lshort笔记：LaTeX 的基本概念（一）

本文内容来自一份 (不太) 简短的 LATEX2ε 介绍。

本章对 TeX 与 LaTeX 的基本概念和整体结构作了简要介绍。首先说明了 TeX 与 LaTeX 的来源和优缺点。随后通过一个简单的 Hello, World 示例，展示了 LaTeX 文档的基本组成形式。

在此基础上，进一步介绍了 LaTeX 中的命令与环境，以及源代码在逻辑和结构上的组织方式。同时，对文档类与宏包的作用进行了说明，并列举了 LaTeX 编译过程中涉及的常见文件类型与文件组织方式。最后，对 TeX / LaTeX 中常见的术语和相关概念进行了集中说明。

本章旨在帮助读者对 LaTeX 建立整体性的认识，为后续章节中更深入的排版细节与宏包使用奠定基础。

概述

$\TeX{}$

$\TeX{}$是高德纳 (Donald E.~Knuth)为排版文字和数学公式而开发的软件。

$\LaTeX{}$

$\LaTeX{}$ 是一种使用 $\TeX{}$ 程序作为排版引擎的格式，可以粗略地将它理解成是对 $\TeX{}$ 的一层封装。 $\LaTeX{}$ 最初的设计目标是分离内容与格式，以便作者能够专注于内容创作而非版式设计，并能以此得到高质量排版的作品。$\LaTeX{}$ 起初由 Leslie Lamport 博士开发，目前由 $\LaTeX{}$ 工作组¹进行维护。

$\LaTeX{}$ 的优缺点

优点：

• 好看。
• 具有方便而强大的数学公式排版能力。
• 用户只需专注于组织文档结构的基础命令，无需操心文档的版面设计。
• 容易生成复杂的专业排版元素，如脚注、交叉引用、参考文献、目录等。
• 强大的可扩展性。数以千计的 $\LaTeX{}$ 宏包用于补充和扩展 $\LaTeX{}$ 的功能。
• 能够促使用户写出结构良好的文档。
• $\LaTeX{}$ 和 $\TeX{}$ 及相关软件是跨平台、免费、开源的。

缺点：

• 入门门槛高。
• 不容易排查错误。
• 不容易定制样式。
• 相比“所见即所得”的模式需要编译查看文档效果。

Hello, World

\documentclass{article}
\begin{document}
``Hello world!'' from \LaTeX.
\end{document}

这里首先介绍如何编译使用这份源代码，在后续小节中再介绍源代码的细节。可以将这份源代码保存为 helloworld.tex，而后编译。具体来说:

• 如果使用 TeXworks 或 TeXstudio 等编辑器，可以使用编辑器提供的“编译”或“排版”按钮。建议使用 pdfLaTeX 或 XeLaTeX 作为默认的编译方式。

• 如果使用命令行方式进行编译，打开终端，在源代码所在的目录下输入：

  pdflatex helloworld
  

  或者

  xelatex helloworld
  

  如果编译成功，可以在 helloworld.tex 所在目录看到生成的 helloworld.pdf 以及一些其它文件。

下面是排版中文的一个最简示例。编译的方式与上一份源代码相同，但需使用 XeLaTeX 编译方式。

\documentclass{ctexart}
\begin{document}
“你好，世界！”来自\LaTeX{} 的问候。
\end{document}

$\LaTeX{}$ 命令和代码结构

$\LaTeX{}$ 的源代码为文本文件。这些文本除了文字本身，还包括各种命令，用在排版公式、划分文档结构、控制样式等等不同的地方。

$\LaTeX{}$ 命令和环境

$\LaTeX{}$ 中命令以反斜线 \ 开头，为以下两种形式之一：

• 反斜线和后面的一串字母，如 \{LaTeX}。它们以任意非字母符号（空格、数字、标点等）为界限。

• 反斜线和后面的单个非字母符号，如 \$。

注意 $\LaTeX{}$ 命令对大小写敏感，比如输入 \{LaTeX} 命令可生成错落有致的 $\LaTeX{}$ 字母组合，但输入 \{Latex} 或 \{LaTex} 什么都得不到，还会报错。

字母形式的 $\LaTeX{}$ 命令忽略其后的所有连续空格。如果要人为引入空格，需要在命令后面加一对花括号阻止其忽略空格:

一些 $\LaTeX{}$ 命令可以接收一些参数，参数的内容会影响命令的效果。$\LaTeX{}$ 的参数分为可选参数和必选参数。可选参数以方括号 [ ] 包裹；必选参数一般以花括号 { } 包裹²。还有些命令可以带一个星号 *，带星号和不带星号的命令效果有一定差异。初次接触这些概念时，可以粗略地把星号看作一种特殊的可选参数。

$\LaTeX{}$ 中还包括环境，用以令一些效果在局部生效，或是生成特殊的文档元素。$\LaTeX{}$ 环境的用法为一对命令 \begin 和 \end：

\begin{<environment name>}[<optional arguments>]{<mandatory arguments>}
...
\end{<environment name>}

有些命令（如 \bfseries）会对其后所有内容产生作用。若要限制其作用范围，则需要使用分组。$\LaTeX{}$ 使用一对花括号{ } 作为分组，在分组中使用的命令被限制在分组内，不会影响到分组外的内容³。上文提到的环境隐含了一个分组，在环境中的命令被包裹在分组内。

$\LaTeX{}$ 源代码结构

$\LaTeX{}$ 源代码以一个 \{documentclass} 命令作为开头，它指定了文档使用的文档类。document 环境当中的内容是文档正文。 在 \documentclass 和 \begin{document} 之间的位置称为导言区。 在导言区中常会使用 \usepackage{} 命令调用宏包，还会进行文档的全局设置。

\documentclass{...}  % ... 为某文档类
% 导言区
\usepackage{comment}
\begin{document}
% 正文内容
\end{document}
% 此后内容会被忽略

$\LaTeX{}$ 宏包和文档类

文档类

文档类规定了 $\LaTeX{}$ 源代码所要生成的文档的性质——普通文章、书籍、演示文稿、个人简历等。$\LaTeX{}$ 源代码的开头须用\documentclass指定文档类： \documentclass[<options>]{<class-name>} 其中<class-name>为文档类的名称，如 $\LaTeX{}$ 提供的 article、report、book，在其基础上派生的一些文档类，如支持中文排版的 ctexart、ctexrep、ctexbook，或者有其它功能的文档类，如 moderncv、beamer 等。$\LaTeX{}$ 提供的基础文档类见下表，其中前三个习惯上称为“标准文档类”。

可选参数 <options> 为文档类指定选项，以全局地规定一些排版的参数，如字号、纸张大小、单双面等等。比如调用 article 文档类排版文章，指定纸张为 A4 大小，基本字号为 11pt，双面排版： \documentclass[11pt,twoside,a4paper]{article}

$\LaTeX{}$ 的三个标准文档类可指定的选项包括：

宏包

在使用 $\LaTeX{}$ 时，时常需要依赖一些扩展来增强或补充 $\LaTeX{}$ 的功能，比如排版复杂的表格、插入图片、增加颜色甚至超链接等等。这些扩展称为宏包。调用宏包的方法类似调用文档类的方法： \usepackage[<options>]{<package-name>}

\usepackage可以一次性调用多个宏包，在 <package-name> 中用逗号隔开。这种用法一般不要指定选项⁴。

% 一次性调用三个排版表格常用的宏包
\usepackage{tabularx, makecell, multirow}

在使用宏包和文档类之前，一定要首先确认它们是否安装在你的计算机中，否则 \usepackage等命令会报错误。

宏包（包括前面所说的文档类）可能定义了许多命令和环境，或者修改了 $\LaTeX{}$ 已有的命令和环境。它们的用法说明记在相应宏包和文档类的帮助文档。在 Windows 命令提示符或者 Linux 终端下输入命令可查阅相应文档：

texdoc <pkg-name>

其中 <pkg-name}> 是宏包或者文档类的名称。

$\LaTeX{}$ 用到的文件一览

除了源代码文件 .tex 以外，使用 $\LaTeX{}$ 时还可能接触到各种格式的文件。本节简单介绍一下经常见到的文件。

每个宏包和文档类都是带特定扩展名的文件，除此之外也有一些文件出现于 $\LaTeX{}$ 模板中：

在编译过程中可能会生成相当多的辅助文件和日志。一些功能如交叉引用、参考文献、目录、索引等，需要先通过编译生成辅助文件，然后再次编译时读入辅助文件得到正确的结果，所以复杂的源代码可能要编译多次。

文件的组织方式

当编写长篇文档时，例如当编写书籍、毕业论文时，单个源文件会使修改、校对变得十分困难。将源文件分割成若干个文件，例如将每章内容单独写在一个文件中，会大大简化修改和校对的工作。 $\LaTeX{}$ 提供了命令 \include 用来在源代码里插入文件：

\include{<filename>}

<filename> 为文件名（不带 .tex 扩展名）⁵，如果和要编译的主文件不在一个目录中，则要加上相对或绝对路径，例如：

\include{chapters/file} % 相对路径
\include{/home/Bob/file} % *nix（包含 Linux、macOS）绝对路径
\include{D:/file} % Windows 绝对路径，用正斜线

值得注意的是 \include 在读入之前会另起一页。有的时候我们并不需要这样，而是用\input 命令，它纯粹是把文件里的内容插入：

\input{<filename>}

当导言区内容较多时，常常将其单独放置在一个 .tex 文件中，再用 \input 命令插入。复杂的图、表、代码等也会用类似的手段处理。

$\LaTeX{}$ 还提供了一个 \includeonly 命令来组织文件，用于导言区，指定只载入某些文件。导言区使用了 \includeonly 后，正文中不在其列表范围的 \include 命令不会起效：

\includeonly{<filename1>,<filename2>,...}

需要注意的是，使用 \include 和 \input 命令载入的文件名最好不要加空格和特殊字符，也尽量避免使用中文名，否则很可能会出错。

最后介绍一个实用的工具宏包syntonly。加载这个宏包后，在导言区使用 \syntaxonly 命令，可令编译后不生成 DVI 或者 PDF 文档，只排查错误，编译速度会快不少：

\usepackage{syntonly}
\syntaxonly

如果想生成文档，则用 % 注释掉 \syntaxonly 命令即可。

$\LaTeX{}$ 和 $\TeX{}$ 相关的术语和概念

在本章的最后有必要澄清几个概念：

• 引擎 全称为排版引擎，是编译源代码并生成文档的程序，如 pdfTeX、XeTeX等 。有时也称为编译器。
• 格式 是定义了一组命令的代码集（类似于库函数）。$\LaTeX{}$ 就是最广泛应用的一个格式，高德纳本人还编写了一个简单的 plain TeX 格式，没有定义诸如 \documentclass 和 \section 等命令。
• 编译命令 是实际调用的、结合了引擎和格式的命令。如 xelatex 命令是结合 XeTeX引擎和 $\LaTeX{}$ 格式的一个编译命令（类似于编译并链接库函数的过程）。

常见的引擎、格式和编译命令的关系总结于下表。

latex 编译命令和 $\LaTeX{}$ 格式往往容易混淆，在讨论关于 $\LaTeX{}$ 的时候需要明确。

在此介绍一下几个编译命令的基本特点：