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# \expandafter 是如何工作的：连续 \expandafter 命令的详细研究
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## 案例研究：理解 \\\expandafter\\\expandafter\\\expandafter...
高级宏，例如 LaTeX 宏包中的那些，通常会大量使用连续的多个 `\expandafter` 命令来执行复杂的标记“玩弄”。对我们大多数人来说，这样的宏可能很难理解，也很难编写。在本节中，我们将回顾 TeX 处理连续 `\expandafter` 命令：
```
\\expandafter\\expandafter\\expandafter...
```
为了帮助说明，我们将为每个 `\expandafter`——以表明我们指的是哪一个：
```
\\expandafter1\\expandafter2\\expandafter3...
```
此外，我们将扩展由每个 `\expandafter` 处理的标记的记号，改用 $$\mathrm{T^i\_1}$$ 和 $$\mathrm{T^i\_2}$$ 来表示这些标记 $$\mathrm{T\_1}$$ 和 $$\mathrm{T\_2}$$ 被 `\expandafter` 读入，带有下标 `i`: `\expandafter`i $$\mathrm{T^i\_1T^i\_2}$$。我们还将假定有两个标记 $$\mathrm{T\_X}$$ 和 $$\mathrm{T\_Y}$$ 位于 `\\expandafter3` 之后，这样我们的输入看起来如下： `\\expandafter1\\expandafter2\\expandafter3` $$\mathrm{T\_{X}T\_{Y}}$$.
当 TeX 开始处理这段输入时，对于 `\\expandafter1` 它会看到
* $$\mathrm{T^1\_1} =$$`\\expandafter2` 它被保存以供稍后 *重新插入* 回输入中
* $$\mathrm{T^1\_2} =$$`\\expandafter3`，而它会被展开
如果我们回顾前面对 [TeX 内部代码](/latex/zh-cn/shen-du-wen-zhang/20-how-does-expandafter-work-from-basic-principles-to-exploring-tex-s-source-code.md) 实现 `\expandafter`，正是通过对 `\\expandafter3` 的展开，我们看到了递归的发生。为了处理 `\\expandafter1` TeX 已经调用了其内部函数 `expand()`，因此为了处理（展开） `\\expandafter3` TeX 正在进行一次 *第二次* 对 `expand()`的调用——来自 `expand()` 函数本身内部。
对于 `\\expandafter3` 我们有
* $$\mathrm{T^3\_1 = T\_X}$$，它被保存以供稍后 *重新插入* 回输入中
* $$\mathrm{T^3\_2 = T\_Y}$$，我们将假设它是可展开的
我们进一步假设 $$\mathrm{T\_Y}$$ 的展开产生如下标记序列： $$\mathrm{{T^1\_Y}{T^2\_Y}{T^3\_Y}}\cdots\mathrm{T^N\_Y}$$。我们现在已经到达由命令序列开始的展开过程的末尾 `\\expandafter1\\expandafter2\\expandafter3` $$\mathrm{T\_{X}T\_{Y}}$$ ，TeX 接着开始“展开”由……开始的递归过程 `\\expandafter1`.
在处理完 `\\expandafter3` TeX 会在其内存中保留一个标记列表，其中包含来自……展开的标记 $$\mathrm{T\_Y\text{: }{T^1\_Y}{T^2\_Y}{T^3\_Y}}\cdots\mathrm{T^N\_Y}$$。TeX 现在开始重新插入它在处理……时保存的标记 `\expandafter` 命令：
1. TeX 首先重新插入标记 $$\mathrm{T\_X}$$ 由 `\\expandafter3`. $$\mathrm{T\_X}$$ 被重新插入 *到前面* ，位于……的展开结果之前 $$\mathrm{T\_Y}$$，从而得到一个标记序列： $$\mathrm{{{T\_X}T^1\_Y}{T^2\_Y}{T^3\_Y}}\cdots\mathrm{T^N\_Y}$$.
2. 不过，我们仍需完成由……开始的过程 `\\expandafter1` ，它保存了表示……的标记 `\\expandafter2`
3. TeX 组装好的最终标记序列，准备在 TeX 处理的下一阶段读取如下： `\\expandafter2 (token)` $$\mathrm{T\_{X}T^1\_{Y}T^2\_{Y}T^3\_{Y}\cdots T^N\_Y}$$
4. TeX 现在已经完成了“第一轮”处理，并切换为读取它所生成的标记列表序列——该序列以 `\\expandafter2 (token)` 开头，TeX 接着处理它。对于 `\\expandafter2` 我们有
* $$\mathrm{T^2\_1} =\ \mathrm{T\_X}$$ 它被保存以供稍后 *重新插入* 回输入中
* $$\mathrm{T^2\_2} = \mathrm{T^1\_Y}$$ 它是由……展开产生的第一个标记 $$\mathrm{T\_Y}$$；如果可展开，则继续展开
5. 如果我们假定标记 $$\mathrm{T^1\_Y}$$，即由……展开得到的第一个标记 $$\mathrm{T\_Y}$$展开为 $$\mathrm{{T^A\_{Y1}}{T^B\_{Y1}}{T^C\_{Y1}}}$$ 那么，在 TeX 重新插入 $$\mathrm{T\_X}$$之后，TeX 重新处理得到的标记序列将是： $$\mathrm{{T\_X}{T^A\_{Y1}}{T^B\_{Y1}}{T^C\_{Y1}}{T^2\_Y}{T^3\_Y}\cdots{T^N\_Y}}$$
我们可以将其重新表述为
$$\mathrm{T\_X}\text{\\}$$
下图说明了由 TeX 代码
```
\\expandafter1\\expandafter2\\expandafter3TXTY
```
### 理论联系实践
举例来说，我们将定义以下宏作为 $$\mathrm{T\_X}$$ 和 $$\mathrm{T\_Y}$$
* $$\mathrm{T\_X}=$$`\foo` 其中我们定义 `\foo` 为 `\\def\\foo#1{\\textbf{#1}}`
* $$\mathrm{T\_Y}=$$`\\bar` 其中我们首先定义 `\\def\\abc{Hello}`, `\\def\\xyz{, World!}` 然后 `\\def\\bar{\\abc\\xyz}`
我们将使用以下代码片段来演示前面的分析：
\\\expandafter\\\expandafter\\\expandafter\\\foo\\\bar
根据我们的讨论， `\\expandafter1\\expandafter2\\expandafter3` $$\mathrm{T\_X}\mathrm{T\_Y}$$ 的结果会产生如下形式的标记序列：
$$\mathrm{T\_X}\text{\\}$$
其确切序列取决于标记 $$\mathrm{T\_Y}$$的性质。如果我们将示例命令代入 $$\mathrm{T\_X}=$$`\foo` 和 $$\mathrm{T\_Y}=$$`\\bar`，其定义为 `\\def\\bar{\\abc\\xyz}`，我们会看到：
* 在……中的第一个标记 $$\mathrm{T\_Y}$$ 是 `\\abc` 及其展开是一个字符标记序列： `Hello`
* ……中的其余标记 $$\mathrm{T\_Y}$$ 是表示 `\\xyz`.
如果我们将这些信息代入我们的“分析”，会得到
$$\begin{align\*} &\mathrm{T\_X}\text{\\}\ &=\text{foo}*{\text{token}}\text{\}*\text{token list (characters)}\text{xyx}*\text{token}\ &=\text{foo}*\text{token}\text{Hello}*\text{token list (characters)}\text{xyx}*\text{token}\\\[10pt] \end{align\*}$$
请注意，下标 记号 和 标记列表（字符） 用于强调（提醒我们）TeX 读取的是 *整数标记值*，而不是 *文本字符*，因此没有必要在 `\foo`之后显示任何空格字符或其他分隔符：这些分隔符早已被处理或丢弃；在这里，我们确实处于 TeX 的内部世界——标记列表和整数标记值。
当 TeX 处理由我们的 `\expandafter` 命令所生成的内容时，它将排版 `**H**ello, World!`——只有 `H` 被加粗排版。我们可以通过编写等价的 TeX 代码来实现相同结果 `\\foo Hello\\xyz`。请注意， `\foo` 使用了一个参数；因此， `\foo` 会吸收单个 `H` 字符标记作为其参数，并将剩余的字符标记（`ello`）保持不变。
**注意：**
* 编写 `\\foo\\bar` 会产生截然不同的输出：表示 `\\bar` 的标记将被用作 `\foo` 的参数 **`Hello, World`**——所有内容都以粗体排版。
* 编写 `\\expandafter\\foo\\bar` 会使 `\\bar` 被展开，从而产生两个标记： $$\text{abc}*\text{token}\text{xyz}*\text{token}$$。然后，在 $$\text{foo}*\text{token}$$ 被 `\expandafter` TeX 处理标记序列 $$\text{foo}*\text{token}\text{abc}*\text{token}\text{xyz}*\text{token}$$ 从而排版出 `**Hello**, World`——只有 **`Hello`** 被加粗排版。在这里，单个标记 $$\text{abc}*\text{token}$$ 被作为宏标记的参数处理 $$\text{foo}*\text{token}$$，使标记 $$\text{xyz}\_\text{token}$$ 保持不变，其内容按当前字体排版。
## \expandafter 与带参数宏的说明
使用时 `\expandafter` 为了强制展开宏，值得了解宏展开是如何工作的——尤其是对于接受参数的宏。在 TeX 能运行一个宏——即读取并处理宏定义中包含的标记——之前，TeX 需要通过执行初始的宏展开过程，使该宏“准备运行”。如果一个宏的定义包含参数的使用（`#1`, `#2`, ... `#9`），宏展开过程的一部分要求 TeX 扫描输入，寻找由用户提供的参数所组成的标记：这些参数标记会被吸收（从输入中移除）。在宏展开期间，TeX 会从输入中读取并吸收标记，创建小型标记列表，每个参数对应一个列表；随后在 TeX 执行宏时，这些标记列表会被插入到宏主体中的适当位置。宏展开的最后一步包括 TeX 定位存储在内存中的宏定义，并将该位置设为 TeX 读取下一组输入标记的来源。宏的执行在 TeX 开始读取并处理这些标记时启动，同时输入先前创建用于存放参数的标记列表。
### 分隔符标记也会被吸收
如果原始宏定义也使用了充当分隔符的标记，TeX 还需要将原始宏定义与用户对该宏的使用（调用）进行比较，寻找并匹配分隔符标记。一旦匹配/定位，这些分隔符标记随后就会被忽略，因为它们唯一的作用是充当“标点”，帮助 TeX 挑出并识别将要构成每个参数的实际标记。
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