LaTeX教程——排版篇

本篇博文主要介绍LaTeX的基础知识，包括基础概念、排版格式等方面，希望能对LaTeX的整个工作框架进行大致的介绍和总结。
注：本系列博客（包括排版篇和数学公式篇）主要参阅

基本概念

起源

LaTeX的前身为TeX，TeX是计算机科学家高德纳教授为了排版其书籍而编写的排版语言，在20 世纪80 年代初由Leslie Lamport 博士进行改进、简化，演变成了我们现在使用的LaTeX。
LaTeX本质是一种排版语言，用于生成高质量的打印文件。其不同于“所见即所得”的排版工具（如word），而是将格式通过命令语句的形式嵌入在文本中，经由LaTeX排版引擎，根据我们的命令来生成对应格式的可打印文件（即pdf文件）。
LaTeX最大的优点：内容和格式分离，我们在书写内容时无需关心排版，只需指定好我们想要的格式，而具体如何实现这些格式则由LaTeX排版引擎全权负责，从而大大减轻了内容编写者的排版负担（因此可以认为LaTeX是一种“所想即所得”的排版语言）。

常见的LaTeX发行版

TeX Live：最常使用的LaTeX发行版（Mac系统下叫Mac Tex），是TeX User Group出品的跨平台发行版，各个操作系统都可以使用。
CTeX：已经很不常用了，不推荐。

TeX编译器

即LaTeX发行版中的LaTeX编译程序（用于将LaTeX源代码文件转换为pdf文件），主要包含以下两种：

XeLaTeX：常用，对非拉丁文的字体支持较好，推荐使用。
PDFLaTeX：较不常用。

LaTeX命令

命令格式：\command_name[可选参数]{必须参数}，如果有多个参数则通过,连接。
定义新命令
\newcommand{\new_name}{\old_name}：本质是字符串替换，LaTeX会将代码中所有\new_name替换为old_name来解释。

模版/文档类

导入模版即为代码中的\documentclass{xxx}命令（一般在代码首行指定），其决定了整篇文章的排版风格。
通常我们只需要导入别人预先设定的模版（eg. \documentclass{article}），即可将我们写的内容转化为特定的格式，非常方便。

为LaTeX添加自定义模版

模版的实现形式为.cls文件（stands for class），外加一些额外文件（如.sty等）。
添加模版有两种方式：1. 直接将.cls文件放入到当前工作目录下，但是这样每次使用都要添加文件，较繁琐；2. 将.cls文件放入LaTeX的模版目录下，这样就可以直接使用了。
方式：将模版文件夹放入/usr/local/texlive/texmf-local/tex/latex/local目录中即可。
注1：添加完模版后需使用$ sudo texhash更新LaTeX模版库。
注3：文件夹名字不重要，导入包时指定的是.cls文件的名字，XeLaTeX会根据包名去找对应的.cls文件。
注2：MacTex安装目录：/usr/local/texlive，系统模版存放目录/usr/local/texlive/2018/texmf-dist/tex/latex。

宏包/宏集

所谓宏包，就是一系列LaTeX命令的合集，即将一些常用的LaTeX命令整理到一起，使用一行代码统一导入，对应到代码中即为\usepackage{xxx}。

中英混排

为了实现中英混排，我们最常使用的宏包为ctex，其和XeLaTeX兼容性较好，直接在导言区导入\usepackage{ctex}即可。或者通过文档类来实现：\documentclass[UTF8]{ctexart}。

注1：此ctex非上文提到的CTeX发行版，前者是一个实现中英混排的宏包，后者则是一个过时的LaTeX发行版。
注2：使用ctex宏包后原先模版的样式可能会发生变化（如字体、行间距等），要留意。
注3：实现中英混排的宏包还有CJK，但是已经过时了，不推荐使用！

书写LaTeX的一些建议

尽量追求内容与格式分离，在document环境内避免直接使用诸如字体字号、对齐缩进的格式控制命令，而将具有相同特点的格式归为一类统一设置（如定义一种新的环境或命令），以此让文档变得清晰和易于维护。
推荐的写作模式：先写提纲，再写正文。提纲即目录标题，代表着文章的主体架构，写好提纲后再向提纲里填充内容。

排版格式

LaTeX一般分为导言区（preamble）和正文（document）两部分，导言区用来对文档的性质做一些设置，正文则用来书写文章的内容。

标题

生成标题一般分为两步：1、声明标题内容，2、输出标题。

声明标题内容：通常包括标题、作者、日期三部分，这部分一般放在导言区声明。

1
2
3

\title{这是一个标题} 
\author{张三 \\ xxx大学 \and 李四 \\ xxx研究所} % \\表示换行，多位作者用\and 分隔
\date{\today} % 不写date即默认为\today

输出标题：\maketitle，将前面声明的标题内容输出，一般是documnet环境后面的第一行命令。

注：可使用\titlepage和\notitlepage来控制标题是否单独成页。

划分章节

LaTeX默认的章节层次如下：

注：文章结构的划分要基于文章题材，如对于书籍题材，最高层就是从part/chapter开始的，表示第几部分/第几章；而对于文章题材，则是从\section开始的，表示节，即1.x/2.x中的一级标题，二级标题对应\subsection，三级标题对应\subsubsection。
对于\paragraph{段落名}则不再编号，段落名仅仅出现在段前作为一种标识。
\section*{xxx}：命令带星号表示不编号，也不放在目录。

章节编号

LaTeX默认的可编号层次数为3，因此对于最高chapter的文章，最多编号到subsection；对于最高为section的文章，则编号到subsubsection。
可编号的层次数由secnumdepth计数器控制，可在导言区进行修改\setcounter{secnumdepth}{4}。也不推荐设得太深，否则会使文章结构太复杂。

多文件编译

对于大型文档来说，如果将所有内容都放到一个TeX源文件中，会很不方便检索和管理，因此更好的方式是将文档按逻辑层次（如章节）划分为多个TeX源文件中，最后再组合起来一起编译。

include命令

LaTeX提供了\include{文件名}命令来在一个文件中导入另一个文件的内容，命令前后会使用clear(double)page来另起新页。
使用\include命令的一个特别的便利：可以方便地修改主文件几行代码，来只编译特定的几章文件。虽然可以通过手动注释的方式来实现，但更推荐的是在导言区使用\includeonly{文件1, 文件2...}命令，只有在列出的文件才会被编译，而且如果之前编译过一次整体文档，单独编译时原先的章节编号、交叉引用等还会保持不变。

input命令

\input{文件名}命令是比\include更一般的导入命令，其直接把源文件的内容复制到对应文件中，而不做任何修改（比如就没有\clearpage操作）。

盒子与工作模式

盒子（box）是LaTeX中基本的工作单位，字符、文字、表格、图片等等，本质都是盒子，一行小盒子组成了一个大盒子行（组字成行），多个盒子行就组成了一页（组行成页）。
LaTeX可以处在不同的工作模式下，在不同的工作模式下产生不同的盒子。最基本的模式的水平模式（如在组字成行的时候）和垂直模式（如在组行成页的时候），水平模式下把小盒子水平排列组成大盒子，垂直模式下把小盒子垂直排列组成大盒子；此外还有更为复杂的数学模式，此时时小盒子会构成复杂的数学结构。通常TEX会根据内容自动切换不同的模式，完成这些复杂的工作；不过也可以使用命令进入指定的模式生成盒子。
水平盒子：\mbox{内容}，盒子中的内容为水平排列，其最大的作用是使盒子中的内容成为一个整体，不可分行分段。
带方框的盒子：\fbox{内容}，除了周围有方框围着，其余和水平盒子一样。
垂直盒子/子段盒子：\parbox{宽度}{内容}，盒子中内容为垂直排列，先水平排列，超出宽度后自动换行。注：宽度为必须参数（推荐以em为单位）。

环境

环境为LaTeX中的一种分组方式，其将某些同类的内容划分为一个分组，以对分组中的内容统一进行排版设置。
通常的格式：begin{环境名}...end{环境名}。

引用环境

引用：\begin{quote}和\end{quote} 扩起来的部分。
它将环境中的内容单独分行，增加缩进和上下间距排印，以突出引用的部分。
注：quote环境并不改变引用部分的字体，因此为了突出还需要手动设置字体，如在环境内设置\zihao{-5}\kaishu，这种语句称为声明（declaration），其作用范围是整个分组（group），一个环境也是一个分组。

列表环境

LaTeX提供了三种列表环境：编号的enumerate，不编号的itemize，使用关键字的description
列表中的列表项使用\item命令来生成。
列表示例如下：

定理环境

定理类环境是LaTeX中一个重要的文本环境，其用来产生一个特定格式的带标题、编号的文本。效果如下：

\newtheroem{thm}{定理}[chapter] % 通常在导言区，thm：定理名，定理：标题，chapter：按章来编号
\begin{thm}[勾股定理] % 勾股定理：可选参数，表示定理名
直角三角形两腰的平方和等于斜边的平方
\end{thm}

抄录环境

用于原文本输出内容，不做任何转义操作，英文为vervatim，即逐字。用于书写程序代码等很有用。

单行抄录：\verb<符号><内容><符号>，两端的符号没有要求，只需保持一样即可。
多行抄录：\begin{verbitam} \end{verbitam}

带语法高亮的抄录环境：使用listings包

% 导言区使用 \usepackage{listings}
\lstset{
  flexiblecolumns, % 设置非等宽显示，更加美观
  frame=single,   % 设置代码区周围加边框
  showstringspaces=false % 设置空格正常显示，而不显示为特殊字符“␣”
  } 
\begin{lstlisting}[language=python]
...
\end{lstlisting}

脚注和边注

脚注：\footnote{脚注内容}，脚标会自动编号，直接加在前面正文的上方，脚注内容则会出现在页面底部。
边注：\marginpar{边注内容}，边注会加在页面边上，且不编号。边注默认出现在右边，字体和正文保持一致。可通过\reversemarginpar改变边注出现的位置，nomalmarginpar恢复位置。

文字与符号

符号-，除了表示数学中的减号，在正文中也有许多其他作用：
一个-：表示连字符，$X-ray$
两个--：表示数字范围，$范围是1–2$
三个---：表示破折号，$A punctuation dash—like this$
根据英文的写作标准，括号两边要加空格与文字分开。而对于中文来说，中文宏包直接就做了字符间距的设置，因此无需担心。
省略号的写法：\dots 或 \ldots，两者是等价的。

空格与换行

文本中空格起到分隔单词的作用，连续多个空格并不会增大间距，也只会被解释为一个空格。
只有字符后面的空格才是有效的，每行最前面的空格会被LaTeX忽略（段前缩紧的工作由LaTeX自动完成）。
在正文中，单个回车也会被解释为空格，连续两个回车才会被解释为换行；换行还可以以通过命令\\来实现。
对于以字母命名的命令，后面需要加空格以和其他文本分开。Happy \TeX ing——正确，Happy \TeX ing——编译器报错。

各种长度单位

LaTeX常用的长度单位有：

pt: point，欧美常用的排版长度单位，称为磅；
in: inch英寸，1 in = 72.27pt
cm: 2.54cm = 1 in
mm: 毫米
em：当前字号对应的长度
一些产生水平间距的命令：

注：\!表示负距离，即缩短后一个符号与前一个的符号的间距。

字体

我们常说的字体，通常包含如下属性：字号（字体大小）、字体族（字体类型）、字体形状（直立、倾斜等）和字体系列（字体粗细、宽度等）。
注：下面的命令都是用来改变整个环境的字体的，如果想让命令只作用于某段内容，只需{\command 内容}括起来即可（即手动标记了一个环境）。

字体族

指一组风格相似，始于一起使用的成套字体。预定义的有三种字体族：

字体族	命令
罗马字体族（roman family）	`\rmfamily`
无衬线字体族（sanserif family）	`\sffamily`
打字机字体族（typewritter family）	`\ttfamily`

字体形状

预定义命令的字体形状有4种，直立形状（upright shape，也称为roman shape）、意大利形状（italic shape）、倾斜形状（slanted shape）、小型大写形状（small capitals shape）

字体形状	命令
直立形状	`\upshape`
意大利形状	`\itshape`
倾斜形状	`\slshape`
小型大写形状	`\scshape`

注：正文默认使用直立字体形状。注意其中倾斜形状和意大利形状的区别，我们通常所说的“斜体”往往是指意大利形状，而倾斜形状一般用在标题、参考文献中。

字体系列

有中等（medium）和加宽加粗（extended bold）两种：

字体系列	命令
中等	`\textmd{}`
加宽加粗	`\textbg{}`

总结：
字体的这三个性质有如三维坐标，同一维度不可重叠，而不同维度则可以叠加，确定字体的样式。字体性质总结如下：

中文字体

ctex宏包实现了不同的中文字体族，常用的如下：

字体族	命令
宋体	`\songti`
仿宋	`\fangsong`
黑体	`\heiti`
楷书	`\kaishu`

在ctex宏包下，默认字体为宋体，加粗为黑体显示，斜体即为意大利体。
如果对单独某些文字加粗，可使用如下命令\textbf{加粗}，斜体/意大利体：\textit{斜体}

字号

LaTeX提供了以下几种字号命令，效果如下：

上述命令对中文同样适用，但有时为了明确字号，也可用ctex宏包提供的\zihao命令，效果如下：

杂七杂八

超链接

超链接用于页面的跳转，常用的宏包为hyperref，只需导入其就会在文献引用、目录跳转、交叉引用等处自动生成可跳转的超链接。
设置命令：\hypersetup{colorlinks=true}，超链接用红色表示（否则会在其外面加边框）。

插图

命令：\usepackage{graphics}包+figure环境，代码如下图所示：

\begin{figure}[ht] % 对图片进行浮动显示，h-here，t-top；图片会自动生成编号
 \centering % 图片居中显示
 \includegraphics[scale=0.6]{xiantu.pdf} % 导入图片（当前目录的相对路径）
 \caption{宋赵爽在《周髀算经》注中作的弦图（仿制），该图给出了勾股定理
 的一个极具对称美的证明。} % 为图片生成标题以及编号
 \label{fig:xiantu} % 为图片赋予标号，方便后期引用
\end{figure}

表格

命令：\begin{table}环境+\begin{tabular}导入表格，

\begin{table}[ht] % 设置浮动环境
  \begin{tabular}{|rrr|} % 产生表格，r：右对齐，三个r：总共三列，|：在两边生成竖线
    \hline % 生成直线
    直角边$a$ & 直角边$b$ & 斜边$c$ \\ % \\表示换行
    \hline 
    3 & 4 & 5 \\
    5 & 12 & 13 \\
    \hline
  \end{tabular}
  \qquad % \qquad：产生2em宽的空格
  ($a^2 + b^2 = c^2$)  
\end{table}

页面尺寸

改变页面尺寸：geometry宏包

1 2	\usepackage{geometry} \geometry{a6paper,centering,scale=0.8} % 使用A6纸，版心居中，长宽各占页面的0.8倍

改变标题格式

改变图片、表格的标题，使用caption宏包，\usepackage[format=hang,font=small,textfont=it]{caption}

\clearpage和\cleardoublepage：用于填充空包另起一页，后者用于双面文档中（对于奇数页多添一页空白，使新一页也在奇数页）

Post Date： 2018-01-19