十分钟打造一款在线的数学公式编辑器

最近，一个朋友要求做一个数学编辑器，方便数学公式的录入，特别是微积分、矩阵等公式，普通录入非常麻烦，这里，花了一周时间，做了一个数学公式在线编辑功能。

下面记录一下打造的过程。但是，目前很遗憾，这个系统还不支持导入导出功能。

如何实现web录入的试题导出到word或者把word试题导入到系统，如果您有好的方法，欢迎推荐。（感觉要自己写解析Latex）

在线体验  http://demo.dotnetcms.org/math  免费下载  https://files.cnblogs.com/files/mqingqing123/math5.0.rar

1.MathJax

在数学公式里，最流行的是 http://www.mathjax.org ，Mathjax支持数理化等各种公式，其实如果你希望只针对数学录入，可以使用 https://katex.org/ KaTex更简单、速度更快。

Mathjax的文档里列出了MathJax目前支持的LaTex语法。对于未实现的语法，可以自定义宏来实现。

从声明里看到实现了 sin，cos，tan，ctan等都支持，但是一些反正切没实现。

所以，在MathJax的全局配置里，定义一个macros

    <script>
        MathJax = {
            options: {
                enableMenu: false,
                a11y: {
                speech: false,                      // switch on speech output
                braille: false,                     // switch on Braille output
                subtitles: false
               }
        },

            tex: {
                inlineMath: [['@', '@'], ['\(', '\)']],
                displayMath: [['@@', '@@'], ['\[', '\]']],
                macros: {
                    arcsec: '\DeclareMathOperator{\arcsec}{arcsec}\arcsec',
                    arccsc: '\DeclareMathOperator{\arccsc}{arccsc}\arccsc',
                    arccot: '\DeclareMathOperator{\arccot}{arccot}\arccot'
                }
            }
        }
</script>

然后引入Mathjax库

  <script src="../js/math/tex-chtml-full.js"></script>

　　

另外，对于数学公式的“开始”和“结束”，MathJax默认使用"("和")"作为分割的，

如果是块状的则使用"\["和"\]"区分，

参考下图，左边是录入的内容，右边是显示的结果。

但是Mathjax允许你自定义公式识别符，

上面代码，我增加了“@”作为行内公式，使用"@@"作为块公式。

其实，在选型时，作者测试了“$”或者“#”作为分隔符，但是最终确定使用@符号，最根本的原因是：

在录入时，只有@符号，在中英模式下是一样的。

现在老师可以像写文本一样，写题目了。

2.引入CodeMirror

在录入页面，引入Codemirror美化录入界面。

毕竟，textarea默认太丑了。

   <link href="../js/codeMirror/lib/codemirror.css" rel="stylesheet" /> 
   <script src="../js/codeMirror/lib/codemirror.js"></script>

　　

初始化文本框，整个布局分左右布局，

左边是文本框textarea进入录入，右边是iframe进行预览，

在父div里，设置display为flex，进行左右布局，这样就不用 float 飞来飞去的了。

<div style="display:flex">
<div style="50%">
<textarea id="txt_question"></textarea>
</div>

<div style="50%; background-color:#f2f2f2">

<iframe id=preview frameborder="0"
width="100%"
scrolling="no" >
</iframe>
</div>

    
<script>

        var delay; 
        var editor = CodeMirror.fromTextArea(document.getElementById('txt_question'), {
            lineNumbers: true, 
            mode: 'text/html',
            lineWrapping:true
        });


        editor.on("change", function () {
            clearTimeout(delay); 
            delay = setTimeout(updatePreview, 500); 
        });



        function updatePreview() { 
            var iframe = document.getElementById('preview');
            var doc2 = iframe.contentDocument || iframe.contentWindow.document;
            let body2 = doc2.getElementsByTagName('body')[0]; 
            var data = editor.getValue().replace(/
/g, "<br>"); 
            body2.innerHTML = "<div class=mathjax-qmx>" + data + "</div> "; 
            if(doc2.defaultView.MathJax!=null)
            {
                doc2.defaultView.MathJax.typeset(); 
            }
        }

        setTimeout(updatePreview, 500);

    </script>

　　

在预览时，需要通过JS引入Mathjax

  <script>

        $(document).ready(function () { 
            let iframe = document.getElementById("preview");
            let iframeWindow = iframe.contentWindow || iframe.contentDocument.document || iframe.contentDocument;
            let doc3 = iframeWindow.document;

            let head3 = doc3.getElementsByTagName('head')[0];
            let body3 = doc3.getElementsByTagName('body')[0];  

       
            let js1 = doc3.createElement('script');
            js1.src = "../js/math/math-config.js";
            js1.type = 'text/javascript';  
            head3.appendChild(js1);
           

            let js2 = doc3.createElement('script');
            js2.src = "../js/math/tex-mml-chtml.js";
            js2.type = 'text/javascript';
            js2.async = true;
            js2.charset = 'utf-8';
            head3.appendChild(js2);
        });


    </script>

　　

最后使用codemirror提供的getValue可以获取值。

另外，在预览时，会把回车“ ”替换为“<br>”

  var question = editor.getValue().replace(/
/g, "<br>")+"";

　　

这样就可以获取录入的值。

3.打造菜单

为了方便录入，打造了一个菜单，

菜单布局父class是math-menu，子菜单由sub-math-menu包裹。下面是HTML代码

     
          <div class="math-menu"  data-editorid="editor">

             
             <a href="###">菜单1</a>
              <div class="sub-math-menu">
                  <span class="subnavbtn9">希腊字母  <span class="drop"></span> </span>
                  <div class="subnav-content9">
                      <div>小写字母</div>
                      <a class="add" data-math="alpha">@alpha@</a>
   <div style="clear:both"></div>

                </div>
    </div>
    </div>

　　

下图是预览效果。

下面是CSS样式

.math-menu {
  overflow: hidden;
  background-color: #f2f2f2; 
}
 

.math-menu a {
  float: left;
  font-size: 16px;
  color: #000;
  text-align: center;
  padding: 14px 16px;
  text-decoration: none;
}

.math-menu .sub-math-menu a {
 
  font-size: 14px; 
  padding: 12px 14px;
 
}

.sub-math-menu {
  float: left;
  overflow: hidden;
}


.sub-math-menu .subnavbtn9 {
  font-size: 16px;  
  border: none;
  outline: none;
  color: #000;
  padding: 14px 16px;
  background-color: inherit;
  font-family: inherit;
  margin: 0;
  display:flex;
}


.math-menu a:hover, .sub-math-menu:hover .subnavbtn9 {
  background-color: #ccc;
}



.subnav-content9 {
  display: none;
  position:absolute; 
  background-color: #ccc; 
  z-index: 1000; 
  left:12.5%;
   75%;
}



.subnav-content9 a {
  float: left;
  color: #000;
  text-decoration: none;
   height:50px;
}

.subnav-content9 a:hover {
  background-color: #ffffff;
  color: black;
}

 

 .drop{
        margin-top:10px;
        margin-left:2px;
     0;
    height: 0;
    border-left: 6px solid transparent;
    border-right: 6px solid transparent;
    border-top: 7px solid #333;
}

   .CodeMirror {
  border: 1px solid #eee;
  height: 400px;
   
  word-break:break-all;
   font-family:Verdana;
}
    .add{ cursor:pointer; }
          .layui-card{ margin-bottom:15px; }

　　

增加鼠标经过，菜单显示效果。

注意：这里使用的是mouseover事件，而不是mouseenter事件。

                      <script>

                          $('.sub-math-menu').mouseover(function () {
             
                              $(this).find(".subnav-content9").show();

                          })

                          $('.sub-math-menu').mouseout(function () {
                              $(this).find(".subnav-content9").hide();
                          })

                          $(".add").click(
                              function ()
                              {
                                  var ed=  $(this).parent().parent().parent().data("editorid");
                                   
                                  if(ed=="editor")
                                  {
                                      editor.replaceSelection("@"+$(this).data("math")+"@")
                                  }
                                  else
                                  {
                                      editor2.replaceSelection("@"+$(this).data("math")+"@")
                                  }

                                  $(this).parent().parent().find(".subnav-content9").hide();

                              }

                              );
        </script>

　　

到此，大功告成。

4.打造普通模式（小白模式）

 当然，有时候你可能希望更多的控制，例如插入表格）

这里使用Tinymce集成Mathjax实现，其中，这里使用一个插件：https://github.com/dimakorotkov/tinymce-mathjax

代码里，扩展了Tinymce菜单的定制。

默认这个插件提供的弹窗太小，可以放大，修改后代码如下：

tinymce.PluginManager.add('mathjax', function(editor, url) {

  // plugin configuration options
  let mathjaxClassName = editor.settings.mathjax.className || "math-tex";
  let mathjaxTempClassName = mathjaxClassName + '-original';


  mathjaxSymbols = editor.settings.mathjax.symbols || { start: '\(', end: '\) ' };


  let mathjaxUrl = editor.settings.mathjax.lib || null;
  let mathjaxConfigUrl = (editor.settings.mathjax.configUrl || url + '/config.js') + '?class=' + mathjaxTempClassName;
  let mathjaxScripts = [mathjaxConfigUrl];
  if (mathjaxUrl) {
    mathjaxScripts.push(mathjaxUrl);
  }

  // load mathjax and its config on editor init
  editor.on('init', function () {
    for (let i = 0; i < mathjaxScripts.length; i++) {
      let id = editor.dom.uniqueId();
      let script = editor.dom.create('script', {id: id, type: 'text/javascript', src: mathjaxScripts[i]});
      editor.getDoc().getElementsByTagName('head')[0].appendChild(script); 
    }
  });

  // remove extra tags on get content
  editor.on('GetContent', function (e) {
    let div = editor.dom.create('div');
    div.innerHTML = e.content;
    let elements = div.querySelectorAll('.' + mathjaxClassName);
    for (let i = 0; i < elements.length; i++) {
      let children = elements[i].querySelectorAll('span');
      for (let j = 0; j < children.length; j++) {
        children[j].remove();
      }
      let latex = elements[i].getAttribute('data-latex');
      elements[i].removeAttribute('contenteditable');
      elements[i].removeAttribute('style');
      elements[i].removeAttribute('data-latex');
      elements[i].innerHTML = latex;
    }
    e.content = div.innerHTML;
  });

  let checkElement = function(element) {
    if (element.childNodes.length != 2) {
      element.setAttribute('contenteditable', false);
      element.style.cursor = 'pointer';
      let latex = element.getAttribute('data-latex') || element.innerHTML;
      element.setAttribute('data-latex', latex);
      element.innerHTML = '';

      let math = editor.dom.create('span');
      math.innerHTML = latex;
      math.classList.add(mathjaxTempClassName);
      element.appendChild(math);

      let dummy = editor.dom.create('span');
      dummy.classList.add('dummy');
      dummy.innerHTML = 'dummy';
      dummy.setAttribute('hidden', 'hidden');
      element.appendChild(dummy);
    }
  };

  // add dummy tag on set content
  editor.on('BeforeSetContent', function (e) {
    let div = editor.dom.create('div');
    div.innerHTML = e.content;
    let elements = div.querySelectorAll('.' + mathjaxClassName);
    for (let i = 0 ; i < elements.length; i++) {
      checkElement(elements[i]);
    }
    e.content = div.innerHTML;
       
  });

  // refresh mathjax on set content
  editor.on('SetContent', function(e) {
    if (editor.getDoc().defaultView.MathJax) {
      editor.getDoc().defaultView.MathJax.startup.getComponents();
      editor.getDoc().defaultView.MathJax.typeset(); 
    }
  });

  // add button to tinimce
  editor.ui.registry.addButton('插入公式', {
    text: '插入公式',
    tooltip: '插入公式',
    onAction: function () {
        openMathjaxEditor();

       
    }
  });

  // handle click on existing
  editor.on("click", function (e) {
    let closest = e.target.closest('.' + mathjaxClassName);
    if (closest) { 
      openMathjaxEditor(closest);
    }
  });






  // open window with editor
  let openMathjaxEditor = function(target) {
     
    let mathjaxId = editor.dom.uniqueId();
    
    let latex = '';
    if (target) {
      latex_attribute = target.getAttribute('data-latex');
      if (latex_attribute.length >= (mathjaxSymbols.start + mathjaxSymbols.end).length) {
        latex = latex_attribute.substr(mathjaxSymbols.start.length, latex_attribute.length - (mathjaxSymbols.start + mathjaxSymbols.end).length);
      }
    }
  

    // show new window
    editor.windowManager.open({
        title: 'Mathjax',
        size: 'medium',
        body: {
         type: 'panel',
         items: [
             {
                 type: 'htmlpanel',
                 html: '<div > <input onclick=changesybol() type=checkbox id=cb_br name=cb_br>换行 <a href="https://www.cnblogs.com/mqingqing123/p/12063096.html" target="blank" >LaTex说明</a>   <a href="http://www.dotnetcms.org" target="blank" >启明星官网</a> <style>.tox-textarea{height:150px !important;  border-radius:0px;}</style> </div>'
             },
            {
            type: 'textarea',
            name: 'title' 
            },
             {
                type: 'htmlpanel',
                html: '<iframe id="' + mathjaxId + '" style="98%; min-height: 50px;    "  ></iframe>'
            }
         ]
      },

      buttons: [{ type: 'submit', text: '确定' }],

      onSubmit: function onsubmit(api) {
        let value = api.getData().title.trim();
        if (target) {
          target.innerHTML = '';
          target.setAttribute('data-latex', getMathText(value));
          checkElement(target);
        } else {
          let newElement = editor.getDoc().createElement('span');
          newElement.innerHTML = getMathText(value);
          newElement.classList.add(mathjaxClassName);
          checkElement(newElement);
          editor.insertContent(newElement.outerHTML);
        }
        editor.getDoc().defaultView.MathJax.startup.getComponents();
        editor.getDoc().defaultView.MathJax.typeset();
        api.close();
      },
      onChange: function(api) {
        var value = api.getData().title.trim();
        if (value != latex) {
          refreshDialogMathjax(value, document.getElementById(mathjaxId));
          latex = value;
        }
      },
      initialData: {title: latex}
    });
 
    if (mathjaxSymbols.start == "\(") { 
        document.getElementById("cb_br").checked = false;
    }
    else {
        document.getElementById("cb_br").checked = true;
    }
  

   

    // add scripts to iframe
    let iframe = document.getElementById(mathjaxId);

    let iframeWindow = iframe.contentWindow || iframe.contentDocument.document || iframe.contentDocument;
    let iframeDocument = iframeWindow.document;
    let iframeHead = iframeDocument.getElementsByTagName('head')[0];
    let iframeBody = iframeDocument.getElementsByTagName('body')[0];
  
    // get latex for mathjax from simple text
    let getMathText = function (value, symbols) {
      if (!symbols) {
        symbols = mathjaxSymbols;
      }
     
      return symbols.start + ' ' + value + ' ' + symbols.end ;
    };

    // refresh latex in mathjax iframe
    let refreshDialogMathjax = function(latex) {
      let MathJax = iframeWindow.MathJax;
      let div = iframeBody.querySelector('div');
      if (!div) {
        div = iframeDocument.createElement('div');
        div.classList.add(mathjaxTempClassName);
        iframeBody.appendChild(div);
      }
      div.innerHTML = getMathText(latex, {start: '$$', end: '$$'});
      if (MathJax && MathJax.startup) {
        MathJax.startup.getComponents();
        MathJax.typeset();
      }
    };
    refreshDialogMathjax(latex);

    // add scripts for dialog iframe
    for (let i = 0; i < mathjaxScripts.length; i++) {
      let node = iframeWindow.document.createElement('script');
      node.src = mathjaxScripts[i];
      node.type = 'text/javascript';
      node.async = false;
      node.charset = 'utf-8';
      iframeHead.appendChild(node);
    }

  };
});



function changesybol() {
    if (document.getElementById("cb_br").checked) {
        mathjaxSymbols = { start: '\[', end: '\] ' };
    }
    else {
        mathjaxSymbols = { start: '\(', end: '\) ' };
    }


}

　　

这样，这个系统核心就完成了。

在线体验  http://demo.dotnetcms.org/math