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# \expandafter はどのように動作するか：連続する \expandafter コマンドの詳細な研究

&#x20;[第1部](/latex/ja/xiang-xi-ji-shi/19-how-does-expandafter-work-an-introduction-to-tex-tokens.md)   [第2部](/latex/ja/xiang-xi-ji-shi/22-how-does-expandafter-work-the-meaning-of-expansion.md)   [第3部](/latex/ja/xiang-xi-ji-shi/21-how-does-expandafter-work-tex-uses-temporary-token-lists.md)   [第4部](/latex/ja/xiang-xi-ji-shi/20-how-does-expandafter-work-from-basic-principles-to-exploring-tex-s-source-code.md)   [第5部](/latex/ja/xiang-xi-ji-shi/17-how-does-expandafter-work-a-detailed-macro-case-study.md)   [第6部](/latex/ja/xiang-xi-ji-shi/18-how-does-expandafter-work-a-detailed-study-of-consecutive-expandafter-commands.md)&#x20;

## ケーススタディ: \expandafter\expandafter\expandafter... の理解

LaTeXパッケージに見られるような高度なマクロは、しばしば連続する複数の `\expandafter` コマンドを多用して、巧妙なトークンの「やりくり」を行います。私たちの大半にとって、そのようなマクロは理解しにくかったり、書くのが難しく感じられたりします。この節では、TeX が連続する `\expandafter` コマンド:

```
\expandafter\expandafter\expandafter...
```

説明を助けるために、それぞれの `\expandafter`—どれを指しているのかを示すために:

```
        \expandafter1\expandafter2\expandafter3...
```

さらに、各 `\expandafter` に対して処理されるトークンの表記を拡張して $$\mathrm{T^i\_1}$$ と $$\mathrm{T^i\_2}$$ を表す $$\mathrm{T\_1}$$ と $$\mathrm{T\_2}$$ によって読み込まれた `\expandafter` 添字付きの `i`: `\expandafter`<sub>i</sub> $$\mathrm{T^i\_1T^i\_2}$$。また、2つのトークンが $$\mathrm{T\_X}$$ と $$\mathrm{T\_Y}$$ の後に続く `\expandafter<sub>3</sub>` ようにして、入力は次のようになります: `\expandafter<sub>1</sub>\expandafter<sub>2</sub>\expandafter<sub>3</sub>` $$\mathrm{T\_{X}T\_{Y}}$$.

TeX がこの入力の処理を開始すると、 `\expandafter<sub>1</sub>` については

* $$\mathrm{T^1\_1} =$$`\expandafter<sub>2</sub>` これは後で使うために保存され *再挿入* して入力に戻す
* $$\mathrm{T^1\_2} =$$`\expandafter<sub>3</sub>`、そして展開されます

先ほどの [TeX 内部のコード](/latex/ja/xiang-xi-ji-shi/20-how-does-expandafter-work-from-basic-principles-to-exploring-tex-s-source-code.md) を実装している `\expandafter`、展開によって `\expandafter<sub>3</sub>` 再帰が起きているのがわかります。 `\expandafter<sub>1</sub>` TeX はすでに内部関数 `expand()`を呼び出しているので、（展開して）処理するには `\expandafter<sub>3</sub>` TeX は *2回目の* 呼び出しを行っています `expand()`—その `expand()` 関数自身から。

については `\expandafter<sub>3</sub>` があります

* $$\mathrm{T^3\_1 = T\_X}$$、これは後で使うために保存され *再挿入* して入力に戻す
* $$\mathrm{T^3\_2 = T\_Y}$$、これは展開可能だと仮定します

さらに、 $$\mathrm{T\_Y}$$ の展開が次のトークン列を返すものと仮定しましょう: $$\mathrm{{T^1\_Y}{T^2\_Y}{T^3\_Y}}\cdots\mathrm{T^N\_Y}$$。これで、コマンド列によって始まった展開処理は終端に達しました `\expandafter<sub>1</sub>\expandafter<sub>2</sub>\expandafter<sub>3</sub>` $$\mathrm{T\_{X}T\_{Y}}$$ そして TeX は、そこから始まった再帰処理を「巻き戻し」ていきます `\expandafter<sub>1</sub>`.

を処理した後、 `\expandafter<sub>3</sub>` TeX のメモリには、 $$\mathrm{T\_Y\text{: }{T^1\_Y}{T^2\_Y}{T^3\_Y}}\cdots\mathrm{T^N\_Y}$$の展開から得られたトークンを含むトークンリストがあります。TeX は今、 `\expandafter` コマンド:

1. TeX はトークンの再挿入から始めます $$\mathrm{T\_X}$$ が保存した `\expandafter<sub>3</sub>`. $$\mathrm{T\_X}$$ が再挿入されます *の前に* の展開 $$\mathrm{T\_Y}$$、その結果トークン列は次のようになります: $$\mathrm{{{T\_X}T^1\_Y}{T^2\_Y}{T^3\_Y}}\cdots\mathrm{T^N\_Y}$$.
2. ただし、まだ `\expandafter<sub>1</sub>` は、 `\expandafter<sub>2</sub>`
3. TeX によって組み立てられた最終的なトークン列で、TeX の次の処理段階で読み取る準備ができているものは `\expandafter<sub>2 (token)</sub>` $$\mathrm{T\_{X}T^1\_{Y}T^2\_{Y}T^3\_{Y}\cdots T^N\_Y}$$
4. TeX はこれで「最初のラウンド」の処理を終え、自身が生成したトークンリストの列の読み取りに切り替えます—その列は `\expandafter<sub>2 (token)</sub>` を TeX は引き続き処理します。 `\expandafter<sub>2</sub>` があります
   * $$\mathrm{T^2\_1} =\ \mathrm{T\_X}$$ これは後で使うために保存され *再挿入* して入力に戻す
   * $$\mathrm{T^2\_2} = \mathrm{T^1\_Y}$$ これは $$\mathrm{T\_Y}$$；展開可能なら、それは展開されます
5. トークン $$\mathrm{T^1\_Y}$$が $$\mathrm{T\_Y}$$の展開から得られる最初のトークンであり $$\mathrm{{T^A\_{Y1}}{T^B\_{Y1}}{T^C\_{Y1}}}$$ が $$\mathrm{T\_X}$$、TeX によって再処理される結果のトークン列は次のようになります: $$\mathrm{{T\_X}{T^A\_{Y1}}{T^B\_{Y1}}{T^C\_{Y1}}{T^2\_Y}{T^3\_Y}\cdots{T^N\_Y}}$$

   これは次のように言い換えられます

   $$\mathrm{T\_X}\text{\<expansion of the first token in }\mathrm{T\_Y}\text{>\<remaining tokens in }\mathrm{T\_Y}\text{>}$$

次の図は、TeX コードによって作成されるトークンリストを示しています

```
    \expandafter1\expandafter2\expandafter3TXTY
```

![TeX が複数の \expandafter コマンドを処理している様子を示す画像](/files/b28d20a04bf11c99d9fdbd249f2e059e0fe1ce5b)

### 理論を実践へ

例として、次のマクロを、 $$\mathrm{T\_X}$$ と $$\mathrm{T\_Y}$$

* $$\mathrm{T\_X}=$$`\foo` ここで `\foo` を次のように定義します `\def\foo#1{\textbf{#1}}`
* $$\mathrm{T\_Y}=$$`\bar` まず次のように定義します `\def\abc{Hello}`, `\def\xyz{, World!}` その後 `\def\bar{\abc\xyz}`

先ほどの分析を示すために、次のコード断片を使います:

\expandafter\expandafter\expandafter\foo\bar

これまでの議論から、 `\expandafter<sub>1</sub>\expandafter<sub>2</sub>\expandafter<sub>3</sub>` $$\mathrm{T\_X}\mathrm{T\_Y}$$ 次のような形式のトークン列を生成します:

$$\mathrm{T\_X}\text{\<expansion of the first token in }\mathrm{T\_Y}\text{>\<remaining tokens in }\mathrm{T\_Y}\text{>}$$

ここで、正確な列はトークンの性質によって異なります $$\mathrm{T\_Y}$$。例のコマンドを $$\mathrm{T\_X}=$$`\foo` と $$\mathrm{T\_Y}=$$`\bar`、これは次のように定義されています `\def\bar{\abc\xyz}`を使って挿入すると、次のようになります:

* の最初のトークンは $$\mathrm{T\_Y}$$ は `\abc` そして、その展開は文字トークンの列です: `Hello`
* に残っているトークンは $$\mathrm{T\_Y}$$ は、 `\xyz`.

この情報を「分析」に当てはめると、次のようになります

$$\begin{align\*} &\mathrm{T\_X}\text{\<expansion of the first token in }\mathrm{T\_Y}\text{>\<remaining tokens in }\mathrm{T\_Y}\text{>}\ &=\text{foo}*{\text{token}}\text{\<expansion of \abc>}*\text{token list (characters)}\text{xyx}*\text{token}\ &=\text{foo}*\text{token}\text{Hello}*\text{token list (characters)}\text{xyx}*\text{token}\\\[10pt] \end{align\*}$$

添字に注意してください <sub>トークン</sub> と <sub>トークンリスト（文字）</sub> は、TeX が *整数トークン値*ではなく *テキスト文字*を読み取っていることを強調（思い出させる）ために使われています。したがって、 `\foo`の後に空白文字やその他の区切り文字を示す必要はありません：そのような区切り文字はとうの昔に処理されるか破棄されており、ここでは TeX の内部世界であるトークンリストと整数トークン値の中にしっかり入っています。

TeX が、私たちの `\expandafter` コマンドによって生成されたトークンリスト列を処理すると `**H**ello, World!`—ただし `H` だけが太字で組版されます。同等の TeX コードを書くことで、同じ結果を得ることもできます `\foo Hello\xyz`。\foo の定義に注目してください。 `\foo` では単一のパラメータを使っていました。したがって、 `\foo` 単一の `H` 引数としての文字トークンを吸収し、残りの文字トークン（`ello`）はそのまま残ります。

**注記:**

* 書くと `\foo\bar` は、まったく異なる出力になります： `\bar` のトークンが `\foo` の引数として使われます **`Hello, World`**—すべてが太字で組版されます。
* 書くと `\expandafter\foo\bar` により `\bar` が展開され、2つのトークンが生成されます: $$\text{abc}*\text{token}\text{xyz}*\text{token}$$。その後、 $$\text{foo}*\text{token}$$ が `\expandafter` TeX がトークン列 $$\text{foo}*\text{token}\text{abc}*\text{token}\text{xyz}*\text{token}$$ を組版し `**Hello**, World`—ただし **`Hello`** が太字で組版されます。ここでは、単一のトークン $$\text{abc}*\text{token}$$ がマクロトークンの引数として処理されます $$\text{foo}*\text{token}$$、トークン $$\text{xyz}\_\text{token}$$ を残して、その内容は現在のフォントで組版されます。

## \expandafter と引数を持つマクロに関する注意

を使うときは `\expandafter` マクロの展開を強制するために使う場合は、マクロ展開の仕組みを知っておく価値があります—特に引数を取るマクロでは重要です。TeX がマクロを実行できるようにするには—つまり、マクロ定義の中に含まれるトークンを読み取り、処理できるようにするには—まず初期のマクロ展開処理を行って、そのマクロを「実行準備完了」にする必要があります。マクロの定義にパラメータ（`#1`, `#2`, ... `#9`）が含まれている場合、マクロ展開処理の一部として、TeX は入力を走査して、ユーザーが与えた引数を構成するトークンを探す必要があります。これらの引数トークンは入力から吸収（削除）されます。マクロ展開の間、TeX は入力からトークンを読み取り吸収して、小さなトークンリストを作成します。引数ごとに 1 つのリストが作られ、それらのトークンリストは後でマクロ本体の適切な位置に挿入されます—TeX がそれを実行するときに。マクロ展開の最後の段階では、TeX はメモリに保存されているマクロ定義を見つけ、その場所を TeX が次に入力トークンを読み取る元として機能するようにします。マクロの実行は、TeX がそれらのトークンを読み取り処理し始め、前もって作成しておいた引数保存用のトークンリストを流し込むときに始まります。

### 区切りトークンも吸収されます

元のマクロ定義でも区切りとして働くトークンが使われている場合、TeX は元のマクロ定義とユーザーによるそのマクロの使用（呼び出し）を比較して、区切りトークンを見つけて照合する必要もあります。一致して見つかると、区切りトークンはその後無視されます。なぜなら、その唯一の目的は「句読点」として働き、TeX が各引数を構成する実際のトークンを見つけ出して識別するのを助けることだからです。

&#x20;[第1部](/latex/ja/xiang-xi-ji-shi/19-how-does-expandafter-work-an-introduction-to-tex-tokens.md)   [第2部](/latex/ja/xiang-xi-ji-shi/22-how-does-expandafter-work-the-meaning-of-expansion.md)   [第3部](/latex/ja/xiang-xi-ji-shi/21-how-does-expandafter-work-tex-uses-temporary-token-lists.md)   [第4部](/latex/ja/xiang-xi-ji-shi/20-how-does-expandafter-work-from-basic-principles-to-exploring-tex-s-source-code.md)   [第5部](/latex/ja/xiang-xi-ji-shi/17-how-does-expandafter-work-a-detailed-macro-case-study.md)   [第6部](/latex/ja/xiang-xi-ji-shi/18-how-does-expandafter-work-a-detailed-study-of-consecutive-expandafter-commands.md)


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