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# TeX 家族树：LaTeX、pdfTeX、XeTeX、LuaTeX 和 ConTeXt

LaTeX 的故事要追溯到 1977 年，当时 Donald Knuth 首次意识到需要一种高质量的排版程序。如今，Knuth 当年构想出的系统至今仍然是完成这项工作的最佳工具，这足以证明 LaTeX 的卓越品质，尽管在随后的几十年里又加入了许多有用的扩展。事实上，LaTeX 正是 Donald Knuth 所开发的原始系统的这些扩展之一，而那个原始系统叫作 [TeX](http://www.tug.org/).

为了在 LaTeX 圈里保住你的江湖地位，你得把它写成大写的 T 和 X，并把它念作 Lay-Tech。这是因为 TeX 里的 X 实际上是来自希腊字母 Chi（χ）的大写形式。而按正常大小写和读音写作 Latex 的 latex，则是一种橡胶！

## 原始 TeX

如今有一大类工具都是从 TeX 衍生出来的，乍一看它们的名字就像一串胡言乱语：LaTeX、pdfTeX、XeLaTeX、LuaTeX、ConTeXt 等等。它们的共同祖先当然是 Knuth 的原始 TeX 程序。它接受纯文本格式的文档，并把它转换成一份排版精美的文档。Knuth 对排版相当讲究，而 TeX 中对细节的关注可谓一目了然。一个 TeX 文档示例如下：

```latex
\TeX{} 很擅长排版像 `fjord'、`efficiency' 这样的单词，
以及 `fiasco'。它在排版数学公式方面也很擅长，比如
$a^2 + b^2 = c^2$。
\bye
```

将其通过 TeX 程序运行后，输出结果是：

![Texsample.png](/files/d80d5a9789948ad1c837a877a0ae4c018e2f9ab4)

请注意，在示例单词中，字母组合 'fi'、'fj' 和 'ff' 是如何自然连在一起的，以及数学符号的间距如何恰到好处。放到更大尺度上看，TeX 在合适的位置断行以生成两端对齐文本方面做得非常出色，并会在适当的地方进行连字符断词。

它不仅能把文本排版得很好，还提供了一系列命令，例如 `\bye` 和 `\TeX` 在上面的示例中。这些命令可以做一些简单的事情，比如改变字体大小，或者改变文本的排版方式；也可以做更强大的事情，比如维护章节编号以便交叉引用你的页面，或者自动生成目录。TeX 程序内置了大约 300 个命令，但也可以在其中定义其他命令。Donald Knuth 还从 TeX 内部编写了另外大约 600 个有用命令，放在一个名为 Plain TeX 的宏包中，使一些常见的排版任务更容易完成。

## LaTeX

TeX 和 Plain TeX 中的命令仍然相当基础，用它们来做复杂的事情并不容易。为了解决这个问题，Leslie Lamport 创建了 [LaTeX](http://www.latex-project.org/) 在 20 世纪 80 年代初创建的，旨在提供一种比 TeX 更高级的工作语言。LaTeX 是一组根据底层 TeX 命令定义出来的命令，往往要经过很多很多层抽象。你在 LaTeX 文档中使用的所有命令，实际上都只是底层一组复杂的 TeX 命令，除非你直接使用 TeX 命令！像宏包（`\usepackage{...}`）、环境（`\begin{environment} ... \end{environment}`）以及文档类（`\documentclass{...}`）这些概念，都是 Leslie Lamport 在 LaTeX 中引入的。

通过为 LaTeX 创建一个标准化的宏包系统，Leslie Lamport 让这个社区得以迅速壮大。如今已有成千上万的 LaTeX 宏包可供使用，让你能排版从子图到编织图样的各种内容。针对不同类型的文档也有许多文档类可供选择，无论你是在写书、实验报告还是简历。许多出版社和期刊都有自己的定制文档类，会按他们想要的方式设置文档样式。

## pdfTeX

对于一款已有 20 多年历史的软件来说，TeX 程序的稳定性令人惊叹；Knuth 曾在 1989 年宣布它的功能已完善，此后只做了错误修复。当然，这并没有阻止 LaTeX 持续而显著的发展，因为它本身就是用 TeX 编写的。事实上，TeX 的稳定性让像 LaTeX 这样建立在其之上的宏包得以蓬勃发展。

这并不是说底层的 TeX 程序在过去 20 年里没有任何进步。事实上远非如此，只不过改进是在 TeX 旁边进行的，而原始 TeX 保持稳定。20 世纪 90 年代最重要的改进是创建了 [pdfTeX](http://www.tug.org/applications/pdftex/) 由 Hàn Thế Thành 为其博士论文所创。原始 TeX 程序会把排版后的文档输出为一种名为 DVI（DeVice Independent format，与设备无关格式）的自定义格式，之后可以再转换成用于打印的 PostScript 文件。然而，PDF 格式在 1993 年出现，而今天我们可以清楚地看到，它作为一种更好的格式，明显胜过了 PostScript。PDF 有许多优势功能，比如章节之间的超链接、能让你在 PDF 阅读器左侧看到目录的元数据部分，以及对更广泛、更现代的图像格式的支持。pdfTeX 是对 TeX 的一种修改，它允许直接输出为 PDF，从而利用这些额外功能。

如今你在系统上安装 LaTeX 发行版时，它实际上会附带两种不同的程序： `tex`以及 `pdftex`。它还会在此基础上附带另外两个程序： `latex` 和 `pdflatex`，但它们实际上只是对底层程序的包装器 `tex` 和 `pdftex` 分别对应 `latex` 或 `tex` 那么你会得到一个 DVI 文件，你可以把它转换成 postscript 文件或 PDF，但如果你运行 `pdflatex` ，那么你会直接得到一个 PDF。

大体上， `pdftex` 和 `pdflatex` 是对 `tex` 和 `latex`的改进，不过有一个缺点。`.eps`）因为这些文件可以很容易地被包含在 PostScript 文件中（这些 PostScript 文件是通过转换 `.dvi` 文件通过 [`Dvips`](https://www.tug.org/texinfohtml/dvips.html)）。不过， `pdftex` 无法包含 EPS 文件，因此你应改用 PDF（PDF 可以通过 EPS 文件借助命令生成 `epstopdf` 它通常随 LaTeX 发行版一起提供）。 `.png`, `.jpg` 和 `.pdf` 图像，而原始 TeX 只支持 .eps（通过 [`Dvips`](https://www.tug.org/texinfohtml/dvips.html)).

## XeLaTeX 和 LuaTeX

到目前为止，我们已经看到 TeX 自诞生以来主要沿两条不同路线演化：一是在原始系统之上加入更易用的命令（LaTeX），二是更新底层程序以支持 PDF 输出（pdfTeX）。不过，故事并没有就此结束，现代化 TeX 的努力仍在继续。2004 年，Jonathon Kew 创建了 [XeTeX](http://tug.org/xetex/)，这是对底层 TeX 引擎的另一种修改，这次是为了支持除纯英文数字和字母之外更广泛的字符范围，并加入对现代字体格式的支持。这使得用外语写作容易得多，也让你可以在 LaTeX 中使用那些传统上只有文字处理器才能用的字体。

[LuaTeX](http://www.luatex.org/) 旨在用一种更合理的编程语言扩展原始 TeX 程序。虽然原则上你可以从 TeX 中做任何事情，但在实践中，它是一门非常笨拙的编程语言，甚至是否算得上编程语言都不好说。LaTeX 的许多内部机制都很复杂，外部人士很难理解，这在很大程度上是因为只能用 TeX 来处理。LuaTeX 增加了同名脚本语言 Lua，它是一种简单而稳定的语言，非常适合编写复杂的宏。到 2012 年为止，它仍在积极开发中，而且它的 API 可能会变化，但依然非常实用。

## ConTeXt

我们已经提到过 LaTeX 是 TeX 所提供命令的扩展，但它并不是唯一一个对 TeX 进行了重要扩展的宏包。 [ConTeXt](http://wiki.contextgarden.net/What_is_ConTeXt) 是另一个系统，由 Hans Hagen 于 1990 年创建。LaTeX 的目标是把用户从排版和布局的决策中解放出来（你输入 `\section` 和 `\emph` 但不用关心这些会做什么——那由文档类或布局来决定）。另一方面，ConTeXt 旨在为高级排版功能提供一个易用的接口。遗憾的是，我对 ConTeXt 的了解没有我希望的那么多，所以我没法进一步详细展开，不过如果我以后有机会更多地试验它，我一定会把我的发现写下来。

作为最后一个历史注脚，我应该提到 [AMSTeX](http://en.wikipedia.org/wiki/AMS-LaTeX) ，它是对 Plain TeX 宏的扩展，并于 1982 年至 1985 年间被美国数学学会（AMS）使用。它的影响在 AMS-LaTeX 宏包中得以延续，这些宏包是许多 LaTeX 文档的标配： `\usepackage{amsmath}`.

## 未来

TeX 和 LaTeX 的未来会怎样？我还不知道，不过正如 Alan Kay 曾经说过：

> 预测未来的最好方式就是去创造它。

借助 ShareLaTeX，我们希望在第三个方向上改进 TeX 和 LaTeX，即显著改善 LaTeX 的工作流程。尽管已经有 20 多年历史，LaTeX 仍在很大程度上是一个命令行程序，必须在编写、编译和检查输出的繁琐循环中使用。协作方式往往依赖笨拙的电子邮件，而不是像 Google Documents 那样简化的流程。


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