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# 關於 \expandafter、TeX 詞元與展開的六篇系列文章

## 概覽

TeX 原始命令 `\expandafter` 是一個用途廣泛的命令，LaTeX/TeX 程式設計者用它來建立複雜的巨集——例如 LaTeX 套件所提供的命令（巨集）。表面上， `\expandafter` 它看起來很容易使用，但當你遇到更複雜的結構，例如多個連續的 `\expandafter` 用來執行各式各樣「token 來回操弄」的命令 `...\expandafter\expandafter\expandafter...`.

本系列文章有一個雄心勃勃的目標：說明 *如何* 該 `\expandafter` 命令，以及 TeX 展開，實際上是如何運作的——從基本原理一路深入到探討發生在 TeX 引擎軟體深處的處理過程。讀者可以直接跳到 [文章](#accessing-articles-the-navigation-bar) ，或先閱讀一篇 [引言](#introduction-and-who-is-this-series-for) 以及本系列的原因與構想。

## 存取文章：導覽列

每篇文章在正文前後都有以下導覽列，方便你快速跳到本系列的另一篇文章：

[第 1 部分](/latex/zh-tw/shen-ru-wen-zhang/19-how-does-expandafter-work-an-introduction-to-tex-tokens.md) [第 2 部分](/latex/zh-tw/shen-ru-wen-zhang/22-how-does-expandafter-work-the-meaning-of-expansion.md) [第 3 部分](/latex/zh-tw/shen-ru-wen-zhang/21-how-does-expandafter-work-tex-uses-temporary-token-lists.md) [第 4 部分](/latex/zh-tw/shen-ru-wen-zhang/20-how-does-expandafter-work-from-basic-principles-to-exploring-tex-s-source-code.md) [第 5 部分](/latex/zh-tw/shen-ru-wen-zhang/17-how-does-expandafter-work-a-detailed-macro-case-study.md) [第 6 部分](/latex/zh-tw/shen-ru-wen-zhang/18-how-does-expandafter-work-a-detailed-study-of-consecutive-expandafter-commands.md)

以下是本系列 6 篇文章的連結：

1. [TeX token 簡介](/latex/zh-tw/shen-ru-wen-zhang/19-how-does-expandafter-work-an-introduction-to-tex-tokens.md)
2. [展開的意義](/latex/zh-tw/shen-ru-wen-zhang/22-how-does-expandafter-work-the-meaning-of-expansion.md)
3. [TeX 使用暫時性 token 清單](/latex/zh-tw/shen-ru-wen-zhang/21-how-does-expandafter-work-tex-uses-temporary-token-lists.md)
4. [從基本原理到探索 TeX 的原始碼](/latex/zh-tw/shen-ru-wen-zhang/20-how-does-expandafter-work-from-basic-principles-to-exploring-tex-s-source-code.md)
5. [巨集詳細案例研究](/latex/zh-tw/shen-ru-wen-zhang/17-how-does-expandafter-work-a-detailed-macro-case-study.md)
6. [連續的詳細研究 `\expandafter` 命令](/latex/zh-tw/shen-ru-wen-zhang/18-how-does-expandafter-work-a-detailed-study-of-consecutive-expandafter-commands.md)

## 簡介：本系列適合誰？

### \expandafter：運作的基本原理

\expandafter 的目的，是強制輸入中的某個 token 提前展開：給定輸入中的兩個連續 token， $$\mathrm{T\_1}$$ 和 $$\mathrm{T\_2}$$, `\expandafter` 會儲存 token $$\mathrm{T\_1}$$，展開 token $$\mathrm{T\_2}$$ 並將 token $$\mathrm{T\_1}$$ 放回到……的展開結果前面 $$\mathrm{T\_2}$$:

$$\verb\*\expandafter\*\ \mathrm{T\_1}\mathrm{T\_2} \rightarrow \mathrm{T\_1}\text{\<expansion of }\mathrm{T\_2}\text{>}$$

依照對 `\expandafter`行為的標準描述，我們注意到它會「儲存 token $$\mathrm{T\_1}$$」，強制 token $$\mathrm{T\_2}$$ （在 TeX 通常會這麼做之前）進行「展開」，然後將 token $$\mathrm{T\_1}$$ 「放回輸入中」，讓 TeX 再次讀取。本文作者回想起來，曾對 `\expandafter`的「token 來回操弄」行為中的某些面向感到困惑；特別是：

* 「儲存一個 token」或「將一個 token 放回輸入中」到底是什麼意思——這些被儲存的 token 會「去哪裡」，而 TeX 又是如何重新讀取它們的？
* 展開看起來是什麼樣子，或它真正的意思是什麼？
* TeX 如何處理多個連續的 `\expandafter` 命令——那究竟是如何 *真正地* 運作？

### 本系列文章的目標

本系列試圖透過記錄對 TeX 內部運作研究的結果來回答上述問題。Overleaf 建立了某個 TeX 引擎的客製化版本，並使用 [Eclipse IDE](https://www.eclipse.org/ide/) 來觀察 TeX 原始碼在處理一個 `.tex` 包含 …… 範例用法的檔案時的運作情形 `\expandafter`.

我們將分享該研究的成果，並探討：

* TeX token 的真正本質／意義；
* TeX 產生／使用暫時性 token 清單的方式；
* 「展開」真正的意思。

透過探討這些主題，我們將拼湊出整體圖像，以說明 *如何* `\expandafter` 如何執行其「token 來回操弄」行為。本系列文章是為任何對這些主題有興趣、希望培養洞見的人所寫：深入檢視 TeX 內部，探究 TeX 內部運作中那些使得……能夠 `\expandafter` 發揮其魔法的部分。

撰寫有關 TeX 與 TeX 相關概念／原理的文章頗具挑戰，因為 TeX 是極其複雜的軟體——其排版後的原始碼多達數百頁。例如，請參見這個 [Overleaf 專案](https://www.overleaf.com/latex/examples/typeset-the-source-code-documentation-for-tex-e-tex-or-pdftex/qkgfgyspnhcv) ，它預設會將……的原始碼排版出來 $$\mathrm{\varepsilon}\text{-}\mathrm{\TeX}$$：排版後的 PDF 檔超過 600 頁。

在內部，TeX 是一張錯綜複雜、彼此關聯的動作與程序網路；當我們試圖討論其行為的某個獨立面向時，這會帶來挑戰：例如拆解出某個特定的「元件」，像是 `\expandafter`，並嘗試在不必不斷引用 TeX 軟體其他面向的情況下解釋它。就其本質而言， `\expandafter` 命令會牽涉到 TeX 的 *展開*——這是一個對我們許多人而言都相當模糊、也有些難以完全理解的概念。不過，展開確實是 TeX 行為中極其根本的一環，貫穿於 TeX 的內部運作，並發生在 TeX 軟體深處。在本系列文章中，我們將探討展開的真正含義，先彙整一組相關原則與行為，以建立對展開的基本理解；在此基礎上，我們最後會進行一次「深度探訪」，深入 TeX 本身，探索實作 TeX 展開機制的實際原始碼。

## 總結

在這些文章中，我們試圖提供對最多讀者有用／有價值或有興趣的內容：在簡潔與不可避免的細節之間取得平衡，同時也盡量不因提供過多或過少的背景材料而耗損讀者的耐心。我們希望已對 TeX 文獻貢獻了一些有用／有價值的內容，讓現今以及或許未來的 TeX 社群成員都能樂於閱讀。

祝你 $$\mathrm{\TeX}\text{ing!}$$，來自 Graham Douglas 與 Overleaf 團隊。


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