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$$、\[、align、equation 和 displaymath 之间有什么区别？

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$$、\[、align、equation 和 displaymath 之间有什么区别？

我曾经了解到，这是不酷可以使用$$，但为什么呢？为什么\[不可以作为 的缩写\begin{align}？我注意到，两者是有区别的，因为在以 开头的块中不能使用&和。\\\[

答案1

据我理解，您想知道使用以下五种方法构建显示数学表达式之间有什么区别：

  1. $$...$$
  2. \[...\]
  3. \begin{displaymath}...\end{displaymath}
  4. \begin{equation}...\end{equation}
  5. \begin{gather*}... \end{gather*}。

实际上，您问的是align环境。但是，我认为，为了在 display-math 方法之间提供直接的比较，最好将重点放在环境上gather*，该环境将其内容居中并且不生成方程编号。与gather和环境相比，和环境gather*的显著附加功能是它们能够沿某些元素（例如等号）垂直对齐方程。alignalign*

这第一种方法是用于生成显示方程的“纯 TeX”方法。（“纯 TeX”是指 Knuth 编写的一组宏，旨在使所谓的“TeX 基元”可用于普通排版目的。TeXBook 第$$287 页提供了说明符的完整说明。）

但是，使用该$$方法启动和终止显示数学模式在 LaTeX 文档中现在已经严重弃用。请参阅帖子“为什么 \[ ... \] 比 $$ ... $$ 更好？”详细讨论为什么应该不是$$ ... $$使用 LaTeX（或其后继版本，如 pdfLaTeX、XeLaTeX 等）时直接使用。

这第二种方法和\[是Leslie Lamport 对 Plain-TeX ...方法\]的重新实现。定义和命令的 LaTeX 代码包含在文件中：$$$$\[\]latex.ltx

\def\[{%
   \relax\ifmmode
      \@badmath
   \else
      \ifvmode
         \nointerlineskip
         \makebox[.6\linewidth]{}%
      \fi
      $$%%$$ BRACE MATCH HACK
   \fi
}
\def\]{%
   \relax\ifmmode
      \ifinner
         \@badmath
      \else
         $$%%$$ BRACE MATCH HACK
      \fi
   \else
      \@badmath
   \fi
   \ignorespaces
}

基本上，\[和\]充当精心设计的打开和关闭指令的包装器。如果在 TeX 已经处于数学模式时遇到语句，或者在TeX 处于以下任一状态时遇到语句，$$则会生成错误消息\[\]不是完全处于数学模式，或者处于“内部”数学模式。您可能会问，“什么是‘内部’数学模式？”“内部”数学模式的一个主要示例是组内的材料\left<x> ... \right<y>，其中<x>和<y>表示合适的分隔符，例如(和)。如果 LaTeX\]在内部数学模式下遇到，它会生成以下错误消息：

! LaTeX Error: Bad math environment delimiter.

（如果您直接使用$$，您会收到一条略显隐晦的错误信息。）

此外，该命令\[还会检查 TeX 是否处于所谓的“垂直模式”；这种情况通常出现在段落的开头。如果是这种情况，即 TeX 处于垂直模式，则\nointerlineskip执行该指令以避免插入一些额外的所显示方程式正上方的垂直空间。

以下示例说明了这个问题，该示例对比了两种情况。在这两种情况下，代码都以一串破折号开头，然后是空行（插入段落分隔符并将 TeX 切换到垂直模式），然后是显示的方程式。在第一种情况下，显示的方程式是通过\[...\]; 生成的，在第二种情况下，$$...$$则使用 。请注意，在第二种情况下，会插入一些额外的（可能不需要的）垂直空格多于显示的等式；在第一种情况下不会发生这种情况，\nointerlineskip这是由于指令的一部分\[。

垂直模式演示

\documentclass{article}
\setlength\textwidth{1in} % use a very narrow measure for this example
\begin{document}
\noindent
---------------

\[ u=vwxz\]
---------------

$$u=vwxz$$
---------------
\end{document}

LaTeX 代码第三种方法简单来说就是：

\def\displaymath{\[}
\def\enddisplaymath{\]\@ignoretrue}

也就是说，它（本质上）等同于第二种方法，同时可以说更易于阅读和调试。更易于调试的意思是，这些命令不像和那样容易被\[忽视\]。

请注意，前三种方法不是生成方程编号。

就像在 LaTeX 中实现的那样——但没有加载amsmath包——第四种方法（\begin{equation}... \end{equation}） 是：

\@definecounter{equation}
\def\equation{$$\refstepcounter{equation}}
\def\endequation{\eqno \hbox{\@eqnnum}$$\@ignoretrue}
\def\@eqnnum{{\normalfont \normalcolor (\theequation)}}

  • 因此，第四种方法还为（内部生成的）$$命令对提供了一个“包装器”，同时添加了一个用括号括起来的右对齐方程编号。（该\eqno宏是一个 TeX 宏，在第 186-7 页和 TeXBook 的其他地方进行了描述；它插入了一个由 给出的方程编号\@eqnum。）

  • 但是，请注意，与 的情况不同，在执行\[...\]时不会执行任何测试来检查 TeX 是否处于垂直模式。因此，如果您在段落开头启动环境，您可能会在该方程式上方获得一些额外的（可能不需要的！）垂直空间。这是经常遇到的劝告的原因之一\begin{equation}equation绝不在段落开头开始显示等式。

最后，关于通过加载包提供的\begin{gather*}...方法。在研究此方法的详细信息之前，有必要提一下，包提供了命令和，它们充当（甚至更复杂的）“包装器”——您猜对了——纯 TeX构造。该包重新定义了环境，并为\end{gather*}amsmathamsmath\mathdisplay\endmathdisplay$$amsmathequation未编号方程式称为equation*：

\renewenvironment{equation}{%
  \incr@eqnum
  \mathdisplay@push
  \st@rredfalse \global\@eqnswtrue
  \mathdisplay{equation}%
}{%
  \endmathdisplay{equation}%
  \mathdisplay@pop
  \ignorespacesafterend
}

\newenvironment{equation*}{%
  \mathdisplay@push
  \st@rredtrue \global\@eqnswfalse
  \mathdisplay{equation*}%
}{%
  \endmathdisplay{equation*}%
  \mathdisplay@pop
  \ignorespacesafterend
}

如您所见，equation和equation*环境最终调用\mathdisplay和\endmathdisplay命令，而后者又调用 TeX$$指令。顺便说amsmath一下，重新定义LaTeX 命令\[如下\]：

\DeclareRobustCommand{\[}{\begin{equation*}}
\DeclareRobustCommand{\]}{\end{equation*}}

（请注意，由于displaymath是根据\[和\]命令定义的，所以当与amsmath包结合使用时，它的外观也可能会发生变化。）

然后，继续讨论环境代码gather*：

\newenvironment{gather*}{%
  \start@gather\st@rredtrue
}{%
  \endgather
}

其中\start@gather命令定义为

\def\start@gather#1{%
    \RIfM@
        \nomath@env
        \DN@{\@namedef{end\@currenvir}{}\@gobble}%
    \else
        $$%
        #1%
        \ifst@rred \else \global\@eqnswtrue \fi
        \let\next@\gather@
    \fi
    \collect@body\next@
}

隐式定义的命令\endgather执行以下指令：

\math@cr \black@\totwidth@ \egroup
  $$\ignorespacesafterend

从检查这些代码行中得到的主要结论是——无需深入太多细节，其中许多细节与 align、align*、gather、gather* 等环境可以排版多行连续的显示数学材料有关——环境gather*最终也会调用$$TeX 宏，同时处理相当多的管理和错误避免步骤。

总共，从所有这些中应该可以充分清楚的一点是，$$直接使用构造是不必要的，甚至是鲁莽的，因为这样做可能会导致各种混乱的失误。替代方法 2 到 5 可以避免这些问题，因此应该始终优先于使用$$命令对。

答案2

$$在 LaTeX 中根本不支持，它是原始的 TeX 语法，只是碰巧大多数时候都能正常工作。例如，标准 LaTeX 类都有一个fleqn对齐而不是居中的选项。即使没有选项，和\[ \]的行为在段落开头也是不同的，在哪里\[$$\[

\nointerlineskip 
\makebox[.6\linewidth]{}%

在做之前$$

答案3

在之前的答案中已经描述了差异，我只是为了说明垂直空间而在这里添加此图像：

测试 Lamport

这是从以下代码中获得的：

\documentclass{article}
\begin{document}
\hrule
\[ E=mc^2\]
\hrule
$$E=mc^2$$
\hrule
\[ E=mc^2\]
\hrule
$$E=mc^2$$
\hrule
\end{document}

请注意构造所添加的垂直空间\[..\]，此外，前后空间不对称。除此之外，\[..\]还会进行一些错误检查，在我看来，其用处仅限于真正的初学者LaTeX。

这是另一张图片：

Lamport 再次对阵 $$

从此代码获得：

\documentclass{article}
\begin{document}
\noindent
abc\hrulefill\par
\[ E=mc^2\]
abc\hrulefill\par
$$E=mc^2$$
abc\hrulefill\par
\[ E=mc^2\]
abc\hrulefill\par
$$E=mc^2$$
abc\hrulefill\par
\end{document}

请注意由于使用而导致的不连贯的垂直间距\[..\]。

我没有在这里包含图像，但人们可以检查这些不一致之处确实消失了\usepackage{amsmath}（原因从复制的代码中可以清楚地看出）。Mico 的回答我知道我的观点是极端少数派的，但显然，只有对使用者来说，amsmath才能令人信服地论证最好不要$$直接使用。

当然$$不符合语法精神LaTeX，但\[inLaTeX2e在处理垂直间距方面与其他数学环境不一致。因此，我个人认为，当我不加载 时amsmath，我宁愿避免\[。

答案4

对我来说最重要的附加答案之一：该包将自动处理包含在但不包含在内cleveref的方程式。\begin{equation}\[

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