LaTeX/Plain TeX

當你使用 LaTeX 宏時，你會發現它非常有限。你可能會好奇，你每天使用的所有這些軟體包是如何用這麼少的程式碼實現的。事實上，LaTeX 是一套 Plain TeX 宏，大多數軟體包都使用 Plain TeX 程式碼。Plain TeX 的級別要低得多，它有更多功能，但學習曲線陡峭，程式設計複雜。

除了少數例外，你可以在有效的 LaTeX 文件中使用完整的 Plain TeX 語言，反之則不然。

詞彙

為了避免混淆，有必要解釋一些術語。

• 一個 組 是在開括號之後和匹配的閉括號之前的任何內容。
• 一個 標記 是一個字元、一個控制序列或一個組。
• 一個 控制序列 是任何以 \ 開頭的內容。它不會按原樣列印，而是根據其型別由 TeX 引擎進行擴充套件。
• 一個 命令 （或 函式 或 宏）是一個控制序列，它可能擴充套件為文字，控制序列的（重新）定義等。
• 一個 原語 是一個在 TeX 引擎中硬編碼的命令，即 它不是用 Plain TeX 編寫的。
• 一個 暫存器 是 TeX 處理變數的方式。它們的數量是有限的（在經典 TeX 中，每種型別的暫存器有 256 個，在 e-TeX 中有 32767 個）。
• 一個 長度 是一個包含長度的控制序列（一個數字後跟一個單位）。參見 長度。
• 一個 字型 是一個引用字型檔案的控制序列。參見 字型。
• 一個 盒子 是一個用於列印的物件。出現在紙張上的任何內容都是一個盒子：字母、段落、頁面......參見 盒子。
• 一個 膠水 是一個特定的空間量，當盒子被連線在一起時，它被放置在盒子之間。
• 一個 計數器 是一個包含數字的暫存器。參見 計數器。

可能還有更多的術語，但我們希望現在已經足夠了。

類別碼

在 TeX 中，一些字元具有特殊的含義，而不是列印相關的字形。例如，\ 用於引入控制序列，預設情況下不會列印反斜槓。

為了區分字元的不同含義，TeX 將它們分成 類別碼，簡稱 類別碼。TeX 中有 16 種類別碼。

TeX 的一項強大功能是它能夠重新定義語言本身，因為有一個 \catcode 函式，它可以讓你更改任何字元的類別碼。

然而，不建議這樣做，因為它會使程式碼難以閱讀。如果你在一個類或樣式檔案中重新定義了任何類別碼，請確保在檔案末尾將其恢復。

如果你在文件中重新定義了類別碼，請確保在序言之後進行，以防止與軟體包載入衝突。

程式碼	描述	預設集
0	跳脫字元和控制序列	\
1	組的開始	{
2	組的結束	}
3	數學轉移	$
4	對齊製表符	&
5	行尾	^^M （ASCII 回車）
6	宏引數	#
7	上標	^ 和 ^^K
8	下標	_ 和 ^^A
9	忽略字元	^^@ （ASCII 空字元）
10	空格	␣ 和 ^^I （ASCII 水平製表符）
11	字母	A...Z 和 a...z
12	其他字元	不在其他類別碼中列出的所有內容。最值得注意的是 @。
13	活動字元	~ 和 ^^L （ASCII 換頁符）
14	註釋字元	%
15	無效字元	^^? （ASCII 刪除）

活動字元

活動字元類似於宏：它們是單個字元，將在任何其他命令之前進行擴充套件。

\catcode`| = 13 \def|{\TeX} ... This is a stupid example of |.

這是一個關於 TeX 的愚蠢示例。

請注意，活動字元需要直接後跟定義，否則編譯將失敗。

示例

Texinfo

Texinfo 使用類似於 TeX 的語法，但有一個主要區別：所有函式都以 @ 而不是 \ 開頭。這並非偶然：它實際上使用 TeX 列印檔案的 PDF 版本。它基本做的就是輸入texinfo.tex它重新定義了控制序列字元。可能的實現

\catcode`\@=0 @def@@{@char64} % To write '@' character. \catcode`\\=13 @def\{{@tt @char92}} The @TeX command was previously written '\TeX'. It is now written '@@TeX'.

TeX 命令以前寫成 '\TeX'。現在寫成 '@TeX'。

透過這種重新定義，'@' 現在應該引入每個命令，而 '\' 實際上將列印一個反斜槓字元。

專案符號

有些人可能發現 LaTeX 列表環境的語法有點繁瑣。這裡有一個快速定義類似維基的專案符號的方法

\catcode`| = 13 \def|{\item {--}} \def\itemize#1{{\leftskip = 40 pt #1 \par}} \itemize{ | First item | Second item }

美元符號和數學

如果您要列印很多“美元”符號，您可能最好更改數學移位字元。

\catcode`$ = 11 \catcode`| = 3 It costs $100. Let's do the math: |50+50=100|. Let's highlight it: ||50+50=100||

\makeatletter 和 \makeatother

如果您進行了一些 LaTeX 程式設計，您一定遇到過這兩個命令，\makeatletter 和 \makeatother。

在 TeX 中，'@' 字元預設屬於類別碼 11 字母。這意味著您可以將其用於宏名稱。LaTeX 利用類別碼來指定規則：所有非公共的、內部的宏，其名稱中至少包含一個 '@' 字元，這些宏不應由終端使用者訪問。在文件中，LaTeX 將 '@' 的類別碼更改為 12，即 其他。

這就是為什麼當您需要訪問 LaTeX 內部函式時，必須將所有訪問私有函式的命令括在 \makeatletter 和 \makeatother 之間。它們所做的只是更改類別碼

\def\makeatletter{\catcode`@ = 11} \def\makeatother{\catcode`@ = 12}

普通 TeX 宏

\newcommand 和 \renewcommand 是 LaTeX 特定的控制序列。它們檢查沒有現有的命令被新定義所覆蓋。

在普通 TeX 中，用於宏定義的原語不會對可能的覆蓋進行檢查。您需要確保沒有破壞任何東西。

語法是

\def<macroname>#1<sep1>#2<sep2>{macro content, use of argument #1, blah, #2 ...}

您可以在引數之間使用（幾乎）任何字元序列。例如，讓我們編寫一個簡單的宏，它將小數點分隔符從點更改為逗號。首先嚐試

\def\pointtocomma #1.#2{(#1,#2)} %%... \pointtocomma 123.456

這將列印 (123,4)56。我們添加了括號只是為了突出顯示這裡的問題。每個引數是最短的可能的輸入序列，與宏定義匹配，包括分隔符。因此 #1 匹配直到第一個點的所有字元，而 #2 僅匹配第一個標記，即 第一個字元，因為它之後沒有分隔符。

解決方案：新增第二個分隔符。空格可能看起來很方便

\def\pointtocomma #1.#2 {(#1,#2)}

一般來說，每當您希望使用特定分隔符獲得多個引數時，都要考慮最後一個分隔符。如果您不想使用分隔符，那麼普通 TeX 宏的使用方式與 LaTeX 宏相同（沒有預設引數）

\def\mymacro#1#2#3{{\bf #1}#2{\bf #3}} %% ... \mymacro{word1}{word2 word3}{!!!}

擴充套件定義

TeX 還有另一個定義命令：\edef，它代表 擴充套件定義。語法保持不變

\edef<macroname><argumentslist>{<expanded content>}

內容在使用 \edef 的地方被擴充套件（但不會執行，即 列印），而不是在定義的宏被使用的地方。宏擴充套件並不總是顯而易見的...

示例

\def\intro{Example} \edef\example#1{\intro~---~#1} \def\intro{Exercise} \example{This is an example}

這裡 \intro 的重新定義對 \example 不會有任何影響。

全域性定義

定義僅限於其範圍。但是，有時將宏定義在一個組中，使其在該組之外以及直到文件結束時仍然有效，這可能很方便。這就是我們所說的 全域性定義。

{ \def\LocalTeX{Local\TeX} \global\def\GlobalTeX{Global\TeX} } I can still access the \GlobalTeX{} macro here.

您也可以將 \global 命令與 \gdef 結合使用。

這兩個命令都有快捷方式

• \gdef 用於 \global\def
• \xdef 用於 \global\edef

長定義

之前的定義命令不允許您在多個段落中使用它們，即 包含 \par 命令（或雙行換行符）的文字。

您可以在定義之前加上 \long 命令，以允許使用多段落引數。

示例

\long\def\dummy#1{#1} \dummy{First paragraph\par Second paragraph}

外部定義

此字首宏阻止定義在某些上下文中使用。它有助於合併宏並使其因錯誤的上下文而更不容易出錯。外部宏 旨在在任何上下文之外使用，因此得名。

例如，以下程式碼將失敗

\outer\def\test{a test} \def\failure{\test}

外部宏不允許出現在

• 宏引數
• 跳過的條件
• ...

let 和 futurelet

\let<csname><token> 與 \expandafter\def\expandafter<csname>\expandafter{<content>} 相同。它定義了一個新的控制序列名稱，該名稱等效於指定的 token。該 token 通常是另一個控制序列。

請注意，\let 只會擴充套件 token 一次，這與 \edef 相反，\edef 將遞迴擴充套件，直到不再可能進一步擴充套件。

示例

Using let:\par \def\txt{a} \def\foo{\txt} \let\bar\foo \bar % Prints a \def\txt{b} \bar % Prints b Using edef:\par \def\txt{a} \def\foo{\txt} \edef\bar{\foo} \bar % Prints a \def\txt{b} \bar % Prints a

\futurelet<csname><token1><token2>... 的工作方式略有不同。首先，token2 被分配給 csname，然後 TeX 處理 <token1><token2>... 序列。因此，\futurelet 允許您在使用標記後立即分配它。

特殊的控制序列名稱

某些宏的名稱可能無法直接寫入。對於由宏名稱組成的宏名稱，情況就是如此。示例

\def\status{full} \def\varempty{This is empty} \def\varfull{This is full} \csname var\status \endcsname

最後一行將根據 \status 列印一個句子。

此命令實際上與 \string 相反，\string 會列印一個控制序列名稱，而不會擴充套件它

{\tt \string\TeX}

\TeX

控制擴充套件

\expandafter{token1}{token2} 將在 token1 之前擴充套件 token2。當需要擴充套件 token2 但由於 token1 而無法擴充套件時，這有時是必需的。

{\tt \expandafter\string\csname TeX\endcsname}

\TeX

\noexpand 有助於對 \edef 中擴充套件的內容進行細粒度控制。示例

\def\intro{Example} \def\separator{~---~} \edef\example#1{\intro\noexpand\separator#1} \example{no expand makes the separator dynamic in an {\tt \string\edef}.} \def\intro{For instance} \def\separator{~:~} \example{the separator changed, but not the first word.}

\the 控制序列可以讓你看到各種 TeX 型別的內容

• 類別碼
• 字元定義
• 字型引數
• 內部引數
• 長度
• 暫存器
• ...

示例

Text dimensions: $ \the\hsize \times \the\vsize $

暫存器

暫存器是一種型別的變數。它們的數量有限，從 0 到 255。共有 6 種不同的型別

型別	描述
盒子	一個盒子
計數器	一個整數
尺寸	一個長度
粘性 (mu 單位)	一個粘性 (mu 單位)
粘性	一個粘性
令牌	一個令牌序列

TeX 在內部使用一些暫存器，所以最好不要使用它們。

保留暫存器列表

• \box255 用於頁面的內容
• \count0-\count9 用於頁碼編號

臨時暫存器（可自由使用）

• \box0-\box254
• \count255
• \dimen0-\dimen9
• \muskip0-\muskip9
• \skip0-\skip9

使用 '=' 控制字元分配暫存器。對於盒子暫存器，請使用 \setbox 命令。

\count255=17 \setbox\mybox=\hbox{blah}

你可以使用以下保留宏之一來防止任何衝突

\newbox \newcount \newdimen \newmuskip \newskip \newtoks

這些宏使用以下語法：\new*<csname>。例如

\newbox\mybox \setbox\mybox=\hbox{blah}

這些命令不能在宏內部使用，否則每次呼叫宏都會保留另一個暫存器。

你可以使用 \the 命令列印暫存器。對於計數器，請改用 \number 命令。對於盒子，請使用 \box 命令。

\the\hsize \number\count255 \box\mybox

算術

TeX 的算術功能非常有限，雖然這個基礎足以擴充套件到一些有趣的功能。三個主要功能

\advance <register> by <number> \multiply <register> by <number> \divide <register> by <number>

register 可以是計數器、尺寸、粘性 (mu 單位) 或粘性型別。它對盒子和令牌沒有意義。

條件語句

基本語法是

\if* <test><true action>\fi \if* <test><true action>\else<false action>\fi

其中 \if* 是以下命令之一。

控制序列	描述
\if <a><b>	如果兩個字元碼相等，則為真。
\ifcat <a><b>	如果兩個類別碼相等，則為真。
\ifdim <a><rel><b>	尺寸關係，要麼<, >要麼=.
\ifeof	如果檔案末尾或不存在的檔案，則為真。
\iffalse	始終為假。
\ifhbox <reg>	如果盒子暫存器包含水平盒子，則為真。
\ifhmode	如果在水平模式下，則為真。
\ifinner	如果在內部模式下，則為真。
\ifmmode	如果在數學模式下，則為真。
\ifnum <a><rel><b>	數字關係，要麼<, >要麼=.
\ifodd <num>	如果數字是奇數，則為真。
\iftrue	始終為真。
\ifvbox <reg>	如果盒子暫存器包含垂直盒子，則為真。
\ifvmode	如果在垂直模式下，則為真。
\ifvoid <reg>	如果盒子暫存器為空，則為真。
\ifx <a><b>	如果兩個宏展開為相同，或者如果兩個字元碼相等，或者如果兩個類別碼相等，則為真。

示例

\ifnum 5>6 This is true \else This is false \fi

這是假的

自定義條件語句

你可以使用 \newif 命令建立新的條件語句（作為一種 布林變數）。透過這些自定義條件語句，你可以以一種優雅的方式控制程式碼的輸出。說明條件語句用法的最佳方法是透過一個例子。

必須生成兩個版本的文件。一個版本是針對 A 組的，另一個版本是針對其他所有人的（即不屬於 A 組的）。

1. 我們使用 \newif 來定義我們的條件語句（即布林變數）。

\newif\ifgroupA

2. 以下方式為我們的條件語句設定一個值（真或假）

\groupAtrue % or \groupAfalse

也就是說

\<conditionalsname>true \<conditionalsname>false

取決於我們希望在條件語句中設定哪個值。

3. 現在我們可以在之後的任何地方使用我們的條件語句，在 if 控制結構 中。

\ifgroupA % Here we write the code of the document that is % intended for the group A \else % Here we write the code of the document that is % intended for the rest of the people \fi

一個完整的例子是

\newif\ifdirector %I set the conditional to false \directorfalse \ifdirector I write something for the director. \else I write something for common people. \fi

我寫一些針對普通人的東西。

情況語句

語法是 \ifcase <number><case0>\or<case1>\or...\else<defaultcase>\fi。如果 number 等於情況編號，它的內容將被列印。注意，它從 0 開始。

\ifcase 2 a\or b\or c\or d\else e\fi

c

\else 用於指定預設情況（當之前的任何情況都沒有匹配時）。

迴圈

基本語法是

\loop <content> \if*<condition><true action>\repeat

與往常一樣，content 和 true action 是任意的 TeX 內容。\if* 指的是任何 條件語句。注意，沒有 false action，你不能在 \if* 和 \repeat 之間放置 \else。在某些情況下，這將與你想要的結果相反；你需要更改條件或使用 \newif 定義一個新的條件語句。例如

\count255 = 1 \loop \TeX \ifnum\count255 < 10 \advance\count255 by 1 \repeat

上面的程式碼將列印十次 TeX。

什麼都不做

有時，告訴 TeX 你什麼都不想做可能很有用。有兩個命令可以做到這一點：\relax 和 \empty。

經典示例

\def\myspace{\hskip 25pt\relax} \myspace{} plus 10pt

如果在命令之後遇到 plus 或 minus，\relax 將阻止出現不希望的行為。

\empty 和 \relax 之間的區別在於展開：\empty 在宏展開後會消失。

TeX 字元

char

我們可以使用 \char {charcode} 命令列印所有字元。charcode 實際上是位元組值。例如

\char65 = \char `A = \char `\A

大多數字符對應於 ASCII 值（例如 A-Za-z），一些字元替換了 ASCII 中的不可列印字元。

chardef 和 mathchardef

你可以定義控制序列以展開為特定字元。語法是 \chardef<control sequence>=<charcode>。以下序列執行相同的操作。

\chardef\myA=65 \chardef\myA=`A \chardef\myA=`\A

示例

\mathchardef\alphachar = "010B $\alphachar$

字型編碼對映

我們可以使用上面的原語列印字型編碼對映。

\count255 = 0 \loop [\number\count255 =\char\number\count255] \ifnum\count255 < 127 \advance\count255 by 1 \repeat

另一個版本，使用不同的字型，每行一個條目

\count255 = 0 \loop [\number\count255 = \char\number\count255 \ {\tt \char\number\count255} {\it \char\number\count255} ] \hfil\break \ifnum\count255 < 127 \advance\count255 by 1 \repeat

逐字文字行和空格

發現 (La)TeX 將所有空白都視為同一型別的間距粘性，這一點令人困惑。Plain TeX 提供了一些命令來保留你寫的間距和換行符

\begingroup \obeylines \obeyspaces Relevant text here \endgroup

這意味著你可能需要組合自己的逐字文字環境和你的命令

\newenvironment{myverbatim}{\begingroup \obeylines \obeyspaces}{\endgroup} \newcommand{\mycommand}[n]{do something with #1 .. #n}

然後在你的 tex 檔案中

\begin{myverbatim} \mycommand{ whichever text it is important you preserve the spacing and newslines for, like when you want to generate a verbatim block later on. } \end{myverbatim}

定義宏的宏

在某些情況下這很有用，例如定義語言命令，如多語言版本中所述，終端使用者可以編寫

\en{some english text} \de{etwas deutscher Text}

並確保它切換到相應的 Babel 語言。

讓我們定義一個宏，它將定義語言命令，例如。這些命令很簡單：如果引數是\locale變數的值，則相應的宏直接列印其內容。否則，它什麼也不做。

基本上，我們想做的事情非常簡單：定義一堆像這樣的宏

\newcommand{\de}[1]{#1} \newcommand{\en}[1]{} \newcommand{\fr}[1]{}

在前面的程式碼片段中，只有\de命令將輸出其內容，\en和\fr將什麼也不列印。這就是我們想要的。當您想自動化任務時，或者您有許多語言，並且想要更改語言選擇時，問題就出現了。您只需要移動#1，但這很不方便，而且無法從命令列選擇 Babel 語言。仔細考慮一下...

我們將做的是根據\locale變數的值（或您選擇的任何變數）動態定義語言命令。因此使用來自ifthen包的\equal命令。

由於用 LaTeX 幾乎不可能寫出來，我們將使用一些 Plain TeX。

\def\locale{de} \def\localedef#1{ \ifthenelse{ \equal{\locale}{#1} }{ %% Set the Babel language. %% Define the command to print the content. }{ %% Define the command to print nothing. } }

另一個問題出現了：如何定義一個名稱是變數的命令？在大多數程式語言中，這根本不可能。我們可以嘗試寫的是

\def\#1 #1{#1}

它將因兩個原因而失敗。

1. 最後兩個“#1”應該指的是新宏的引數，但它們首先擴充套件到\localedef宏的第一個引數，因為它們在該宏的正文中。
2. \#1擴充套件為兩個標記：“#”和“1”，而\def命令將失敗，因為它需要有效的控制序列名稱。

問題 1 的解決方案很簡單：使用“##1”，它將在宏執行時擴充套件為“#1”。

對於問題 2，它有點棘手。有可能告訴tex某個特定標記是控制序列。這就是\csname...\endcsname的用途。但是

\def\csname#1\endcsname ##1{##1}

將失敗，因為它將重新定義\csname為“#1”，這不是我們想要的，那麼tex將遇到\endcsname，這將導致錯誤。

我們需要延遲\def的擴充套件，即告訴tex首先擴充套件\csname內容，然後對其應用\def。有一個命令可以做到這一點：\expandafter{token1}{token2}。它將在{token1}之前擴充套件{token2}。

最後，如果我們想從命令列設定語言，我們必須能夠設定\locale變數，以便原始碼中的變數是預設值，可以被命令列中的變數覆蓋。這可以透過\providecommand來實現

\providecommand\locale{fr}

最終程式碼是

%% Required package. \usepackage{ifthen} %% TeX function that generates the language commands. \def\localedef#1#2{ \ifthenelse{ \equal{\locale}{#1} }{ \selectlanguage{#2} \expandafter\def\csname#1\endcsname ##1{##1} }{ \expandafter\def\csname#1\endcsname ##1{} } } %% Selected language. Can be placed anywhere before the language commands. \providecommand\locale{fr} %% Language commands. \localedef{de}{ngerman} \localedef{en}{english} \localedef{fr}{frenchb} %% ...

您可以使用以下命令進行編譯

latex '\providecommand\locale{en}\input{mydocument.tex}'

筆記和參考資料

進一步閱讀

• TeXbook，Donald Knuth
• TeX by Topic，Victor Eijkhout
• TeX for the Impatient，Paul W. Abrahams, Karl Berry 和 Kathryn A. Hargreaves
• TeX 命令參考在 wikibooks 中