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LaTeX como linguagem de programação

LaTeX é um sistema de composição de documentos que substitui a noção de What-You-See-Is-What-You-Get com ideias padrão de linguagens de programação convencionais. Mark Harman demonstra o poder desta herança.

Uma pessoa que tenha usado um editor, processador de texto ou pacote DTP do What-You-See-Is-What-You-Get (WYSIWYG) provavelmente terá tido duas frustrações:-

WYSIWYG parece ser sempre uma mentira O que você vê é bastante similar ao que você recebe, ou o que você vê é quase sempre o que você recebe, ou o que você vê seria o que você recebe se a sua impressora tivesse as fontes certas, mas o que você vê raramente é exatamente o que você recebe.

WYSIWYG é restritivo Suponha que você não consegue ver o que você quer? O que você vê é o que você recebe tem a implicação adicional, e tácita de que o que você não consegue ver você também não consegue obter. Quantas vezes você quis que algo parecesse ligeiramente diferente (ou talvez muito diferente) mas o seu editor não o permite?

LaTeX (pronuncia-se Lateck) é um sistema de composição tipográfica que não segue a abordagem WYSIWYG. Em vez disso, ele é inspirado em linguagens de programação. Ele herda todas as vantagens das linguagens de programação e algumas de suas desvantagens. Em vez de compor um documento no ecrã (a abordagem WYSIWYG), um documento LaTeX é um programa que diz ao sistema LaTeX como criar o documento. O programa é compilado usando um compilador LaTeX para produzir um documento que pode ser impresso ou visto.

Isto pode parecer um pouco estranho para alguém familiarizado com a abordagem WYSIWYG, mas qualquer um que aprecie (ou aprecie) o poder e a flexibilidade de uma linguagem de programação de alto nível, logo descobrirá que o LaTeX é simplesmente uma melhor maneira de desenhar documentos.

Neste artigo, vou explicar um pouco da linguagem LaTeX, o suficiente para permitir que você baixe um sistema LaTeX gratuito e escreva alguns documentos normais. Não haverá tempo para cobrir todas as características do LaTeX (isto levaria um livro inteiro), mas espero deixar-vos com um forte sentimento de como escrever um documento poderia, usando o LaTeX, ser uma actividade semelhante a escrever um programa.

Um simples ficheiro fonte do LaTeX

Figure 1 contém um simples ficheiro fonte do LaTeX. A primeira linha é um comando LaTeX pré-definido. Todos os comandos começam com um caractere de contrabarra. O comando na primeira linha estabelece as propriedades globais do documento a ser digitado. O artigo no estilo do documento é o estilo usado para um artigo curto. Outros estilos incluem livro, relatório, tese e assim por diante. Cada estilo de documento muda os parâmetros globais que descrevem o layout do seu documento. Por exemplo, no ambiente do livro, são produzidos cabeçalhos corridos dando o título do capítulo e o autor em páginas alternativas.

Como todas as boas linguagens de programação, tudo isto é, é claro, inteiramente configurável. No entanto, como a maioria das linguagens de programação, quanto mais flexibilidade você quiser, mais você vai precisar saber sobre a linguagem de programação subjacente. Felizmente as configurações padrão para todos os ambientes LaTeX dão resultados muito agradáveis, por isso é possível chegar muito longe sem ter que saber muito sobre a linguagem subjacente. O que você obtém é provavelmente o que você quer, e se não for, então pelo menos você será capaz de mudá-lo.

O texto do documento em si está contido dentro dos comandos \begin{documento} … \end{document}, begin{} e {end{} são comandos que abrem e fecham um ambiente. Todos os documentos (e fragmentos de documentos são tipográficos dentro de um ambiente. Também podemos aninhar ambientes, como veremos mais adiante.

Espaço caracteres não são importantes para LaTeX; um espaço é um bom como cem. Novas linhas também podem ser inseridas em qualquer lugar, mas duas ou mais novas linhas são usadas para denotar o ponto em que um parágrafo termina e outro começa. Quando você imprime o documento final, LaTeX irá justificar o texto à esquerda e à direita (inserindo hífens, onde justificação pura levaria a uma saída pouco atractiva).

Um documento grande normalmente consiste num número de secções, que podem conter subsecções. Uma nova seção é introduzida no LaTeX usando o comando \section, e uma nova subseção com o comando \subsection. O código fonte do LaTeX na Figura 2 descreve um documento com duas seções, cujos títulos serão introdução e lógica. Note que, no código fonte, não precisamos dar às seções um número de seção. O LaTeX fará isso por nós quando compilar o documento. Assim, a introdução será a secção número 1 e a justificação será a secção número 2. Se trocarmos a ordem em que as duas seções ocorrem (cortando e colando o código fonte), então o racional se tornará a seção 1, enquanto a introdução se tornará a seção 2 automaticamente.

Surge agora uma questão importante: Como eu cruzaria as referências de uma seção para outra? Por exemplo, suponha que eu queira me referir à introdução da seção no raciocínio da seção. A forma como isto é conseguido ilustra a primeira vantagem que ganhamos com a forma LaTeX de fazer as coisas.

Referências simbólicas

Porque um ficheiro fonte LaTeX é um programa, pode usar nomes simbólicos para se referir a partes do documento. Isto torna a referência cruzada um prazer, pois a referência cruzada é uma entidade lógica, referindo-se a alguma parte nomeada do documento. Se esta parte nomeada do documento deve ser movida, então tudo o que temos de fazer é recompilar.

Para introduzir uma referência simbólica, usamos o comando \i1{}label{}, e para nos referirmos a ele usamos o comando \i{}ref{}. A figura 3 ilustra isto. O comando {\i1}label{\i} introduz um nome simbólico, label, cujo valor depende do contexto em que o comando {\i}label aparece. Neste caso, uma vez que o comando \label é usado na primeira seção do documento, o valor atribuído à introdução será 1. O comando {}ref{} simplesmente produz o valor da etiqueta. Agora se eu mover a introdução para uma nova posição, por exemplo, após a seção de lógica, o valor da introdução mudará para 2, e a referência cruzada na lógica apontará para a nova localização da introdução da seção.

Este estilo de escrita nos força a pensar no documento em um nível lógico e não no nível físico. Seria tolice escrever como vimos anteriormente na secção \ref{intro} por exemplo, porque podemos mover a introdução da etiqueta para um ponto após a referência. Em vez de pensarmos no nosso documento como um monólito de texto que ocorre numa determinada ordem, pensamos nele num nível superior de abstracção, como uma colecção de secções que somos livres de mover. Podemos até reutilizar seções de um documento em outro, e desde que nossos nomes simbólicos sejam únicos, descobriremos que todas as referências cruzadas funcionam corretamente.

Alguns mais ambientes

LaTeX tem muitos ambientes pré-definidos úteis. Suponhamos que queremos produzir uma sequência de pontos usando balas. Podemos fazer isso com o ambiente itemize, o código fonte na Figura 4 irá produzir um documento que lista os três estados principais da matéria, um por linha e cada um precedido por uma marca de ponto. Em muitos aspectos, a forma LaTeX de desenhar um documento é similar à forma HTML de fazer as coisas. Por exemplo, o ambiente itemize é um pouco como o ambiente de lista não ordenada em HTML.

Por vezes queremos colocar itens em uma lista ordenada e numerada. Isto é conseguido com o ambiente enumerar. A Figura 5, mostra uma sequência aninhada de itens enumerados, descrevendo as quatro eras de tempo geológico e os períodos dentro delas. LaTeX usa diferentes sistemas de numeração para cada nível de agrupamento (numerais arábicos para o nível um, caracteres alfabéticos para o nível dois, numerais romanos para o nível três). Isto, como em tudo o resto, pode ser alterado se assim o desejarmos.

Para enfatizar uma porção de texto, esta é incluída no ambiente em (enfatizar), por isso simplesmente escrevemos \begin{em} ajuda! \Ela chorou. para enfatizar a palavra help (e o ponto de exclamação que a segue).

Procedimentos

Numa linguagem de programação convencional, a capacidade de definir procedimentos dá ao programador uma considerável flexibilidade. Também no LaTeX, podemos definir procedimentos para a disposição do texto. A forma mais simples de procedimento é uma sem parâmetros. Ele nos permite nomear alguma parte do código fonte e depois chamá-lo. Suponha que eu esteja escrevendo um documento no qual eu quero me referir a um item de fruta, mas eu ainda não decidi se ele será uma maçã, laranja ou pêra. Eu poderia introduzir um procedimento chamado fruta, e colocar um nome arbitrário de fruta em seu corpo. Quando eu finalmente decidir a que fruta eu quero me referir, então eu só terei que mudar o corpo do procedimento; todos os pontos em que o procedimento é chamado terão automaticamente em conta a mudança no seu corpo.

Em LaTeX, um procedimento é chamado de comando, e um novo é criado com o comando \newcommand. Os comandos são frequentemente chamados de macros porque o LaTeX expande as chamadas para estes quando os encontra no corpo do documento. A Figura 6 ilustra o uso de uma macro simples sem parâmetros. Quando compilada, a fonte LaTeX nesta figura produz o texto A primeira maçã a aparecer será a primeira maçã que eu comerei.

Para ser inteiramente justo, isto poderia ser alcançado, talvez mais simplesmente, com um processador de texto WYSIWYG, simplesmente realizando uma busca e substituição. (Claro, isto não teria funcionado se a frase fosse a primeira fruta a aparecer é a maçã do meu olho!) Este é, no entanto, apenas um simples exemplo do que podemos fazer com as macros LaTeX. Elas realmente entram em suas próprias mãos quando nós lhes fornecemos parâmetros.

Parametros

Suponha que eu estou escrevendo um documento sobre manuseio de array. Talvez eu queira descrever um algoritmo para encontrar o maior elemento de um array. Para tornar o documento mais genérico e salvar a digitação de grandes seções dele, eu poderia produzir duas versões, cada uma específica para uma determinada linguagem de programação, por exemplo, Basic e C. Usando comandos, eu posso evitar usar a sintaxe particular dos arrays, ou pelo menos posso capturar as diferenças sintáticas em um único comando, tornando muito mais fácil a adaptação do meu documento para diferentes linguagens de programação.

Figure 7 ilustra isto. Na definição do comando para \lookup, o comando diz ao compilador LaTeX que o comando toma dois parâmetros, o primeiro é referido como #1 e o segundo como #2. Em uma chamada a um comando, os parâmetros são fornecidos um após o outro entre parênteses curvos. Então a chamada \i1{S}{2}, irá produzir o texto S(2). Esta é a versão Básica do comando \i1. Se o substituirmos pela versão da Figura 8, então obtemos o mesmo documento, mas com referências de array entre colchetes. Esta é a versão C do documento. Note que a diferença entre os dois documentos fonte LaTeX é precisamente dois caracteres, ou seja, os dois caracteres que compõem a diferença entre as referências de array em Basic e C.

As com procedimentos de linguagem de programação, é possível chamar um procedimento do corpo de outro e usar o resultado de uma chamada de procedimento como o parâmetro real para outro. Assim, por exemplo, podemos escrever \lookup{A}{\lookup{B}{1}} que produz ou o texto A(B(1)) ou A] dependendo se estamos usando a versão Básica ou a versão C do comando \lookup.

Variáveis

LaTeX tem suas próprias variáveis, nas quais podemos executar aritmética simples (formas mais avançadas de aritmética são possíveis, mas a adição é normalmente tudo o que é necessário para a composição de tipos). Vou ver dois exemplos simples da forma como podemos usar variáveis, ambas familiares aos programadores; a variável contador e a variável bandeira.

Se quisermos incluir uma sequência de pontos numerados num documento. Podemos usar uma variável contador para numerar cada ponto, e escrever alguns comandos simples para controlar a numeração. A Figura 9 ilustra isto. O contador é declarado usando o comando \newcounter. Ele é definido para um valor específico usando o comando Contador de pontos. O comando \ponto é usado para imprimir o número do ponto atual e para passoar o contador (para adicionar um ao seu valor). O comando \a8915>nome>, para alguns contadores <nome>, faz com que o valor da variável seja impresso. Este comando pode ser usado com qualquer variável, não apenas aquelas que o usuário introduziu, portanto, por exemplo, a seção imprime o valor atual da variável da seção. Na Figura 9 utilizamos o comando \i1> para imprimir três pontos. Uma boa característica desta abordagem é que podemos variar a ordem em que os pontos ocorrem e a numeração irá mudar de acordo.

Agora vamos ver como podemos usar variáveis como flags para escolher qual texto é produzido em um documento. Como veremos, a combinação de flags e macros nos permite escrever documentos muito genéricos, que podem ser instanciados simplesmente escolhendo um valor adequado para o flag. Considere novamente o problema de escrever um documento sobre arrays, onde queríamos duas formas do comando \i1, uma para Basic e outra para C. Seria melhor se pudéssemos usar uma bandeira na nossa fonte LaTeX para indicar se o idioma deveria ser C ou Basic. Tudo o que teríamos que fazer seria dar a bandeira o valor correto antes de compilar o documento. A Figura 10 ilustra isto.

A primeira coisa a fazer é incluir a opção ifthen na declaração de estilo de documento. Isto nos permite usar o comando \ifthenelse mais tarde. A seguir declaramos uma variável contador, idioma, que é definida como 1 se o idioma for Básico e como 0 se for C. O símbolo % é usado pelo LaTeX para comentários; qualquer texto que aparece depois de um símbolo % (e antes do fim da linha) é ignorado pelo compilador LaTeX. A seguir definimos o contador para 1, usando o comando \setcounter{language}{1}, então o texto que vamos produzir será, neste caso, especializado para o Basic. Esta especialização é conseguida usando a versão modificada do comando \i1. A nova versão do comando \lookup utiliza o comando embutido \\\\i1 para testar o valor da variável de linguagem. O formato de um comando \ifthenelse é \ifthenelse{<test>}{<then_branch>}{<else_branch>}. Ele se comporta exatamente como uma declaração em uma linguagem de programação convencional. Se <test> avalia como verdadeiro, o texto no texto no <then_branch> é produzido, se falso, o texto no <else_branch> é produzido.

Usando esta flag podemos escrever muitos comandos, cada um dos quais produz o texto para um determinado tipo de declaração, a linguagem dependendo do valor da variável contador da flag. Desta forma, poderíamos escrever um documento genérico sobre programação e simplesmente colocar a bandeira adequadamente para produzir a versão especializada do documento que queremos.

Figure 10 mostra como podemos fazer isso. Definimos comandos que produzem a sintaxe Basic ou C para procura de array (usando a macro \lookup, como descrito acima), atualização de array e, mais detalhadamente, um comando que produz a sintaxe apropriada para um para loop. O último deles requer alguma explicação mais detalhada.

A diferença entre um para loop em C e em Basic é largamente sintáctica, e podemos usar a flexibilidade do LaTeX para escapar destes detalhes sintácticos. O comando \forloop usou a linguagem do contador de bandeiras para decidir se devemos colocar os quatro elementos do laço no estilo Básico ou em C. Isto nos permite escrever algum texto sobre inicialização de array e loops, sem ter que decidir a que linguagem o documento de destino se referirá.

Note que na versão em C da sintaxe do for loop os colchetes encaracolados que delimitam as afirmações do corpo do loop são escritos como \\{ … \em vez de como { … }. Isto é porque os símbolos de parênteses curvos já têm um significado para LaTeX, então para que ele imprima parênteses curvos nós os prefixamos por uma barra invertida.

Na Figura 10, nós definimos a linguagem do contador para 1, então a saída produzida será para Basic. A partir do código fonte na Figura 10, o LaTeX produzirá a saída na Figura 11. Se quisermos produzir um documento que diga a mesma coisa sobre as matrizes C, simplesmente temos que mudar a linha \setcounter{language}{1} para \setcounter{language}{0}. É assim tão fácil.

Matemática

LaTeX é frequentemente (e com razão) elogiado pela forma como permite a composição tipográfica de matemática complexa. Muitas matemáticas modernas, computação e outros textos de ciência e engenharia são tipográficos usando LaTeX.

Texto matemático pode ser colocado em linha, caso em que aparece na frase em que é digitado, ou em modo de exibição, caso em que aparece centrado em uma linha própria exibida por assim dizer. Todos os símbolos matemáticos e formas de texto padrão são fornecidos para o uso de comandos. Como o LaTeX existe há tanto tempo e tem sido usado desenvolvido e melhorado por tantos matemáticos ao redor do mundo, é extremamente improvável que exista qualquer forma de saída matemática que não tenha sido atendida por alguém. Um rápido arrastar pela sua estante provavelmente revelará os agradecimentos ao LaTeX em vários livros de computação e matemática, pois é frequentemente utilizado para preparar livros técnicos, permitindo que o(s) autor(es) forneça(m) uma cópia pronta para câmera para suas editoras.

Há também uma próspera comunidade de usuários do LaTeX que garante que todas essas informações valiosas sejam coletadas, mantidas e atualizadas. Todos os desenvolvimentos do LaTeX são totalmente compatíveis com versões anteriores, portanto não há necessidade de se preocupar que os seus documentos fiquem de alguma forma desatualizados.

Reusar

Estimo que leva entre dois dias e uma semana para se tornar produtivo usando o LaTeX. Muitos leitores podem considerar isto inaceitável quando comparado com o tempo de entrada para os editores WYSIWYG. Certamente, se você só tem que preparar documentos como cartas e memorandos, então provavelmente não vale a pena considerar o LaTeX. No entanto, se estiver preocupado com a produção de uma grande quantidade de texto e estiver preparado para investir num sistema que poderá, em última análise, poupar-lhe meses de trabalho, então o LaTeX pode ser a resposta.

Uma das vantagens mais intangíveis, mas mais atractivas, experimentadas pelos utilizadores do LaTeX vem da forma como, como uma boa linguagem de programação, o LaTeX suporta a reutilização. Muito rapidamente você vai se encontrar construindo um conjunto de macros pessoais, que lhe permitirá adaptar seus documentos ao seu próprio gosto. A reutilização de partes de um documento em outro é conseguida sem esforço e sem problemas. A ausência de costura deriva de dois aspectos da abordagem LaTeX. A nomeação simbólica de partes de um documento permite que as referências cruzadas sejam atualizadas automaticamente à medida que o documento é editado. O conceito de um ambiente significa que o mesmo texto fonte pode parecer diferente quando incluído em contextos diferentes. Claro que isto contradiz diretamente o princípio WYSIWYG, mas esta é a força essencial do LaTeX. Muitas revistas de computação, conferências e editoras fornecem seus próprios arquivos estilo LaTeX, que, quando incluídos em um arquivo fonte LaTeX, automaticamente colocam o documento na forma exigida para publicação.

Onde ir a seguir

Se você estiver interessado em experimentar o LaTeX por si mesmo, uma versão MS-Windows pode ser obtida (de graça) a partir de http://www.eece.ksu.edu/~khc/tex.html. LaTeX vem como padrão na maioria das plataformas UNIX, e com a maioria das distribuições Linux, então se você estiver usando uma destas tente digitar man latex. Existe um site FTP contendo muitas ferramentas úteis do LaTeX, macros e documentos relacionados em ftp.tex.ac.uk.

Existem dois livros indispensáveis sobre o tema da escrita de documentos do LaTeX. Ambos são altamente legíveis e informativos. LaTeX A Document Preparation System de Leslie Lamport (ISBN 0-201-15790-X), descreve o sistema básico e é um livro muito bom para se começar a escrever. Ele contém informação suficiente para escrever imediatamente a maioria dos documentos normais. O LaTeX Companion de Mike Goossens, Frank Mittelbach e Alexander Samarin (ISBN 0-201-54199-8), é mais detalhado, e cobre todas as novas funcionalidades adicionadas ao LaTeX pelo projeto LaTeX2e. Este livro é útil se você quiser escrever um grande número de documentos usando o LaTeX e personalizar a linguagem de acordo com seus próprios gostos. Ele explica como conseguir todos os tipos de efeitos exóticos, como colocar um texto em forma de coração (talvez útil para certos documentos escritos pouco antes do dia 14 de fevereiro). Ambos os livros são publicados por Addison-Wesley.

Logical is better

O sistema de preparação de documentos LaTeX tem evoluído e melhorado ao longo dos anos. Ele é extremamente robusto e fornece recursos para escrever documentos com padrões para publicação contendo texto e matemática. Um documento LaTeX é descrito usando uma linguagem de programação, o que dá ao utilizador LaTeX toda a potência e flexibilidade de uma linguagem de programação convencional. O estilo de escrita obriga o usuário a visualizar documentos no nível de sua organização lógica, ao invés de sua aparência física. Isto é inicialmente um pouco frustrante, mas finalmente tem muitas vantagens como o suporte à reutilização e a criação de documentos genéricos que podem ter vários instanciamentos físicos.

Mark Harman é diretor de pesquisa e diretor de atuação da School of Informatics and Multimedia Technology na Universidade do Norte de Londres (http://www.unl.ac.uk/~mark/welcome.html). Ele pode ser contactado por e-mail para [email protected] ou por correio para Mark Harman, Project, School of Informatics and Multimedia Technology, University of North London, Holloway Road, London N7 8DB.

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