LaTeX 常用宏包简介
基于 $\LaTeX$ 编写文档时，使用宏包不仅能够更方便地对文档格式进行调整，还可以方便正文的写作。本文分享部分常用宏包，旨在快速介绍其核心功能和一般用法。
本文介绍的宏包均收录于 TeX Live。若宏包用法更新，可以在命令行使用 texdoc 宏包名 查看已安装版本的帮助文档。
本文只介绍宏包最基本的一些设置和用法，详细说明请参考相应的帮助文档。
% CTeX configuration
\ctexset{
tocdepth = 2,
appendix/name = 附录
}
% Date format yyyy-mm-dd
\usepackage{datetime2}
% Page margin
\usepackage{geometry}
\geometry{
a4paper,
top = 45mm,
bottom = 28mm,
left = 28mm,
right = 28mm,
headheight = 15mm,
headsep = 6mm,
footskip = 11mm
}
% Color and Google colors
\usepackage[hyperref]{xcolor}
% \definecolor{blue}{HTML}{4285F4}
% \definecolor{red}{HTML}{DB4437}
% \definecolor{yellow}{HTML}{F4B400}
% \definecolor{green}{HTML}{0F9D58}
% Footer and header of page
\usepackage{fancyhdr}
\pagestyle{fancy}
\renewcommand{\headrule}{\makebox[0pt][l]{\rule[0.6mm]{\textwidth}{0.3mm}}\rule{\textwidth}{0.3mm}}
\renewcommand{\footrule}{\rule{\textwidth}{0.3mm}}
% \renewcommand{\footrulewidth}{0.4pt}
\lhead{}
% \chead{\slshape\Large \makebox[120mm]{华\hfill{}中\hfill{}科\hfill{}技\hfill{}大\hfill{}学\hfill{}博\hfill{}士\hfill{}学\hfill{}位\hfill{}论\hfill{}文}}
\chead{\slshape\Large \makebox[60mm]{博\hfill{}士\hfill{}学\hfill{}位\hfill{}论\hfill{}文}}
\rhead{}
\cfoot{\thepage}
% add bibliography to TOC
\usepackage{tocbibind}
% Optimize footnotemark
\usepackage[perpage]{footmisc} % clear count per page
\usepackage{pifont} % use number with ciecle
\renewcommand{\thefootnote}{\ding{\numexpr171+\value{footnote}}}
% Hyperlink
\usepackage{hyperref} % required package
\hypersetup{
hidelinks,
colorlinks = false,
% pdfauthor = 肖春雨,
bookmarksdepth = 3
}
% Math
\usepackage{amsmath}
\usepackage{amssymb}
\usepackage{nicematrix}
\usepackage{newtxmath} % times now roam font
\usepackage{bm} % bold fonts
\numberwithin{equation}{section}
% SI units
\usepackage{siunitx}
\sisetup{
per-mode = symbol,
uncertainty-mode = separate,
range-phrase = \ensuremath{\,\sim\,},
range-units = single
}
% Table and figure
\usepackage{graphicx} % figure package
\usepackage{tabularx} % fixed-width table
\usepackage{multirow} % merge row
\usepackage{booktabs} % standard three-line table
\usepackage{longtable}
\usepackage{caption}
\usepackage{subcaption}
\graphicspath{{./figures/}}
\numberwithin{figure}{section}
\numberwithin{table}{section}
\captionsetup{labelsep=space}
% Support user-defined styles of enumerate
\usepackage{enumitem}
% Biolography style
\usepackage{gbt7714} % China standard style
\bibliographystyle{gbt7714-numerical} % numerical / author-year
\setlength{\bibsep}{0.5ex} % vertical spacing between references
\usepackage{notoccite} % remove citations in TOC and ensure correct numbering
% Cross reference
\usepackage[nameinlink]{cleveref}
\crefname{equation}{式}{式}
\crefname{table}{表}{表}
\crefname{figure}{图}{图}
\crefname{appendix}{附录}{附录}
\crefformat{section}{#2第~#1~章#3}
\crefformat{subsection}{#2第~#1~节#3}
\crefformat{subsubsection}{#2第~#1~小节#3}
\crefrangeformat{equation}{#3式~(#1)#4~\~{}~#5式~(#2)#6}
\captionsetup[subfigure]{subrefformat=simple,labelformat=simple}
\renewcommand\thesubfigure{\,(\alph{subfigure})}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% define new environment and add to contents
\newenvironment{preface}[1]{\begin{center}
\bfseries \large #1
\end{center}
\phantomsection % required if using hyperref
\addcontentsline{toc}{section}{#1}
\normalsize \par}{}
% override `cleardoublepage', see `fancyhdr' doc
\makeatletter
\def\cleardoublepage{\clearpage\if@twoside \ifodd\c@page\else
\begingroup
\mbox{}
\vspace*{\fill}
\begin{center}
（此页留白）
\end{center}
\vspace{\fill}
\thispagestyle{empty}
\newpage
\if@twocolumn\mbox{}\newpage\fi
\endgroup\fi\fi}
\makeatother
% support equations to display across pages
\allowdisplaybreaks[4]
中文支持：ctex
$\text{C\TeX}$ 宏集为编写 $\LaTeX$ 文档提供了中文支持，其主要功能集中在 ctex 宏包及其相应的文档类（包括 ctexart、ctexrep、ctexbook、ctexbeamer）。在使用宏包和文档类时，常用的选项有：
zihao：设置文档的默认字号，可选项有-4（小四）、5（五号，默认值）；linespread：行间距的倍数，默认为1.3；fontset：字库设置。Windows 用户通常不需要特别指定，Linux 用户通常需要安装额外字体，然后手动指定；twoside：设置文档双面排版，此时使用\cleardoublepage可以确保后面内容开始于奇数页。默认情况下使用的是oneside选项，\cleardoublepage与\clearpage命令相同，开始新的一页。
除了宏包选项外，可以使用 \ctexset 命令进行额外的设置，常用选项包括：
tocdepth：目录级别，例如对于ctexart文档类，将该参数设置为2时，生成的目录只包含section和subsection；today：设置\today显示日期的格式，可选项有small（阿拉伯数字现实日期）、big（全汉字日期）、old（英文格式的日期）；- 标题名称汉化，常用设置及其默认值有：
contentsname：目录；listfigurename：插图；listtablename：表格；appendixname：附录；bibname：参考文献。
排版优化：microtype
如果你的文档由纯英文编写，简单地加载 microtype 宏包即可以实现排版细节的优化。
页面设置：geometry
geometry 宏包提供了 \geometry 命令可以方便地设置页面布局，常用设置包括：
paper：指定纸张大小，例如a4paper。使用时paper=a4paper可以直接简写为a4paper；top、bottom、left、right：上、下、左、右的页面边距。
页眉页脚：fancyhdr
使用 fancyhdr 宏包可以方便地对页眉、页脚进行设置。在使用 \pagestyle{fancy} 声明页面样式后，\lhead、\chead、\rhead 命令分别用于定义页眉左、中、右部分内容，将命令中的 “head” 改为 “foot” 可以相应地对页脚进行定义。
在定义页眉页脚时，可以使用 \theXXX 获取 XXX 相应的编号，例如 \thepage 是当前页码、\thesection 是当前节的编号。除此之外，\leftmark 可以读取当前节的标题。
特别地，对于双面文档，使用 \cleardoublepage 时，可以使用以下设置可以设置留白页面的内容。
% override `cleardoublepage', see `fancyhdr' doc
\makeatletter
\def\cleardoublepage{\clearpage\if@twoside \ifodd\c@page\else
\begingroup
\mbox{}
\vspace*{\fill}
\begin{center}
（此页留白）
\end{center}
\vspace{\fill}
\thispagestyle{empty}
\newpage
\if@twocolumn\mbox{}\newpage\fi
\endgroup\fi\fi}
\makeatother
超链接：hyperref
hyperref 扩展了生成的 PDF 文件的超链接功能，通常情况下简单地导入即可，除此之外，可以使用 hypersetup 命令进行个性化设置。例如，该宏包默认使用方框标记超链接，可以使用下面的设置将超链接用颜色标记：
\hypersetup{
hidelinks,
colorlinks = false
}一般情况下，生成 PDF 文件导航目录（阅读器里面的导航，不是正文目录）的级别与 ctex 宏包的 tocdepth 参数设置一致，如果希望 PDF 文件的目录级别不同，可以使用该宏包参数 bookmarksdepth 进行修改。
交叉引用：cleveref
cleveref 宏包简化了交叉引用，使得所有类型的交叉引用都可以使用命令 \cref 完成，并且自动添加形如 “Section”、“Figure” 等前缀（对于英文写作，段落开头的交叉引用可以使用 \Cref 以确保首字母大写且不使用缩写）。
该宏包提供以下几个常用选项：
capitalise：设置交叉引用前缀的首字母大写；nameinlink：默认情况只有交叉引用的数字可以进行超链接跳转，使用该选项后超链接包含前缀和后缀；noabbrev：设置交叉引用的前缀不使用缩写。
\cref 命令一次性可以接收多个标签，标签之间用逗号分割，例如 \cref{fig:bodeplot,fig:stepplot}。多个引用时，还可以使用 \crefrange 指定引用范围，例如 \crefrange{eq:basic}{eq:conclusion} 将产生形如 “式 (3) ~ 式 (14)”形式的引用。
英文写作时通常不需要对该宏包进行额外设置，对于中文文档，需要对前后缀进行设置，参考设置如下：
\crefname{equation}{式}{式}
\crefname{table}{表}{表}
\crefname{figure}{图}{图}
\crefname{appendix}{附录}{附录}
\crefformat{section}{#2第~#1~章#3}
\crefformat{subsection}{#2第~#1~节#3}
\crefformat{subsubsection}{#2第~#1~小节#3}
\crefrangeformat{equation}{#3式~(#1)#4~\~{}~#5式~(#2)#6}列表设置：enumitem
enumitem 提供了很多选项以优化列表环境，并可以使用 \setlist 进行全局设置。例如默认的列表之间间距太大，使用 \setlist{nosep} 取消额外间距。
国际单位制：sinunitx
siunitx 宏包大大方便了带单位数值的编写，最常用的命令有：
\qty{数值}{单位}：（老版本为\SI命令）其中数值可以采用程序的写法，例如3e-15将渲染为 $3 \times 10^{-15}$；单位部分可以直接采用该宏包定义的多种标准单位及其组合，例如\kilogram、\metre\per\second等。单位可以直接使用相应的英文字符，例如Hz，在这种方法下，表示乘法关系的单位之家通常有一个小空格，为了确保单位正确渲染，应当添加 一个英文句点，例如力矩可以写作：\qty{3.14e-3}{N.m}。\ang{数值}：角度的表述可以单独使用该命令；\num{数值}：只渲染数值部分；\unit{单位}：只渲染单位部分；\qtyrange{数值}{数值}{单位}：设定某一范围内的数量。
数量的输出格式可以使用 sisetup 命令进行设置，参考示例如下：
\sisetup{
per-mode = symbol,
uncertainty-mode = separate,
range-phrase = \ensuremath{\,\sim\,},
range-units = single
}特别地，改宏包提供了 S 列格式，可以在排版表格时将竖直在小数点对齐，然后整体向在列居中。
美丽的盒子：tcolorbox
tcolorbox 宏包提供了 tcolorbox 环境 和 \tcbox 命令用于产生各种彩色的盒子。该宏包的功能非常强大，这里只展示一个简单的示例：论文修订时结合边注提醒审稿人修改内容，部分代码如下：
% 导言区定义 \Rev 命令，以边注的形式标记附近修订所对应的审稿意见
\newcommand\Rev[1]{}
\usepackage{marginnote}
\newcommand\Rev[1]{
\marginnote{\tcbox[on line,
arc=4pt,colback=blue!10!white,colframe=blue!50!black,
boxrule=0.7pt,boxsep=0pt,left=3pt,right=3pt,top=3pt,bottom=3pt]{
\small Rev. #1
}}}
跟踪修改：changes
changes 宏包提供了标记修订的接口，可以生成带标记的 PDF 文档。其中常用命令包括：
\added{new}：添加；\deleted{old}：删除；\replaced{new}{old}：替换；\highlight{text}：高亮；\comment{text}：备注。
在某些特别场景下，上述默认命令可能与其他宏包的命令冲突，可以在导入宏包时加入 commandnameprefix 选项，例如：
% 导入宏包并将命令增加 `ch` 前缀，例如：\added --> \chadded
\usepackage[commandnameprefix=always]{changes}使用该宏包提供的 final 选项可以编译出“接受所有修订”之后的文档，可用于终稿的编译。
通常情况下手动标记修订是比较麻烦的，可以复制 $\LaTeX$ 源码后直接修订，然后使用 latexdiff 命令进行差异对比并自动生成带标记的文档。为了美化，将 latexdiff 输出的文件中的差异标记命令用 changes 宏包重载即可。
数学相关宏包
编写数学公式时，常用的宏包如下：
\usepackage{amsmath}
\usepackage{amssymb}
% \usepackage{nicematrix}
\usepackage{newtxmath}
\usepackage{bm}
\numberwithin{equation}{section}amsmath 提供了大量数学环境的支持；amssymb 提供了额外的数学符号；对于矩阵排版，如有特殊需求，可以使用 nicematrix 宏包提供的 NiceArray 等环境；newtxmath 宏包将数学字体设置为罗马形式的衬线体，可根据个人喜好选择性使用；bm 宏包提供了 \bm 命令专门用于加粗数学符号。上述代码的最后一行将节编号加入到的公式编号中。
图表相关宏包
常用的图表相关宏包设置如下：
\usepackage{graphicx} % figure package
\usepackage{tabularx} % fixed-width table
\usepackage{multirow} % merge row
\usepackage{booktabs} % standard three-line table
\usepackage{longtable}
\usepackage{subcaption}
\usepackage{caption}
\graphicspath{{./figures/}}
\numberwithin{figure}{section}
\numberwithin{table}{section}
\captionsetup{labelsep=space}graphicx 宏包用于处理插图，其核心命令为 \includegraphics[选项]{图的文件名}，其中，选项主要用来调整图的缩放和旋转，常用参数有 width、height、scale、angle。此外，该宏包提供了 \scalebox 命令用于对盒子的大小进行缩放。为了在插入图片时省去文件路径，可以使用 graphicspath 命令声明搜索路径。
tabularx 宏包提供了定宽表格 tabularx 环境，使用该环境时需要在列格式前声明表格总宽度。此外，该宏包提供了 X 列格式，用于自动调整列的宽度。
multirow 宏包提供的 \multirow[竖直位置]{合并行数}{列宽}{内容} 命令可以用于合并表格的行。其中，“竖直位置可以设置为 c 中间对齐（默认）、t 顶部对齐或 b 底部对齐；“列宽”可以设置为 * 以自动进行调整。
booktabs 宏包提供了标准三线表定义，分别是 \toprule、\midrule 和 \bottomrule。特别地，使用 \cmidrule 命令可以只绘制部分列的中间横线。
当表格特别长时，可以使用 longtable 处理跨页表格，参考用法如下，此处不做展开。
\begin{longtable}{ll}
\caption{表名}
\label{tab:longtable}
% 首页表头
\\ \toprule
\endfirsthead
% 续页表头
\multicolumn{2}{l}{（续表）} \\ \midrule
\endhead
% 前页表尾
\midrule \multicolumn{2}{r}{（接下一页表格）} \\
\endfoot
% 末页表尾
\bottomrule
\endlastfoot
% 表格内容
XX & XX \\
XX & XX \\
\end{longtable}当需要图片并排时，可以使用 subcaption 宏包提供的 \subcaptionbox 命令，例如：
\begin{figure}[!htb]
\centering
\subcaptionbox{图名A\label{fig:figA}}{\includegraphics[height=55mm]{图片1.pdf}}
\hspace{10mm minus 5mm}
\subcaptionbox{图名B\label{fig:figB}}{\includegraphics[height=55mm]{图片2.pdf}}
\caption{总图名}
\label{fig:figAB}
\end{figure}使用 caption 宏包对图表名称的格式进行设置，例如上面利用 \captionsetup{labelsep=space} 将图表编号与名字之间的间隔设置为了空格（其他的类似还有分号、句点等习惯）。
类似于公式的编号设置，可以使用 \numberwithin 将节的编号添加到图表编号中。
参考文献相关宏包
英文参考文献格式可以由 natbib 宏包手动设置，或使用期刊模板提供的样式。对于中文文献，一般使用 gbt7714 自动处理，为了使用数字编号，需要在使用该宏包后采用 \bibliographystyle{gbt7714-numerical} 指定格式。该宏包的默认样式基本可以满足要求，如果需要额外设置，可参考说明文档修改对应的 .bst 样式文件。
\usepackage{gbt7714} % China standard style
\bibliographystyle{gbt7714-numerical} % numerical / author-year
\setlength{\bibsep}{0.5ex} % vertical spacing between references
\usepackage{notoccite} % remove citations in TOC and ensure correct numbering如果在图表的名字中插入了参考文献，可以使用 notoccite 宏包避免引用的编号出现在目录中。该宏包还进一步确保了图标标题插入引用时的编号正确。