LaTeX技巧910：active character释疑

1 概念

一直对TeX中“active character”这个概念熟视无睹，也许对于初学者真的没太大意义，但是编写宏的过程中，active character却担当重任。 所谓的active character是指TeX将单个字符作为控制序列来看待，因此这个字符就不再是一个普通的字符，而是“活动的”，即可以执行的控制序列，其catcode为13（\active ）。每次TeX遇到这个active character时，都会执行这个active character所对应的命令序列。因此，定义一个active character分为两个步骤：第一，设置这个字符的catcode为\active （13)；第二，定义这个active character的命令序列。TeX默认只定义了一个active character即众所周知的`~` ，是一个不可断行的空格，其定义为：

\catcode`\~=\active
\def~{\penalty10000\ }

我们可以将任意字符定义为active character，比如下面的例子[1]：

\catcode`\z=\active
\def z{Yawn, I’m tired}
xyz%输出：xyYawn, I’m tired

注意到，字母z定义为active character后便成为一个命令了，因此下面的定义：

\def z{Yawnz, I’m tired}

将成为一个无限循环而导致TeX异常退出。因此，将普通字母定义为active character是有风险的，一般情况下不建议这样做。另外，以上的定义也可以写为：

\catcode`\z=\active
\defz{Yawn, I’m tired}

z现在是一个active character了，因此TeX将z解释为一个命令，\def 和z连在一起就是可以的。 active character前面不能使用\来表示控制序列，事实上，`\~` 和`~`具有截然不同的含义：`\~` 打印出字符`~` ，而`~` 打印出一个不可断行的空格。

2 实战

比如，下划线`_`在TeX中是解释为数学环境的下标的，那么如何输入一个字符`_`呢？可以将`_`重新定义为active character：

\catcode`\_=\active
\def_{\_}

定义active character需要相当谨慎，比如上例，一般情况下要将此定义限制在一个分组内，以免和常见的`_` （数学下标）定义冲突。 下面分析一下\obeylines 的实现思路[2, p174]。\obeylines 只是简单的将输入的^^M （回车符）转换为\par 即可，因此一个很容易想到的思路是如下定义并使用\obeylines :

\def\obeylines{\catcode`\^^M=\active \def^^M{\par}}
\obeylines{
    first line
    second line
}

可是当执行时，TeX会抱怨：

Runaway definition?
->\catcode `\^^M=\active \def \obeylines { first line second line }
! File ended while scanning definition of \obeylines.
<inserted text>
}

也就是说，TeX发现\obeylines 的定义不对（Runaway definition）。仔细分析一下obeylines的定义会发现，尽管定义的第一句是\catcode`\^^M=\active ，但是实际上这是在obeylines的定义中，只有执行obeylines时才会真正执行（展开），在定义时是不会展开的，即当TeX读到这一句时，并不会设置^^M 的catcode为13！因此当TeX接着往下解析的时候，问题出现了：\def^^M… ，当读到^^M 时，TeX解读为一个回车符，忽略掉^^M 后面的内容直接跳到到下一行，导致了obeylines的定义出错—没有匹配的右大括号。 是否可以在定义obeylines之前将^^M 定义为普通字符呢？像下面这样：

\catcode`\^^M=12
\def\obeylines{\catcode`\^^M=\active \def^^M{\par}}
\obeylines{
    first line
    second line
}

出错信息为：

! Missing control sequence inserted.
<inserted text>
\inaccessible
<to be read again>
^^M
\obeylines ->\catcode `\^^M=\active \def ^^M
{\par }
l.3 \obeylines
{

也就是说，在解释\def^^M 时报错：此时^^M 为一个catcode为12的普通字符，显然\def^^M 的形式是不允许的，只能将^^M 的catcode设置为13才能这样使用，因此正确的定义为：

{\catcode`\^^M=\active
\gdef\obeylines{\catcode`\^^M=\active \def^^M{\par}}
}
\obeylines{
    first line
    second line
}

此处，为了将^^M 的catcode更改的影响减小最小，将obeylines的定义放到一个分组中，因此同时需要将obeylines的定义修改为\gdef ，使之成为一个全局的定义。

引用

1“Defining characters as macros“, UKTUG, 190. 2Levy, S. and Foata, D. and Seroul, R., A Beginner's Book of TEX (Springer New York, 2012). 选自：http://softlab.sdut.edu.cn/blog/subaochen/2017/08/active-character%E9%87%8A%E7%96%91/