LaTex 中圓圈序號及一些特殊字元的輸入

• 2022 年 1 月 19 日
• 筆記
• Latex, 論文撰寫

眾所周知，LATEX 提供了 \textcircled 命令用以給字元加圈，但效果卻不怎麼好：

實際上，加圈並不是一個平凡的變換，它會涉及到圈內字元形狀的微調，而這是幾乎無法在 TEX 宏層面解決的。因此，要得到比較好的效果，最好能使用預先設計的字元形（glyph）。

傳統方案

pifont 宏包提供了一系列雜錦符號（dingbats），其中就有帶圈數字。pifont 屬於 psnfss 宏集，它封裝了一系列 PostScript 字體，包含著名的 Helvetica、Times、Courier 等。pifont 使用的是 Zapf Dingbats 字體。

使用 \ding{<number>} 可以很方便地使用帶圈數字（共有四種），當然也有其他符號。具體數字可參見下圖：

在主流的 TEX 引擎下，pifont 宏包都可以使用。

Unicode

數字 0–50 的帶圈版本都分配了對應的 Unicode 碼位，因而在現代 TEX 引擎（X⁠E⁠TEX 和 Lua­TEX，若無特殊說明以下僅討論這兩者）中，配合合適的字體，理論上可以直接輸入這些符號。具體見下表：[1]

Zapf Dingbats 中的其他幾種樣式也分配有碼位：

• 反白（negative circled digits）

  ⓿	❶	❷	❸	❹	❺	❻	❼	❽	❾	❿
  24FF	2776	2777	2778	2779	277A	277B	277C	277D	277E	277F
  	⓫	⓬	⓭	⓮	⓯	⓰	⓱	⓲	⓳	⓴
  	24EB	24EC	24ED	24EE	24EF	24F0	24F1	24F2	24F3	24F4

• 無襯線（circled sans-serif digits）

  🄋	➀	➁	➂	➃	➄	➅	➆	➇	➈	➉
  1F10B	2780	2781	2782	2783	2784	2785	2786	2787	2788	2789

• 無襯線反白（negative circled sans-serif digits）

  🄌	➊	➋	➌	➍	➎	➏	➐	➑	➒	➓
  1F10C	278A	278B	278C	278D	278E	278F	2790	2791	2792	2793

此外，還額外增加了一些樣式：

• 雙線（double circled digits）

  ⓵	⓶	⓷	⓸	⓹	⓺	⓻	⓼	⓽	⓾
  24F5	24F6	24F7	24F8	24F9	24FA	24FB	24FC	24FD	24FE

• 加框（circled numbers on black square）

  ㉈	㉉	㉊	㉋	㉌	㉍	㉎	㉏
  3248	3249	324A	324B	324C	324D	324E	324F

• 帶圓括弧（parenthesized digits）

  ⑴	⑵	⑶	⑷	⑸	⑹	⑺	⑻	⑼	⑽
  2474	2475	2476	2477	2478	2479	247A	247B	247C	247D
  ⑾	⑿	⒀	⒁	⒂	⒃	⒄	⒅	⒆	⒇
  247E	247F	2480	2481	2482	2483	2484	2485	2486	2487

• 帶點（digits with full stop）

  🄀	⒈	⒉	⒊	⒋	⒌	⒍	⒎	⒏	⒐	⒑
  1F100	2488	2489	248A	248B	248C	248D	248E	248F	2490	2491
  	⒒	⒓	⒔	⒕	⒖	⒗	⒘	⒙	⒚	⒛
  	2492	2493	2494	2495	2496	2497	2498	2499	249A	249B

• 帶逗號（digits with comma）

  🄁	🄂	🄃	🄄	🄅	🄆	🄇	🄈	🄉	🄊
  1F101	1F102	1F103	1F104	1F105	1F106	1F107	1F108	1F109	1F10A

• 這些姑且也算上吧：

  ㈠	㈡	㈢	㈣	㈤	㈥	㈦	㈧	㈨	㈩
  3220	3221	3222	3223	3224	3225	3226	3227	3228	3229
  ㊀	㊁	㊂	㊃	㊄	㊅	㊆	㊇	㊈	㊉
  3280	3281	3282	3283	3284	3285	3286	3287	3288	3289
  🈩	🈔	🈪
  1F229	1F214	1F22A
  	🉂	🉁
  	1F242	1F241

這些符號分散在以下幾個 Unicode 區塊（block）中：

• Enclosed Alphanumerics (U+2460–U+24FF)
  • 帶圈 0–20（以及 a–z、A–Z）
  • 反白 0、11–20
  • 雙線 1–10
  • 帶圓括弧 1–20
  • 帶點 1–20
• Dingbats (U+2700–U+27BF)
  • 反白 1–10
  • 無襯線 1–10
  • 無襯線反白 1–10
• Enclosed CJK Letters and Months (U+3200–U+32FF)
  • 帶圈 21–50
  • 加框 10–80（僅限整十）
  • 帶圈 一～十
  • 帶圓括弧 一～十
• Enclosed Alphanumeric Supplement (U+1F100–U+1F1FF)
  • 帶逗號 0–9
  • 無襯線、無襯線反白以及帶點的 0
• Enclosed Ideographic Supplement (U+1F200–U+1F2FF)
  • 帶方框 一、二、三
  • 帶六角括弧 二、三

直接輸入，或者利用碼位，都能在 LATEX 中使用以上這些帶圈數字（注意不同方法對大小寫的要求有差異）：

\documentclass{article}
\usepackage{fontspec}
\setmainfont{Source Han Serif SC}

\begin{document}
① ② ③ ④ ⑤
\symbol{"2776} \symbol{"2777} \symbol{"2778} \symbol{"2779} \symbol{"277A}
\char"3248\    \char"3249\    \char"324A\    \char"324B\    \char"324C\
^^^^3280       ^^^^3281       ^^^^3282       ^^^^3283       ^^^^3284
^^^^^1f229     ^^^^^1f214     ^^^^^1f22a
\end{document}

使用 X⁠ELATEX 或 Lua­LATEX 編譯，效果如下：

xunicode-addon 宏包

在實際使用中，無論是依靠碼位，還是藉由輸入法直接錄入這些特殊字元，都不是很方便。在 xunicode-addon 宏包（從屬於 xeCJK）中，\textcircled 等一系列命令被重新定義，從而能夠顯示 Unicode 所分配的帶圈數字（和字母等）。舉例如下：

\documentclass{article}
\usepackage{fontspec,xunicode-addon}
\setmainfont{Source Han Serif SC}

\begin{document}
\textcircled{1}
\textcircled{25}
\textcircled{a}
\textcircled{Z}
\end{document}

利用 LATEX3 語法也可以迅速寫出如下循環而不傷身體：

\ExplSyntaxOn
\cs_set:Npn \TESTi
  {
    \int_step_inline:nnn {  0 } { 25 } { \textcircled{##1} ~ } \par
    \int_step_inline:nnn { 26 } { 50 } { \textcircled{##1} ~ } \par
  }
\cs_set:Npn \TESTii
  { \tl_map_inline:nn { abcdefghijklmnopqrstuvwxyz } { \textcircled{##1} ~ } \par }
\cs_set:Npn \TESTiii
  { \tl_map_inline:nn { ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ } { \textcircled{##1} ~ } \par }
\ExplSyntaxOff

\TESTi
\TESTii
\TESTiii

當然，其他樣式的帶圈數字並沒有提供快捷的輸入方式。

在 ctex 宏集中使用

以上的案例都是在標準文檔類 article 中搭配 fontspec 宏包完成的。如果切換成 ctex 宏集，則需要額外做一些調整。

對於中文文檔，我們通常需要為中西文（「西文」主要指 Latin script）分別設置字體。上面已經提到過，帶圈數字分散在了幾個 Unicode 區塊中。xeCJK 將其中的 Enclosed CJK Letters and Months 和 Enclosed Ideographic Supplement 設置為了 CJK 字元類，使用中文字體；其餘則為 Default 字元類，使用西文字體。

Lua­TEX 下的情況類似，但稍顯複雜。首先是 luatexja 作出了 ALchar 和 JAchar 的劃分，大致相當於西文和日文（AL=ALphabetic，JA=JApanese）；同時又預定義了一些字元範圍。默認設置中，上文所列的所有帶圈數字均會使用日文字體。其後，ctex 宏集為了適應中文排版的需求又做了一些修改。結果是，Enclosed Alphanumerics 被設置為了 ALchar，即使用西文字體。

總而言之，在 ctex 宏集的默認配置下：

在 X⁠ELATEX 下，可以做如下修改：

% 使用中文字體
\xeCJKDeclareCharClass{CJK}{%
  "24EA,        % ⓪
  "2460->"2473, % ①–⑳
  "3251->"32BF, % ㉑–㊿
  "24FF,        % ⓿
  "2776->"277F, % ❶–❿
  "24EB->"24F4  % ⓫–⓴
}
\setCJKmainfont{Source Han Serif SC}

% 或使用西文字體
% \xeCJKDeclareCharClass{Default}{%
%   "24EA, "2460->"2473, "3251->"32BF,
%   "24FF, "2776->"277F, "24EB->"24F4}
% \setmainfont{Garamond-Math.otf}

在 Lua­LATEX 下，也完全類似：

% 使用中文字體
\ltjdefcharrange{6}{%
  "24EA, "2460-"2473, "3251-"32BF,
  "24FF, "2776-"277F, "24EB-"24F4}
\setCJKmainfont{Source Han Serif SC}

% 或使用西文字體
% \ltjdefcharrange{3}{%
%   "24EA, "2460-"2473, "3251-"32BF,
%   "24FF, "2776-"277F, "24EB-"24F4}
% \setmainfont{Garamond-Math.otf}

這裡的 6 和 3 原先分別對應日文字元和西文標點、符號。還需注意範圍的寫法與 xeCJK 中不同。

配合 xunicode-addon 宏包，在 ctex 宏集中也同樣可以使用 \textcircled 命令輸入預定義的帶圈數字。但需注意，\textcircled 會預先檢查字元是否存在，且僅在西文字體中進行。所以如需使用中文字體進行顯示，就要「指鹿為馬」：[2]

% XeLaTeX 下需要把全體帶圈數字都設置成 Default 類
% LuaLaTeX 下無須額外設置
\xeCJKDeclareCharClass{Default}{"24EA, "2460->"2473, "3251->"32BF}

% 將中文字體聲明為（西文）字體族
\newfontfamily\EnclosedNumbers{Source Han Serif SC}

% 放置鉤子，只讓帶圈字元才需更換字體
\AtBeginUTFCommand[\textcircled]{\begingroup\EnclosedNumbers}
\AtEndUTFCommand[\textcircled]{\endgroup}

對於字體中沒有的帶圈數字，\textcircled 也能夠自動生成（由圓圈和相應的數字拼合）。選擇合適的字體之後，便可做一些比較暴力的嘗試：

即使是三位數，效果也尚能接受。

OpenType 的 nalt 特性

在 OpenType 中，有一項名為 nalt（Alternate Annotation Forms）的 GSUB 特性，它的作用是把特定的字元形替換成符號標註形式（notational forms）。不少日文字體都包含這一特性，我們可以利用 fontspec 宏包提供的相關選項調用。舉例如下：

\documentclass{article}
\usepackage{fontspec}
\setmainfont{ipaexm.ttf}  % IPAex 明朝，TeX Live 自帶

\begin{document}
{\addfontfeature{Annotation=0}123456789}
{\addfontfeature{Annotation=1}123456789}
{\addfontfeature{Annotation=2}123456789}
\end{document}

需要注意的是，Annotation=X 中的某個 X 具體對應何種樣式，這是由字體設計者決定的。此外，在一些字體中，部分假名、漢字也有類似的標註形式，可以用相同方法使用：

\documentclass{ctexart}
\setCJKmainfont{Hiragino Mincho Pro W3}

\begin{document}
{\addCJKfontfeature{Annotation=0}あア}
{\addCJKfontfeature{Annotation=1}かカ}
{\addCJKfontfeature{Annotation=2}さサ}
{\addCJKfontfeature{Annotation=3}たタ}
{\addCJKfontfeature{Annotation=4}なナ}
{\addCJKfontfeature{Annotation=5}はハ}
{\addCJKfontfeature{Annotation=6}まマ}
\end{document}

這裡我們用 \addCJKfontfeature 代替了 \addfontfeature。此處作為演示的字體是 macOS 自帶的ヒラギノ明朝，在 Windows/Linux 上可換用其他字體。

Adobe-Japan1-7

Adobe-Japan1-7 字符集定義了更多的帶圈數字，很多樣式都支援 0–100 的數字範圍。但由於 Unicode 沒有為它們分配碼位，我們必須用 CID（Character IDentifier）來指定。[3]

由於 CID 到具體字元的映照比較複雜，因而這裡我們提供了一個宏包 textcircle-cid，用來通過 CID 調用帶圈數字。textcircle-cid 宏包提供了下面一組命令：

• \CIDtextcircled
• \CIDtextblackcircled
• \CIDtextboxed
• \CIDtextblackboxed
• \CIDtextrboxed
• \CIDtextblackrboxed

支援的數字範圍是 0–100 和 00–09。X⁠E⁠TEX、Lua­TEX 和 up­TEX 這三種 Unicode 引擎均可使用，但需要配合其他宏包及命令以實現正確的字體調用：

• X⁠ELATEX 下需要通過 \setmainfont 等命令設置字體

• Lua­LATEX 下需要通過 \setmainjfont 等命令設置（日文）字體

• up­LATEX 下需要調用 pxchfon 宏包，並且使用 \setminchofont 等命令設置字體，具體可以參考以下示例：

  % test-uptex.tex
  \documentclass{ujarticle}
  \usepackage{pxchfon,textcircle-cid}
  \setminchofont{KozMinPr6N-Regular.otf}
  \setgothicfont{KozGoPr6N-Regular.otf}
  
  \def\TEST{%
    \CIDtextcircled{0}
    \CIDtextblackcircled{1}
    \CIDtextboxed{00}
    \CIDtextblackboxed{10}
    \CIDtextrboxed{50}
    \CIDtextblackrboxed{100}}
  
  \begin{document}
  \textmc{\TEST} \par
  \textgt{\TEST}
  \end{document}
  

  注意 up­TEX 不直接生成 PDF，因此編譯時可採取如下方式：

  uplatex test-uptex && dvipdfmx test-uptex
  

  在上面的示例中，我們使用的字體是 Adobe 的小塚明朝和小塚ゴシック。事實上，只有遵從 Adobe-Japan1 的字體，才能利用 CID 正確地調用相應的字元。

字體的選擇

上文我們多次提及，帶圈數字的具體使用與字體密切相關。下面我們整理了 TEX Live 自帶的、可使用帶圈數字的字體，以及對應的數字範圍：

以下是其他一些常見中、日文字體，其中很多是作業系統自帶的：

這裡我們用了 Python 腳本 check-circled-number.py 來讀取字體資訊，它還依賴 FontForge。注意由於字體版本不同，不保證表中所列結果與實際情況完全一致。

注釋

1. ^在本頁面的 CSS 中，帶圈數字將優先使用思源宋體（Source Han Serif）顯示，但具體結果仍然取決於字體的安裝情況以及瀏覽器的渲染方式。
2. ^感謝 @qinglee 的指導！見 CTeX-org/ctex-kit #399。
3. ^感謝 @clerkma 的指導！見 CTeX-org/forum #20。