
164 point number (or estimate the logarithm of an integer):
165
166 @defun logb number
167 This function returns the binary exponent of @var{number}.  More
168 precisely, the value is the logarithm of @var{number} base 2, rounded
169 down to an integer.
170 @end defun
171
172 @node Predicates on Numbers
173 @section Type Predicates for Numbers
174
175   The functions in this section test whether the argument is a number or
176 whether it is a certain sort of number.  The functions @code{integerp}
177 and @code{floatp} can take any type of Lisp object as argument (the
178 predicates would not be of much use otherwise); but the @code{zerop}
179 predicate requires a number as its argument.  See also
180 @code{integer-or-marker-p}, @code{integer-char-or-marker-p},
181 @code{number-or-marker-p} and @code{number-char-or-marker-p}, in
182 @ref{Predicates on Markers}.
183
184 @defun floatp object
185 This predicate tests whether its argument is a floating point
186 number and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
187
188 @code{floatp} does not exist in Emacs versions 18 and earlier.
189 @end defun
190
191 @defun integerp object
192 This predicate tests whether its argument is an integer, and returns
193 @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
194 @end defun
195
196 @defun numberp object
197 This predicate tests whether its argument is a number (either integer or
198 floating point), and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.
199 @end defun
200
201 @defun natnump object
202 @cindex natural numbers
203 The @code{natnump} predicate (whose name comes from the phrase
204 ``natural-number-p'') tests to see whether its argument is a nonnegative
205 integer, and returns @code{t} if so, @code{nil} otherwise.  0 is
206 considered non-negative.
207 @end defun
208
209 @defun zerop number
210 This predicate tests whether its argument is zero, and returns @code{t}
211 if so, @code{nil} otherwise.  The argument must be a number.
212
213 These two forms are equivalent: @code{(zerop x)} @equiv{} @code{(= x 0)}.
214 @end defun
215
216 @node Comparison of Numbers
217 @section Comparison of Numbers
218 @cindex number equality
219
220   To test numbers for numerical equality, you should normally use
221 @code{=}, not @code{eq}.  There can be many distinct floating point
222 number objects with the same numeric value.  If you use @code{eq} to
223 compare them, then you test whether two values are the same
224 @emph{object}.  By contrast, @code{=} compares only the numeric values
225 of the objects.
226
227   At present, each integer value has a unique Lisp object in XEmacs Lisp.
228 Therefore, @code{eq} is equivalent to @code{=} where integers are
229 concerned.  It is sometimes convenient to use @code{eq} for comparing an
230 unknown value with an integer, because @code{eq} does not report an
231 error if the unknown value is not a number---it accepts arguments of any
232 type.  By contrast, @code{=} signals an error if the arguments are not
233 numbers or markers.  However, it is a good idea to use @code{=} if you
234 can, even for comparing integers, just in case we change the
235 representation of integers in a future XEmacs version.
236
237   There is another wrinkle: because floating point arithmetic is not
238 exact, it is often a bad idea to check for equality of two floating
239 point values.  Usually it is better to test for approximate equality.
240 Here's a function to do this:
241
242 @example
243 (defconst fuzz-factor 1.0e-6)
244 (defun approx-equal (x y)
245   (or (and (= x 0) (= y 0))
246       (< (/ (abs (- x y))
247             (max (abs x) (abs y)))
248          fuzz-factor)))
249 @end example
250
251 @cindex CL note---integers vrs @code{eq}
252 @quotation
253 @b{Common Lisp note:} Comparing numbers in Common Lisp always requires
254 @code{=} because Common Lisp implements multi-word integers, and two
255 distinct integer objects can have the same numeric value.  XEmacs Lisp
256 can have just one integer object for any given value because it has a
257 limited range of integer values.
258 @end quotation
259
260 In addition to numbers, all of the following functions also accept
261 characters and markers as arguments, and treat them as their number
262 equivalents.
263
264 @defun =  number &rest more-numbers
265 This function returns @code{t} if all of its arguments are numerically
266 equal, @code{nil} otherwise.
267
268 @example
269 (= 5)
270      @result{} t
271 (= 5 6)
272      @result{} nil
273 (= 5 5.0)
274      @result{} t
275 (= 5 5 6)
276      @result{} nil
277 @end example
278 @end defun
279
280 @defun /=  number &rest more-numbers
281 This function returns @code{t} if no two arguments are numerically
282 equal, @code{nil} otherwise.
283
284 @example
285 (/= 5 6)
286      @result{} t
287 (/= 5 5 6)
288      @result{} nil
289 (/= 5 6 1)
290      @result{} t
291 @end example
292 @end defun
293
294 @defun <  number &rest more-numbers
295 This function returns @code{t} if the sequence of its arguments is
296 monotonically increasing, @code{nil} otherwise.
297
298 @example
299 (< 5 6)
300      @result{} t
301 (< 5 6 6)
302      @result{} nil
303 (< 5 6 7)
304      @result{} t
305 @end example
306 @end defun
307
308 @defun <=  number &rest more-numbers
309 This function returns @code{t} if the sequence of its arguments is
310 monotonically nondecreasing, @code{nil} otherwise.
311
312 @example
313 (<= 5 6)
314      @result{} t
315 (<= 5 6 6)
316      @result{} t
317 (<= 5 6 5)
318      @result{} nil
319 @end example
320 @end defun
321
322 @defun >  number &rest more-numbers
323 This function returns @code{t} if the sequence of its arguments is
324 monotonically decreasing, @code{nil} otherwise.
325 @end defun
326
327 @defun >=  number &rest more-numbers
328 This function returns @code{t} if the sequence of its arguments is
329 monotonically nonincreasing, @code{nil} otherwise.
330 @end defun
331
332 @defun max number &rest more-numbers
333 This function returns the largest of its arguments.
334
335 @example
336 (max 20)
337      @result{} 20
338 (max 1 2.5)
339      @result{} 2.5
340 (max 1 3 2.5)
341      @result{} 3
342 @end example
343 @end defun
344
345 @defun min number &rest more-numbers
346 This function returns the smallest of its arguments.
347
348 @example
349 (min -4 1)
350      @result{} -4
351 @end example
352 @end defun
353
354 @node Numeric Conversions
355 @section Numeric Conversions
356 @cindex rounding in conversions
357
358 To convert an integer to floating point, use the function @code{float}.
359
360 @defun float number
361 This returns @var{number} converted to floating point.
362 If @var{number} is already a floating point number, @code{float} returns
363 it unchanged.
364 @end defun
365
366 There are four functions to convert floating point numbers to integers;
367 they differ in how they round.  These functions accept integer arguments
368 also, and return such arguments unchanged.
369
370 @defun truncate number
371 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards
372 zero.
373 @end defun
374
375 @defun floor number &optional divisor
376 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding downward
377 (towards negative infinity).
378
379 If @var{divisor} is specified, @var{number} is divided by @var{divisor}
380 before the floor is taken; this is the division operation that
381 corresponds to @code{mod}.  An @code{arith-error} results if
382 @var{divisor} is 0.
383 @end defun
384
385 @defun ceiling number
386 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding upward
387 (towards positive infinity).
388 @end defun
389
390 @defun round number
391 This returns @var{number}, converted to an integer by rounding towards the
392 nearest integer.  Rounding a value equidistant between two integers
393 may choose the integer closer to zero, or it may prefer an even integer,
394 depending on your machine.
395 @end defun
396
397 @node Arithmetic Operations
398 @section Arithmetic Operations
399
400   XEmacs Lisp provides the traditional four arithmetic operations:
401 addition, subtraction, multiplication, and division.  Remainder and modulus
402 functions supplement the division functions.  The functions to
403 add or subtract 1 are provided because they are traditional in Lisp and
404 commonly used.
405
406   All of these functions except @code{%} return a floating point value
407 if any argument is floating.
408
409   It is important to note that in XEmacs Lisp, arithmetic functions
410 do not check for overflow.  Thus @code{(1+ 134217727)} may evaluate to
411 @minus{}134217728, depending on your hardware.
412
413 @defun 1+ number
414 This function returns @var{number} plus one.  @var{number} may be a
415 number, character or marker.  Markers and characters are converted to
416 integers.
417
418 For example,
419
420 @example
421 (setq foo 4)
422      @result{} 4
423 (1+ foo)
424      @result{} 5
425 @end example
426
427 This function is not analogous to the C operator @code{++}---it does not
428 increment a variable.  It just computes a sum.  Thus, if we continue,
429
430 @example
431 foo
432      @result{} 4
433 @end example
434
435 If you want to increment the variable, you must use @code{setq},
436 like this:
437
438 @example
439 (setq foo (1+ foo))
440      @result{} 5
441 @end example
442
443 Now that the @code{cl} package is always available from lisp code, a
444 more convenient and natural way to increment a variable is
445 @w{@code{(incf foo)}}.
446 @end defun
447
448 @defun 1- number
449 This function returns @var{number} minus one.  @var{number} may be a
450 number, character or marker.  Markers and characters are converted to
451 integers.
452 @end defun
453
454 @defun abs number
455 This returns the absolute value of @var{number}.
456 @end defun
457
458 @defun + &rest numbers
459 This function adds its arguments together.  When given no arguments,
460 @code{+} returns 0.
461
462 If any of the arguments are characters or markers, they are first
463 converted to integers.
464
465 @example
466 (+)
467      @result{} 0
468 (+ 1)
469      @result{} 1
470 (+ 1 2 3 4)
471      @result{} 10
472 @end example
473 @end defun
474
475 @defun - &optional number &rest other-numbers
476 The @code{-} function serves two purposes: negation and subtraction.
477 When @code{-} has a single argument, the value is the negative of the
478 argument.  When there are multiple arguments, @code{-} subtracts each of
479 the @var{other-numbers} from @var{number}, cumulatively.  If there are
480 no arguments, an error is signaled.
481
482 If any of the arguments are characters or markers, they are first
483 converted to integers.
484
485 @example
486 (- 10 1 2 3 4)
487      @result{} 0
488 (- 10)
489      @result{} -10
490 (-)
491      @result{} 0
492 @end example
493 @end defun
494
495 @defun * &rest numbers
496 This function multiplies its arguments together, and returns the
497 product.  When given no arguments, @code{*} returns 1.
498
499 If any of the arguments are characters or markers, they are first
500 converted to integers.
501
502 @example
503 (*)
504      @result{} 1
505 (* 1)
506      @result{} 1
507 (* 1 2 3 4)
508      @result{} 24
509 @end example
510 @end defun
511
512 @defun / dividend &rest divisors
513 The @code{/} function serves two purposes: inversion and division.  When
514 @code{/} has a single argument, the value is the inverse of the
515 argument.  When there are multiple arguments, @code{/} divides
516 @var{dividend} by each of the @var{divisors}, cumulatively, returning
517 the quotient.  If there are no arguments, an error is signaled.
518
519 If none of the arguments are floats, then the result is an integer.
520 This means the result has to be rounded.  On most machines, the result
521 is rounded towards zero after each division, but some machines may round
522 differently with negative arguments.  This is because the Lisp function
523 @code{/} is implemented using the C division operator, which also
524 permits machine-dependent rounding.  As a practical matter, all known
525 machines round in the standard fashion.
526
527 If any of the arguments are characters or markers, they are first
528 converted to integers.
529
530 @cindex @code{arith-error} in division
531 If you divide by 0, an @code{arith-error} error is signaled.
532 (@xref{Errors}.)
533
534 @example
535 @group
536 (/ 6 2)
537      @result{} 3
538 @end group
539 (/ 5 2)
540      @result{} 2
541 (/ 25 3 2)
542      @result{} 4
543 (/ 3.0)
544      @result{} 0.3333333333333333
545 (/ -17 6)
546      @result{} -2
547 @end example
548
549 The result of @code{(/ -17 6)} could in principle be -3 on some
550 machines.
551 @end defun
552
553 @defun % dividend divisor
554 @cindex remainder
555 This function returns the integer remainder after division of @var{dividend}
556 by @var{divisor}.  The arguments must be integers or markers.
557
558 For negative arguments, the remainder is in principle machine-dependent
559 since the quotient is; but in practice, all known machines behave alike.
560
561 An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
562
563 @example
564 (% 9 4)
565      @result{} 1
566 (% -9 4)
567      @result{} -1
568 (% 9 -4)
569      @result{} 1
570 (% -9 -4)
571      @result{} -1
572 @end example
573
574 For any two integers @var{dividend} and @var{divisor},
575
576 @example
577 @group
578 (+ (% @var{dividend} @var{divisor})
579    (* (/ @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
580 @end group
581 @end example
582
583 @noindent
584 always equals @var{dividend}.
585 @end defun
586
587 @defun mod dividend divisor
588 @cindex modulus
589 This function returns the value of @var{dividend} modulo @var{divisor};
590 in other words, the remainder after division of @var{dividend}
591 by @var{divisor}, but with the same sign as @var{divisor}.
592 The arguments must be numbers or markers.
593
594 Unlike @code{%}, @code{mod} returns a well-defined result for negative
595 arguments.  It also permits floating point arguments; it rounds the
596 quotient downward (towards minus infinity) to an integer, and uses that
597 quotient to compute the remainder.
598
599 An @code{arith-error} results if @var{divisor} is 0.
600
601 @example
602 @group
603 (mod 9 4)
604      @result{} 1
605 @end group
606 @group
607 (mod -9 4)
608      @result{} 3
609 @end group
610 @group
611 (mod 9 -4)
612      @result{} -3
613 @end group
614 @group
615 (mod -9 -4)
616      @result{} -1
617 @end group
618 @group
619 (mod 5.5 2.5)
620      @result{} .5
621 @end group
622 @end example
623
624 For any two numbers @var{dividend} and @var{divisor},
625
626 @example
627 @group
628 (+ (mod @var{dividend} @var{divisor})
629    (* (floor @var{dividend} @var{divisor}) @var{divisor}))
630 @end group
631 @end example
632
633 @noindent
634 always equals @var{dividend}, subject to rounding error if either
635 argument is floating point.  For @code{floor}, see @ref{Numeric
636 Conversions}.
637 @end defun
638
639 @node Rounding Operations
640 @section Rounding Operations
641 @cindex rounding without conversion
642
643 The functions @code{ffloor}, @code{fceiling}, @code{fround} and
644 @code{ftruncate} take a floating point argument and return a floating
645 point result whose value is a nearby integer.  @code{ffloor} returns the
646 nearest integer below; @code{fceiling}, the nearest integer above;
647 @code{ftruncate}, the nearest integer in the direction towards zero;
648 @code{fround}, the nearest integer.
649
650 @defun ffloor number
651 This function rounds @var{number} to the next lower integral value, and
652 returns that value as a floating point number.
653 @end defun
654
655 @defun fceiling number
656 This function rounds @var{number} to the next higher integral value, and
657 returns that value as a floating point number.
658 @end defun
659
660 @defun ftruncate number
661 This function rounds @var{number} towards zero to an integral value, and
662 returns that value as a floating point number.
663 @end defun
664
665 @defun fround number
666 This function rounds @var{number} to the nearest integral value,
667 and returns that value as a floating point number.
668 @end defun
669
670 @node Bitwise Operations
671 @section Bitwise Operations on Integers
672
673   In a computer, an integer is represented as a binary number, a
674 sequence of @dfn{bits} (digits which are either zero or one).  A bitwise
675 operation acts on the individual bits of such a sequence.  For example,
676 @dfn{shifting} moves the whole sequence left or right one or more places,
677 reproducing the same pattern ``moved over''.
678
679   The bitwise operations in XEmacs Lisp apply only to integers.
680
681 @defun lsh integer1 count
682 @cindex logical shift
683 @code{lsh}, which is an abbreviation for @dfn{logical shift}, shifts the
684 bits in @var{integer1} to the left @var{count} places, or to the right
685 if @var{count} is negative, bringing zeros into the vacated bits.  If
686 @var{count} is negative, @code{lsh} shifts zeros into the leftmost
687 (most-significant) bit, producing a positive result even if
688 @var{integer1} is negative.  Contrast this with @code{ash}, below.
689
690 Here are two examples of @code{lsh}, shifting a pattern of bits one
691 place to the left.  We show only the low-order eight bits of the binary
692 pattern; the rest are all zero.
693
694 @example
695 @group
696 (lsh 5 1)
697      @result{} 10
698 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 10.}
699 00000101 @result{} 00001010
700
701 (lsh 7 1)
702      @result{} 14
703 ;; @r{Decimal 7 becomes decimal 14.}
704 00000111 @result{} 00001110
705 @end group
706 @end example
707
708 @noindent
709 As the examples illustrate, shifting the pattern of bits one place to
710 the left produces a number that is twice the value of the previous
711 number.
712
713 Shifting a pattern of bits two places to the left produces results
714 like this (with 8-bit binary numbers):
715
716 @example
717 @group
718 (lsh 3 2)
719      @result{} 12
720 ;; @r{Decimal 3 becomes decimal 12.}
721 00000011 @result{} 00001100
722 @end group
723 @end example
724
725 On the other hand, shifting one place to the right looks like this:
726
727 @example
728 @group
729 (lsh 6 -1)
730      @result{} 3
731 ;; @r{Decimal 6 becomes decimal 3.}
732 00000110 @result{} 00000011
733 @end group
734
735 @group
736 (lsh 5 -1)
737      @result{} 2
738 ;; @r{Decimal 5 becomes decimal 2.}
739 00000101 @result{} 00000010
740 @end group
741 @end example
742
743 @noindent
744 As the example illustrates, shifting one place to the right divides the
745 value of a positive integer by two, rounding downward.
746
747 The function @code{lsh}, like all XEmacs Lisp arithmetic functions, does
748 not check for overflow, so shifting left can discard significant bits
749 and change the sign of the number.  For example, left shifting
750 134,217,727 produces @minus{}2 on a 28-bit machine:
751
752 @example
753 (lsh 134217727 1)          ; @r{left shift}
754      @result{} -2
755 @end example
756
757 In binary, in the 28-bit implementation, the argument looks like this:
758
759 @example
760 @group
761 ;; @r{Decimal 134,217,727}
762 0111  1111 1111  1111 1111  1111 1111
763 @end group
764 @end example
765
766 @noindent
767 which becomes the following when left shifted:
768
769 @example
770 @group
771 ;; @r{Decimal @minus{}2}
772 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1110
773 @end group
774 @end example
775 @end defun
776
777 @defun ash integer1 count
778 @cindex arithmetic shift
779 @code{ash} (@dfn{arithmetic shift}) shifts the bits in @var{integer1}
780 to the left @var{count} places, or to the right if @var{count}
781 is negative.
782
783 @code{ash} gives the same results as @code{lsh} except when
784 @var{integer1} and @var{count} are both negative.  In that case,
785 @code{ash} puts ones in the empty bit positions on the left, while
786 @code{lsh} puts zeros in those bit positions.
787
788 Thus, with @code{ash}, shifting the pattern of bits one place to the right
789 looks like this:
790
791 @example
792 @group
793 (ash -6 -1) @result{} -3
794 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal @minus{}3.}
795 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010
796      @result{}
797 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1101
798 @end group
799 @end example
800
801 In contrast, shifting the pattern of bits one place to the right with
802 @code{lsh} looks like this:
803
804 @example
805 @group
806 (lsh -6 -1) @result{} 134217725
807 ;; @r{Decimal @minus{}6 becomes decimal 134,217,725.}
808 1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010
809      @result{}
810 0111  1111 1111  1111 1111  1111 1101
811 @end group
812 @end example
813
814 Here are other examples:
815
816 @c !!! Check if lined up in smallbook format!  XDVI shows problem
817 @c     with smallbook but not with regular book! --rjc 16mar92
818 @smallexample
819 @group
820                    ;  @r{             28-bit binary values}
821
822 (lsh 5 2)          ;   5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
823      @result{} 20         ;      =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0001 0100}
824 @end group
825 @group
826 (ash 5 2)
827      @result{} 20
828 (lsh -5 2)         ;  -5  =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
829      @result{} -20        ;      =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1110 1100}
830 (ash -5 2)
831      @result{} -20
832 @end group
833 @group
834 (lsh 5 -2)         ;   5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
835      @result{} 1          ;      =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0001}
836 @end group
837 @group
838 (ash 5 -2)
839      @result{} 1
840 @end group
841 @group
842 (lsh -5 -2)        ;  -5  =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
843      @result{} 4194302    ;      =  @r{0011  1111 1111  1111 1111  1111 1110}
844 @end group
845 @group
846 (ash -5 -2)        ;  -5  =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1011}
847      @result{} -2         ;      =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1110}
848 @end group
849 @end smallexample
850 @end defun
851
852 @defun logand &rest ints-or-markers
853 @cindex logical and
854 @cindex bitwise and
855 This function returns the ``logical and'' of the arguments: the
856 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
857 set in all the arguments.  (``Set'' means that the value of the bit is 1
858 rather than 0.)
859
860 For example, using 4-bit binary numbers, the ``logical and'' of 13 and
861 12 is 12: 1101 combined with 1100 produces 1100.
862 In both the binary numbers, the leftmost two bits are set (i.e., they
863 are 1's), so the leftmost two bits of the returned value are set.
864 However, for the rightmost two bits, each is zero in at least one of
865 the arguments, so the rightmost two bits of the returned value are 0's.
866
867 @noindent
868 Therefore,
869
870 @example
871 @group
872 (logand 13 12)
873      @result{} 12
874 @end group
875 @end example
876
877 If @code{logand} is not passed any argument, it returns a value of
878 @minus{}1.  This number is an identity element for @code{logand}
879 because its binary representation consists entirely of ones.  If
880 @code{logand} is passed just one argument, it returns that argument.
881
882 @smallexample
883 @group
884                    ; @r{               28-bit binary values}
885
886 (logand 14 13)     ; 14  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
887                    ; 13  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
888      @result{} 12         ; 12  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
889 @end group
890
891 @group
892 (logand 14 13 4)   ; 14  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
893                    ; 13  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
894                    ;  4  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0100}
895      @result{} 4          ;  4  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0100}
896 @end group
897
898 @group
899 (logand)
900      @result{} -1         ; -1  =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1111}
901 @end group
902 @end smallexample
903 @end defun
904
905 @defun logior &rest ints-or-markers
906 @cindex logical inclusive or
907 @cindex bitwise or
908 This function returns the ``inclusive or'' of its arguments: the @var{n}th bit
909 is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is set in at least
910 one of the arguments.  If there are no arguments, the result is zero,
911 which is an identity element for this operation.  If @code{logior} is
912 passed just one argument, it returns that argument.
913
914 @smallexample
915 @group
916                    ; @r{              28-bit binary values}
917
918 (logior 12 5)      ; 12  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
919                    ;  5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
920      @result{} 13         ; 13  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1101}
921 @end group
922
923 @group
924 (logior 12 5 7)    ; 12  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
925                    ;  5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
926                    ;  7  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0111}
927      @result{} 15         ; 15  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1111}
928 @end group
929 @end smallexample
930 @end defun
931
932 @defun logxor &rest ints-or-markers
933 @cindex bitwise exclusive or
934 @cindex logical exclusive or
935 This function returns the ``exclusive or'' of its arguments: the
936 @var{n}th bit is set in the result if, and only if, the @var{n}th bit is
937 set in an odd number of the arguments.  If there are no arguments, the
938 result is 0, which is an identity element for this operation.  If
939 @code{logxor} is passed just one argument, it returns that argument.
940
941 @smallexample
942 @group
943                    ; @r{              28-bit binary values}
944
945 (logxor 12 5)      ; 12  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
946                    ;  5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
947      @result{} 9          ;  9  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1001}
948 @end group
949
950 @group
951 (logxor 12 5 7)    ; 12  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100}
952                    ;  5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
953                    ;  7  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0111}
954      @result{} 14         ; 14  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 1110}
955 @end group
956 @end smallexample
957 @end defun
958
959 @defun lognot integer
960 @cindex logical not
961 @cindex bitwise not
962 This function returns the logical complement of its argument: the @var{n}th
963 bit is one in the result if, and only if, the @var{n}th bit is zero in
964 @var{integer}, and vice-versa.
965
966 @example
967 (lognot 5)
968      @result{} -6
969 ;;  5  =  @r{0000  0000 0000  0000 0000  0000 0101}
970 ;; @r{becomes}
971 ;; -6  =  @r{1111  1111 1111  1111 1111  1111 1010}
972 @end example
973 @end defun
974
975 @node Math Functions
976 @section Standard Mathematical Functions
977 @cindex transcendental functions
978 @cindex mathematical functions
979
980 These mathematical functions are available if floating point is
981 supported (which is the normal state of affairs).  They allow integers
982 as well as floating point numbers as arguments.
983
984 @defun sin number
985 @defunx cos number
986 @defunx tan number
987 These are the ordinary trigonometric functions, with argument measured
988 in radians.
989 @end defun
990
991 @defun asin number
992 The value of @code{(asin @var{number})} is a number between @minus{}pi/2
993 and pi/2 (inclusive) whose sine is @var{number}; if, however, @var{number}
994 is out of range (outside [-1, 1]), then the result is a NaN.
995 @end defun
996
997 @defun acos number
998 The value of @code{(acos @var{number})} is a number between 0 and pi
999 (inclusive) whose cosine is @var{number}; if, however, @var{number}
1000 is out of range (outside [-1, 1]), then the result is a NaN.
1001 @end defun
1002
1003 @defun atan number &optional number2
1004 The value of @code{(atan @var{number})} is a number between @minus{}pi/2
1005 and pi/2 (exclusive) whose tangent is @var{number}.
1006
1007 If optional argument @var{number2} is supplied, the function returns
1008 @code{atan2(@var{number},@var{number2})}.
1009 @end defun
1010
1011 @defun sinh number
1012 @defunx cosh number
1013 @defunx tanh number
1014 These are the ordinary hyperbolic trigonometric functions.
1015 @end defun
1016
1017 @defun asinh number
1018 @defunx acosh number
1019 @defunx atanh number
1020 These are the inverse hyperbolic trigonometric functions.
1021 @end defun
1022
1023 @defun exp number
1024 This is the exponential function; it returns @i{e} to the power
1025 @var{number}.  @i{e} is a fundamental mathematical constant also called the
1026 base of natural logarithms.
1027 @end defun
1028
1029 @defun log number &optional base
1030 This function returns the logarithm of @var{number}, with base @var{base}.
1031 If you don't specify @var{base}, the base @code{e} is used.  If @var{number}
1032 is negative, the result is a NaN.
1033 @end defun
1034
1035 @defun log10 number
1036 This function returns the logarithm of @var{number}, with base 10.  If
1037 @var{number} is negative, the result is a NaN.  @code{(log10 @var{x})}
1038 @equiv{} @code{(log @var{x} 10)}, at least approximately.
1039 @end defun
1040
1041 @defun expt x y
1042 This function returns @var{x} raised to power @var{y}.  If both
1043 arguments are integers and @var{y} is positive, the result is an
1044 integer; in this case, it is truncated to fit the range of possible
1045 integer values.
1046 @end defun
1047
1048 @defun sqrt number
1049 This returns the square root of @var{number}.  If @var{number} is negative,
1050 the value is a NaN.
1051 @end defun
1052
1053 @defun cube-root number
1054 This returns the cube root of @var{number}.
1055 @end defun
1056
1057 @node Random Numbers
1058 @section Random Numbers
1059 @cindex random numbers
1060
1061 A deterministic computer program cannot generate true random numbers.
1062 For most purposes, @dfn{pseudo-random numbers} suffice.  A series of
1063 pseudo-random numbers is generated in a deterministic fashion.  The
1064 numbers are not truly random, but they have certain properties that
1065 mimic a random series.  For example, all possible values occur equally
1066 often in a pseudo-random series.
1067
1068 In XEmacs, pseudo-random numbers are generated from a ``seed'' number.
1069 Starting from any given seed, the @code{random} function always
1070 generates the same sequence of numbers.  XEmacs always starts with the
1071 same seed value, so the sequence of values of @code{random} is actually
1072 the same in each XEmacs run!  For example, in one operating system, the
1073 first call to @code{(random)} after you start XEmacs always returns
1074 -1457731, and the second one always returns -7692030.  This
1075 repeatability is helpful for debugging.
1076
1077 If you want truly unpredictable random numbers, execute @code{(random
1078 t)}.  This chooses a new seed based on the current time of day and on
1079 XEmacs's process @sc{id} number.
1080
1081 @defun random &optional limit
1082 This function returns a pseudo-random integer.  Repeated calls return a
1083 series of pseudo-random integers.
1084
1085 If @var{limit} is a positive integer, the value is chosen to be
1086 nonnegative and less than @var{limit}.
1087
1088 If @var{limit} is @code{t}, it means to choose a new seed based on the
1089 current time of day and on XEmacs's process @sc{id} number.
1090 @c "XEmacs'" is incorrect usage!
1091
1092 On some machines, any integer representable in Lisp may be the result
1093 of @code{random}.  On other machines, the result can never be larger
1094 than a certain maximum or less than a certain (negative) minimum.
1095 @end defun