入门：导言 · Topos Uranos

摘要

本课是课程第一单元的开篇，这一单元讲的是使用 LaTeX 的入门步骤。本课说明这一单元的用途：让从未用过 LaTeX 的人能够独立写出、编译并修改一份简短的文档；介绍单元的四节课以及贯穿其中的线索，从排版的概念一直到读懂错误；说明单元所假定的为数不多的预备知识，即在电脑上管理文件和文件夹；提出单元要解决的问题，即如何从一个空文件得到一份排好版的文档，以及出了问题时如何从排版引擎的信息追溯到原因；并说明，这同一个循环既适用于实验报告，也适用于哲学论文或拉丁文本的校勘整理。

学习目标

描述本单元内容的先后顺序，并说明每节课为下一节课提供了什么。
认清本单元所假定的预备知识，并为此准备好电脑，特别是让文件扩展名显示出来。
举例说明为什么一份 LaTeX 文档可能得不到任何结果，以及为什么错误报告的位置不一定就是出错的位置。
在其他学科和后续单元中认出本单元所建立的“编写、编译、修改”循环。

入门测验

在学习本单元之前，先测一测自己的起点是有益的。这项测评是自我测评：不计分，唯一的目的是为学习指引方向。它的八道题按顺序每两道对应本单元的一节课；从未用过 LaTeX 的人不必指望答对，这也无妨：每个答案，无论对错，都会解释要点，并指出讲解这一要点的那节课。同样的能力会在单元末尾的总结课中再次测量；由于这是本课程的第一单元，所以没有关于前面单元的题目。

本单元的内容

本单元服务于课程的第一个目标，即制作和编译文档，并诊断和改正其中的错误；它也是其他所有目标的前提：用多种语言和文字排版、组织长篇文档、书写数学和逻辑、呈现表格和图形、管理参考文献、为每种学术文体选择合适的文档类，都以“编写、编译、修改”的循环已不成问题为前提。本单元的目标是：从未用过 LaTeX 的人学完之后，能够从一个空文件写出一份简短文档，在 Texmaker 或 Overleaf 中用 LuaLaTeX 编译；编译不通过时，能够独立找到原因并加以改正。单元的四节课构成一条链，每一节都建立在前面各节的基础上。

什么是 LaTeX。讲解排版的含义，把标记语言与文字处理软件相比较，介绍 TeX 和 LaTeX 的由来及其内容与形式分离的原则，说明选用 LuaLaTeX 的理由，并展示源文件如何变成 PDF。它确定整个单元的术语：源文件、排版引擎、编译、导言区、正文和日志。
工作环境。安装第一节课所描述的东西：一个带有宏包管理器的 TeX 发行版，以及设置为用 LuaLaTeX 编译、以 UTF-8 保存的 Texmaker 编辑器；介绍在浏览器中使用的替代方案 Overleaf，并说明编译会留下哪些文件、哪些需要保留。最后用两份测试文档检验安装是否成功。
文档的结构剖析。把源文件拆成各个部分：导言区和正文，命令及其参数，限定声明作用范围的分组，环境，十个保留字符，注释，宏包和文档类。学了这一课，第一节课中的最小文档就不再是一份照抄的配方，而是一个可以逐部分理解的结构。
编译与改错。教人阅读日志：区分错误和警告，在源文件中找到每个错误的位置，认出最常见的信息，并在信息不足时隔离出原因。它把前面的内容汇集起来，因为几乎每个错误都是违反了源文件结构的某条规则，而错误的诊断又要依靠工作环境。

本单元以总结与挑战一课结束。这一课把所学内容串成一条概念和操作的链，在结业测验中重测入门测验中的各项能力，并提出综合运用几节课内容的挑战题。

假定已有的知识

本单元几乎从零开始。它不假定学习者用过 LaTeX，不假定会编程，也不假定具备数学知识；它同样不假定懂英语，尽管排版引擎的信息是英文的，因为课程会解释所提到的每一条信息。它只假定会日常使用电脑：新建文件夹，以指定的名称把文件保存到指定的文件夹，之后再找到它，复制、移动和删除文件，安装程序；或者有一个浏览器和一个 Overleaf 账户。

由此只需要事先做一项准备，最好在学习工作环境那一课之前完成。文件名由主名和扩展名组成，扩展名是最后一个点之后的部分：在 report.tex 中，主名是 report，扩展名是 tex。然而，Windows 的文件资源管理器和 macOS 的访达（Finder）默认隐藏已知的扩展名，于是 report.tex 和 report.pdf 都显示为 report，而编译产生的辅助文件只靠扩展名相互区别，这时就无法分辨了。因此，最好打开显示扩展名的选项：在 Windows 中，位于文件资源管理器的“查看”菜单；在 macOS 中，位于访达的高级设置。在 Linux 中，文件管理器默认就会显示扩展名。

本单元要解决的问题

在文字处理软件中写作，边写边能看到结果。在 LaTeX 中，源文件和页面之间隔着一个逐字读取源文件的程序，结果只有在编译后才会出现。这就带来两个问题，也正是本单元的问题。第一个问题是怎样从一个空文件得到一份排好版的文档：需要安装什么，源文件至少要包含什么，排版引擎又如何处理它。第二个问题是当文档出不来，或者出来的样子与预期不同时该怎么办：排版引擎不会把错误显示在页面上，而是用它自己的语言写在日志里，有时报告的位置还离出错的地方很远。下面的例子用一份十五行的文档展示了这两个问题。

例题少了一个花括号

下面的源文件是一份完整的文档：它声明文档类，加载宏包，保存标题、作者和一个空日期，并排出两节。第二、三行用于中文：luatexja-fontspec 宏包在 fontspec 的基础上加入汉字排版，\setmainjfont 选择一种含有汉字的字体（这里是 Noto Serif CJK SC），因为默认字体（Latin Modern）不含汉字；中文用户也常用 ctex 宏包集提供的文档类（例如 ctexart），它在 LuaLaTeX 下完成同样的设置。汉字没有斜体，因此这里用 \textbf 以粗体（黑体）表示强调。用 LuaLaTeX 编译后得到如下结果。

LaTeX 代码

\documentclass{article}\usepackage{luatexja-fontspec}\setmainjfont{Noto Serif CJK SC}\title{读书报告}\author{李明}\date{}\begin{document}\maketitle\section{问题}本文考察一个关于 40\% 案例的\textbf{假说}。\section{回答}回答以上一节为依据。\end{document}

结果

如果在第十一行漏掉了结束 \textbf 参数的花括号，排版引擎就不会生成任何 PDF，日志中除其他内容外还有下面这几行。

编译日志

Runaway argument?{假说。\par \section {回答}回答以上一节为依据。\end {d\ETC.! File ended while scanning use of \textbf ....!  ==> Fatal error occurred, no output PDF file produced!

错误不是在第十一行报告的，而是在文件末尾：排版引擎一路读取 \textbf 的参数，越过段落、下一节和 \end{document}，直到文件结束。不过，日志提供了所缺的线索：“Runaway argument?”下面那一行从头重现了这个失控的参数，而它的开头，即“假说”前面的那个花括号，正是出错的位置。像这样阅读日志，是编译与改错一课所教的内容；理解为什么一个没有闭合的花括号会把后面的一切都卷进去，则是文档的结构剖析一课所教的内容。

因此，本单元对这两个问题的回答分为两部分。对第一个问题，是一个安装好并经过测试的环境，以及一份结构可以逐部分理解的源文件，其中没有任何东西是神秘的咒语。对第二个问题，是一种方法：从第一个错误开始阅读日志，在源文件中定位错误，认出被违反的规则；如果信息不够，就通过停用源文件的某些部分来隔离原因。两部分都不要求死记命令；两部分都要求像排版引擎那样阅读源文件。

各学科中的本单元

本单元所教的循环在所有学科中都是一样的，从一个学科到另一个学科，变的只是所写的内容。一份化学实验报告、一篇带上百条脚注的哲学论文、一篇附有拉丁原文及译文的西塞罗段落评注、一篇带表格的经济学论文、一篇引用档案文献的历史学学位论文和一篇包含定理的数学文章，开头都一样：一个文件夹，一个带有导言区和正文的源文件，一次编译，以及对其日志的阅读。同样，本单元中的错误，如没有闭合的花括号、原样写出的保留字符、放错位置加载的宏包，会出现在上述任何一种文档中，不分学科。

因此，本单元所教的内容在本站的其他课程中都用得上。亚里士多德逻辑或力学基础的作业和笔记从第一周起就可以用 LaTeX 来写；在使用 R 进行数据分析中，分析结果被并入一份排好版的文档；而在C++ 程序设计 I中，循环在本质上也是一样的：写出源文件，由编译器读取，而编译器那些指向行号的信息，正是用本单元所教的方法来阅读的。

通向何处

学完本单元，最小文档将成为一个熟悉的起点，后续各单元都在它的基础上展开。第二单元讨论文字本身：各种语言和文字（其中包括希腊文和拉丁文）、字体、脚注和长引文。第三单元讨论长篇文档的结构，包括章、目录和交叉引用，并把文档分成多个文件。第四单元讨论如何用正确的记号书写数学和逻辑；第五单元讨论表格和图形；第六单元讨论参考文献以及各学科的引用规范；第七单元讨论适合各种学术文体的文档类，从演示文稿到信函和海报。在所有这些单元中，每一条新命令都要经过编写和编译，出错时再用本单元学到的方法加以改正。