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# TeX 巨集實際上如何運作：第 3 部分
[第 1 部分](/latex/zh-tw/geng-duo-zhu-ti/19-how-tex-macros-actually-work-part-1.md) [第 2 部分](/latex/zh-tw/geng-duo-zhu-ti/20-how-tex-macros-actually-work-part-2.md) [第 3 部分](/latex/zh-tw/geng-duo-zhu-ti/21-how-tex-macros-actually-work-part-3.md) [第 4 部分](/latex/zh-tw/geng-duo-zhu-ti/22-how-tex-macros-actually-work-part-4.md) [第 5 部分](/latex/zh-tw/geng-duo-zhu-ti/23-how-tex-macros-actually-work-part-5.md) [第 6 部分](/latex/zh-tw/geng-duo-zhu-ti/24-how-tex-macros-actually-work-part-6.md)
## 該停一停了！
在進入這個故事的下一部分之前，我們需要先做個回顧：提醒自己目前進展到哪裡，並整理思緒，確保所有關鍵概念都已就位。提醒一下，我們的範例是基於這個假設：TeX 已經讀入了一行包含 `Hello World \jobname` 的文字，而且 TeX 正在排版它以建立一個段落。
### 最終目標
我們的目標是更好（更深入）地理解 TeX 巨集的本質以及它們如何運作。然而，要達到這一點，我們首先需要理解 TeX 如何讀取輸入檔，以及如何處理其中的字元。以下是目前為止涵蓋主題的摘要。
* TeX 會讀取（掃描）你輸入中的每個字元，而且對於每個字元，TeX 都有兩項資訊：
* **字元碼**：用來識別該字元的整數，例如，當它儲存在 .tex 輸入檔中時；
* **類別碼**：TeX 內部的另一個整數，用來為從輸入讀入的每個字元指定意義。
* 一旦 TeX 讀入某個字元，每個字元的類別碼就會 *永久地* 透過建立一個字元記號，與該個別字元產生關聯：
* TeX 使用一個簡單的公式，將字元碼及其對應的類別碼「包裝」成一個稱為字元記號的整數。
* 你可以改變 TeX 已經 *尚未讀入* 的任何字元的意義；方法是為你想改變其行為的字元指定不同的類別碼——也就是修改 TeX 對該字元的處理方式。
* 重新定義（重新對應）類別碼是透過 TeX 的原始指令 `\catcode` 來完成的。
* 當 TeX 看到類別碼 0 時，它會切換到一種特殊的掃描模式，開始尋找一個命令：要不是一個（可能）多字母的 *控制詞* ，就是一個單字元的 *控制符號*.
到目前為止，我們把 TeX 的輸入掃描過程看作是它辨識個別字元，並使用每個字元的類別碼來判斷下一步要做什麼。有些字元只是供排版的普通文字項目（例如類別碼 11），但我們也看過空白字元（類別碼 10）與跳脫字元（類別碼 0）。還有其他類別碼，為了簡潔起見，我們尚未討論——例如類別碼 1（「開群組」，例如， `{`），類別碼 2（「結群組」，例如， `}`）以及其他。每個類別碼在 TeX 的輸入掃描，以及隨後由 TeX 內部的軟體程序／演算法所進行的處理中，都扮演各自的角色。
### 記號：快速回顧
「記號」這個概念對 TeX 的運作方式至關重要：你會在各種與 TeX 相關的書籍、文章和線上社群中看到「記號」被提及或引用，因此值得稍微回顧一下這個主題——你可以在先前發表的一篇文章中找到更多細節 [什麼是「TeX 記號」？](/latex/zh-tw/shen-ru-wen-zhang/53-what-is-a-tex-token.md)
我們已經看到，TeX 會把輸入字元轉換成記號，方法是將字元碼與類別碼合併成一個單一的複合整數。TeX 對命令也做類似的事：它使用命令名稱計算出一個稱為 *命令記號* 的整數（我們會更詳細地探討這點）。作為一個指南，你可以把記號看作是 TeX 將它從輸入讀入的項目「包裝」起來的方法，讓這些項目準備好被送往 TeX 處理的下一階段。把所有項目（字元或命令）整齊地包裝成單一的數值表示，會讓它們在後續處理鏈中更容易被處理。例如，當 TeX 想把你的某些輸入儲存起來以便稍後使用，例如一個巨集定義時，TeX 只需要把你的巨集定義——不論多複雜——儲存成一系列整數，其中每個整數都是一個記號，代表構成（包含於）你的巨集定義中的某個字元或命令。
## 那麼，下一步是什麼？
在第 2 部分的最後一節，我們看到一個跳脫字元（類別碼 0）如何將 TeX 切換到一種特殊的處理模式，讓它去尋找命令名稱。在我們的範例中，TeX 偵測到了字元字串 `jobname` ，而我們在第 2 部分結束時，TeX 正準備對那串字元（命令名稱）「做些什麼」。在這一部分，我們將詳細看看 TeX 接下來會做什麼。
一旦 TeX 已經辨識出你輸入檔中的某一串字元代表某個命令的名稱（此處， `jobname`）TeX 可能需要執行那個命令，這取決於它當下正在做什麼。我們說「可能需要」，是因為有時 TeX 不會立刻嘗試執行命令：例如，在它定義巨集時（TeX 正在建立記號清單）——這些主題我們稍後會討論。不過，我們會繼續沿用我們的範例：TeX 正在排版一個段落，而且 *將會*在這種情況下，需要執行 `\jobname`.
### 從一串字元到執行命令：怎麼做？
首先，讓我們回顧第 2 部分中的圖 5b，在那裡 TeX 已經辨識出輸入中的某一串字元構成了某個命令的名稱： `jobname`。圖 5b 顯示 TeX 必須「檢查內部表格……」。那到底 *實際上是什麼意思*?
還有另一種更詳細的描述，說明 TeX 如何「檢查內部表格」，以便從一串字元（例如， `jobname`）過渡到精確判斷那個命令是什麼，以及它代表什麼，可以在先前的一篇文章中找到 [什麼是「TeX 記號」？](/latex/zh-tw/shen-ru-wen-zhang/53-what-is-a-tex-token.md) 在這裡，我們會在避免過度重複的前提下，總結關鍵概念。
先從一個類比開始。假設你正在讀一本書，遇到一個不熟悉的字：你會怎麼做？今天，多半是「拿 Google 搜尋」，但我們先假設你偏好較傳統的方法：你會拿起一本列出單字並提供其意義的字典。TeX 也有類似的機制：一個內部的「字典」，列出目前 TeX 已知的所有命令，以及那些命令的「意義」。這裡所說的「意義」，是指它屬於哪一類命令：它做什麼，以及 TeX 執行該命令時可能需要的任何其他資訊。也要注意，「命令」這個術語包含使用者／TeX 程式設計者撰寫的任何 TeX/LaTeX 巨集，以及 [數百個內建的原始命令](/latex/zh-tw/geng-duo-zhu-ti/46-tex-primitives-listed-by-tex-engine.md).
延續我們的字典類比。當我們作為人類讀者，需要查找某個字的意義時，我們會使用字典提供的字母順序列表來搜尋該字——但當然，TeX 的運作方式並不完全如此。回到我們原先的 `jobname` 範例，TeX 如何在它的「字典」中找到 `jobname`的「意義」——而那個「意義」究竟為 TeX 提供了什麼？
TeX 並不是提供一份內部的、所有 TeX 已知命令的「字母順序列表」，而是做了稍微不同的事情。TeX 會把命令名稱中包含的整個字元序列轉換成一個單一整數，該整數將用來識別（代表）那個命令。TeX 在內部維護著一個很大的「字典」，其中儲存了所有已知命令所對應的 *整數* ，這些整數是根據命令名稱計算出來的——請注意，那個字典並不是以字母序列形式儲存實際的命令名稱本身（稱為 *字串*）。TeX 對所有內建命令（原始命令）都使用這個字典 *以及* 它也會用這個字典來儲存使用者建立的任何巨集（命令）的細節：你的巨集名稱會被轉換成一個整數，而那個整數會在 TeX 的字典中被「登記」。
每當 TeX 偵測到你輸入中使用了一個命令，而且需要知道那個命令的某些資訊時，它就會把命令名稱中的那串字元轉換成一個「等效」的整數，然後用那個整數在它的「大字典」中查找該命令。在座的程式設計師可能會想知道，TeX 使用一種 [雜湊函式](https://en.wikipedia.org/wiki/Hash_function) 來完成這個轉換。
### 圖 6：從字元到命令意義
下圖顯示了一個命令在 TeX 將字元字串轉換成一個等效整數的過程，而這個整數稱為 **curcs**，並且 TeX 會用這個整數在它的「大字典」中查找該命令的意義。這次查找的結果是兩項資訊：兩個整數，稱為 **curcmd** 以及 **curchr**，TeX 可利用它們來確切判斷命令做什麼，以及之後如何執行它。
在內部，TeX 維護一個稱為 **curcs** (**cur**rent **c**ontrol **s**equence) which is used to store the integer value of the command that TeX is currently working on—i.e., **curcs** 儲存由命令名稱計算出的整數值。事情還不完全是這樣，因為還有另一個細節：如果 TeX 剛剛讀入／處理的是一個字元，而不是一個命令，它會將 **curcs** 設為 0，以記住最近讀入的是字元，而不是命令。
### 命令對 TeX 的意義
如果我們看看 [TeX 引擎提供的內建命令集合](/latex/zh-tw/geng-duo-zhu-ti/46-tex-primitives-listed-by-tex-engine.md) ，我們可以看到其中有些命令彼此密切相關：它們執行類似的任務；例如，所有 TeX 引擎都使用 4 個原始命令來定義（建立）巨集： `\def`, `\gdef`, `\edef`, `\xdef`。這 4 個命令都用來定義巨集，但當然，每一個的做法都略有不同。如果從程式設計的角度來看：這裡有 4 個巨集定義命令，大致上做的是同一件事，但我們需要在它們之間做選擇，以適應它們各自不同的行為。
為了處理這件事，TeX 會為每個命令指定兩個值，而這兩個值就是 TeX 所理解的命令「意義」（它的角色／它做什麼）——這兩個值存在於 TeX 內部，是軟體深處的一部分，也是使用者無法存取的「內部機制」。每個 TeX 命令，不論是內建原始命令，或是使用者定義的命令，都會被指定兩個值，這兩個值在 TeX 看來會定義／分類它的行為——也就是它對 TeX 來說是什麼意思。當 TeX 使用它的「大字典」查找某個命令時，它會找到這兩個關鍵資訊：
* **命令碼**：一種「一般分類」，表示這是一種什麼樣的命令——例如「巨集定義」命令（其中之一是 `\def`, `\gdef`, `\edef`, `\xdef`）；「製盒」命令（其中之一是 `\hbox`, `\vbox` 或 `\vcenter`）等等，TeX 引擎支援的數百個命令皆然。巨集（使用者定義的命令）也會被指定命令碼。
* **命令修飾碼**：這是附屬資訊，向 TeX 提供某個命令的特定資訊。巨集（使用者定義的命令）也會被指定命令修飾碼——不過，對巨集而言，命令修飾碼所扮演的角色與原始命令略有不同（對巨集來說，命令修飾碼會指出巨集定義儲存在記憶體中的位置）。
合起來看，命令碼與命令修飾碼可以唯一識別每個命令。以下是 Knuth 最初的 TeX 軟體中，巨集定義命令所使用的命令碼與命令修飾碼——請注意，其他 TeX 引擎可能使用不同的數值，但它們遵循完全相同的原則：
| | | |
| ------- | ------------------------------------------------ | -------------------------------------------------- |
| **命令** | 命令
碼
| 命令
修飾碼
|
| `\def` | 97 | 0 |
| `\gdef` | 97 | 1 |
| `\edef` | 97 | 2 |
| `\xdef` | 97 | 3 |
### 回顧：釐清所有這些變數／值
到這裡為止，我們已經充滿了關於值、變數、命令值以及各種細節的大量資訊——很快就會讓人感到混亂，所以讓我們整理一下目前所知道的內容。當 TeX 從你的輸入中讀到某些東西時，它不是字元就是命令。每當 TeX 從輸入讀到某些東西時，它都需要儲存剛剛讀入（掃描）的項目之資訊：
* 對於 **字元**：它需要記錄字元碼與類別碼。它還需要建立並儲存 TeX 使用這些值計算出的記號值。
* 對於 **命令**：TeX 需要知道它從命令名稱計算出的數值等價物， **curcs**。它也可能需要儲存透過在 TeX 的「字典」中查找該命令而取得的「意義」：也就是命令碼與命令修飾碼。此外，TeX 也需要計算一個代表該命令的記號值。
沒錯，這很令人混淆：有很多變數和記號概念四處浮動，所以讓我們試著把它理清楚。
在內部，TeX 使用四個全域變數來儲存 TeX 最近讀入（或目前正在「處理」）的項目資訊——我們不會詳細討論這些變數，但知道它們的存在，有助於提供更多背景，以理解真正發生了什麼：
* **curcmd**： （目前命令）一個整數變數。它用來儲存 *目前命令* 的值 *或* 它儲存著當前 *類別碼* 的字元；
* **curchr**： （目前字元）一個整數變數，但它儲存的內容取決於 TeX 剛剛從輸入中讀到的是什麼：
* **字元**：如果最近讀入的項目是字元， **curchr** 會儲存目前 *字元碼*.
* **命令**：如果最近讀入的項目是命令， **curchr** 會儲存 *命令修飾碼*：TeX 用來支援／釐清 **curcmd**的附加資訊——因為正如上面所見，有些命令共享相同的 **curcmd**
* **curcs**： （目前控制序列）一個整數變數，用來儲存由命令名稱中的字元字串計算出來的值。 **curcs** = 0，若最近讀入的項目是單一字元，而不是控制序列（命令名稱）的名稱；
* **curtok**： （目前記號）一個整數變數，保存目前記號的值——它可能是命令記號，也可能是字元記號。
以下是上述資訊以表格呈現：
| | | |
| ------------------ | -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | ------------------------------------------------------------------------------ |
| **TeX 內部使用的全域變數：** | **當 TeX 掃描字元時：** | **當 TeX 掃描命令時：** |
| **curcmd** | 儲存目前字元的類別碼 | 儲存 *命令碼*——用來識別目前命令的「類型」 |
| **curchr** | 儲存目前字元的字元碼 | 儲存附加資料（稱為 *命令修飾碼*），提供有關目前命令的額外資訊 |
| **curcs** | 0 | 一個非零的正整數，透過雜湊函式，根據命令名稱中的字元字串計算而得。它用來存取 TeX 的「字典」，以查找目前命令的意義——也就是取得它的命令碼與命令修飾碼。 |
| **curtok** | 對於 8 位元 TeX 引擎， *字元記號* 是使用以下公式計算的： $$\text{curtok}=256\times \text{curcmd} + \text{curchr}$$ 其中 $$\text{curcmd}$$ 是字元的類別碼，而 $$\text{curchr}$$ 是字元碼 | 對於 8 位元 TeX 引擎， *命令記號* 是使用以下公式計算的： $$\text{curtok}=4095 + \text{curcs}$$ |
### 關於目前記號的補充說明
對於字元，能得到的最大記號值，是使用最大的類別碼（15）以及最大的字元碼所獲得；對 8 位元 TeX 引擎而言，最大的字元碼是 255。理論上（對 8 位元 TeX 引擎而言），最大的字元記號值 $$\text{curtok}\_{\text{max}}$$，是：
$$\text{curtok}\_{\text{max}}= 256\times 15 + 255 = 4095$$
我們說「理論上」，是因為類別碼 15 用來表示「無效字元」，而這會導致 TeX 產生錯誤：無效字元永遠無法通過 TeX 的輸入掃描過程，因此它永遠不會成為字元記號。
對命令而言，目前記號（$$\text{curtok}$$）是由 $$\text{curtok}=4095 + \text{curcs}$$ 計算而得，但對命令來說 $$\text{curcs}$$ 是 *永遠* 非零，因此 TeX 可以很容易判定一個記號代表什麼：
* 如果 $$\text{curtok} > 4095$$ 那就是命令記號；
* 如果 $$\text{curtok} < 4095$$ 它就是字元記號。
實際上，TeX 使用記號——一個簡單的整數值——來「包裝」它需要知道的所有關於從輸入讀入之項目的資訊。
## 第 4 部分
在第 4 部分中，我們將探索一系列範例巨集，以說明巨集的 `` 區段所扮演的角色與用途；它作為一個「記號樣板」，可以透過使用分隔符記號來構成。
[第 1 部分](/latex/zh-tw/geng-duo-zhu-ti/19-how-tex-macros-actually-work-part-1.md) [第 2 部分](/latex/zh-tw/geng-duo-zhu-ti/20-how-tex-macros-actually-work-part-2.md) [第 3 部分](/latex/zh-tw/geng-duo-zhu-ti/21-how-tex-macros-actually-work-part-3.md) [第 4 部分](/latex/zh-tw/geng-duo-zhu-ti/22-how-tex-macros-actually-work-part-4.md) [第 5 部分](/latex/zh-tw/geng-duo-zhu-ti/23-how-tex-macros-actually-work-part-5.md) [第 6 部分](/latex/zh-tw/geng-duo-zhu-ti/24-how-tex-macros-actually-work-part-6.md)
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