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一、LaTeX3 与 expl3
背景
在 LaTeX2e 的基础之上开发一个 LaTeX 内核的第一步是解决底层系统是如何编程的。与目前混合使用 LaTeX 和 TeX 宏相比，LaTeX3 系统为控制 TeX 的所需的功能提供了它自己的一致接口。这样 LaTeX 程序员和用户就可以在不熟悉内核和 plain TeX 的内部性质的状态下，仍能有效地工作。
expl3 包
expl3 包为 LaTeX 提供了这个新的编程接口（又称 l3 编程）。为了使编程系统化，LaTeX3 使用了一些完全异于 LaTeX2e 或 plain TeX 的约定。
为所有命令（包括 TeX 原语）提供一致的命名方案； 将命令分类为 LaTeX 函数和 LaTeX 参数，并根据其功能将其划分为模块； 拥有一套控制参数展开的简单机制； 提供一组核心的 LaTeX 函数，足以处理队列、集合、堆栈、属性列表等编程结构； 一种 TeX 编程环境，如忽略所有空白。
二、引例
\documentclass{article}
% 新版本已经将 expl3 包合并到 LaTeX 内核中
% 所以不需要再单独加载，网上很多教程都是旧版本的内容
% \usepackage{expl3}
\begin{document}
\ExplSyntaxOn % 开启 expl3 模式
\cs_set:Npn \__my_command:n #1 { Hello, #1! } % 定义一个命令
\__my_command:n { LaTeX3 } % 使用命令，{ LaTeX3 }为参数
\ExplSyntaxOff % 关闭 expl3 模式
\end{document}
最新版本的 expl3 已经集成到 LaTeX2e 内核中的，所以不需要单独加载。但需要使用 \ExplSyntaxOn 和 \ExplSyntaxOff 来开启和关闭 expl3 模式。
\cs_new:Npn \__my_command:n #1 { Hello, #1! } 是定义一个命令（函数）的语法。
\__my_command:n { LaTeX3} 是使用命令（函数）的语法。
三、函数、变量与模块
函数与变量
尽管 TeX 实际上是一个宏处理器，但根据 expl3 编程语言的约定，我们区分"函数"与"变量"。
函数可以有参数，它们可以展开或者执行。引例中\cs_new:Npn就是一个函数。它可以用来定义其它函数。
变量可以被赋值，它们可以在函数的参数中使用；它们不是直接使用，而是由函数来操纵（包括获取与设置）。变量应该总是在尝试赋值之前声明。
注，函数与变量是一个不准确的术语，并不是真正的函数与变量。这一条前期可以忽略，等理解后在深入理解。
模块
模块是 LaTeX3 中组织代码的基本单位。每个模块都包含相关的函数和变量，使代码更加结构化和易于维护。
例如：
str字符串处理模块box盒子操作模块fp浮点数计算模块tl凭据表(Token List)模块
一个不严谨的理解，可以简单理解为模块就是宏包。
四、命名规则
LaTeX3 的命名规则是一套约定俗成的规则，用于区分函数、变量、私有函数与变量等。虽然它本身并不强制，但遵循它可以使代码更加清晰和易于维护。
基本命名规则
LaTeX3 不使用“@”作为定义内部宏的“字母”。相反，在内部宏中使用“_”和“ :”符号来提供结构；LaTeX3 的函数名称由三个组成部分： \<模块>\_<描述>:<参数说明符列表>；变量名则有四个部分： \<作用域>_\*<模块>_\*<描述>\_<类型>；所有名称的语法都包含<模块>和<描述>，它们都提供了命令的相关信息。这里的<模块>的作用类似轻量的命名空间。
引例中\cs_new:Npn的模块为cs，new则是描述，Npn则是参数说明。
私有函数与变量
LaTeX3 本身并不区分私有函数与变量，私有函数与变量只是约定俗成的一种命名规则。
私有函数与变量是模块内部的函数与变量，不应当在模块外部访问。
私有函数和变量的命名应在模块名称的开头添加“__”。
引例中\__my_command:n就是私有函数。
作用域
名称中的作用域部分描述了如何访问变量。变量分局部、全局和常量。作用域类型出现在变量名称的开始位置；它们使用如下代码：
c常量（不可修改的全局变量），如\c_empty_str；g只可全局设置的变量，如\g_tmpa_str；l只可本地设置的变量，如\l_tmpa_str。
参数限定符与签名【2024/12/21 更新】
参数限定符用来描述函数期待的什么样的参数。在大部分情况下，单个的字母代表一个参数。一个函数的完整的参数限定符组成的列表称为函数的 签名（Signature）。
这里先介绍几个常用的参数限定符：
N单独的凭据（单个控制序列或字符）。引例中定义函数时的\__my_command:n就是\cs_new:Npn的一个 N 参数。n未扩展的凭据或凭据表。这是一个标准的 TeX 未限定宏参数。引例中的{ LaTeX3 }就是一个 n 参数。p原始的 TeX 参数说明。它可以是像#1#2#3 的东西，这是在函数定义时使用。
类型【2024/12/21 更新】
LaTeX3 变量有类型，常见的类型有：int、str、bool、dim 等。
expl3 分别为各个类型提供了一系列的函数，用于操作对应类型的变量。通常，这类函数定义在与类型同名的模块中。
五、相关术语【2024/12/21 更新】
控制序列（Control Sequences）是指以反斜杠 \开头的命令或符号，用来指示 TeX 执行特定的功能。函数和变量都是一种控制序列。在 LaTeX3 中经常缩写为"cs"。宏 本质是文本替换，即当调用宏时，宏的内容会被直接插入到调用的位置。宏是基于 TeX 的基本功能，它是控制序列的一种具体表现形式，所有的宏都是控制序列，但控制序列不仅仅是宏。 命令 是控制序列的一个子集，通常用于直接排版操作或调用特定功能。主要是针对 LaTeX2e 及 TeX 的术语。命令主要是面向文档用户，提供高层排版接口。命令是宏的一种具体形式。 函数 是 LaTeX3 中的术语，指 expl3 编程环境下定义的、严格规范的控制序列。函数的本质就是宏。 变量 是 LaTeX3 中的术语，指指可以存储数据（例如数字、文本、布尔值等）并在需要时取值或修改的一种特殊的控制序列。
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