06_LaTeX之特色工具和功能

news/2025/1/30 8:46:47/文章来源:https://www.cnblogs.com/Invinc-Z/p/18692989

06_$\LaTeX{}$ 之特色工具和功能

06_$\LaTeX{}$ 之特色工具和功能
- 参考文献和 $\texttt{BibTeX}$ 工具
  - 基本的参考文献和引用
  - $\texttt{BibTeX}$ 数据库
  - $\texttt{BibTeX}$ 样式
  - 使用 $\texttt{BibTeX}$ 排版参考文献
  - $\texttt{natbib}$ 宏包
  - $\texttt{biblatex}$ 宏包
    - 文档结构和 biblatex 相关命令
    - 编译方式
    - biblatex 样式和其它选项
- 索引和 $\textrm{makeindex}$ 工具
  - 使用 $\textrm{makeindex}$ 工具的方法
  - 索引项的写法
- 使用颜色
  - 颜色的表达方式
  - 带颜色的文本和盒子
- 使用超链接
  - hyperref 宏包
  - 超链接
  - PDF 书签
  - PDF 文档属性

本文主体内容来自一份 (不太) 简短的 LATEX2ε 介绍。

本文介绍一些特色的 $\LaTeX{}$ 辅助功能。前两个功能 $\texttt{BibTeX}$ 和 $\texttt{makeindex}$ 依靠一些辅助程序自动生成参考文献、索引等；之后的使用颜色、超链接等则令我们生成美观易用的电子文档。

参考文献和 $\texttt{BibTeX}$ 工具

基本的参考文献和引用

$\LaTeX{}$ 提供的参考文献和引用方式比较原始，需要用户自行书写参考文献列表（包括格式），因此较难直接使用。相关的命令只作最简单的介绍。

$\LaTeX{}$ 提供了最基本的 \cite 命令用于在正文中引用参考文献：

\cite{<citation>}

<citation> 为引用的参考文献的标签，类似 \ref 里的参数；\cite带一个可选参数，为引用的编号后加上额外的内容，如 \cite[page 22]{Paper2013} 可能得到形如 [13, page 22] 这样的引用。

参考文献由 $\texttt{thebibliography}$ 环境包裹。每条参考文献由 \bibitem 开头，其后是参考文献本身的内容：

\begin{thebibliography}{<widest label>}\bibitem[<item number>}{<citation>} ...
\end{thebibliography}

其中 <citation> 是 \cite 使用的文献标签，<item number> 自定义参考文献的序号，如果省略，则按自然排序给定序号。<widest label> 用以限制参考文献序号的宽度，如 99 意味着不超过两位数字。通常设定为与参考文献的数目一致。

在 $\texttt{article}$ 文档类，$\texttt{thebibliography}$ 环境自动生成不带编号的一节，标题默认为$\texttt{“References”}$；而在 $\texttt{report}$ 或 $\texttt{book}$ 文档类中，则会生成不带编号的一章，标题默认为$\texttt{“Bibliography”}$。

以下为一个使用 $\texttt{thebibliography}$ 排版参考文献的例子：

\documentclass{article}
\begin{document}
\section{Introduction}
Partl~\cite{germenTeX} has proposed that \ldots\begin{thebibliography}{99}
\bibitem{germenTeX} H.~Partl: \emph{German \TeX},TUGboat Volume~9, Issue~1 (1988)
\end{thebibliography}\end{document}

$\texttt{BibTeX}$ 数据库

$\texttt{BibTeX}$ 是最为流行的参考文献数据组织格式之一。它的出现让我们摆脱手写参考文献条目的麻烦。还可以通过参考文献样式的支持，让同一份 $\texttt{BibTeX}$ 数据库生成不同样式的参考文献列表。

$\texttt{BibTeX}$ 数据库以 $\texttt{.bib}$ 作为扩展名，其内容是若干个文献条目，每个条目的格式为：

其中 <type> 为文献的类别，如 $\texttt{article}$ 为学术论文，$\texttt{book}$ 为书籍，$\texttt{incollection}$ 为论文集中的某一篇，等等。<citation> 为 \cite 命令使用的文献标签。在<citation> 之后为条目里的各个字段，以 <key> = <value> 的形式组织。

在此简单列举学术论文里使用较多的 $\texttt{BibTeX}$ 文献条目类别：

$\texttt{article}$ 学术论文，必需字段有 $\textrm{author}$, $\textrm{title}$, $\textrm{journal}$, $\textrm{year}$; 可选字段包括 $\textrm{volume}$, $\textrm{number}$, $\textrm{pages}$, $\textrm{doi}$ 等；
$\texttt{book}$ 书籍，必需字段有 $\textrm{author/editor}$, $\textrm{title}$, $\textrm{publisher}$, $\textrm{publisher}$; 可选字段包括 $\textrm{volume/number}$, $\textrm{series}$, $\textrm{address}$ 等；
$\texttt{incollection}$ 论文集中的一篇，必需字段有 $\textrm{author}$, $\textrm{title}$, $\textrm{booktitle}$, $\textrm{publisher}$, $\textrm{publisher}$; 可选字段包括 $\textrm{editor}$, $\textrm{volume/number}$, $\textrm{chapter}$, $\textrm{pages}$, $\textrm{address}$ 等；
$\texttt{inbook}$ 书中的一章，必需字段有 $\textrm{author/editor}$, $\textrm{title}$, $\textrm{chapter/pages}$, $\textrm{publisher}$, $\textrm{year}$; 可选字段包括 $\textrm{volume/number}$, $\textrm{series}$, $\textrm{address}$ 等。

例如 $\texttt{article}$ 类别的参考文献数据条目写法如下：

@article{Alice13,title = {Demostration of bibliography items},author = {Alice Axford and Bob Birkin and Charlie Copper and Danny Dannford},year = {2013},month = {Mar},journal = {Journal of \TeX perts},volume = {36},number = {7},pages = {114-120}}

多数时候，我们无需自己手写 $\texttt{BibTeX}$ 文献条目。从 Google Scholar 或者期刊/数据库的网站上都能够导出 $\texttt{BibTeX}$文献条目，老牌的文献管理软件 EndNote 也支持生成 $\texttt{BibTeX}$ 格式的数据库。开源软件 JabRef 甚至支持 $\texttt{BibTeX}$ 文献条目的导入、导出和管理。

$\texttt{BibTeX}$ 样式

参考文献的写法在不同文献里千差万别，包括作者、标题、年份等各项的顺序和字体样式、文献在列表中的排序规则等。$\texttt{BibTeX}$ 用样式（$\texttt{style}$）来管理参考文献的写法。$\texttt{BibTeX}$ 提供了几个预定义的样式，如 $\texttt{plain}$, $\texttt{unsrt}$, $\texttt{alpha}$ 等。如果使用期刊模板的话，可能会提供自用的样式。样式文件以 $\texttt{.bst}$ 为扩展名。
使用样式文件的方法是在源代码内（一般在导言区）使用\bibliographystyle 命令：

\bibliographystyle{<bst-name>}

这里 <bst-name> 为 $\texttt{.bst}$ 样式文件的名称，不要带 $\texttt{.bst}$ 扩展名。

以上一小节给出的数据条目为例，使用 \bibliographystyle 命令选择不同的参考文献样式，效果大致如下表所示。

使用 $\texttt{BibTeX}$ 排版参考文献

现在我们来看如何利用 $\texttt{BibTeX}$ 数据库生成参考文献和引用。

第一步：准备一份 $\texttt{BibTeX}$ 数据库，假设数据库文件名为 $\texttt{books.bib}$，和 $\LaTeX{}$ 源代码一般位于同一个目录下。

第二步：在源代码中添加必要的命令。假设源代码名为 $\texttt{demo.tex}$（见下面的源代码）。

\documentclass{article}
\bibliographystyle{plain}
\begin{document}
\section{Some words}
Some excellent books, for example, \cite{citation1} and \cite{citation2} \ldots\bibliography{books}
\end{document}

首先需要使用命令 \bibliographystyle 设定参考文献的格式。
其次，在正文中引用参考文献。$\texttt{BibTeX}$ 程序在生成参考文献列表的时候，通常只列出用了 \cite 命令引用的那些。如果需要列出未被引用的文献，则需要\nocite{<citation>} 命令；而 \nocite{*} 则让所有未被引用的文献都列出。
再次，在需要列出参考文献的位置，使用\bibliography 命令代替 $\texttt{thebibliography}$ 环境：
```
\bibliography{<bib-name>}
```
其中<bib-name> 是 $\texttt{BibTeX}$ 数据库的文件名，不要带 $\texttt{.bib}$ 扩展名。

注意：\bibliographystyle 和 \bibliography 命令缺一不可，没有这两个命令，使用 $\texttt{BibTeX}$ 生成参考文献列表的时候会报错。

第三步：写好了以上两个文件之后，就可以开始编译了。

首先使用 $\texttt{pdflatex}$ 或 $\texttt{xelatex}$ 等命令编译 $\LaTeX{}$ 源代码 $\texttt{demo.tex}$；
接下来用 $\texttt{bibtex}$ 命令处理 $\texttt{demo.aux}$ 辅助文件记录的参考文献格式、引用条目等信息。$\texttt{bibtex}$ 命令处理完毕后会生成 $\texttt{demo.bbl}$ 文件，内容就是一个 \thebibliography 环境；
再使用 $\texttt{pdflatex}$ 或 $\texttt{xelatex}$ 等命令把源代码 $\texttt{demo.tex}$ 编译两遍，读入参考文献并正确生成引用。

整个过程使用的命令如下（可以略去扩展名）：

xelatex demo
bibtex demo
xelatex demo
xelatex demo

使用 $\texttt{latex + dvipdfmx}$ 命令编译时，则 $\texttt{dvipdfmx}$ 命令放在最后，相当于先后使用$\texttt{latex}$, $\texttt{bibtex}$, $\texttt{latex}$, $\texttt{latex}$, $\texttt{dvipdfmx}$。

$\texttt{natbib}$ 宏包

时下许多学术期刊比较喜欢使用人名——年份的引用方式，形如(${Axford~et~al.}, 2013$)。natbib 宏包提供了对这种“自然”引用方式的处理。

除了 \cite 之外，natbib 宏包在正文中支持两种引用方式：

\citep{<citation>} 
\citet{<citation>}

它们分别生成形如($Axford~et~al., 2013$) 和 $Axford~et~al. (2013)$ 的人名——年份引用。正确排版人名——年份引用还依赖于特定的 $\texttt{BibTeX}$ 样式。natbib 提供了与 $\LaTeX{}$ 预定义样式相对应的几个样式，包括 $\texttt{plainnat}$、$\texttt{abbrvnat}$ 和 $\texttt{unsrtnat}$。学术论文模板是否支持 natbib，需要参考其帮助文档。

natbib 宏包同样也支持数字引用，并且支持将引用的序号压缩，例如：

\usepackage[numbers,sort&compress]{natbib}

调用 natbib 宏包时指定以上选项后，连续引用多篇文献时，会生成形如 $(3-7)$ 的引用而不是 $(3, 4, 5, 6, 7)$。

natbib 宏包还有更多选项和用法，比如默认的引用是用小括号包裹的，可指定 $\texttt{square}$ 选项改为中括号；再比如 \citep 命令也支持可选参数，为引用前后都添加额外内容。这里不再赘述，请参考 natbib 宏包的帮助文档。

$\texttt{biblatex}$ 宏包

本节的末尾简单介绍一下基于 biblatex 宏包排版参考文献的方式。biblatex 宏包是一套基于 $\LaTeX{}$ 宏命令的参考文献解决方案，提供了便捷的格式控制和强大的排序、分类、筛选、多文献表等功能。biblatex 宏包也因其对 UTF-8 和中文参考文献的良好支持，被国内较多 $\LaTeX{}$ 模板采用。

基于 biblatex 宏包的方式与基于 $\texttt{BibTeX}$ 的传统方式有一定区别，下面从文档结构和命令、编译方式、样式选择等方面逐一介绍：

文档结构和 `biblatex` 相关命令

首先是在导言区调用 biblatex 宏包。宏包支持以 <key>=<value> 形式指定选项，包括参考文献样式 style、参考文献著录排序的规则 sorting 等。
接着在导言区使用 \addbibresource 命令为 biblatex 引入参考文献数据库。与基于 $\texttt{BibTeX}$ 的传统方式不同的是，这里需要写完整的文件名。
在正文中使用 \cite 命令引用参考文献。除此之外还可以使用丰富的命令达到不同的引用效果，如 \citeauthor 和 \citeyear 分别单独引用作者和年份，\textcite 和 \parencite 分别类似 natbib 宏包提供的 \citet 和 \citep 命令，以及脚注式引用 \footcite 等。
最后在需要排版参考文献的位置使用命令 \printbibliography。

编译方式

与基于 $\texttt{BibTeX}$ 的传统方式不同的是，biblatex 宏包使用 $\texttt{biber}$ 程序处理参考文献。因此上述文档的编译步骤为：

xelatex demo
biber demo
xelatex demo
xelatex demo

% File: egbibdata.bib
@book{caimin2006,title      = {UML基础和Rose建模教程},address    = {北京},author     = {蔡敏 and 徐慧慧 and 黄柄强},publisher  = {人民邮电出版社},year       = {2006},month      = {1}
}% File: demo.tex
\documentclass{ctexart}
% 使用符合 GB/T 7714-2015 规范的参考文献样式
\usepackage[style=gb7714-2015]{biblatex}
% 注意加 .bib 扩展名
\addbibresource{egbibdata.bib}\begin{document}见文献\cite{caimin2006}。\printbibliography
\end{document}

`biblatex` 样式和其它选项

biblatex 使用的参考文献样式分为著录样式（$\texttt{bibliography style}$）和引用样式（$\texttt{citation style}$），分别以 $\texttt{.bbx}$ 和 $\texttt{.cbx}$ 为扩展名。参考文献的样式在调用宏包时使用 $\texttt{style}$ 选项指定，或者使用 $\texttt{bibstyle}$ 或 $\texttt{citestyle}$ 分别指定：

% 同时调用 gb7714-2015.bbx 和 gb7714-2015.cbx
\usepackage[style=gb7714-2015]{biblatex}
% 著录样式调用 gb7714-2015.bbx，引用样式调用 biblatex 宏包自带的 authoryear
\usepackage[bibstyle=gb7714-2015,citestyle=authoryear]{biblatex}

以下总结一些常用的参考文献样式，除 biblatex 宏包自带的样式外，许多样式以单独的宏包在发行版内发布。

$\texttt{authoryear}$ biblatex自带样式，类似 natbib 默认的引用样式效果。
$\texttt{authortitle}$ biblatex自带样式，采用作者-题名（shorttitle 字段）的引用样式。
$\texttt{verbose}$ biblatex 自带样式，引用样式中包含作者、题名、书名、页码等字段的信息。
$\texttt{alphabetic}$ biblatex自带样式，著录样式与 $\texttt{BibTeX}$ 的 $\texttt{alpha}$ 样式类似。
$\texttt{trad-alpha}$ biblatex-trad 样式包，移植自 $\texttt{BibTeX}$ 默认的 $\texttt{alpha}$ 样式。另外还包括 $\texttt{trad-abbrv}$、$\texttt{trad-plain}$ 和 $\texttt{trad-unsrt}。
$\texttt{gb7714-2015}$ 符合中文文献著录标准 GB/T 7714---2015 的样式，著录按顺序编码排版。另外还包括按作者—年份顺序排版著录的样式 $\texttt{gb7714-2015ay}$。
$\texttt{caspervector}$ 以中文文献著录标准 GB/T 7714---2015 为基础的一个样式。
$\texttt{ieee}$ 兼容 IEEEtran 风格的样式，著录按顺序编码排版。另外还包括按作者—年份顺序排版著录的样式 $\texttt{ieee-alphabetic}$。

索引和 $\textrm{makeindex}$ 工具

书籍和大文档通常用索引来归纳关键词，方便用户查阅。$\LaTeX{}$ 借助配套的 $\textrm{makeindex}$ 程序完成对索引的排版。

使用 $\textrm{makeindex}$ 工具的方法

要使用索引，须经过这么几个步骤（仍设源代码名为 $\texttt{demo.tex}$）：

第一步，在 $\LaTeX{}$ 源代码的导言区调用 makeidx 宏包，并使用 \makeindex 命令开启索引的收集：

\usepackage{makeidx}
\makeindex

第二步，在正文中需要索引的地方使用 \index 命令。在需要输出索引的地方（如所有章节之后）使用 \printindex 命令。

第三步，编译过程：

首先用 $\texttt{xelatex}$ 等命令编译源代码 $\texttt{demo.tex}$。编译过程中产生索引记录文件 $\texttt{demo.idx}$；
用 $\texttt{makeindex}$ 程序处理 $\texttt{demo.idx}$，生成用于排版的索引列表文件 $\texttt{demo.ind}$；
再次编译源代码 $\texttt{demo.tex}$，正确生成索引列表。

索引项的写法

添加索引项的命令为：

\index{<index entry>}

其中 <index entry> 为索引项，写法由下表汇总。其中 $\texttt!$、$\texttt @$ 和 $\texttt|$ 为特殊符号，如果要向索引项直接输出这些符号，需要加前缀 $\texttt"$；而 $\texttt"$ 需要输入两个引号 $\texttt{""}$ 才能输出到索引项。

读者可以钻研一下以下给出的一个较为复杂的，结合多级索引、索引格式、页码格式等的用法示例。但在自己使用时，最好还是遵循“简单的就是最好的”原则，尽量使用上表中的写法。

Test index.
\index{Test@\textsf{""Test}|(textbf}
\index{Test@\textsf{""Test}!sub@"|sub"||see{Test}}
\newpage
Test index.
\index{Test@\textsf{""Test}|)textbf}

使用颜色

原始的 $\LaTeX{}$ 不支持使用各种颜色。color 宏包或者 xcolor 宏包提供了对颜色的支持，给 PDF 输出生成颜色的特殊指令。

颜色的表达方式

调用 color 或 xcolor 宏包后，我们就可以用如下命令切换颜色：

\color[<color-mode>]{<code>}
\color{<color-name>}

颜色的表达方式有两种，其一是使用色彩模型和色彩代码，代码用 $0\sim1$ 的数字代表成分的比例。color 宏包支持 $\texttt{rgb}$、$\texttt{cmyk}$ 和 $\texttt{gray}$ 模型，xcolor 支持更多的模型如 $\texttt{hsb}$ 等。

其二是直接使用名称代表颜色，前提是已经定义了颜色名称（没定义的话会报错）：

color 宏包仅定义了 8 种颜色名称，xcolor 补充了一些，总共有 19 种，见下表。

xcolor 还支持将颜色通过表达式混合或互补：

我们还可以通过命令自定义颜色名称，注意这里的 color-mode 是必选参数：

\definecolor{<color-name>}{<color-mode>}{<code>}

如果调用 color 或 xcolor 宏包时指定 $\texttt{dvipsnames}$ 选项，就有额外的 68 种颜色名称可用。xcolor 宏包还支持通过指定其它选项载入更多颜色名称。限于篇幅不展开介绍，详情请参考 xcolor 宏包的手册。

带颜色的文本和盒子

原始的 \color 命令类似于字体命令 \bfseries，它使之后排版的内容全部变成指定的颜色，所以直接使用时通常要加花括号分组。color 和 xcolor 宏包都定义了一些方便用户使用的带颜色元素。

输入带颜色的文本可以用类似 \textbf 的命令：

\textcolor[<color-mode>]{<code>}{<text>}
\textcolor{color-name}{<text>}

以下命令构造一个带背景色的盒子，<material> 为盒子中的内容：

\colorbox[<color-mode>]{<code>}{<material>}
\colorbox{<color-name>}{<material>}

以下命令构造一个带背景色和有色边框的盒子，<fcode> 或 <fcolor-name> 用于设置边框颜色：

\fcolorbox[<color-mode>]{<fcode>}{<code>}{<material>} 
\fcolorbox{<fcolor-name>}{<color-name>}{<material>}

\fcolorbox 也可以像 \fbox 那样调节 \fboxrule 和 \fboxsep；对于 \colorbox，调整 \fboxsep 是有效的。

使用超链接

$\LaTeX{}$ 中实现超链接功能的是 hyperref 宏包。

`hyperref` 宏包

hyperref 宏包涉及的链接遍布 $\LaTeX{}$ 的每一个角落——目录、引用、脚注、索引、参考文献等等都被封装成超链接。但这也使得它与其它宏包发生冲突的可能性大大增加，虽然宏包已经尽力解决各方面的兼容性，但仍不能面面俱到。为减少可能的冲突，习惯上将 hyperref 宏包放在其它宏包之后调用。

与 graphicx 宏包类似，$\texttt{latex} + \texttt{dvipdfmx}$ 命令下调用 hyperref 宏包时，需要指定选项 $\texttt{dvipdfmx}$；而 $\texttt{pdflatex}$ 或 $\texttt{xelatex}$ 命令下不需要。

hyperref 宏包提供了命令 \hypersetup 配置各种参数。参数也可以作为宏包选项，在调用宏包时指定：

\hypersetup{<option1>,<option2>=<value>,...}
\usepackage[<option1>,<option2>=<value>,...]{hyperref}

当选项值为 $\texttt{true}$ 时，可以省略“$\texttt{=true}$”不写。可用的参数见下表。

超链接

hyperref 宏包提供了直接书写超链接的命令，用于在 PDF 中生成 URL：

\url{<url>} 
\nolinkurl{<url>}

\url 和 \nolinkurl 都像抄录命令 \verb 一样输出一个 URL，区别是前者还为 URL 加上了超链接，后者没有。在 \url 等命令的参数 <url> 里，可直接输入如 $\texttt\%$、$\texttt\&$ 这样的特殊符号。

也可以像 HTML 中的超链接一样，把一段文字作为超链接：

\href{url}{text}

使用 hyperref 宏包后，文档中所有的引用、参考文献、索引等等都转换为超链接。用户也可对某个 \label 命令定义的标签 <label> 作超链接（注意这里的 <label> 虽然是可选参数的形式，但通常是必填的：

\hyperref[<label>]{<text>}

默认的超链接在文字外边加上一个带颜色的边框（在打印 PDF 时边框不会打印），可指定 $\texttt{colorlinks}$ 参数修改为将文字本身加上颜色，或修改 $\texttt{pdfborder}$ 参数调整边框宽度以“去掉”边框；$\texttt{hidelinks}$ 参数则令超链接既不变色也不加边框。

\hypersetup{hidelinks}
% or:
\hypersetup{pdfborder={0 0 0}}

PDF 书签

hyperref 宏包另一个强大的功能是为 PDF 生成书签。对于章节命令 \chapter、\section 等，默认情况下会为 PDF 自动生成书签。和交叉引用、索引等类似，生成书签也需要多次编译源代码，第一次编译将书签记录写入 $\texttt{.out}$ 文件，第二次编译才正确生成书签。

书签的一些属性见上表。使用 CJK 宏包时，为了防止中文书签出现乱码，需要进行繁琐的设置；但在使用 ctex 宏包和文档类、且使用 $\texttt{xelatex}$ 或 $\texttt{lualatex}$ 编译的情况下，无需用户额外干预，即可正确生成中文书签。

hyperref 还提供了手动生成书签的命令：

\pdfbookmark[<level>]{<bookmark>}{<anchor>}

<bookmark> 为书签名称，<anchor> 为书签项使用的锚点（类似交叉引用的标签）。可选参数<level>为书签的层级，默认为 0。

章节命令里往往有 $\LaTeX{}$ 命令甚至数学公式，而 PDF 书签是纯文本，对命令和公式的处理很困难，有出错的风险。hyperref 宏包已经为我们处理了许多常见命令，如 \LaTeX 和字体命令 \textbf 等，对于未被处理的命令或数学公式，就要在章节标题中使用如下命令，分别提供 $\LaTeX{}$ 代码和 PDF 书签可用的纯文本：

\texorpdfstring{<LaTeX code>}{<PDF bookmark text>}

比如在章节名称里使用公式 $E=mc^2$，而书签则使用纯文本形式的 E=mc^2：

\section{质能公式 \texorpdfstring{$E=mc^2$}{E=mc\textasciicircum 2}}

PDF 文档属性

hyperref 宏包还提供了一些参数用于改变 PDF 文档的属性，部分见上表。

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