LaTeX とは何か

組版

印刷された文章も画面で読む文章も、すべて組版されている。誰かが、あるいは何かが、それぞれの文字がどこに置かれるかを正確に決めたのである。組版とは、こうした決定の総体である。どの書体をどの大きさで使うか、各行をどこで終え、行を揃えるために欧文の語間をどう配分するか、どの語を行末でハイフンで分割し、どこで切るか、二つの文字をいつ合字にするか、特定の文字の組の間隔をどう詰めるか（カーニング）、各ページをどこで改めるか、注をどの高さに置くか、見出しをどう配列するか。何世紀ものあいだ、これは金属活字で行を組む植字工の仕事であった。今日ではプログラムがそれを実行するが、決めるべきことは変わらない。

よい段落は目立たない。目は、不揃いな空きや不自然な分割につまずくことなく行をたどっていく。しかし、これを実現するのは容易ではない。一つの決定がその後の決定を左右するからである。一行目がどこで終わるかによって二行目がどの語で始まるかが決まり、それが段落の終わりまで続く。

学術文書は、他の文書以上にこうした配慮を必要とする。学術文書には数式が含まれ、その組版には固有の規則がある（等号のまわりの空きは読点や欧文コンマのまわりの空きとは違い、下付き文字は決まった比率で縮小される）。また、番号付きの節、定理、図、数式を番号で引用しながら、絶えず自分自身を参照する。脚注や参考文献が積み重なり、それらは統一された様式に従わなければならない。複数の言語や文字体系が混じることも多い。そして概して長いので、百ページにわたって繰り返された不注意を手作業で直すことはできない。そうであるならば、組版は明示的な規則でそれを解決するシステムに任せ、著者は自分の述べる内容に専念するのがよい。

マークアップとワープロ

プログラムに文章を組ませる方法は二つある。Microsoft Word や LibreOffice Writer のようなワープロでは、著者は印刷されるとおりのページを画面で見ながら、それを直接変更する。語を選んでイタリックにし、余白をドラッグし、見出しにより大きな文字サイズを選ぶ。この方式は、英語の what you see is what you get（見たままが得られる）という言い回しでよく説明される。

これに対してマークアップ言語では、著者はプレーンテキストのファイルを書き、そこに、それぞれのものが何であるか、どう扱うべきかを示す印を挟み込む。この語は強調される、この行は節の見出しである、この箇所は引用である、といった具合である。その後、プログラムがこのファイルを読み、組版された文書を作る。ウェブページはこのように HTML で書かれる。LaTeX は、質の高い印刷文書を作るために設計されたマークアップ言語である。

比較を公平にするには、それぞれの方式が何を得意とするかを認めなければならない。ワープロはすぐに結果が見え、事前の学習をほとんど必要とせず、共同作業の相手の大半が知っている道具であり、その変更履歴の機能は多くの出版社や職場で校閲の標準的な手段になっている。一方、マークアップ言語が提供するのは次のものである。四十年後でもどんなプログラムでも開けるプレーンテキストのファイル。これは容量が小さく、版どうしを一行ずつ比較できる。明示的な構造。目次、番号付け、相互参照はそこから自動的に生まれる。著者の几帳面さに左右されない統一性。そして、ワープロには及ばない水準の数式と段落の組版。その代償も同じくらい明らかである。印を覚えなければならず、コンパイルするまで結果は見えず、入力の誤り一つでコンパイルが止まることもある。

TeX と LaTeX

Donald Knuth と TeX

スタンフォード大学の計算機科学の教授 Donald Knuth は、1968 年から The Art of Computer Programming の各巻を刊行していた。1977 年ごろ、第 2 巻の新版の校正刷りを受け取ったとき、それは金属活字に取って代わった写真植字で組まれていたが、彼はそれが初版のものよりはるかに劣ると判断した。とりわけ数式がそうであった。彼は甘んじることなく、数学書に最良の伝統的な活版印刷の品質を取り戻し、どのコンピュータでも同じ出力が得られる組版プログラムを自ら書くことにした。TeX の最初の版は 1978 年に現れた。Knuth は次の十年の初めにこれを全面的に書き直し、さらに METAFONT というプログラムを設計して、それで Computer Modern 書体を描いた。

名前はギリシア語に由来する。その文字は大文字のタウ、イプシロン、カイであり、技芸と技術の両方を意味する語 τέχνη の書き出しである。そのため最後の文字は英語の x ではなく、ドイツ語の「ach」の ch のように発音し、日本語では「テック」や「テフ」と呼ばれる。Knuth は TeX を完成したものと宣言し、誤りの修正しか受け付けていない。版 3 以降、版番号は π に近づいていき、修正のたびに桁が一つ増える。この安定性は TeX の美点の一つである。何十年も前に書かれた文書が、今日でも同じ結果でコンパイルできるからである。

しかし、TeX は低水準の言語である。その基本命令は、ボックス、伸縮する空白、行をあちこちで切ることに対するペナルティについて語る。論文を一本書きたいだけの著者にとって、見出しや注の一つ一つをこうした用語でプログラムするのは過大な負担である。そこで TeX はマクロ、すなわちより基本的な命令に展開される新しい命令を定義することを許しており、実際の利用のほとんどはマクロ集を通じて行われる。

Leslie Lamport と LaTeX：形式から切り離された内容

1980 年代の初め、分散システムの研究で特に知られる計算機科学者 Leslie Lamport が、TeX の上にマクロ集を書き、LaTeX と名づけた。最初の版は 1984 年に出回り、1986 年には手引書 LaTeX: A Document Preparation System を出版した。1994 年からは、LaTeX2e と呼ばれる現行版を、ボランティアのチームである LaTeX Project が保守している。

LaTeX の中心にある考えは、著者は形式ではなく内容に印をつける、というものである。「この行は太字で大きめの文字に」とは書かず、「これは節の見出しである」と \section{結果} で書く。「この語はイタリックに」とは書かず、「この語は強調される」と \emph{仮説} で書く。節の見出しがどのような見た目になるか、番号がつくか、本文からどれだけ離れるかは、冒頭で宣言される文書のクラスと、著者がプリアンブルに加える命令によって決まる。したがって、文書全体の見た目は一か所で変えられ、同じ文章を、本文の一行にも手を触れずに、二つの異なる学術誌の規定に従って組むことができる。

例構造を宣言し、形式はそこから導く

次のソースには、大きさ、書体、番号の指示が一つもない。それぞれの行が何であるかを述べているだけである。節と小節の番号、見出しの大きさと太さ、強調語の見た目は、ドキュメントクラスが決める。和文には既定のイタリックが効かないので、ここでは括弧内の欧文の用語を強調し、それが欧文の慣習どおりイタリックで組まれる。和文の強調の見せ方は別に設定する。

LaTeX コード

\section{結果}データは当初の仮説（\emph{hypothesis}）を裏づける。​\subsection{標本}標本は三人の著者による十二のテキストからなる。

結果

後でこの節の前に別の節を挿入すれば、この節の番号はひとりでに 1 から 2 に変わり、小節やそれらを参照するすべての箇所も同様に変わる。

エンジン：pdfLaTeX、XeLaTeX、LuaLaTeX

LaTeX はマクロの集まりであって、プログラムではない。それを実行して文書を作り出す TeX 系のプログラム、すなわちエンジンが必要である。今日使われているのは三つで、三つとも同じ LaTeX を理解する。違いは、テキストの読み方と、使える書体にある。

• pdfLaTeX は pdfTeX エンジンを使う。これは Hàn Thế Thành が PDF ファイルを直接作るために開発したものである。高速で広く普及しており、Overleaf の既定のエンジンでもある。しかし、その書体は TeX の古典的な形式のもので、一つの書体に最大 256 文字しか含められないため、システムにインストールされた書体を直接読み込めない。ギリシア文字、キリル文字、日本語などを書くには特別なエンコーディングやパッケージが必要であり、それがなければギリシア文字一つでコンパイルがエラーで止まる。
• XeLaTeX は Jonathan Kew が作った XeTeX エンジンを使う。これはテキストを、あらゆる文字体系のすべての文字に番号を割り当てる規格である Unicode で読み、fontspec パッケージを通じてシステムの任意の OpenType 書体を読み込む。
• LuaLaTeX は LuaTeX エンジンを使う。Unicode と書体については XeTeX と同じ機能を備え、さらにプログラミング言語 Lua を組み込んでおり、パッケージはそれを使って組版に介入できる。現在のディストリビューションでは HarfBuzz ライブラリとともに動作し、このライブラリが、アラビア文字やデーヴァナーガリーのように文字が連結したり結合したりする文字体系の字形を整える。

この講座では LuaLaTeX を使う。理由はこれまでの話から導かれる。Unicode で直接書けるので、アクセントや気息記号のついた多調ギリシア語のプラトンの引用もそのまま入力できる。大学や学術誌が指定する書体を含め、システムの書体が使える。日本語、ギリシア語、ラテン語を一つの文書の中で、それぞれの規則に従って組める。そして適切なパッケージを用いれば、アラビア語のように右から左へ書く文字体系や、中国語や日本語のように語を空白で区切らない文字体系も扱える。日本語の組版で広く使われる luatexja も LuaLaTeX のためのパッケージである。したがって、理系と人文系の両方に向けた講座のすべての文書に、エンジン一つで足りる。pdfLaTeX と比べた唯一の代償はコンパイルがやや遅いことだが、普通の長さの文書ではほとんど気にならない。

例LuaLaTeX でコンパイルした日本語文書の中のギリシア語とラテン語

次のソースは、日本語を組むために luatexja-fontspec を読み込み、和文と欧文の書体をそれぞれ選ぶ。3 行目は、luatexja にギリシア文字を欧文文字として扱わせる設定である。これがないと、luatexja はギリシア文字を和文書体から取ろうとするが、そこには多調ギリシア文字がない。さらに babel によって、日本語を主言語、古典ギリシア語とラテン語を副言語として宣言する。\babeladjust の行は和文の句読点や括弧を全角の幅に保つためのもので、言語を扱う課で説明する。ギリシア語の語はその文字で直接書く。

LaTeX コード

\documentclass{article}\usepackage{luatexja-fontspec}\ltjsetparameter{jacharrange={-2}}\setmainjfont{Noto Serif CJK JP}\setmainfont{Linux Libertine O}\usepackage{babel}\babelprovide[import,main]{japanese}\babeladjust{linebreak.cjk=off}\babelprovide[import]{ancientgreek}\babelprovide[import]{latin}​\begin{document}アリストテレスは『形而上学』を次の一文で始める。\foreignlanguage{ancientgreek}{πάντες ἄνθρωποι τοῦ εἰδέναι ὀρέγονται φύσει.}ラテン語の伝統はこれを次のように伝えた。\foreignlanguage{latin}{omnes homines natura scire desiderant.}\end{document}

結果

\foreignlanguage で箇所に印をつけても、文字の見た目は変わらない。その箇所が何語であるかを示し、その言語のハイフネーションの規則や慣習が適用されるようにするのである。このソースは pdfLaTeX ではコンパイルできない。fontspec（luatexja-fontspec はこれを土台にしている）は XeLaTeX か LuaLaTeX を必要とするからである。

ソースファイル、コンパイル、PDF

LaTeX の文書は、拡張子 .tex をもつプレーンテキストのファイルである。それは二つの部分からなる。プリアンブルは、ドキュメントクラスを宣言する 1 行目の \documentclass{article} から \begin{document} までである。ここで \usepackage によってパッケージを読み込み、形式に関する決定を定める。本文は \begin{document} から \end{document} までで、文章を収める。命令はバックスラッシュで始まり、命令が受け取るものは波括弧の中に書く。

例最小限の完全な文書

このソースは完全な文書である。何も付け加えずにコンパイルでき、この講座の文書の出発点となる。

LaTeX コード

\documentclass{article}\usepackage{luatexja-fontspec}\setmainjfont{Noto Serif CJK JP}​\begin{document}\section{はじめに}組版は、一文字ごとの置き場所を決める。\end{document}

結果

節には、書いていないのに番号 1 がつき、見出しには article クラスが定める書体と大きさが使われる。2 行目と 3 行目は日本語のための設定である。luatexja-fontspec パッケージは fontspec に日本語組版の機能を加え、\setmainjfont は和文を含む書体（ここでは Noto Serif CJK JP）を選ぶ。既定の書体（Latin Modern）には和文の文字が含まれないからである。実際の日本語文書では、ltjsarticle や jlreq のような日本語用のドキュメントクラスもよく使われる。

作業の流れは三段階からなる。ソースを書き、コンパイルし、結果を読む。コンパイルとは、ファイルに対してエンジンを実行することであり、この講座ではコマンド lualatex を使う。これはソースを読み、同じ名前の PDF ファイルを書き出す。そのそばには補助ファイルが残る。その一つが拡張子 .log のログファイルで、エンジンはそこにエラーと警告を記録する。もう一つは拡張子 .aux のファイルで、節やページの番号が保存される。そのため、目次や相互参照は二回目のコンパイルの後でなければ正しく現れない。一回目でエンジンはそれぞれのものがどこに置かれたかを記録し、二回目でそれを利用するのである。実際にはコマンドを手で入力することはなく、エディタがボタン一つで実行する。この講座では、自分のコンピュータで Texmaker を使うか、ブラウザで Overleaf を使う。その環境は次の回で整える。

ソースは書いたとおりに組まれるわけではなく、初めのうちの驚きのほとんどは三つの規則で説明できる。第一に、続けて書いた複数の空白は一つと同じであり、欧文では改行も空白一つとして扱われる。空きはエンジンが自分で配分するので、著者が書く空白は、そこで語が終わることを示すにすぎない。和文の文字どうしの間の改行は空白にならない。luatexja がこれを取り除くので、和文の段落はどこで改行してもよい。ただし和文の文字の間に書いた空白は、空白一つとして出力される。第二に、一つ以上の空行は段落を終え、新しい段落を始める。第三に、記号 % はコメントを始める。エンジンはそれ以降、行末までのすべてを、改行そのものも含めて無視する。

例空白、段落、コメント

次のソースはわざと雑に書いてある。結果は空きの揃った二つの段落となり、コメント記号の後のメモは現れない。

LaTeX コード

連続した空白は      一つに     まとめられ、行頭の空白は無視される。和文字の間の改行も空白にならない。​空行は新しい段落を始める。% このメモは出力されない。

結果

そうであるならば、パーセント記号を出力するには、それを書くだけでは足りない。前にバックスラッシュをつけて \% と書かなければならない。LaTeX が自分の働きのために予約している他の文字、たとえば波括弧やドル記号も同様である。

学術分野における LaTeX

数学、物理学、そして情報科学の大部分では、LaTeX が標準である。学術誌は独自のドキュメントクラスを提供し、著者はその書式で論文を投稿する。また、これらの分野の論文が出版前に公開されるリポジトリである arXiv は、LaTeX のソースを受け取り、自らコンパイルする。理由は数式の組版にある。これほど少ない手間でそれに並ぶシステムはほかになく、定理や数式の自動番号付けも備わっている。経済学、統計学、工学、化学でも広く使われている。

しかし、LaTeX を精密科学だけのものと考えるのは誤りである。哲学、古典文献学、歴史学では、その長所は別のところにあり、しかも劣らない。古典テキストに、写本の異読を行番号に結びつけた注として記録する校訂資料を添える校訂本のために、LaTeX には reledmac のような専用のパッケージがある。これは行に番号を振り、注を何層にも整理し、テキストが変わっても参照を保つ。多調ギリシア語やラテン語も、すでに見たように正しく書け、正しくハイフネーションされる。人文系の論文では数百にも及ぶ脚注が、自動的に番号を振られ、それぞれのページに配置される。そして参考文献は、BibLaTeX を使えばデータベースとして一度書くだけで、社会科学の著者年方式であれ、理系の番号方式であれ、人文系の脚注方式であれ、求められた様式で、オプション一つを変えるだけで引用できる。

LaTeX の限界

とはいえ、LaTeX には現実の代償があり、採用する前にそれを知っておくのがよい。学習曲線は急である。最初の数週間は、ワープロならクリック一つでできることのやり方を頻繁に調べる必要がある。TeX から受け継いだエラーメッセージはしばしば難解で、ときには誤りを含む行より後の行を指す。この単元の今後の回で、その読み方を学ぶ。ポスターや図版の多い雑誌のように、各要素を手で配置する自由なレイアウトのページは、DTP ソフトより手間がかかる。そして、受け取る側が皆それを受け入れるわけではない。少なからぬ人文系の学術誌、出版社、職場はワープロのファイルを求め、その変更履歴機能で校閲する。

そこから簡単な基準が導かれる。短い手紙、議事録、書式、あるいは他の人がワープロで手を入れる文章は、ワープロで書くほうがよい。構造、数式、引用、注、複数の言語をもつ長い文書、あるいは何年にもわたって修正と改訂を重ねる長い寿命をもつ文書は、LaTeX で書くほうがよい。

例題

次の問題は、述べたことを思い出すのではなく、それを応用することを求める。第一問はソースが何を出力するかを正確に予測すること、第二問は文書にどのエンジンとどの書体が必要かを判断すること、第三問は、その配慮なしに書かれたソースで内容を形式から切り離すことを求める。

LaTeX   では、組版が   一文字ごとの位置を決める。よい段落は目立たない。​​読者の 50 % は違いに気づかない。エンジン名 Lua%LaTeX は一語につながる。

{\Large\bfseries 2. 結果}\\[6pt]アリストテレスが \textit{Metaphysica} で述べるように、知を求める欲求は\textit{自然な}ものであり、ギリシア語の用語は \textit{φύσει} である。\\\vspace{12pt}{\large\bfseries 2.1. 標本}\\

オンライン演習

これらの演習では、入力欄にコードを書くと、ブラウザがすぐに点検する。コンパイルはせずに、波括弧、環境、各演習の求める内容を確かめる。点検を通ったら、コードを Texmaker に写してコンパイルするとよい。実際に何が出力されるかは、コンパイルした結果を見なければわからないからである。

\documentclass{article}\usepackage{fontspec}\usepackage[spanish]{babel}​\begin{document}\section{Introducción}La composición tipográfica decide dónde cae cada letra.\end{document}

\section{Marcado y procesador de textos}En un lenguaje de marcado, el autor dice \emph{qué es} cada cosa.​\subsection{El procesador de textos}El autor ve la página tal como se imprimirá.

演習問題

各問題にはヒントがあり、自分で取り組んでから開くとよい。また答えがあり、ヒントを開いた後に現れる。

\LaTeX Beamer でスライドを作る。\LaTeX{} Beamer と \TeX\ Live を毎日使う。