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# TeX 家族谱系：LaTeX、pdfTeX、XeTeX、LuaTeX 和 ConTeXt

LaTeX 的故事可以一直追溯到 1977 年，当时 Donald Knuth 第一次意识到需要一个高质量的排版程序。如今他当年设想的那个系统仍然是处理这项工作的最佳工具，这充分证明了 LaTeX 的卓越品质，尽管在此后的几十年里已经加入了许多有用的扩展。事实上，LaTeX 就是 Donald Knuth 开发的原始系统的这些扩展之一，那个原始系统叫做 [TeX](http://www.tug.org/).

要想在 LaTeX 圈子里保持懂行的名声，你得把它写成大写的 T 和 X，并把它读作 Lay-Tech。这是因为 TeX 里的 X 实际上是源自希腊字母的一个大写 Chi（χ）。而按正常大小写和发音写作 Latex 的东西，则是一种橡胶！

## 原始 TeX

如今有大量从 TeX 衍生出来的工具家族，乍一看名字像是一串胡言乱语：LaTeX、pdfTeX、XeLaTeX、LuaTeX、ConTeXt，等等。它们的祖先当然是 Knuth 的原始 TeX 程序。它会接收纯文本形式的文档，并把它转换成排版精美的文档。Knuth 对排版相当讲究，而 TeX 在细节上的用心是显而易见的。一个 TeX 文档示例如下：

```latex
\TeX{} 很擅长排版像 `fjord'、`efficiency' 这样的单词，
以及 `fiasco'。它也很擅长排版数学内容，比如
$a^2 + b^2 = c^2$。
\bye
```

将其通过 TeX 程序运行后，输出如下：

![Texsample.png](/files/d80d5a9789948ad1c837a877a0ae4c018e2f9ab4)

注意示例单词中的字母组合 'fi'、'fj' 和 'ff' 是如何自然连在一起的，以及数学符号的间距是多么合适。在更大的层面上，TeX 在合适的位置断行方面做得非常出色，从而生成两端对齐良好的文本，并在适当的地方进行连字符断字。

它不仅能很好地排版文本，还提供了一系列命令，例如 `\bye` 和 `\TeX` 在上面的示例中。这些命令可以做一些简单的事情，比如改变字体大小或改变文本布局方式；也可以做更强大的事情，比如记录章节编号以便交叉引用页面，或者自动生成目录。TeX 程序内置了大约 300 个命令，但也可以在其中定义其他命令。Donald Knuth 还在 TeX 内编写了另外 600 个左右有用的命令，打包成一个叫做 Plain TeX 的宏包，使一些常见的排版任务更容易完成。

## LaTeX

TeX 和 Plain TeX 中的命令仍然相当基础，使用它们做复杂事情并不容易。为了解决这一点，Leslie Lamport 创建了 [LaTeX](http://www.latex-project.org/) 在 20 世纪 80 年代初，旨在提供一种比 TeX 更高层级的工作语言。LaTeX 是一组根据底层 TeX 命令定义出来的命令，往往还经过了很多很多层抽象。你在 LaTeX 文档中使用的所有命令，实际上底下都是一套复杂的 TeX 命令，当然，除非你直接使用 TeX 命令！像宏包（`\usepackage{...}`）、环境（`\begin{environment} ... \end{environment}`）以及文档类（`\documentclass{...}`）这些概念，都是由 Leslie Lamport 在 LaTeX 中引入的。

通过为 LaTeX 创建一个标准化的宏包系统，Leslie Lamport 让社区得以迅速壮大。如今可用的 LaTeX 宏包成千上万，你几乎可以用它来排版任何东西，从子图到编织图案都行。针对不同类型的文档，也有许多可用的文档类，不管你是在写书、实验报告还是简历。许多出版商和期刊都有自己定制的文档类，以他们想要的方式来设计文档样式。

## pdfTeX

对于一款已经有 20 多年历史的软件来说，TeX 程序的稳定性极其惊人；Knuth 在 1989 年宣布它已经功能完备，从那以后只做过错误修复。当然，这并没有阻止 LaTeX 继续进行重要而持续的开发，因为它本身就是用 TeX 写成的。事实上，TeX 的稳定性让像 LaTeX 这样建立在它之上的宏包得以蓬勃发展。

这并不是说底层的 TeX 程序在过去 20 年里没有任何进展。恰恰相反，只是改进是在 TeX 旁边进行的，而原始 TeX 保持稳定。20 世纪 90 年代最重要的改进是创建了 [pdfTeX](http://www.tug.org/applications/pdftex/) 由 Hàn Thế Thành 在其博士论文中创建。原始 TeX 程序会把排版好的文档输出为一种名为 DVI（DeVice Independent format，设备无关格式）的自定义格式，之后可以再转换成用于打印的 PostScript 文件。然而，PDF 格式于 1993 年出现，我们今天可以清楚地看到，它作为一种格式明显比 PostScript 更好。PDF 有很多优点，例如章节之间的超链接、一个元数据部分让你能在 PDF 查看器左侧看到目录，以及对更广泛、更现代的图像格式的支持。pdfTeX 是对 TeX 的一种修改，它允许直接输出 PDF，从而利用这些额外特性。

今天，当你在系统上安装一个 LaTeX 发行版时，它实际上会附带两个不同的程序： `tex`，以及 `pdftex`。此外，它还在这些程序之上附带另外两个程序： `latex` 和 `pdflatex`，但它们实际上只是对底层程序的包装器 `tex` 和 `pdftex` ，分别如此。 `latex` 或 `tex` 那么你会得到一个 DVI 文件，你可以把它转换成 PostScript 文件或 PDF；但如果你运行 `pdflatex` 你将直接得到一个 PDF。

大多数情况下， `pdftex` 和 `pdflatex` 是对 `tex` 和 `latex`的改进，不过也有一个缺点。原始 TeX 和 DVI 格式支持 Encapsulated PostScript 文件（`.eps`），因为这些文件很容易包含在 PostScript 文件中（这些 PostScript 文件是通过转换 `.dvi` 文件通过 [`Dvips`](https://www.tug.org/texinfohtml/dvips.html)）生成的。不过， `pdftex` 不能包含 EPS 文件，你应该改用 PDF（它们可以通过命令 `epstopdf` 该命令通常随 LaTeX 发行版一起提供）。作为对这一缺点的交换，pdfTeX 增加了对 `.png`, `.jpg` 和 `.pdf` 图像的支持，而原始 TeX 只支持 .eps（通过 [`Dvips`](https://www.tug.org/texinfohtml/dvips.html)).

## XeLaTeX 和 LuaTeX

到目前为止，我们已经看到，TeX 自诞生以来沿着两条不同的方向演化：一是通过在原始系统之上增加更易用的命令（LaTeX），二是通过更新底层程序以支持 PDF 输出（pdfTeX）。不过，故事并未止步于此，现代化 TeX 的努力仍在持续。2004 年，Jonathon Kew 创建了 [XeTeX](http://tug.org/xetex/)，这是对底层 TeX 引擎的另一种修改，这一次是为了支持除纯英文数字和字母之外更广泛的字符，并加入对现代字体格式的支持。这使得用外语写作容易得多，也让你能在 LaTeX 中使用过去通常只能在文字处理器中使用的字体。

[LuaTeX](http://www.luatex.org/) 是试图用一种更合理的编程语言来扩展原始 TeX 程序。理论上，你当然可以在 TeX 内部做任何事，但在实践中，它是一门非常笨拙的编程语言，甚至能否称得上编程语言都不好说。LaTeX 的许多内部实现由于只能在 TeX 中工作而变得复杂，外人也很难理解。LuaTeX 加入了同名脚本语言 Lua，它简单而稳定，非常适合编写复杂的宏。截至 2012 年，它仍在积极开发中，而且它的 API 可能会变化，但它依然非常实用。

## ConTeXt

我们已经把 LaTeX 提及为对 TeX 中可用命令的一种扩展，但它并不是唯一一个以显著方式扩展 TeX 的系统。 [ConTeXt](http://wiki.contextgarden.net/What_is_ConTeXt) 是由 Hans Hagen 于 1990 年创建的另一个系统。LaTeX 旨在让用户无需自己决定排版和版式（你输入 `\section` 和 `\emph` 但你不必去操心这些会做什么——这些都交给文档类或版式来处理）。另一方面，ConTeXt 旨在为高级排版特性提供一个易用的接口。遗憾的是，我对 ConTeXt 的了解还没有我希望的那么多，所以我不能再展开太多；不过如果我以后有机会更多地尝试它，我一定会把我的发现写出来。

作为最后一条历史说明，我还应提到 [AMSTeX](http://en.wikipedia.org/wiki/AMS-LaTeX) 它是 Plain TeX 宏的一个扩展，并于 1982 年至 1985 年间被美国数学学会（AMS）使用。它的遗产延续在 AMS-LaTeX 宏包中，而这些宏包是许多 LaTeX 文档的基本组成部分： `\usepackage{amsmath}`.

## 未来

TeX 和 LaTeX 的未来会怎样？我现在还不知道，但正如 Alan Kay 曾经说过的：

> 预测未来的最好方式，就是把它创造出来。

借助 ShareLaTeX，我们希望从第三个方向改进 TeX 和 LaTeX，也就是为 LaTeX 工作流带来显著改进。尽管已经有 20 多年的历史，LaTeX 仍然在很大程度上是一个命令行程序，必须在编写、编译和检查输出的笨拙循环中使用。协作方式往往依赖繁琐的电子邮件，而不是像 Google 文档那样更流畅的流程。


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