morewrites 宏包的主要原理是什麼？

01-22

我最近在用 LaTeX 編寫一本書，某一天突然出現了下面的錯誤
! No room for a new write . ch@ck ...else errmessage {No room for a new #3}
網上查了一下，發現原因是 TeX 只能同時打開 16 個文件。也有資料說儘早引入 morewrites 宏包 [1] 可以解決這個問題。我試了一下，確實可以，都不用作其他修改。
我對 morewrites 的主要原理很感興趣，就去看了一下源代碼。發現它的代碼風格比較奇怪，看不大懂啊。
[1]: CTAN: Package morewrites

原理就是及時回收，重用。

代碼風格是 LaTeX3 的。

要看這個，直接看文檔啊，文檔裡面有介紹宏包內容、原理，也有源代碼的解釋。別直接打開源代碼生看。

@劉海洋已經粗略提到了主要原理， @李阿玲還談到了底層限制的問題，我們可以更加具體的來看一看。

早期 TeX 的寄存器分配器寫得不好，只有 new，沒有 delete，很容易造成資源的浪費。TeX 只有 16 個輸入輸出流，問題更加突出。有鑒於此，LaTeX3 就重新設計了文件流的分配方式，及時地回收和復用。但是，礙於 TeX 的底層限制，還是只能同時讀或寫 16 個文件。

morewrites 的方法就稍微不同，它重新定義了 TeX 的相關 primitive：immediate、openout、write 和 closeout，和分配器
ewwrite，可以同時寫多於 16 個文件。

其實 morewrites 的原理是比較簡單的：使用 write 的時候，不是馬上就執行輸出，而是把內容保存到宏裡面，直到遇到對應的 closeout 時，才實際輸出到外部文件中。我們可以來簡單模擬一下比較簡單的帶 immediate 的情況。

RequirePackage{expl3}


ExplSyntaxOn
% morewrites 只需要申請一個實際的輸出流。

iow_new:N g_mw_iow
% morewrites 的分配器，記錄文件編號，對應

ewwrite。

cs_new_protected:Npn mw_newwrite:N #1

  {

    int_gincr:N g_mw_alloc_int

    int_const:Nn #1 { g_mw_alloc_int }

  }

int_new:N g_mw_alloc_int
% 對應 immediateopenout，在哈希表 g_mw_iow_prop 中保存文件名稱，重置輸出宏變數。

cs_new_protected:Npn mw_immediate_openout:Nn #1#2

  {

    prop_gput:NVx g_mw_iow_prop #1 {#2}

    	l_gclear_new:c { g_mw_iow_ int_use:N #1 _tl }

  }

prop_new:N g_mw_iow_prop

cs_generate_variant:Nn prop_gput:Nnn { NVx }
% 對應 immediatewrite，把內容保存到對應的宏變數中。

cs_new_protected:Npn mw_immediate_write:Nn #1#2

  {

    	l_gput_right:cx { g_mw_iow_ int_use:N #1 _tl }

      { iow_now:Nn g_mw_iow {#2} }

  }
% 對應 immediatecloseout，關閉文件流時，才把內容實際寫入到外部文件中。

cs_new_protected:Npn mw_immediate_closeout:N #1

  {

    prop_gpop:NVNT g_mw_iow_prop #1 l_mw_file_tl

      {

        iow_open:Nn g_mw_iow { l_mw_file_tl }

        	l_use:c { g_mw_iow_ int_use:N #1 _tl }

        	l_gclear:c { g_mw_iow_ int_use:N #1 _tl }

        iow_close:N g_mw_iow

      }

  }

cs_generate_variant:Nn prop_gpop:NnNT { NV }

	l_new:N l_mw_file_tl
% 測試同時「寫」100 個文件的情況。

cs_new_protected:Npn mw_test_write:Nnn #1#2#3

  {

    mw_newwrite:N #1

    mw_immediate_openout:Nn #1 {#2}

    mw_immediate_write:Nn #1 {#3}

  }

cs_generate_variant:Nn mw_test_write:Nnn { c }

int_step_inline:nnnn { 1 } { 1 } { 100 }

  { mw_test_write:cnn { l_mw_test_#1_mw } { c_job_name_tl-mw-#1 } { test~#1} }

int_step_inline:nnnn { 1 } { 1 } { 100 }

  { exp_args:Nc mw_immediate_closeout:N { l_mw_test_#1_mw } }

ex_end:D

當然了，以上只是一個基本原理的演示，沒有充分考慮到各種細節。morewrites 的實現要複製得多。比如它為了不改變原來的使用方式，專門準備了 primargs 宏包用於讀取那些奇怪 primitive 參數。還有就是不帶 immediate 修飾的話，輸出是在 shipout 階段才執行的，情況要複雜一些。