Typst学习笔记

本文的简介部分有一个更新、更简洁的版本：体验Typst

Typst是一种对标LATEX的桌面出版系统，包括同名的排版语言、引擎和编辑器支持工具等，主要用Rust语言写成，是typ(e+ru)st。很受关注，据说它的GitHub代码库在开源第一天即达到了5千多星。

Typst要解决的问题#

目前大多数基于文本的排版系统（Text-based typesetting systems，主要指TeX系，特别对标LATEX），每次改动排版内容，不管改动多小，都要整个儿重新编译，无法实现所见即所得（WYSIWYG，What You See Is What You Get）的效果，不能即时预览。Typst在解析环节使用一种增量解析算法（a incremental parsing algorithm），在版面编排（layouting）环节使用一种有约束的版面缓存方案（a constrained layout caching scheme），从而实现资源重用，而只做局部改动。

在基于一组典型文档和编辑动作的评估中，我们确定本论文的贡献使Typst的速度提高了4.5到91倍。Typst编译一个编辑动作的速度是LATEX的3.4到9895倍。²

其增量编译算法类似于C#、Swift和Rust开发工具rust-analyzer所使用的Red-Green Trees机制。

运行效率#

从解析到排版阶段的编译效率很高。下面是三种类型出版物每次编辑动作导致的解析、排版平均耗时和标准差：²

Typst生成和导出PDF阶段没有这么绝对的优势，处理小文件时表现很好；但在导出多卷本文集（Tome）的PDF文件时，效率还略低于pdfTEX，只略高于XETEX：

运行平台#

主要目标平台是WASM，也就是说在用户的浏览器中本地运行，离线编译文档。也发布成多种主流PC系统上能运行的命令行界面（CLI）工具，略大于8MB。

含有编辑支持工具，能实现文档增量解析和代码自动补全。

官方建有在线编辑平台，其代码编辑器有比较丰富的辅助功能，即时预览是通过浏览器画布上渲染的，与下载得到PDF文件一致。在一般用例上编辑，预览刷新极快，实现了“所见即所得”的效果。 可能还有不少高级功能，比如代码补全的建议项能显示实时的值：

另有非官方的VScode Typst语言支持插件，无需额外安装命令行工具；目前在初始阶段。

Typst语言#

Typst是一种由纯函数组成的、有完整编程环境的语言。

在Typst语言中，纯文本、文本标记（markup）和程序代码是无缝连接的，不是在一种标记文本中嵌入另一种程序代码。（这是诸TeX+LuaTeX的基本问题， 比如宏展开、交互传值等机制非常复杂难解。）³

文本标记#

详见文档：syntax

Typst文档，最上层使用非常类似于markdown的文本标记语法，目的是使文档本身即是人类可读的，并尽可能模拟最终输出的格式。

数学公式的写法比TeX系简洁。

还支持行注释和块注释。

当然，最核心的是支持在文档中直接写Typst代码。详见文档：scripting

实际上，文本标记是它对应的函数的语法糖，也就是说，你也可以通过调用对应函数的方式来使用这些功能，或者改变这些函数。 如下：

而且从编程语言的角度看，整个文档是一个顶级的内容域[content]，其中可以有纯文本、各种带文本标记的语句（包括代码语句#...）、代码域{...}、子内容域[content]；子域中又可以嵌入子域，不限种类和深度。变量、函数调用的作用域即遵循这样的结构。

脚本代码#

Typst代码是一种函数式的、动态类型的脚本语言，不像TeX系主要是基于宏。

它跟当前的主流编程语言很像，比如提供字符串、数组、字典等数据类型，内建数据类型有自己的方法；支持模块；有常用的数学计数函数、构建和转换数据类型的函数、加载CSV、JSON、Plain text、XML等数据文件的函数，以及查看变量类型、处理错误信息等基础函数。

针对出版提供了支持：

为排版定制的类型系统。比如支持数据类型auto（默认属性）、length、relative length（相对长度）、angle（角度）、ratio（比率）、fraction（份，类似TeX的fill）、color（色值）、content等类型。详见文档：types。其中，content类型处于Typst的中心位置，表示正文档、文档片段，可以内嵌所有类型的内容；以结点树的形式呈现，包含由set和show加入的样式。

语境敏感。比如不同位置的默认值（如页码）会不同。它同时也支持闭包，即在定义函数时即固定某些变量的值。

编译器带有一套标准的常量和函数，可以通过它们访问内部的排版功能，或者用作便捷的辅助工具。所有文件都会加载这个库。它包括这几大类：Text、Math、Layout、Visualize（目前只有几种图形绘制函数，暂缺数据可视化函数）、Meta、Symbols（符号常量，包括emoji）。

基于属性和转换的可组合的弹性样式系统；样式与内容紧密结合，以免冲突。比如，你可以通过set和show关键字（可视作高阶函数或者宏）控制所有样式函数，生成新的样式规则（rule）。详见文档：styling。¹如果要对本域中插入点后所有内容应用一种样式（比如一种杂志的样式），可以用show: rest =>把后面的内容包裹到变量中，再传递给一个样式函数。

支持结构内省操作。通过Meta类函数控制整个文档的元数据和结构，比如章节标题、书目、交叉引用、计数器；查询和展示特定内容，如通过locate函数获取排版元素最终的页码和页面坐标。

中文支持#

通过少量观察，目前能正确断行。官方的在线编辑器内置“Noto * CJK SC”系列的字体（需要临时下载）。其余支持似乎没有。

我打算把我做的ConTeXt+LuaTeX(LuaMetaTeX)中文标点、竖排、双行夹注模块移植过来。这里更新进展情况：

• 使Typst的par能调整汉字间距

一些技术细节#

编译过程#

编译分成4个阶段：

1. 解析，生成抽象语法树（绿树）；
2. 求值（evaluate，或lift），生成内容模型树(Content Model)，其结点可能是终点（leaf，如文本、断行；其间会对它们执行替换操作）、模块和内联结点、样式结点（包含一个由set或show生成的子项）、序列结点（包含多个子项，由joint生成）、本地结点（可内省的节点）。结点实际样式会受到从根到结点之间的所有样式结点的影响，在下一个阶段会生成样式链。
3. 排版（layout），生成框架树，分行和分页发生在这个阶段；
   • 调用stack或grid函数会生成版面结点。大多数版面节点可以包含子节点。每个版面结点都提供一个函数，在给定上下文和可用空间的情况下返回框架（frame，相当于TeX的box）。可用空间可以是一个矩形，也可以是不同尺寸的矩形序列，可能在不同的页面。
   • 框架是有固定尺寸的容器，盛放最小化的可视元素，如有固定位置的字模、图形和图像；
   • 另有块（block，与段落同级）和内联（inline，段落的子节点）层次的框架结点；
   • 最终包含：原始内容（字模、几何图形、图像、内部链接、外部超链接）、线性变换后的框架、定位器。
4. 导出，由后端生成PDF、图像，或像官方在线编辑器那样渲染到HTML Canvas。

四个阶段不是线性进行的，可能会交替或循环。

定位器#

定位器（locator）可以放在内容中，与周围的内容一起排版。通过一个变量对定位器进行引用，或在实际排版后获得它在页面上的绝对位置，或所在的页码；在实际排版前则会获得默认值。用户可以根据获得值来运行代码，这就产生了循环依赖关系。Typst通过循环运行求值和版面编排来解决这个循环，直到收敛（值不变），或超过编译预算（一般是4次）。

表达式与拼接#

所有代码结构都是表达式，会生成输出值（可能是none）。这些值会被拼接在语境中。

变量#

变量没有引用类型，都是值类型，即每次引用都获得一个拷贝，不会受到其他引用的影响。

排版#

段落包含文字、图像等水平元素，方向与所选语言有关。 流（flow）负责从上到下垂直地管理块级元素（段落等）。 段落和流是自动生成的。

堆叠（stack）和网格（grid）是组合基本元素的最基本的方法。 堆叠沿着一条轴线放置条目，条目间放置绝对或相对的空格。 网格按行列排布。

元素可以应用仿射（affine）变换函数：move、scale、rotate。

查看和更改数据#

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#let b = "
惠崇春江晚景
苏轼
竹外桃花三两枝，春江水暖鸭先知。
蒌蒿满地芦芽短，正是河豚欲上时。
"
#let c = [我们 #b]
#c.children.at(0).has("text") //true
#c.children.at(0).text // 我们
#c.children.at(0).text.replace("我", "你") // 你们

show省略输入对象（冒号左侧的内容）时会捕获后面的所有内容；如果放在文档头部，则是全文档的内容。这方便编写作用于全文的库。

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#show : (rest) => {
      rest.children
}

惠崇春江晚景
苏轼
竹外桃花三两枝，春江水暖鸭先知。
蒌蒿满地芦芽短，正是河豚欲上时。

资源#

1. 官方网站
   • 简明教程
   • 语言手册
   • 在线编辑器
   • 博客
2. 代码库
   1. 官方的VS Code插件
3. 作者Martin E. Haug的硕士论文：fast typesetting incremental compilation
4. 作者Laurenz Mädje的硕士论文：Typst: programmable markup language for typesetting
5. VS Code语言支持插件
6. 讨论群：Discord server
7. 资源列表awesome-typst
8. 代码库变化情况的可视化（YouTube视频）：typst/typst - Gource visualisation

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