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# TeX 宏究竟是如何工作的：第2部分

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## 引言：用图片讲故事

如第1部分所述，TeX必须“读取”你的 `.tex` 文件中的每一个字符，而这一读取过程更准确地称为 *扫描*。传统上，TeX 的输入处理（扫描）常被比作 TeX 拥有用来观察输入的“眼睛”，因此我们将在下面的图中沿用这一久经考验的类比。

### 图1：眼睛已准备就绪

我们假设 TeX 已经从一个 `.tex` 文件中获得了一些输入，正准备处理我们这串字符 `Hello World \jobname` ，这些字符包含在一段文本中。它会依次检查每个字符，并查看其类别码。

![TeX 的眼睛已准备好扫描一行文本](/files/fcdd7e6f1048de9c4f8bbc5870fcf57530f74ee6)

### 图2：处理类别码

在下一幅图中，我们将概览（更多细节见下文）TeX 对几种不同类别码的反应。请注意，总共有16种类别码，但为简便起见，我们这里只展示其中三种：11、10 和 0。其他字符码在 TeX 的排版过程中会变得很重要，例如构建表格、排版数学公式以及识别宏参数。

![TeX 对几种不同类别码的反应](/files/c8dd7f916100f648a6750dc11eea422a9b82edf3)

#### 图2说明

这里，我们讨论的是 TeX 在读取（扫描）构成一段文本的字符时的行为。TeX 会检查每个字符，查看其类别码，并根据类别码以及 TeX 的“模式”（一种基于其当前正在执行内容的状态）采取相应操作。

* **（绿色眼睛）** TeX 会看到这些字符中的每一个都具有类别码11（“字母”），并会将这些字符作为其正在构建的段落的一部分用于排版。然而，TeX 并不会仅仅转发（使用）字符码，而是会使用这两个数字的组合（字符码，类别码）来计算一个称为 *。通过计算这个会传递给 TeX 内部处理的记号值，该特定* （见下文）。一旦生成该字符记号，它就会进入 TeX 的内部排版过程/算法。
* **（蓝色眼睛）** TeX 看到一个空格字符（ASCII 32），其类别码为10（“空白符”）——请注意，如前所述，在 TeX 读取之前，空格（ASCII 32）或任何字符的类别码都可能已被改成其他值。

TeX 实际如何处理类别码10（“空白符”）的字符，确实会因 TeX 看到它的时间/位置而异——也就是 TeX 当前的“模式”。例如，有时 TeX 会直接跳过它们。这里，TeX 会知道自己在处理段落文本时检测到了一个类别码10的字符（恰好是一个空格，ASCII 32），因此最终会将其转换为所谓的词间胶：一种可以伸缩的弹性空白。

* **（红色眼睛）** 这里，TeX 观察到一个具有非常重要类别码的字符：0（转义字符）。

一个转义字符——*任何* 类别码为0的字符——都会告诉 TeX 切换到一种特殊的读取模式，并仔细扫描（读取）后续字符，因为它们标识的是一个 *命令*的名称，而不是要排版的文本。在 TeX 文献中，你也会看到“命令”一词被称为 *控制序列*。在看到转义字符之后，TeX 会检查紧随其后的字符的类别码 *紧接在它后面的那个字符*；这是因为 TeX 识别两种类型的命令：

* 称为 *控制字*的多字母命令：紧跟在转义字符之后的字符其类别码为11。随后所有类别码为11的字符都被视为命令名称的一部分。当 TeX 检测到任何一个 *不会* 不具有类别码11——例如一个类别码为10的空格字符时，它就会停止寻找构成命令名称的字符。
* 称为 *控制符号*的单字母命令：紧跟在转义字符之后的字符 *不会* 其类别码不为11。

你可以把转义字符理解为触发 TeX “跳出”其通常扫描行为并在接下来的几个字符上采用不同方式的信号——红色虚线框所示表明 TeX 将会 **开始扫描命令**.

### 图3：处理类别码11（“字母”）

在本系列的第1部分中，我们提到过 TeX 从输入中读取的每个字符都由两个整数来描述：

* 字符码：定义字符数值表示的整数；
* 类别码：TeX 为输入中可能出现的每个字符分配的0到15之间的一个值。

TeX 在其处理的下一阶段会使用这两条信息：创建字符记号。

图3在图2的基础上进行了扩展，展示 TeX 对这些类别码为11（字母）的输入字符会做什么：它会创建 *字符记号*——TeX 使用该字符的类别码与字符码的组合计算出的整数值。

**注意**：在这个例子中，我们只讨论类别码为11的字符，但你应当知道，TeX 也会为具有其他类别码的输入字符创建记号值——除了类别码0，因为它永远不会被转换成记号：转义字符只是充当一个“开关”，用来触发特殊处理。

![TeX 处理类别码11的字符](/files/33bd70977cc0c9845e91f7ef825a3f33986c0f1f)

下面的图5将展示 TeX 看到类别码0的字符（一个转义字符）时会做什么。

#### 图3说明：处理类别码11（“字母”）

这里，我们将重点关注 **绿色** 这一 *组合* 这两个数字，形成一个称为字符记号的单一整数：这些记号（整数）会被传递到 TeX 内部排版算法/处理的下一阶段。如前所述，TeX 也会为其他类别码（即非11）字符创建字符记号，这里我们只是以类别码11为例。

每个字符记号（一个整数）都会把一个输入字符与在该字符 **被 TeX 扫描（读入）时所分配的类别码**永久绑定：这一事实对于理解 TeX/LaTeX 宏的行为至关重要。当然，在后续处理中，TeX 有时需要拆分字符记号，以确定构造该记号时使用的是哪一对（字符码，类别码）。不过，一旦字符被 TeX 的输入（扫描）过程读入，TeX 计算出的字符记号值就会使该字符 *永久* 与分配给它的类别码耦合 *在读入时*.

**计算字符记号**

TeX 引擎使用一个简单公式来计算字符记号， $$T$$，由类别码为 $$C$$ 和字符码为 $$A$$:

$$T = \text{constant} \times C + A$$

像 pdfTeX 这样的8位引擎使用：

$$T = 256\times C + A$$

像 XeTeX 或 LuaTeX 这样的 Unicode 感知引擎必须使用不同的公式，因为在 Unicode 下，字符码可能远大于旧式8位 ASCII 编码世界中的最大值255。例如，XeTeX 使用：

$$T= 2^{21}\times C + A \hskip5mm \text{(where } A \text{ is a Unicode character code value)}$$

再一次值得注意的是，类别码0的字符不会被转换为字符记号：类别码0在 TeX 的输入过滤中占据非常特殊的位置，它纯粹用作一个“开关”，触发 TeX 进入对接下来几个字符的特殊扫描模式。图5将讨论这一点。

### 图4：处理类别码10（“空白符”）

TeX 对类别码10（“空白符”）字符的处理，取决于它在输入中检测到类别码10字符时当前正在处理什么。在我们的例子中，TeX 正在执行常规的段落处理，而类别码为10的空格字符将被转换为词间胶。

![TeX 处理类别码10的字符](/files/9933ead5eb4ff3f9d8b7649788044e07ca5d2008)

TeX 对空格的处理看起来可能相当特立独行，但对这一点的良好概述可见于 [《TeX by Topic》](http://www.eijkhout.net/texbytopic/texbytopic.html) 第1章和第2章——作者是 Victor Eijkhout——你可以 [下载一份免费的 PDF 版本](https://bitbucket.org/VictorEijkhout/tex-by-topic) 通过他的网站。

例如，当 TeX 看到类别码10的字符时，有时 TeX 会：

* 跳过（忽略）它们全部——例如，当 TeX 处于垂直模式时；
* 将多个空白符合并为一个空白符——在处理段落时会跳过多余空格；
* 吸收它们——例如，在命令名称后吸收一个空格；

另外请注意，有时 TeX 还会 *生成* 空格——通过将行尾字符转换为空格。空格字符（任何类别码为10的字符）的行为/处理方式是 TeX 的“特性”之一：要熟悉（并适应） TeX 的这一方面需要时间和练习。

### 图5a：处理类别码0（一个“转义字符”）

在这幅图中，TeX 已处理完直到 `\` 字符为止的所有字符，该字符的类别码为0：即“转义字符”——我们将使用一组后续图示来展示 TeX 如何处理转义字符并识别命令名称。

![TeX 处理类别码0的字符](/files/372fa6e5ef469e8102576606e1b8916435a144a4)

### 图5b：寻找命令名称

在这幅图中，我们查看红色虚线框部分（**开始扫描命令**），看看 TeX 在看到转义字符之后会做什么。

![TeX 在寻找命令名](/files/e4659b28300bfb769e171e68f27dd2d181a7aff6)

**图5b说明**

* 一旦被识别出来，转义字符就完成了它的工作：它充当了一个开关，不再参与任何进一步处理——具体来说，它 **不** 不会被转换成字符记号。
* 为了方便起见，我们再重复一下一些前面提到的细节。在看到转义字符后，TeX 会检查紧随其后的字符的类别码 *紧接在它后面的那个字符*；这是因为 TeX 识别两种类型的命令：
* * 称为 *控制字*：紧跟在转义字符之后的字符其类别码为11。随后所有类别码为11的字符都被视为构成命令名称（*控制词*）的一部分。当 TeX 检测到任何一个 *不会* 不具有类别码11——例如一个类别码为10的空格字符时，它就会停止寻找构成命令名称的字符。
  * 称为 *控制符号*的单字母命令：紧跟在转义字符之后的字符 *不会* 其类别码不为11。
* 在我们的例子中，位于 `\` 是一个 `j` 之后的第一个字符是（类别码11），这告诉 TeX 去寻找一个命令，它（可能）是由多个类别码为11的字符组成的多字母序列。
* TeX 会继续检查是否还有更多类别码为11的字符。一旦它检测到任何其他类别码的字符，例如类别码为10的空格，TeX 就知道自己已经到达命令名称的末尾。需要强调的是：这里是一个空格字符（类别码10）“终止”了命令的结束，但它也可能是任何一个 **没有** 其类别码不为11。

## 第3部分

在第3部分中，我们将从图5b继续，完成这一部分故事——TeX 如何识别一个命令——并继续讲述它接下来会做什么。我们还会更深入地了解 TeX 处理过程中的一些内部方面——其中一部分内容在第一次阅读时可以跳过，除非你真的喜欢这些细节。

[第1部分](/latex/zh-cn/geng-duo-zhu-ti/19-how-tex-macros-actually-work-part-1.md) [第2部分](/latex/zh-cn/geng-duo-zhu-ti/20-how-tex-macros-actually-work-part-2.md) [第3部分](/latex/zh-cn/geng-duo-zhu-ti/21-how-tex-macros-actually-work-part-3.md) [第4部分](/latex/zh-cn/geng-duo-zhu-ti/22-how-tex-macros-actually-work-part-4.md) [第5部分](/latex/zh-cn/geng-duo-zhu-ti/23-how-tex-macros-actually-work-part-5.md) [第6部分](/latex/zh-cn/geng-duo-zhu-ti/24-how-tex-macros-actually-work-part-6.md)


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