LaTeX 筆記：NFSS 那點事兒_LaTeX

零、

我就不寫成《LaTeX 筆記（一）：NFSS 那點事兒》了，省得你們指望還有二……

本文比較靠近 TeXnique 這個主題。想理解本文的內容，至少也得讀一下 TeXbook 或者 TeX by topic 之類的。

一、

NFSS 架構是 LaTeX2e 的核心內容，佔了 LaTeX2e 源碼的 30% 左右的篇幅。如果你不理解它的重要性，還有一個資料：在完整安裝的 TeX Live 發行版中，各類字型宏包編寫的字型定義檔案 (*.fd) 有 3000+。有了 NFSS，大家才能快樂地使用 \bfseries \itshape 等命令切換字型，隨心所欲不逾矩了。

那麼沒有 NFSS 的情況下怎麼切換字型呢。如果你像第 0 條裡面說的，讀過了兩本書之一，那麼你就知道是這麼來的：

% 以 txfonts 宏包的字型 txr 為例\font\txrm=txr at 12pt\txrm Hello, \TeX\ and its fonts!

需要定義一個控制序列（命令）代表實際的字型，然後在切換字型的時候用一下。plain TeX 已經定義了一些，如 \bf \it \tt 之類。問題在於，\bf 是直立的粗體，\it 是普通字重的意大利斜體，如果你想要粗斜體，這個字型跟它倆一毛錢關係都沒有，必須你自己重新定義個諸如 \bfit 之類的字型命令才行。就連不同字型大小的字型，都需要重新定義。

那麼話說回來，其實 \bfseries \itshape 和 \mdseries \itshape 、\bfseries \upshape 等命令給出的字型也全都不一樣啊，這怎麼搞的。往下看。

<!-- 往下看之前建議仔細看看 TeX 發行版裡兩篇重要的文檔 encguide 和 fntguide。-->

<!-- 什麼，你看完了。-->

<!-- 我也不知道你真看完了還是假看完了，好吧，繼續 -->

二、

上面讓看的兩篇文檔，介紹了 NFSS 重要的屬性——座標。一個字型有 encoding / family / series / shape 和字型大小這五個座標，比如預設字型，10pt 的 Computer Modern Roman （cmr10），在 NFSS 的座標是 OT1/cmr/m/n/10。這裡就不鋪開講了，需要你真的看完那兩篇文檔。

哦，你似乎在哪兒見到過這麼一串寫法。對了，在 Overfull \hbox 等資訊裡滿都是這種寫法。好了，是時候告訴你真相了：在調用這個字型前，實際上就有這麼個全域的定義：

\global\font\OT1/cmr/m/n/10=cmr10

不過呢直接這樣寫是錯的，因為控制序列的名稱必須是字母類（catcode=11 的字元）。正確的寫法相當於這樣：

\global\expandafter\font\csname OT1/cmr/m/n/10\endcsname=cmr10

\expandafter 和 \csname ...\endcsname 的用法如果不明白，趕緊去看書。 

也就是說，真實的字型命令，是由這些座標拼起來構建的。不同的座標會構造出來不同的字型命令，你每切換一次座標，很可能就要產生一個新的字型命令。

三、

真的就是把字型座標拼起來這麼簡單。當然不止，LaTeX 需要額外的資訊找到上面代碼裡等號後面要賦值的字型名。把座標與字型名稱建立映射的東西，就是每個字型宏包必不可少的 .fd 檔案。這個放到後面穿插著說。

四、

現在要提到 NFSS 裡的一個比較核心的命令——\selectfont。在 \bfseries \itshape 或者 \small \large 等的定義裡都有它。你光用 \fontseries{bx} 或者 \fontsize{10}{12} 改座標還起不到改字型的作用，它只是把座標資訊存到了一些內部宏，如 \f@encoding \f@series 等。\selectfont 才是改變字型的實際操作。

那麼 \selectfont 主要幹了些啥呢。 

\DeclareRobustCommand\selectfont        {%    \ifx\f@linespread\baselinestretch \else      \set@fontsize\baselinestretch\f@size\f@baselineskip \fi    \xdef\font@name{%      \csname\curr@fontshape/\f@size\endcsname}%    \pickup@font    \font@name    \size@update    \enc@update    }

定義裡，前兩行先不細看，它的作用是處理行距資訊。行距有兩種改法：\linespread{***} 和 \renewcommand {\baselinestretch}{***}，後者會導致 \baselinestretch 和用內部命令緩衝的行距擴充係數 \f@linespread 不一致（前者則沒有這個問題），所以在這兒要處理一下。

第 3-4 行就是定義出來所謂的 \OT1/cmr/m/n/10 了，這裡定義了一個全域的 \font@name，後面很多地方用得著，另外一個重要的內部宏是 \curr@fontshape，它儲存著前四個座標。

第 6 行則是使用這個 \OT1/cmr/m/n/10 改變字型了；第 7 行起到的作用是更新 \baselineskip 等一系列工作；第 8 行是改了 encoding 之後的一些處理。

重點看第 5 行：

\def\pickup@font{%    \expandafter \ifx \font@name \relax       \define@newfont    \fi}

意思不難，如果 \OT1/cmr/m/n/10 已經定義過，拿來現成用就好，否則需要定義新字型了。接下來看：

\def\define@newfont{%  \begingroup    \let\typeout\@font@info    \escapechar\m@ne    \expandafter\expandafter\expandafter       \split@name\expandafter\string\font@name\@nil      \try@load@fontshape % try always    \expandafter\ifx       \csname\curr@fontshape\endcsname \relax      \wrong@fontshape\else      \extract@font\fi  \endgroup}

group 之內，第一行影響到向終端輸出的資訊；第 2-4 行是對 \font@name 內容的一個拆包，把它裡頭的字型座標存進 \f@encoding \f@series 等。

後面的一個關鍵宏是 \try@load@fontshape：

\def\try@load@fontshape{%   \expandafter   \ifx\csname \f@encoding+\f@family\endcsname\relax     \@font@info{Try loading font information for                   \f@encoding+\f@family}%    \global\expandafter\let       \csname\f@encoding+\f@family\endcsname\@empty     \nfss@catcodes     \let\nfss@catcodes\relax     \edef\reserved@a{%       \lowercase{%         \noexpand\InputIfFileExists{\f@encoding\f@family.fd}}}%     \reserved@a\relax          {\@input@{\f@encoding\f@family.fd}}%   \fi}

我們可以看到，這個宏起到的作用就是載入 .fd 字型定義檔案了。在此解釋兩個宏： \csname \f@encoding+\f@family\endcsname，形如 \OT1+cmr。它的定義標誌著 .fd 檔案被載入。它是 .fd 檔案裡 \DeclareFontEncoding 命令定義出來的。 \csname \curr@fontshape\endcsname，形如 \OT1/cmr/m/n，它的定義標誌著 .fd 檔案被載入，並且前四個座標被 .fd 檔案裡的 \DeclareFontFamily 命令定義過，這樣就可以拿來把最後一塊拼圖，也就是字型大小資訊拼上。

那麼好了，往下走，如果 .fd 檔案載入了，各條 \DeclareFontFamily 也過了一遍，仍然找不到對應的字型怎麼辦。這就表明，字型包裡可能沒有定義你要的座標，這時就要進行回退（fallback），這個工作由 \wrong@fontshape 完成。每個 encoding 的定義檔案如 t1enc.def 裡，都會用 \DeclareFontSubstitution 命令給出用來回退的三個座標（OT1 的是在 LaTeX2e 核心裡給的）。

\wrong@fontshape 的代碼就不繼續貼了，舉個例子，如果我弄了一個錯誤的座標出來， \OT1/cmr/xxx/xxx，LaTeX 載入了 ot1cmr.fd 發現沒有這個座標，它就回退到 \OT1/cmr/xxx/n，還找不到，就回退到 \OT1/cmr/m/n。如果進行了回退，你會看到 "Font shape *** undefined, use *** instead" 的提示。

如果找到了前四個座標的資訊，或者回退到了合適的前四個座標，接下來就要通過字型大小這個座標去找字型（TFM）了。這個功能由 \extract@font 完成，它調用了 \get@external@font 去解析 \DeclareFontShape 命令裡各種複雜的字型大小和 tfm 映射關係的定義式，後者內部用了 \try@size@range 完成實際的解析，用 \try@size@substitution 完成字型大小的 fallback。

五、

囉囉嗦嗦地寫完了，不知道有多少人有足夠的耐心看到這兒，以及為了看懂它去看更多的書。LaTeX 對字型的這套解決方案也許不是最優的，不過恐怕是無法替代的，不然那烏泱烏泱的字型宏包都得改。

嗯我不是說了有 30% 的代碼是 NFSS 嘛。事實上今天討論到的這部分連 5% 都占不到。其餘的大頭是被 encoding 和數學字型佔了。encoding 的部分，要解決的是不同字型編碼下的一些命令和重音的實現，比如 OT1 下的 \"o 是兩個字元拼起來的，而 T1 則可以找到單個的字元。數學字型就不在這裡說了，要說起來肯定要另開一帖。

\endinput

作者：Louis Stuart
連結：https://zhuanlan.zhihu.com/p/21339128
來源：知乎
著作權歸作者所有。商業轉載請聯絡作者獲得授權，非商業轉載請註明出處。