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# \expandafter はどのように動作するか：TeXは一時的なトークンリストを使用する

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## 展開と内部トークンリスト

ここまでで、トークン、トークンリスト、そして TeX の展開という概念の背後にある基本原理を見てきました。この節では TeX のプリミティブである `\jobname` を用いて、展開処理の重要な側面、すなわち TeX が用いる *一時的なトークンリスト*—これは *基本的な* の一面です。 `\expandafter` がどのように働くかについては、この連載の後半で見ていきます。

`\jobname` は、展開可能な TeX のプリミティブで、その展開によって、メイン入力の名前を表す一連の文字トークンが生成されます `.tex` ファイルです。たとえば、次のようなテキストが `.tex` という名前のファイルの一部だとしましょう `mycode.tex`:

```
    私のファイル名は \jobname .tex %\jobname の後の空白に注意
```

これは次のように組版されます

```
    私のファイル名は mycode.tex です
```

私たちが `\jobname` コマンドを使うと、生成される組版済み文字は、物理的な `.tex` ファイルから読み取られるわけではありません。では、それらはどこから来るのでしょうか。TeX はそれらのトークンをどこに保存し、どこから読み取るのでしょうか。ユーザーには見えないところで（つまり TeX 自体の奥深くで）、 `\jobname` は、ファイル名を表す一連の文字トークンから構成された一時的なトークンリストを作成します。いったん `\jobname` がそのトークンリストを作成すると、TeX は一時的に現在の入力元（ここでは、私たちの `.tex` ファイル）から、その一時的なトークンリストにあるトークン（文字トークン）を読み取るように“視線を移します”。TeX が次の入力トークンを必要とすると、その内部リストから次のトークンを読み取り、リストの末尾に達するまでそれを続けます。そこで TeX は以前の入力元からトークンの読み取りを再開します。ここではそれは、私たちの `.tex` 入力ファイルから読み取ったテキストです。

次の図に示すように、TeX は `.tex` を処理したあとに停止した、ちょうどその位置から入力ファイルの読み取りを再開します `\jobname`—つまり空白文字を読み取った後で、「.」文字を読み取る前です。ピリオド (.) は、実際には TeX の入力バッファから読み取られるのを待っています。入力バッファは、 `.tex` ファイルから読み取ったテキストの1行を保持するよう設計された TeX の小さなメモリ領域です。TeX はあなたの `.tex` ファイルを一度に1行ずつ読み取り処理し、ファイル全体をメモリに読み込むことはありません。

次の図を読むときは、下から上へとたどって処理の流れを追ってください。

![TeX はどのように \jobname を展開するか](/files/823e133c244c635a68d450768da580e8208ad6ab)

展開についての議論に戻ると、 `\jobname` の展開の結果、 `\jobname` コマンド（トークン）が *取り除かれ* 入力から消え、 *置き換えられました* 。展開によって生じたトークン、すなわち `.tex` ファイルから読み込んだときに最初に生成された。

展開可能なコマンド（たとえば `\jobname`）だけが、その効果を得るために“ひそかに”トークンリストを作成して使用する TeX のプリミティブではありません。たとえば、コマンド `\uppercase` と `\lowercase` はどちらも、引数の大文字小文字を変換するために内部トークンリストを作成します。大文字小文字の変換が終わると、TeX はそれらのコマンドによって生成されたトークンリストから文字トークンの読み取りに切り替えます。トークンリストは、物理的なディスクファイルへデータを書き出す場合を除けば、TeX における唯一の「トークンデータ保存」機構です。

### トークンの供給元：TeX は見事なジャグラー

TeX が通常の文書を処理するときには、 *多くの* トークンの供給元を管理しなければなりません。すなわち、数多くの物理ディスクファイルから来る入力と、処理中に作成される無数の内部トークンリストです。この節では、TeX がそれらの入力元をどのように“巧みに扱う”のかを、ごく簡単に見ていきます。

私たちの `.tex` ファイルに記録していることを確認してください:

```
    \def\myfile{私のファイル名は \jobname .tex です}
```

後で、私たちの `.tex` ファイル内でマクロ `\myfile`：一時的に、TeX はあなたのテキスト（`.tex`）ファイル中のテキストからトークンを生成・読み取りする状態から、 `\myfile` メモリに保存された定義（トークンリスト）を読み取る状態へ切り替わります。TeX が `\myfile` マクロを実行するとき（そのトークンを処理するとき）、TeX は `\jobname` コマンドを表すトークンを検出します。その展開は、TeX がトークンを読み取る必要のある、さらに別の一時的なトークンリストを生成します。この単純な場面でも TeX は3つの入力元を管理しなければなりません。

1. その `.tex` を含むテキストファイル `\myfile` マクロ；
2. を定義として格納するトークンリスト `\myfile` マクロ；
3. によって作成されたトークンリスト `\jobname` コマンドが `\myfile` マクロ内にある。

TeX が文書を処理する際には、物理ファイルとトークンリストという入力元の間を絶えず切り替えています。では TeX はこれをどう把握しているのでしょうか。答えは、内部的に TeX エンジンがいわゆる [入力スタック](https://en.wikipedia.org/wiki/Stack_\(abstract_data_type\)) を保持しており、これが一種の“記憶”として働いて、TeX が入力元を切り替える際に、それまで何をしていたか（どこから読み取っていたか）を思い出せるようにしています。

細部にはあまり立ち入らずに言うと、TeX エンジン内部のコードは、 `curinput` （current input）というグローバル変数を使っており、これによって TeX は、現在物理ファイルから読んでいるのかトークンリストから読んでいるのかなどを判断します。 `curinput` また、TeX に対して、次のトークンを取得すべき位置（現在のトークンリストまたはそのテキストバッファ内）も指し示します。TeX がトークンリストから読んでいる場合、 `curinput` は、どの種類のトークンリストを処理しているのか—たとえば、マクロとして格納されたトークン列なのか、あるいはそれらのトークンが別の供給元から生じたものなのか—も記録します。

必要に応じて、 `curinput` 変数の指す先は新しい入力元に変更され、TeX の現在の“入力状態”（供給元と位置）は入力スタックに保存されます。こうして TeX は後でその正確な位置（ `.tex` ファイル内の位置、あるいはトークンリスト内の次のトークン）へ戻れるようになります。新しい入力元が尽きると（たとえばトークンリストにもうトークンがない、またはファイルの末尾に達する）、それはスタックから取り出され、 `curinput` が更新されて、TeX が前の供給元からトークンを再び取得するようになります。

## さらに深く掘り下げる（任意の読み物）

以下の節では、細部を楽しみたい読者向けに、追加の背景情報を提供します。

### 実際のトークンリスト

次の図は、TeX の内部データやデータ構造にアクセスできる Overleaf 独自ビルドの Knuth の TeX を使って生成したものです。このトークンリストの図は、上で示した簡略版を土台にしており、さらに `\jobname` は、通常のカテゴリコード 11 ではなくカテゴリコード 12 を持っています。この図では「node」は、TeX が使うメモリ記憶単位に付けられた名称にすぎません。

![TeX のトークンリストの内部](/files/2618484a8bd24e3ca29ea3511f963d00746d1f01)

### TeX はどのように \jobname を読み取り処理するか

また、補足として、TeX が `\jobname` 私たちの入力の中で `.tex` ファイル内でそれを検出する際の TeX の“思考過程”の概要です。この図では、TeX がエスケープ文字（`\` カテゴリコード 0 の文字）を検出し、文字列 `jobname`を処理してトークンを生成し、 `\jobname` コマンドの意味を調べる様子を示しています。そこで TeX は、そのコマンドコードが 100 より大きいことを見つけ、それが展開可能なコマンドであること

![TeX はどのように \jobname を走査して処理するか](/files/41b905eaf1bd0c20c48e4d9f62aea828952e6e36)

[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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