Typst: Designing for Incrementality

TL;DR: Typst 通过约束记忆化（comemo）和纯函数设计，使语言和编译器协同工作，实现高效的增量编译和实时预览。 ## 引言：Typst 的设计目标 Typst 是一个基于标记的排版系统，包含自己的标记语言、样式系统（`set` 和 `show` 规则）、完整的脚本层以及内省系统。设计上追求易学、使用愉悦，核心目标是实现**实时预览**——这在 2026 年的硬件条件下完全可行。关键在于**将语言和其实现共同设计**，以支持高性能增量编译。 ## 增量编译的核心：记忆化 为了在编辑文档时复用已编译的结果，Typst 使用**记忆化**（memoization）来记住编译中间结果。 ### 布局的简单记忆化 布局函数接收段落、宽度等输入，返回一个固定尺寸的框架（frame）。它没有副作用，是纯函数。因此只需要对输入进行哈希（使用 `xxhash`），将结果存储在哈希映射中即可。这是最基础的缓存策略，效果显著，减少了布局开销。 ### 模块评估与约束记忆化 脚本系统包含模块，使用 `include` 和 `import` 组织文件。如果直接记忆化 `eval` 函数，输入参数包括源文件和文件系统。但文件系统会随着外部文件变化而变化，导致所有 `eval` 调用失效。 Typst 使用 **comemo**（约束记忆化）crate 解决：将文件系统包装在 `Tracked` 类型中。每次 `eval` 调用 `fs.load` 时，记录下实际读取的文件路径和其哈希值，形成一组“约束”。评估完成后，将约束与输出一起存入缓存。下次调用时，先哈希非跟踪参数找到对应条目，再逐一检查约束是否匹配。只有实际读取的文件发生变化时，缓存才失效，避免了全局重新编译。 ## 函数与纯度 Typst 的用户函数也必须可缓存。思路是强制函数为**纯函数**——没有可变引用、没有全局状态。这会不会让脚本变成 Haskell？实际并不。Typst 更像“没有引用的确定性 Rust”，允许局部可变性（如 for 循环），但可变性被封装在函数内部。通过值语义和引用计数（`Arc`）实现高效数据传递，无需生命周期。例如返回向量时，克隆到缓存只需 `arc_bump`（增加引用计数），性能优异。局部可变性通过 `Arc::make_mut` 实现：检查引用唯一性，唯一时直接修改，否则克隆再修改。 这种设计保证了缓存正确性，同时保持脚本的易用性。 ## 排版系统的挑战：计数与目录 纯函数无法直接使用可变计数器（如标题编号）或查询文档内部状态（如目录）。计数器看似简单，但目录和交叉引用实际上是同一问题的两面：都需要文档自省。 ### LaTeX 的多轮迭代 LaTeX 通过将信息写入临时文件（如 `.toc`）并多次运行编译器来解决。用户需要反复运行，用 `latexmk` 自动迭代直到稳定。这是“不断重试直到收敛”的方法。 ### Typst 的内省系统 Typst 不依赖可变性，而是提供**内省**（introspection）能力：文档可以观察自身结构。例如，可以询问“文档中的第一个标题在哪里？”，并获取其页面坐标。这样符号编号（如章节编号）和目录都可以通过自省实现，而非依赖可变计数器。这依然保持了纯函数的约束，同时用更声明式的方式解决了传统排版系统的痛点。 ## 总结 Typst 通过将编译器的记忆化特性与纯函数语言设计紧密结合，实现了高效的增量编译。布局缓存、约束记忆化模块评估、强制函数纯度以及内省系统，共同构成了 Typst 实时预览的基础。这种“共同设计”思路使得语言语法和实现互相助力，而非成为彼此的负担。 Source: https://youtu.be/yWWVhbyOWWE