LaTeX 字体机制简介

一直有很多人闹不清 .def, .fd, .pfb 之类文件的作用,这里正好看到 egreg 的回答,感觉很好,就翻译过来。

原文地址:http://tex.stackexchange.com/a/119501/38350

.def 文件

t1enc.def 之类的 <encoding>enc.def 文件定义了字符形状(glyph)与编码的对应关系,LaTeX 读入这些文件之后,才能在相应的编码下正确调用字符形状来排版。在任意时刻,都有一个当前的字体编码。诸如 \"{o} 的命令,在不同编码下的效果是不一样的。例如,在 OT1 编码下(或是其它不包含字符形状 ö 的编码),\"{o} 会被翻译成 \accent"7F o;在 T1 编码下,则是 \char"F6

当加载 fontenc 宏包的时候,LaTeX 就会读入 <encoding>enc.def 文件。具体读入的文件,由 fontenc 宏包的参数确定。每次读入 <encoding>enc.def 文件就改变一次当前字体编码。和大多数宏包不同,fontenc 宏包可以加载多次,以便根据不同的字体指定不同的编码。有一些字体相关的宏包,会在内部隐式地调用 fontenc 宏包(比如 textcomp 宏包)。在 \begin{document} 处的字体编码,则是最后一次传给 fontenc 宏包的参数。

除了 <encoding>enc.def 类型的文件,还有其他一些 .def 文件。不过这些文件就和字体没关系了。

.fd 文件

当 LaTeX 遇到 \fontfamily{<family>}\selectfont 的时候(可能隐式地调用,比如在 \ttfamily 之类的字体声明处,以及在 \textsf 之类的字体命令处),LaTeX 会在内部标中查询是否有已知的,由 \DeclareFontFamily{<encoding>}{<family>}{<tokens>} 定义的组合

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<encoding>+<family>

这里,<encoding> 就是当前的字体编码。

假设当前的字体编码是 T1,然后希望使用 Palatino 字族(ppl),但 T1+ppl 的组合没有定义(也就是 \T1+ppl 命令未定义,对的,命令中间有个加号),那么 LaTeX 就会去寻找 t1ppl.fd 或者大写版本的 T1ppl.fd 文件。

如果二者都找不到,那么 LaTeX 就会输出警告,告诉用户「当前的字体我找不到,不过我会用另外的字体来替代」。不过,这种替代,不会改变当前的字体编码。

.fd 文件总是以 \DeclareFontFamily 声明开头,然后跟着若干个 \DeclareFontShape 命令。这些命令组合在一起,对应了 <encoding>+<family> 的组合。fntguide.pdf 里有更详细的介绍。

当然,你也可以在导言区里写 \DeclareFontFamily 或者 \DeclareFontShape 这样的命令。\DeclareFontShape 必须与紧跟的 \DeclareFontFamily 对应。这些声明会对应字体四个维度的属性声明,并对应一个字体尺寸文件(font metric file)。在我们的例子中

1
\usefont{T1}{ppl}{b}{up}

会指向 pplb8t 这个字体尺寸。具体来说,字体尺寸文件又两种:.vf 文件或者 .tfm 文件。如果存在 pplb8t.vf 文件,那么 TeX 会优先加载它,否则就会加载 pplb8t.tfm 文件。二者必需有一个,否则就会报错。

\DeclareFontShape 命令中,你可以设定字体替换等规则;如果 LaTeX 没有找到合适的字体替换规则,那么就会使用默认字体去替换。如果 .fd 文件里,或者导言区中的,\DeclareFontShape 写错了,也会导致错误(Corrupt NFSS tables)。

接下来,假设 TeX 找到了 pplb8t.vf 或者 pplb8t.tfm 文件。

.vf 文件

字体尺寸文件可以是虚拟的pplb8t 正是这种情况。.vf 尺寸文件中有字符边界框、意大利体修正、铅空、连字等信息,还有一些关于从其它文件中(虚拟的或者实际存在的)选择时机字符形状的信息。在本例中,pplb8t.vf 选择了一个实际存在的字符形状 pplb8r

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6
(MAPFONT D 0
(FONTNAME pplb8r)
(FONTCHECKSUM O 25012244013)
(FONTAT R 1.0)
(FONTDSIZE R 10.0)
)

并按照 T1 字体编码重新对字符形状做了排序。例如,在 pplb8t.vf"F7" 位上 (八进制 `367),有如下声明

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5
6
7
8
(CHARACTER O 367
(CHARWD R 0.832996)
(CHARHT R 0.485498)
(CHARDP R 0.011493)
(MAP
(SETCHAR O 234)
)
)

这是说,字符形状 œ(你在 LaTeX 里可以用 \oe 输出它)实际会在 pplb8r 的以八进制计算的第 `234 个位置(十六进制:"9C)中取得,不过实际的用户是不会像关心它的。这里也包含了关于字符形状的尺寸信息:宽度 8.32996pt、高度 4.85498pt、深度 0.11493pt,并且意大利体修正为 0(这是在字体大小为 10pt 时候的值,否则需要按比例做额外的换算)。

.tfm 文件

.tfm 文件(在本例中 pplb8r.tfm 文件必须存在)中的内容格式和 .vf 文件的格式完全相同,不过,它可以指向其他字体尺寸文件。

打住

实际上,TeX 引擎关心的东西到这里就结束了:根据字符尺寸将字符排版并按页输出。打印或预览的驱动才会实际去关注字符形状。不过,对 pdfTeX 来说,它也需要储存所有的字符形状(译注:因为要直接输出 PDF 文件,必须知道字符形状)。

.map 文件

粗体的字形 œ 最终从 pplb8r 里取得。因此 pdfTeX 会读取已经加载的 .map 文件(默认是 pdftex.map),在其中查找以 pplb8r 开头的条目

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pplb8r URWPalladioL-Bold " TeXBase1Encoding ReEncodeFont " <8r.enc <uplb8a.pfb

于是,pdfTeX 会读取 Type1 字体文件 uplb8a.pfb(如果已经读取过了就不会再次读取了),然后,pdfTeX 会对字体文件重新编码。这是因为 .pfb 文件是以 Adobe Standard Encoding 编码保存的,并且有一些字符形状在这种情况下是隐藏起来的。 于是,驱动(译注:在 pdfTeX 的情况下,驱动就是它自己)会根据 8r 编码(与 T1 类似,但不推荐在实际文稿中使用)重新排布字符形状的顺序。此时,字符形状 œ 会被保存在 "F7 位置(而不是 Adobe Standard Encoding 中的 "FA)。此外,字符形状 ö 不在 Adobe Standard Encoding 当中,不过它在 .pfb 文件中以未编码的形式存在着;在 8r 编码中,它被保存在 "F6 位置。

我们需要的是 pplb8a,为什么最后读取的是 uplb8a 呢?这是因为,字体最终是由 URW 提供的免费版本。当然,实际用户是不会关注这个的。

.pfb 文件

.pfb 文件包含了字符的形状,它们决定了字符在打印(或者预览)中是怎样呈现的。这些文件不会被用户直接调取,而是被引擎或者驱动程序调用。当然,也有 .pfa 文件,它和 .pfb 文件储存的信息完全相同,只不过它是用可见的 ASCII 码字符来储存信息的,因此它会比相应的 .pfb 文件要大出不少。

译注:
在现代的 TeX 发行版中,有名为 tex-font-cheatsheet.pdf 的文件。你可以在系统命令行中执行 texdoc tex-font-cheatsheet 打开它。有惊喜!

对于本篇的捐助,将用于支持 TeX 在中文届的发展。

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