beamer

\usetheme{Madrid}、\usetheme{Warsaw}、\usetheme{Singapore}——LaTeX 的演示幻灯片 class beamer 目前自带 27 个 presentation theme，无一例外全都以城市命名。作者在手册里亲口说明了原因：他起名的点子用光了，而这些城市都是他或某位合作者参加过会议或研讨会的地方。这份随意其实也是整个 class 的性格。写 beamer 几乎和写任何别的 LaTeX 文档一样，只有一点不同，而这一点改变了一切：单位是 frame，不是页。本页就从这一点出发，依次讲 frame、overlay、主题，以及为什么一加入 verbatim 环境幻灯片就会崩。

beamer 与普通 document class 的不同之处

从写下 \documentclass{beamer} 那一刻起，那些用来推动分页的工具就失效了。把 \newpage 放进 frame 里，既不报错也不警告，只是被忽略——实际试一下，\newpage 两侧的两段会并排出现在同一张幻灯片上。原因很直接：在 beamer 里，决定分页的是 frame 的边界，而不是作者。同理，\section{...} 在正文中什么也不显示，它只是登记进目录和导航。而写在任何 \begin{frame} 之外的文字也不会报错，它会被排成一张没有主题的裸页。「怎么中间多出一张奇怪的页」几乎都源于此。

另一处与纸面文档不同的是尺寸：beamer 排的是屏幕，不是纸张。默认是 4:3，beamer.cls 里写作 \beamer@paperwidth{12.80cm} 与 \beamer@paperheight{9.60cm}，也就是 128 mm × 96 mm。用 class 选项可以改变比例：\documentclass[aspectratio=169]{beamer} 得到 160 mm × 90 mm 的 16:9。TeX Live 2024 所带版本单独列出的值有八个：1610、169、149、54、43、32、141、2013。有意思的是它如何处理表外的值：传入不在列表里的数字，beamer 会把高度固定在 9.60 cm，再按数位拆分计算比例。写 aspectratio=21，就真的得到 2:1、宽 19.2 cm 的幻灯片。正文字号照常指定，如 \documentclass[11pt]{beamer}，默认是 11pt。

frame 环境：一张幻灯片不等于一页

beamer 的核心是 frame 环境。从 \begin{frame} 到 \end{frame} 是一个逻辑屏幕，里面放列表、图和公式。标题用 \frametitle{...} 添加，或作为环境参数传入：\begin{frame}{Title}。关键在于：一个 frame 不一定是一页。用上下一节的 overlay，同一个 frame 会生成多页 PDF，翻页时看起来就是逐步显示。frame 是逻辑屏幕，PDF 页是它的一帧——beamer 自己的文档就把这两个词分开，前者叫 frame，后者叫 slide。

frame 可以在方括号里接选项。最常用的是内容纵向溢出时的 [allowframebreaks]。加上它之后，beamer 会把 frame 拆成所需的若干页，而且还会在 frame 标题末尾自动补上罗马数字——灌入 22 项的列表，第一页标题是「Long I」，第二页是「Long II」。此外还有对齐纵向位置的 [t]（顶部）、[c]（居中）、[b]（底部），去掉主题装饰好让图占满整屏的 [plain]，供 \againframe 之后重新调用的 [label=...]，以及不计入 frame 编号的 [noframenumbering]。下一节的 [fragile] 也写在同一位置。

标题元数据与 article 一样在导言区声明。写 \title{...}、\author{...}、\institute{...}、\date{...}，然后在正文中把 \titlepage 放进一个 frame，就会排出标题幻灯片（\maketitle 结果相同）。较长的演示里，用 \section{...} 分隔内容后，这些结构会反映到每张幻灯片顶部的导航中。声明好分段之后，把 \tableofcontents 放进一个 frame 就得到目录幻灯片，而 \tableofcontents[currentsection] 会只强调当前所在的节。若想在每节开头自动插入这样的 frame，可在导言区用 \AtBeginSection[]{...} 布置。

Overlay：\pause 与 <2-> 的区别

逐步呈现内容靠的就是 overlay，入口有两个。\pause 只要放在 frame 中间，后面的内容就被送到下一张幻灯片——省事，但只能按源码顺序一步步累加。另一个是 overlay specification，也就是紧跟在命令之后的尖括号 <...>。\item<1-> 表示「从第 1 帧起一直显示」，\item<2> 表示「只在第 2 帧」，\item<2-> 表示「第 2 帧起」。也可以把范围和跳号并列，如 <-2,4-5,7>。实际编译一下，行为与写法完全一致：带 \item<3> 的项目在第 3 帧出现，\only<2>{...} 只在第 2 帧露面，\uncover<3->{...} 从第 3 帧开始可见。

这张表真正有用的是第三列。\uncover 和 \onslide 即使在隐藏时也保留空间，所以项目出现时周围不会动。\only 则会插入或移除输出本身，隐藏的空间被收回，后面的内容会上下移动。要替换公式的一部分时，\only 正是所需；但若只是顺次展示项目列表，它就是个陷阱，用 \uncover 或 [<+->] 更稳妥。同样的 overlay 语法也适用于 \textbf 和 \textcolor，不只是 \alert，所以「只在这一帧加粗」不需要新的语法。

% the blunt instrument: everything after \pause moves to the next slide
\begin{frame}{Results}
  \begin{itemize}
    \item First point
    \pause
    \item Second point
  \end{itemize}
\end{frame}

% overlay specifications: say exactly which slides each piece belongs to
\begin{frame}{Results}
  \begin{itemize}
    \item<1-> Always there
    \item<2-> From slide two
    \item<3>  Slide three only
  \end{itemize}
  \only<2>{Shown on slide 2, and takes no space otherwise}
  \uncover<3->{Space is reserved from the start, ink appears on slide 3}
\end{frame}

% the same stepwise reveal, without numbering each item by hand
\begin{frame}{Results}
  \begin{itemize}[<+->]
    \item Observation
    \item Interpretation
    \item Limitation
  \end{itemize}
\end{frame}

主题：城市、飞禽、花卉与海洋生物

主题共有五类，而且看名字就知道属于哪一类。开头提到的城市名（Madrid、Warsaw、Berlin、Singapore 等）是 presentation theme，也就是一次性决定全局的那种。配色主题的命名更彻底，手册自己就把谜底揭开了：飞禽（albatross、beetle、crane）是自行指定全部颜色的「完整」配色主题；花卉（lily、orchid、rose）是内部配色主题，只改变 block 等内部元素的颜色；海洋生物（whale、dolphin、seahorse）是外部配色主题，管的是页眉、页脚和侧边栏的配色。所以一写下 \usecolortheme{whale}，名字就已经告诉你它只动边框周围的东西。

实务上最快的做法是先选定一个 \usetheme{...}，再用它下面的四个命令覆盖不满意的部分。按目的来挑：不想要导航条就用 Madrid 或 Boadilla；想让听众看到当前位置就用 Frankfurt 或 Warsaw。若想要更现代的外观，metropolis（\usetheme{metropolis}）是常见答案——它不属于 beamer 本体，但作为独立宏包收录在 TeX Live 中。一句提醒：反复切换主题最容易白白耗掉一个下午。听众看的是内容而不是配色，请尽早定下一个，回到写作上。

block 与 columns：加框强调与左右分栏

要用带框的盒子突出内容，使用 block 环境：\begin{block}{Title}…\end{block} 会生成配色与主题一致、带标题的盒子。提示警告用的 alertblock 和示例用的 exampleblock 写法相同；定理与定义可直接使用 theorem、definition 环境（beamer 会自动载入 amsthm）。要把幻灯片左右分开，就在 columns 环境 里并列 \column{width}——把图和说明并排放置时的常规做法。

\begin{frame}{Comparison}
  \begin{columns}
    \column{0.5\textwidth}
      \begin{block}{Before}
        The old estimate.
      \end{block}
    \column{0.5\textwidth}
      \begin{alertblock}{After}
        The corrected one.
      \end{alertblock}
  \end{columns}
\end{frame}

为什么加入 verbatim 会让 frame 崩溃，以及 [fragile] 做了什么

把 verbatim 环境或 listings 宏包的 lstlisting（显示源代码）放进 frame 里，只要没写 \begin{frame}[fragile]，编译就会停下。麻烦的是它停下的方式。在 TeX Live 2024 上试验，beamer 指向的不是行号而是整个文件，并且说：Runaway argument?，接着 ! File ended while scanning use of \@xverbatim.，然后 I suspect you have forgotten a }, causing me to read past where you wanted me to stop.，最后是 ! Emergency stop.。你会看到一个自己从没敲过的内部宏名，外加一句言之凿凿的诊断：你漏了一个右括号。可根本没有括号没闭合。照这个建议去数括号，只会在一个括号毫无问题的文件里白花很长时间。

真正的原因不是括号，而是读取的顺序。beamer 会先把 frame 的全部内容作为参数整块读入，再按 overlay 的帧数逐次重排。可是 verbatim 的机制是「在读取时改变字符的处理方式」，对已经被吞下去的内容来说为时已晚——错误以 Runaway argument?（参数失控）开头正是因为如此：事故恰恰发生在内容被当作参数读取的过程中。加上 [fragile]，beamer 就走另一条路。用用户指南自己的话说，frame 的内容会先写到外部文件，再读回来。实际编译一次就能看见：工作目录里多出一个扩展名为 .vrb 的文件，内容正是该 frame 的正文。

这套「经由外部文件」的机制还带来第二条规则。正如用户指南明确指出的，在带 [fragile] 的 frame 中，\end{frame} 必须单独占一行（前置空白除外）。因为 beamer 是靠「行首的 \end{frame}」这个字符串来判断写出到哪里为止的，所以像 \end{verbatim} \end{frame} 这样挤在一行，同样会失败，这次报出的是另一个内部宏名：! File ended while scanning use of \next.。还有一点：\alert<2>{...} 之类的 overlay 命令在 verbatim 内部无效——原样输出字符正是 verbatim 的本职。若要强调代码的一部分，请改用 beamer 自带的 semiverbatim 环境：它与 verbatim 几乎相同，只是 \、{、} 仍作为命令保留，因此可以插入 \alert<2>{...}。

\begin{frame}[fragile]{An algorithm}   % [fragile] -> body goes via a .vrb file
\begin{verbatim}
int main(void) { return 0; }
\end{verbatim}
\end{frame}                            % must be alone on its own line

% to highlight part of a listing, use semiverbatim rather than verbatim
\begin{frame}[fragile]{Highlighted}
\begin{semiverbatim}
for (int i = 2; i < 100; i++)
  \alert<2>{if (is_prime[i])}
\end{semiverbatim}
\end{frame}

可编译的最小 beamer 文档

下面是包含主题、标题幻灯片和逐步显示列表的最小配置。导言区声明主题和标题元数据；正文中第一个 frame 放 \titlepage，第二个 frame 放带 [<+->] 的列表。虽然只有两个 frame，但由于 overlay，PDF 会展开成 4 页。若要做日文幻灯片，请在导言区加上与引擎匹配的日文支持，例如在 LuaLaTeX 下载入 luatexja。

\documentclass[aspectratio=169,11pt]{beamer}
\usetheme{Madrid}
\usecolortheme{seahorse}

\title{My Talk}
\author{Ada Lovelace}
\institute{Analytical Engine Lab}
\date{\today}

\begin{document}

\begin{frame}
  \titlepage
\end{frame}

\begin{frame}{Overview}
  \begin{itemize}[<+->]
    \item Background
    \item Method
    \item Results
  \end{itemize}
\end{frame}

\end{document}

面向真实演讲的写作流程

beamer 不是把论文切碎的工具。先把演讲流程分成「问题、方法、结果、结论」几段，每个 frame 只放一个主张。不要从正文稿粘贴长段落，而要压缩成图、公式和简短列表，只在逐步呈现真正有用的地方才加 \pause 或 <2->。overlay 是控制讲解顺序的工具，不是装饰。

• 先定下宽高比 — 如果知道投影环境，在动手设计之前就锁定 aspectratio=169 或 43。之后再改，已经摆好的图会全部错位。
• 每张的密度 — 列表控制在 3 到 5 项。内容溢出时，把 frame 拆开通常比逃向 [allowframebreaks] 更好读。
• 代码和日志 — 含 verbatim、lstlisting 或 minted 的 frame 一定要加 [fragile]，并让 \end{frame} 单独占一行。
• 要突出图的 frame — 加上 [plain] 可去掉主题的边框装饰，让图占满整屏。
• 用于分发的 PDF — 演讲用和分发用是两份不同的文档。用 handout 模式折叠 overlay 以及编写讲者备注，请见「讲义」页。