Acetaminophen’s diary

この記事は、サブブログの 2016-09-15 投稿記事を移転してきたものです。

早速ですが…

さて、問題です

以下の LaTeX ソースを処理してみる*1。

\begin{filecontents}{test.sty}
\DeclareOption{TEST}{\typeout{*** TEST OPTION ***}}
\ProcessOptions
\AtEndOfPackage{\RequirePackage{xspace}} % !!!
\end{filecontents}
\documentclass{article}
\usepackage[TEST]{test}
\begin{document}
\end{document}

この !!! を付けた行で呼び出すパッケージによって、これがエラーになったりエラーにならなかったりする。エラーというのは

! LaTeX Error: Unknown option `TEST' for package `test'.

See the LaTeX manual or LaTeX Companion for explanation.
Type  H <return>  for immediate help.
 ...                                              
                                                  
l.8 \begin
          {document}
?

というもの。LaTeX の required に含まれるパッケージ群 (graphics, tools) の中で、適当に試してみると、以下は OK なもの：

longtable
multicol
varioref
color
graphicx

以下は NG なもの：

alltt
array
enumerate
ftnright
hhline
somedefs
theorem
xspace

この違いはなんでしょう？

*1:簡略化のため filecontents 環境を使っているが、これは「環境内の命令を test.sty というファイルに保存して同じディレクトリに置く」というのと同じである。

この記事は、サブブログの 2016-08-11 投稿記事を移転してきたものです。

LaTeX パッケージを作るときに、「この命令がプリアンブルで実行されたら…、本文中で実行されたら…」のような分岐が必要な場合に役立つ判定法のメモ。なお、「プリアンブル」とは \documentclass … \begin{document} で挟まれた部分のこと*1。

最初に「答え」

プリアンブルより前の場合
- これは「以下の 2. から 4. のいずれでもない場合」。
プリアンブルの場合
- 「\documentclass の定義＝\@twoclasseserror」かつ「4. でない」。
本文中の場合
- 「\documentclass の定義＝\@notprerr」。
プリアンブルの中で、特に \AtBeginDocument の中の場合
- 「\AtBeginDocument の定義＝\@firstofone」。

これで判定可能なことは、以下に掲げる latex.ltx のソースを読めばわかる（以下の行番号は LaTeX2e 2016/03/31 Patch level 3 の source2e.pdf に対応している）。

ltdefns.dtx

 43 \def\@preamblecmds{}
 44 \def\@onlypreamble#1{%
 45   \expandafter\gdef\expandafter\@preamblecmds\expandafter{%
 46        \@preamblecmds\do#1}}
 47 \@onlypreamble\@onlypreamble
 48 \@onlypreamble\@preamblecmds

ltfiles.dtx

 11 \def\document{\endgroup
    … 中略 …
 47   \let\AtBeginDocument\@firstofone
 48   \@begindocumenthook
    … 中略 …
 56   \gdef\do##1{\global\let ##1\@notprerr}%
 57   \@preamblecmds
    … 中略 …
 60   \ignorespaces}
 61 \@onlypreamble\document

ltclass.dtx

206 \def\documentclass{%
207   \let\documentclass\@twoclasseserror
208   \if@compatibility\else\let\usepackage\RequirePackage\fi
209   \@fileswithoptions\@clsextension}
210 \@onlypreamble\documentclass

385 \def\AtBeginDocument{\g@addto@macro\@begindocumenthook}
386 \def\AtEndDocument{\g@addto@macro\@enddocumenthook}
387 \@onlypreamble\AtBeginDocument

以下で簡単に説明しておく。

「プリアンブルより前」と「プリアンブル」の区別

ltclass.dtx の206-209行目の \documentclass の定義を読むと

一度 \documentclass が実行された（＝プリアンブルに入った）時点で \documentclass は \@twoclasseserror に再定義される

ことがわかる。したがって、素直にこれを利用してしまおう。ちなみに \@twoclasseserror とは LaTeX Error: Two \documentclass or \documentstyle commands. というエラーのこと。

「プリアンブル」と「本文中」の区別

ltclass.dtx の210行目が意味するのは

\begin{document} が実行された（＝本文開始した）時点で \documentclass を \@notprerr に再定義する

ということである（ちなみに \@notprerr とは LaTeX Error: Can be used only in preamble. というエラーのこと）。これだけでは難しいのでもう少し詳しくみていく。

まず、ltclass.dtx の210行目に登場する \@onlypremable は「引数にとった命令に \do を付けて \@preamblecmds という“リスト”に次々と追加していく」という命令である（ltdefns.dtx 44-46行目）。すぐ上の43行目をみるとわかるとおり、リストは「空」に初期化されていて、以降でたとえば \@onlypremable\ナントカ が施されると、“リスト”末尾に \do\ナントカ が追加される。この命令は LaTeX カーネルや各種パッケージで大量に登場する*2ので、最終的に \@preamblecmds は \do\ホゲホゲ \do\フガフガ \do\ピヨピヨ … のような長大なリストになる。

出来上がったリスト \@preamblecmds は、\begin{document}（＝実体は \document という命令）の一部として実行される（ltfiles.dtx 57行目）。この実行直前の56行目で \do が「引数にとった命令を \@notprerr へと再定義する」という意味に定義されるので、結果としてリストに追加されていたすべての \ナントカ が一気に \@notprerr に再定義されることになる。最初に述べたとおり、このリストの中には \documentclass も含まれているため、\documentclass がこのタイミングで \@notprerr に再定義されるのである。

特殊なケース：「\AtBeginDocument の中」の扱い

そもそも \AtBeginDocument とは「プリアンブル中に命令を書いておくが、その実行を \begin{document} する時点まで遅延させる」場合に用いる命令である。すなわち、実行のタイミングは “2. と 3. の境目” であり、ほとんどの場合は 2. に含めてしまって問題ない。しかし、特別扱いが必要なごく稀なケースが存在することは確かである。ここで役立つのが

\AtBeginDocument の中身が実行されるときには \AtBeginDocument が \@firstofone に再定義されている

という事実である。

改めて \AtBeginDocument の定義を確認すると、引数にとったモノを \@begindocumenthook という“リスト”に追加していく命令であることがわかる（ltclass.dtx 385行目）。このリスト \@begindocumenthook は \begin{document}（＝\document）の一部としてようやく実行される（ltfiles.dtx 48行目）のだが、いったんこれを実行する段階に達したらもうこれ以上遅延させる必要はないことに気づくだろう。

そこで、たとえリストの中身（あるいはそれ以降）に\AtBeginDocument が使われていたとしても、もうこれ以上遅延せずその場で実行するのが妥当である。そこで、\@begindocumenthook の実行直前にあたる47行目で \AtBeginDocument は \@firstofone に再定義されているのである。なお、ltclass.dtx の387行目により、\AtBeginDocument はすぐ後の ltfiles.dtx 57行目の時点で \@notprerr に再定義されてしまうので、\AtBeginDocument の意味が \@firstofone であるような範囲はごく限られていることも保障されている。

ここまでで見てきた判定は、例えば以前の記事で紹介した scsnowman パッケージの \makedocumentsnowman で使われている。

おまけ：LaTeX で書いてはいけないコード

コレは無限ループするので、書いてはダメ。考えてみれば当然である。

\documentclass{article}
\AtBeginDocument{\begin{document}}
\begin{document}

$ latex test
This is pdfTeX, Version 3.14159265-2.6-1.40.17 (TeX Live 2017/dev) (preloaded format=latex)
 restricted \write18 enabled.
entering extended mode
(./test.tex
LaTeX2e <2016/03/31> patch level 3
Babel <3.9r> and hyphenation patterns for 83 language(s) loaded.
(/usr/local/texlive/2016dev/texmf-dist/tex/latex/base/article.cls
Document Class: article 2014/09/29 v1.4h Standard LaTeX document class
(/usr/local/texlive/2016dev/texmf-dist/tex/latex/base/size10.clo))
No file test.aux.
(./test.aux) (./test.aux) (./test.aux) (./test.aux) (./test.aux) (./test.aux)
… 中略 …
(./test.aux) (./test.aux) (./test.aux) (./test.aux) (./test.aux) (./test.aux)
! TeX capacity exceeded, sorry [input stack size=5000].
<write> 
        LaTeX Font Info: \space \space \space Checking defaults for OML/cmm/...
l.3 \begin{document}

test.aux を 4,992 回読み込んでいた…*3。

*1:つまり \documentclass より前はプリアンブルではない。これは、\usepackage を \documentclass より前に書くと出てくるエラーのヘルプメッセージ \usepackage may only appear in the document preamble, i.e., between \documentclass and \begin{document}. が示唆している。なお、本記事に登場する \@onlypreamble という命令は、名前の上からは「（ある命令を）プリアンブル専用（にする）」だが、実際にはその命令をプリアンブルより前で使うこともできる。

*2:これは、プリアンブル以外で使っても何の意味を持たない命令や有害な命令だけでなく、あるいは使う頻度が格段に下がる命令を「エラー」に再定義することで、メモリ使用量を節約するという効果があるとされている。

*3:某 scsnowman パッケージでは、上記のコードで無限ループしないように ad hoc に対処している。

Acetaminophen’s diary

化学に関すること，TeXに関すること，ゆきだるまに関すること。

存在するはずの LaTeX パッケージのオプションがなぜか未定義？

さて、問題です

新しい pLaTeX の話（2016年9月版）

目次

「いまプリアンブルなのか、それとも本文中なのか」判定