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Lisp/Scheme  |  1993-05-19  |  20KB  |  587 lines

  1. @c -*-texinfo-*-
  2. @c This is part of the GNU Emacs Lisp Reference Manual.
  3. @c Copyright (C) 1990, 1991, 1992, 1993 Free Software Foundation, Inc. 
  4. @c See the file elisp.texi for copying conditions.
  5. @setfilename ../info/compile
  6. @node Byte Compilation, Debugging, Loading, Top
  7. @chapter Byte Compilation
  8. @cindex byte-code
  9. @cindex compilation
  10.  
  11.   GNU Emacs Lisp has a @dfn{compiler} that translates functions written
  12. in Lisp into a special representation called @dfn{byte-code} that can be
  13. executed more efficiently.  The compiler replaces Lisp function
  14. definitions with byte-code.  When a byte-code function is called, its
  15. definition is evaluated by the @dfn{byte-code interpreter}.
  16.  
  17.   Because the byte-compiled code is evaluated by the byte-code
  18. interpreter, instead of being executed directly by the machine's
  19. hardware (as true compiled code is), byte-code is completely
  20. transportable from machine to machine without recompilation.  It is not,
  21. however, as fast as true compiled code.
  22.  
  23.   In general, any version of Emacs can run byte-compiled code produced
  24. by recent earlier versions of Emacs, but the reverse is not true.  In
  25. particular, if you compile a program with Emacs 18, you can run the
  26. compiled code in Emacs 19, but not vice versa.
  27.  
  28.   @xref{Compilation Errors}, for how to investigate errors occurring in
  29. byte compilation.
  30.  
  31. @menu
  32. * Compilation Functions::       Byte compilation functions.
  33. * Eval During Compile::      Code to be evaluated when you compile.
  34. * Byte-Code Objects::        The data type used for byte-compiled functions.
  35. * Disassembly::                 Disassembling byte-code; how to read byte-code.
  36. @end menu
  37.  
  38. @node Compilation Functions
  39. @comment  node-name,  next,  previous,  up
  40. @section The Compilation Functions
  41. @cindex compilation functions
  42.  
  43.   You can byte-compile an individual function or macro definition with
  44. the @code{byte-compile} function.  You can compile a whole file with
  45. @code{byte-compile-file}, or several files with
  46. @code{byte-recompile-directory} or @code{batch-byte-compile}.
  47.  
  48.   When you run the byte compiler, you may get warnings in a buffer called
  49. @samp{*Compile-Log*}.  These report usage in your program that suggest a
  50. problem, but are not necessarily erroneous.
  51.  
  52. @cindex macro compilation
  53.   Be careful when byte-compiling code that uses macros.  Macro calls are
  54. expanded when they are compiled, so the macros must already be defined
  55. for proper compilation.  For more details, see @ref{Compiling Macros}.
  56.  
  57.   While byte-compiling a file, any @code{require} calls at top-level are
  58. executed.  One way to ensure that necessary macro definitions are
  59. available during compilation is to require the file that defines them.
  60. @xref{Features}.
  61.  
  62.   A byte-compiled function is not as efficient as a primitive function
  63. written in C, but runs much faster than the version written in Lisp.
  64. For a rough comparison, consider the example below:
  65.  
  66. @example
  67. @group
  68. (defun silly-loop (n)
  69.   "Return time before and after N iterations of a loop."
  70.   (let ((t1 (current-time-string)))
  71.     (while (> (setq n (1- n)) 
  72.               0))
  73.     (list t1 (current-time-string))))
  74. @result{} silly-loop
  75. @end group
  76.  
  77. @group
  78. (silly-loop 100000)
  79. @result{} ("Thu Jan 12 20:18:38 1989" 
  80.     "Thu Jan 12 20:19:29 1989")  ; @r{51 seconds}
  81. @end group
  82.  
  83. @group
  84. (byte-compile 'silly-loop)
  85. @result{} @r{[Compiled code not shown]}
  86. @end group
  87.  
  88. @group
  89. (silly-loop 100000)
  90. @result{} ("Thu Jan 12 20:21:04 1989" 
  91.     "Thu Jan 12 20:21:17 1989")  ; @r{13 seconds}
  92. @end group
  93. @end example
  94.  
  95.   In this example, the interpreted code required 51 seconds to run,
  96. whereas the byte-compiled code required 13 seconds.  These results are
  97. representative, but actual results will vary greatly.
  98.  
  99. @defun byte-compile symbol
  100.   This function byte-compiles the function definition of @var{symbol},
  101. replacing the previous definition with the compiled one.  The function
  102. definition of @var{symbol} must be the actual code for the function;
  103. i.e., the compiler does not follow indirection to another symbol.
  104. @code{byte-compile} does not compile macros.  @code{byte-compile}
  105. returns the new, compiled definition of @var{symbol}.
  106.  
  107. @example
  108. @group
  109. (defun factorial (integer)
  110.   "Compute factorial of INTEGER."
  111.   (if (= 1 integer) 1
  112.     (* integer (factorial (1- integer)))))
  113.      @result{} factorial
  114. @end group
  115.  
  116. @group
  117. (byte-compile 'factorial)
  118.      @result{}
  119. #[(integer)
  120.   "^H\301U\203^H^@@\301\207\302^H\303^HS!\"\207"
  121.   [integer 1 * factorial]
  122.   4 "Compute factorial of INTEGER."]
  123. @end group
  124. @end example
  125.  
  126. @noindent
  127. The result is a compiled function object.  The string it contains is the
  128. actual byte-code; each character in it is an instruction.  The vector
  129. contains all the constants, variable names and function names used by
  130. the function, except for certain primitives that are coded as special
  131. instructions.
  132. @end defun
  133.  
  134. @deffn Command compile-defun
  135. This command reads the defun containing point, compiles it, and
  136. evaluates the result.  If you use this on a defun that is actually a
  137. function definition, the effect is to install a compiled version of that
  138. function.
  139. @end deffn
  140.  
  141. @deffn Command byte-compile-file filename
  142.   This function compiles a file of Lisp code named @var{filename} into
  143. a file of byte-code.  The output file's name is made by appending
  144. @samp{c} to the end of @var{filename}.
  145.  
  146.   Compilation works by reading the input file one form at a time.  If it
  147. is a definition of a function or macro, the compiled function or macro
  148. definition is written out.  Other forms are batched together, then each
  149. batch is compiled, and written so that its compiled code will be
  150. executed when the file is read.  All comments are discarded when the
  151. input file is read.
  152.  
  153.   This command returns @code{t}.  When called interactively, it prompts
  154. for the file name.
  155.  
  156. @example
  157. @group
  158. % ls -l push*
  159. -rw-r--r--  1 lewis     791 Oct  5 20:31 push.el
  160. @end group
  161.  
  162. @group
  163. (byte-compile-file "~/emacs/push.el")
  164.      @result{} t
  165. @end group
  166.  
  167. @group
  168. % ls -l push*
  169. -rw-r--r--  1 lewis     791 Oct  5 20:31 push.el
  170. -rw-rw-rw-  1 lewis     638 Oct  8 20:25 push.elc
  171. @end group
  172. @end example
  173. @end deffn
  174.  
  175. @deffn Command byte-recompile-directory directory flag
  176. @cindex library compilation
  177.   This function recompiles every @samp{.el} file in @var{directory} that
  178. needs recompilation.  A file needs recompilation if a @samp{.elc} file
  179. exists but is older than the @samp{.el} file.
  180.  
  181.   If a @samp{.el} file exists, but there is no corresponding @samp{.elc}
  182. file, then @var{flag} is examined.  If it is @code{nil}, the file is
  183. ignored.  If it is non-@code{nil}, the user is asked whether the file
  184. should be compiled.
  185.  
  186.   The returned value of this command is unpredictable.
  187. @end deffn
  188.  
  189. @defun batch-byte-compile
  190.   This function runs @code{byte-compile-file} on the files remaining on
  191. the command line.  This function must be used only in a batch execution
  192. of Emacs, as it kills Emacs on completion.  An error in one file does
  193. not prevent processing of subsequent files.  (The file which gets the
  194. error will not, of course, produce any compiled code.)
  195.  
  196. @example
  197. % emacs -batch -f batch-byte-compile *.el
  198. @end example
  199. @end defun
  200.  
  201. @defun byte-code code-string data-vector max-stack
  202. @cindex byte-code interpreter
  203.   This function actually interprets byte-code.  A byte-compiled function
  204. is actually defined with a body that calls @code{byte-code}.  Don't call
  205. this function yourself.  Only the byte compiler knows how to generate
  206. valid calls to this function.
  207.  
  208.   In newer Emacs versions (19 and up), byte-code is usually executed as
  209. part of a compiled function object, and only rarely as part of a call to
  210. @code{byte-code}.
  211. @end defun
  212.  
  213. @node Eval During Compile
  214. @section Evaluation During Compilation
  215.  
  216. These features permit you to write code to be evaluated during
  217. compilation of a program.
  218.  
  219. @defspec eval-and-compile body
  220. This form marks @var{body} to be evaluated both when you compile the
  221. containing code and when you run it (whether compiled or not).
  222.  
  223. You can get a similar result by putting @var{body} in a separate file
  224. and referring to that file with @code{require}.  Using @code{require} is
  225. preferable if there is a substantial amount of code to be executed in
  226. this way.
  227. @end defspec
  228.  
  229. @defspec eval-when-compile body
  230. This form marks @var{body} to be evaluated at compile time @emph{only}.
  231. The result of evaluation by the compiler becomes a constant which
  232. appears in the compiled program.  When the program is interpreted, not
  233. compiled at all, @var{body} is evaluated normally.
  234.  
  235. At top-level, this is analogous to the Common Lisp idiom
  236. @code{(eval-when (compile) @dots{})}.  Elsewhere, the Common Lisp
  237. @samp{#.} reader macro (but not when interpreting) is closer to what
  238. @code{eval-when-compile} does.
  239. @end defspec
  240.  
  241. @node Byte-Code Objects
  242. @section Byte-Code Objects
  243. @cindex compiled function
  244. @cindex byte-code function
  245.  
  246.   Byte-compiled functions have a special data type: they are
  247. @dfn{byte-code function objects}.
  248.  
  249.   Internally, a byte-code function object is much like a vector;
  250. however, the evaluator handles this data type specially when it appears
  251. as a function to be called.  The printed representation for a byte-code
  252. function object is like that for a vector, with an additional @samp{#}
  253. before the opening @samp{[}.
  254.  
  255.   In Emacs version 18, there was no byte-code function object data type;
  256. compiled functions used the function @code{byte-code} to run the byte
  257. code.
  258.  
  259.   A byte-code function object must have at least four elements; there is
  260. no maximum number, but only the first six elements are actually used.
  261. They are:
  262.  
  263. @table @var
  264. @item arglist
  265. The list of argument symbols.
  266.  
  267. @item byte-code
  268. The string containing the byte-code instructions.
  269.  
  270. @item constants
  271. The vector of constants referenced by the byte code.
  272.  
  273. @item stacksize
  274. The maximum stack size this function needs.
  275.  
  276. @item docstring
  277. The documentation string (if any); otherwise, @code{nil}.  For functions
  278. preloaded before Emacs is dumped, this is usually an integer which is an
  279. index into the @file{DOC} file; use @code{documentation} to convert this
  280. into a string (@pxref{Accessing Documentation}).
  281.  
  282. @item interactive
  283. The interactive spec (if any).  This can be a string or a Lisp
  284. expression.  It is @code{nil} for a function that isn't interactive.
  285. @end table
  286.  
  287. Here's an example of a byte-code function object, in printed
  288. representation.  It is the definition of the command
  289. @code{backward-sexp}.
  290.  
  291. @example
  292. #[(&optional arg)
  293.   "^H\204^F^@@\301^P\302^H[!\207"
  294.   [arg 1 forward-sexp]
  295.   2
  296.   254435
  297.   "p"]
  298. @end example
  299.  
  300.   The primitive way to create a byte-code object is with
  301. @code{make-byte-code}:
  302.  
  303. @defun make-byte-code &rest elements
  304. This function constructs and returns a byte-code function object
  305. with @var{elements} as its elements.
  306. @end defun
  307.  
  308.   You should not try to come up with the elements for a byte-code function
  309. yourself, because if they are inconsistent, Emacs may crash when you
  310. call the function.  Always leave it to the byte-compiler to create these
  311. objects; it, we hope, always makes the elements consistent.
  312.  
  313.   You can access the elements of a byte-code object using @code{aref};
  314. you can also use @code{vconcat} to create a vector with the same
  315. elements.
  316.  
  317. @node Disassembly
  318. @section Disassembled Byte-Code
  319. @cindex disassembled byte-code
  320.  
  321.   People do not write byte-code; that job is left to the byte compiler.
  322. But we provide a disassembler to satisfy a cat-like curiosity.  The
  323. disassembler converts the byte-compiled code into humanly readable
  324. form.
  325.  
  326.   The byte-code interpreter is implemented as a simple stack machine.
  327. Values get stored by being pushed onto the stack, and are popped off and
  328. manipulated, the results being pushed back onto the stack.  When a
  329. function returns, the top of the stack is popped and returned as the
  330. value of the function.
  331.  
  332.   In addition to the stack, values used during byte-code execution can
  333. be stored in ordinary Lisp variables.  Variable values can be pushed
  334. onto the stack, and variables can be set by popping the stack.
  335.  
  336. @deffn Command disassemble object &optional stream
  337. This function prints the disassembled code for @var{object}.  If
  338. @var{stream} is supplied, then output goes there.  Otherwise, the
  339. disassembled code is printed to the stream @code{standard-output}.  The
  340. argument @var{object} can be a function name or a lambda expression.
  341.  
  342. As a special exception, if this function is used interactively,
  343. it outputs to a buffer named @samp{*Disassemble*}.
  344. @end deffn
  345.  
  346.   Here are two examples of using the @code{disassemble} function.  We
  347. have added explanatory comments to help you relate the byte-code to the
  348. Lisp source; these do not appear in the output of @code{disassemble}.
  349. These examples show unoptimized byte-code.  Nowadays byte-code is
  350. usually optimized, but we did not want to rewrite these examples, since
  351. they still serve their purpose.
  352.  
  353. @example
  354. @group
  355. (defun factorial (integer)
  356.   "Compute factorial of an integer."
  357.   (if (= 1 integer) 1
  358.     (* integer (factorial (1- integer)))))
  359.      @result{} factorial
  360. @end group
  361.  
  362. @group
  363. (factorial 4)
  364.      @result{} 24
  365. @end group
  366.  
  367. @group
  368. (disassemble 'factorial)
  369.      @print{} byte-code for factorial:
  370.  doc: Compute factorial of an integer.
  371.  args: (integer)
  372. @end group
  373.  
  374. @group
  375. 0   constant 1              ; @r{Push 1 onto stack.}
  376.  
  377. 1   varref   integer        ; @r{Get value of @code{integer}} 
  378.                             ;   @r{from the environment}
  379.                             ;   @r{and push the value}
  380.                             ;   @r{onto the stack.}
  381. @end group
  382.  
  383. @group
  384. 2   eqlsign                 ; @r{Pop top two values off stack,}
  385.                             ;   @r{compare them,}
  386.                             ;   @r{and push result onto stack.}
  387. @end group
  388.  
  389. @group
  390. 3   goto-if-nil 10          ; @r{Pop and test top of stack;}
  391.                             ;   @r{if @code{nil}, go to 10,}
  392.                             ;   @r{else continue.}
  393. @end group
  394.  
  395. @group
  396. 6   constant 1              ; @r{Push 1 onto top of stack.}
  397.  
  398. 7   goto     17             ; @r{Go to 17 (in this case, 1 will be}
  399.                             ;   @r{returned by the function).}
  400. @end group
  401.  
  402. @group
  403. 10  constant *              ; @r{Push symbol @code{*} onto stack.}
  404.  
  405. 11  varref   integer        ; @r{Push value of @code{integer} onto stack.}
  406. @end group
  407.  
  408. @group
  409. 12  constant factorial      ; @r{Push @code{factorial} onto stack.}
  410.  
  411. 13  varref   integer        ; @r{Push value of @code{integer} onto stack.}
  412.  
  413. 14  sub1                    ; @r{Pop @code{integer}, decrement value,}
  414.                             ;   @r{push new value onto stack.}
  415. @end group
  416.  
  417. @group
  418.                             ; @r{Stack now contains:}
  419.                             ;   @minus{} @r{decremented value of @code{integer}}
  420.                             ;   @minus{} @r{@code{factorial}} 
  421.                             ;   @minus{} @r{value of @code{integer}}
  422.                             ;   @minus{} @r{@code{*}}
  423. @end group
  424.  
  425. @group
  426. 15  call     1              ; @r{Call function @code{factorial} using}
  427.                             ;   @r{the first (i.e., the top) element}
  428.                             ;   @r{of the stack as the argument;}
  429.                             ;   @r{push returned value onto stack.}
  430. @end group
  431.  
  432. @group
  433.                             ; @r{Stack now contains:}
  434.                             ;   @minus{} @r{result of result of recursive}
  435.                             ;        @r{call to @code{factorial}}
  436.                             ;   @minus{} @r{value of @code{integer}}
  437.                             ;   @minus{} @r{@code{*}}
  438. @end group
  439.  
  440. @group
  441. 16  call     2              ; @r{Using the first two}
  442.                             ;   @r{(i.e., the top two)}
  443.                             ;   @r{elements of the stack}
  444.                             ;   @r{as arguments,}
  445.                             ;   @r{call the function @code{*},}
  446.                             ;   @r{pushing the result onto the stack.}
  447. @end group
  448.  
  449. @group
  450. 17  return                  ; @r{Return the top element}
  451.                             ;   @r{of the stack.}
  452.      @result{} nil
  453. @end group
  454. @end example
  455.  
  456. The @code{silly-loop} function is somewhat more complex:
  457.  
  458. @example
  459. @group
  460. (defun silly-loop (n)
  461.   "Return time before and after N iterations of a loop."
  462.   (let ((t1 (current-time-string)))
  463.     (while (> (setq n (1- n)) 
  464.               0))
  465.     (list t1 (current-time-string))))
  466.      @result{} silly-loop
  467. @end group
  468.  
  469. @group
  470. (disassemble 'silly-loop)
  471.      @print{} byte-code for silly-loop:
  472.  doc: Return time before and after N iterations of a loop.
  473.  args: (n)
  474.  
  475. 0   constant current-time-string  ; @r{Push}
  476.                                   ;   @r{@code{current-time-string}}
  477.                                   ;   @r{onto top of stack.}
  478. @end group
  479.  
  480. @group
  481. 1   call     0              ; @r{Call @code{current-time-string}}
  482.                             ;   @r{ with no argument,}
  483.                             ;   @r{ pushing result onto stack.}
  484. @end group
  485.  
  486. @group
  487. 2   varbind  t1             ; @r{Pop stack and bind @code{t1}}
  488.                             ;   @r{to popped value.}
  489. @end group
  490.  
  491. @group
  492. 3   varref   n              ; @r{Get value of @code{n} from}
  493.                             ;   @r{the environment and push}
  494.                             ;   @r{the value onto the stack.}
  495. @end group
  496.  
  497. @group
  498. 4   sub1                    ; @r{Subtract 1 from top of stack.}
  499. @end group
  500.  
  501. @group
  502. 5   dup                     ; @r{Duplicate the top of the stack;}
  503.                             ;   @r{i.e. copy the top of}
  504.                             ;   @r{the stack and push the}
  505.                             ;   @r{copy onto the stack.}
  506. @end group
  507.  
  508. @group
  509. 6   varset   n              ; @r{Pop the top of the stack,}
  510.                             ;   @r{and bind @code{n} to the value.}
  511.  
  512.                             ; @r{In effect, the sequence @code{dup varset}}
  513.                             ;   @r{copies the top of the stack}
  514.                             ;   @r{into the value of @code{n}}
  515.                             ;   @r{without popping it.}
  516. @end group
  517.  
  518. @group
  519. 7   constant 0              ; @r{Push 0 onto stack.}
  520. @end group
  521.  
  522. @group
  523. 8   gtr                     ; @r{Pop top two values off stack,}
  524.                             ;   @r{test if @var{n} is greater than 0}
  525.                             ;   @r{and push result onto stack.}
  526. @end group
  527.  
  528. @group
  529. 9   goto-if-nil-else-pop 17 ; @r{Goto 17 if @code{n} > 0}
  530.                             ;   @r{else pop top of stack}
  531.                             ;   @r{and continue}
  532.                             ;   @r{(this exits the while loop).}
  533. @end group
  534.  
  535. @group
  536. 12  constant nil            ; @r{Push @code{nil} onto stack}
  537.                             ;   @r{(this is the body of the loop).}
  538. @end group
  539.  
  540. @group
  541. 13  discard                 ; @r{Discard result of the body}
  542.                             ;   @r{of the loop (a while loop}
  543.                             ;   @r{is always evaluated for}
  544.                             ;   @r{its side effects).}
  545. @end group
  546.  
  547. @group
  548. 14  goto     3              ; @r{Jump back to beginning}
  549.                             ;   @r{of while loop.}
  550. @end group
  551.  
  552. @group
  553. 17  discard                 ; @r{Discard result of while loop}
  554.                             ;   @r{by popping top of stack.}
  555. @end group
  556.  
  557. @group
  558. 18  varref   t1             ; @r{Push value of @code{t1} onto stack.}
  559. @end group
  560.  
  561. @group
  562. 19  constant current-time-string  ; @r{Push} 
  563.                                   ;   @r{@code{current-time-string}}
  564.                                   ;   @r{onto top of stack.}
  565. @end group
  566.  
  567. @group
  568. 20  call     0              ; @r{Call @code{current-time-string} again.}
  569. @end group
  570.  
  571. @group
  572. 21  list2                   ; @r{Pop top two elements off stack,}
  573.                             ;   @r{create a list of them,}
  574.                             ;   @r{and push list onto stack.}
  575. @end group
  576.  
  577. @group
  578. 22  unbind   1              ; @r{Unbind @code{t1} in local environment.}
  579.  
  580. 23  return                  ; @r{Return value of the top of stack.}
  581.  
  582.      @result{} nil
  583. @end group
  584. @end example
  585.  
  586.  
  587.