浮动体与放置

图不会出现在你写下 \begin{figure} 的地方。LaTeX 会把它从正文流中摘出来，先寄存在一个盒子队列里随身带着，等页面排布合适时才落下。这就是浮动体（float），而 [htbp] 那四个字母不过是一张许可证，写明 LaTeX 可以把它放在哪里。不了解这套机制就一路写 [h]，图反而会跑得更远。本页讲浮动体为什么会移动、[htbp] 每个字母的真实含义、[H] 与 [h!] 的决定性差别、\FloatBarrier 和 \clearpage 如何拦截、放置参数，以及 ! LaTeX Error: Too many unprocessed floats. 出现的真正条件。

图为什么不在你写它的位置

图表若被分页从中切开就没法看了：上半截在这页、下半截在下一页是行不通的。因此 LaTeX 把每幅图或表当作一个不可分割的盒子，等排过一段正文后，再从页顶、页底或专门收容浮动体的独立页中挑一处落下。这就是浮动体，标准环境有 figure 和 table 两个。不让你手工摆位置，而是把放置当作最优化问题来解，正如它处理断行一样——这正是 TeX 一以贯之的设计思路。

这个设计有两面。一面是：图表绝不会被切开，编号（“图 1”“表 2”）以及经由 \caption、\label、\ref 的交叉引用都会自动对齐，不用你操心。另一面是：写的位置和印出来的位置会分开。第二面并非缺陷，而是前提。既然正文可以按编号写「参见图 1」，图就不必紧挨着那句话——所以原则是按编号引用，绝不按位置指示。LaTeX 还按源码出现的顺序处理浮动体，因此后面的图可能超过前面的图先出现。这正是在正文里写「上图」「下图」很危险的原因。

[htbp] 里 h、t、b、p 的真实含义

figure 与 table 接收一个可选参数，即位置指定符：\begin{figure}[htbp] 里的方括号，它交给 LaTeX 一组许可——这些位置是允许的。什么都不写时，article、book 等类会套用默认值 tbp，其中并没有 h。换句话说，不写指定符的图，一开始就没有把「原地」列为候选。

多数文章把 [h] 说成「被忽略」，实际发生的却是 LaTeX 发出警告并改写它。排 \begin{figure}[h] 时，日志里会留下 LaTeX Warning: 'h' float specifier changed to 'ht'.，指定被当作 ht 处理。[h!] 同理，会得到 LaTeX Warning: '!h' float specifier changed to '!ht'.。读懂这条警告，就能当场明白图为什么跑到页顶去了。另一个误解是字母顺序：写 [bt] 和写 [tb] 毫无区别。 指定符是允许位置的集合而非序列，LaTeX 内部的尝试顺序是固定的。实践结论是别把选择面收得太窄——允许得越宽（[tbp] 或 [htbp]），图落得越近；收得越窄，尤其只写一个 [h]，图跑得越远。

\begin{figure}[htbp]
  \centering
  \includegraphics[width=0.6\textwidth]{plot}
  \caption{Measured values against the model}
  \label{fig:result}
\end{figure}

% refer by number, not by position; ~ keeps word and number on one line
See Figure~\ref{fig:result} for the result.

[H] 与 [h!] 的区别：其中一个根本不是浮动体

[H] 并不是「比 [h!] 更强的 here」。它根本不经过浮动机制。 float 宏包替换了 LaTeX 内部的 \@xfloat，一旦在指定符开头看到 H 就跳到另一段代码。也就是说 H 从不作为位置字母被求值，图表只是作为一个大盒子直接排在那里。所以不加载 float 就写 [H]，会以 ! LaTeX Error: Unknown float option 'H'. 中止。相比之下 [h!] 自始至终仍是浮动体，只是忽略内部限制；放不下时照样会往后漂。

实际编译一遍，差别立刻显现。在同一处放一幅高度为正文块一半的图，分别用 [H] 和 [!h]：[H] 的图纹丝不动，若放不下，连同周围正文一起被带到下一页。[!h] 的图先给出警告，然后越过后续正文飞到下一页顶部。所以 [H] 的意思是「绝对在这里，为此不惜分页」，[!h] 的意思是「尽量在这里，不行就走」。[H] 适合与句子顺序绑定的小图，比如步骤图、算法示意；但用在大图上，可能让前一页整个下半部分留白。也可以用 \floatplacement{figure}{H} 设为全文默认，代价几乎总是大片空白。

\usepackage{float}
% ...
\begin{figure}[H]   % not a float any more: pinned, page breaks around it
  \centering
  \includegraphics[width=0.6\textwidth]{diagram}
  \caption{Processing pipeline}
\end{figure}

拦住浮动体：\FloatBarrier 与 \clearpage

最让人恼火的是某一节的图在本节里放不下，结果溢进下一节。当第 2 节的图 3 出现在第 3 节正文中间时，读者会彻底找不着北。解药是 placeins 宏包的 \FloatBarrier，由 Donald Arseneau 编写并置于公有领域。若想按节隔开，就把它写在每个 \section 之前，或者加载 \usepackage[section]{placeins}，它会自动插到每个 \section 的开头。

这里有一个流行说法需要订正：「\FloatBarrier 不会分页」——这是错的。读 placeins 的源码就会发现，只要还有待处理的浮动体，\FloatBarrier 就发出 \newpage 并再次调用自身；若仍清不掉，就改用 \clearpage。实际运行中，若在有一幅大的 [b] 图待处理时经过屏障，图会落到下一页，正文则从再下一页继续——推进了两页。只有在完全没有待处理浮动体时，它才不分页。因此二者真正的区别不是「分不分页」，而是「无条件分页（\clearpage）与仅在必要时分页（\FloatBarrier）」。

\usepackage{placeins}          % or [section] to barrier every \section
\usepackage{afterpage}
% ...
\section{Experiment}
% ... figures and tables ...
\FloatBarrier                  % nothing may cross this line
\section{Discussion}

% flush pending floats at the END of the current page, not right here
\afterpage{\clearpage}

若想要 \clearpage 的效果，却又不能在此处分页，afterpage 宏包的 \afterpage{\clearpage} 正合用。它会在当前正在构建的页面自然结束之后再执行 \clearpage，因此正文中间不会开天窗。另一件更局部的工具是 \suppressfloats[t]，意思是「本页顶部不要再放浮动体了」——placeins 的 [section] 选项在标题之后内部用的正是它。顺带一提，[section] 默认相当严格，连浮动体上浮到本节起始位置之前都禁止。想放宽就加 [above] 或 [below] 选项。

浮动体放置参数：LaTeX 说「放不下」的真正原因

「明明该能放到页顶，为什么没放」的答案，多半在放置参数里。LaTeX 用一组比例和个数来决定它愿意把页面的多少让给浮动体，article 类的默认值是 \topfraction = 0.7、\bottomfraction = 0.3、\textfraction = 0.2、\floatpagefraction = 0.5，以及 topnumber = 2、bottomnumber = 1、totalnumber = 3。也就是说，高度超过正文高度 70% 的图无论如何都上不了页顶。如果它的指定符只写了 [t]，那它就无处可去，会被一路往后推。

比例用 \renewcommand{\topfraction}{0.85} 修改，整数用 \setcounter{totalnumber}{5} 修改。提高 \topfraction、降低 \textfraction，页顶就能容纳更多图表，「放不下就往后推」的驱逐随之减少。其实 [htbp] 中的 ! 就是这种调节的一次性局部版本。双栏另有一套数值，figure* 遵循 \dbltopfraction。这里有个比数字更要紧的事实：双栏的 figure* 只能放在 t 或 p。 LaTeX 内部根本没有为通栏浮动体准备底部列表，其默认指定符就是 tp。写 \begin{figure*}[hb] 连一句警告都没有——它会被悄悄送到页顶。

Too many unprocessed floats：上限是 52，不是 18

队列溢出时会得到 ! LaTeX Error: Too many unprocessed floats.。而广为流传的「浮动体最多 18 个」这个数字已经过时。latex.ltx 确实分配了 \bx@A 到 \bx@R 共十八个盒子，但在有 e-TeX 的环境下（今天在用的引擎全都是），它还会继续加上 \bx@S 到 \bx@Z 以及 \bx@AA 到 \bx@ZZ，总计 52 个。这项扩展是在 LaTeX 2015/10/01 的发行版中加入的。把确实无处安放的浮动体排起来实测，报错恰好出现在第 53 个。

出了这个错，并不意味着必须删图。同一时期加入的 \extrafloats{n} 可以在导言区追加盒子；实测中，一份在 52 个时溢出的文档，只要加上 \extrafloats{40}，错误立刻消失。但盒子不够通常是症状而非病因。会溢出的文档往往囤积着放不下的浮动体：某幅图高度超过正文的 70%，其指定符却只写了 [t]；或者一串浮动体之间几乎没有正文，导致根本没有分页机会。把指定符放宽到 [htbp]，并在适当处插入 \clearpage 把队列清空，才是治本的近路。与此相关的 LaTeX Warning: Float too large for page by ...pt 意为「这一幅放不进一页，所以我把它单独放逐到一页上」——这提示你该缩小图或更换纸张尺寸了。

% loosen the layout rules for the whole document
\renewcommand{\topfraction}{0.85}
\renewcommand{\textfraction}{0.1}
\renewcommand{\floatpagefraction}{0.75}
\setcounter{totalnumber}{5}

% allocate 40 more float boxes on top of the built-in 52
\extrafloats{40}

把两幅图并排放置

浮动体不挑内容，所以并排只需在一个 figure 里做出两个盒子。用原生 LaTeX 就是 minipage：一个按指定宽度造出「小页面」的环境。把两个并排放置，中间夹一个 \hfill（可伸缩的水平空白），多余的空白就被推向外侧，两个盒子贴住左右边界。宽度取略小于正文宽度的一半，0.48\textwidth 是常见值。总宽超过 \textwidth 就会出现 Overfull \hbox，第二个盒子会掉到下一行。

\begin{figure}[htbp]
  \centering
  \begin{minipage}{0.48\textwidth}
    \centering
    \includegraphics[width=\linewidth]{left}
    \caption{Left panel}      % its own number
    \label{fig:left}
  \end{minipage}
  \hfill
  \begin{minipage}{0.48\textwidth}
    \centering
    \includegraphics[width=\linewidth]{right}
    \caption{Right panel}     % a second, separate number
    \label{fig:right}
  \end{minipage}
\end{figure}

在每个 minipage 内部，\linewidth 指的是该 minipage 的宽度，所以写 \includegraphics[width=\linewidth] 正好填满盒子。这个例子里每个 minipage 都带了自己的 \caption，于是两幅图成了编号各自独立的「图 1」和「图 2」。若要做成同一幅图的 (a)(b)，那就该 subcaption 宏包上场了，具体用法交给姊妹页。双栏排版中若需要跨越正文宽度、通栏铺开的图，请用 figure*（表格用 table*）——但要记住，如前所述它只能落在页顶或浮动专用页。

让正文环绕图片：wrapfig

杂志上常见的「正文沿着小图侧边流过」的版式，用 wrapfig 宏包的 wrapfigure 环境（表格用 wraptable）。它同样出自 Donald Arseneau 之手，与 placeins 是同一位作者。它有四个参数，其中两个必填：{r} 是放在哪一侧，末尾的 {0.4\textwidth} 是图的宽度。可选的 [12] 是环绕的行数，可选的 [34pt] 是伸出量，即图向版心之外突出多少。位置字母成对出现：小写固定在原处，大写允许它作为浮动体移动。

\usepackage{wrapfig}
% [lines]{side}[overhang]{width}
\begin{wrapfigure}[12]{r}[34pt]{0.4\textwidth}
  \centering
  \includegraphics[width=0.38\textwidth]{portrait}
  \caption{Portrait}
\end{wrapfigure}

上例中，宽 0.4\textwidth 的图放在正文右侧，随后的 12 行从它左边绕过，[34pt] 让它伸进右页边距。省略行数时 wrapfig 会依图的高度估算；估算不准环绕就会变乱，出问题时明写行数是最快的补救。不过 wrapfig 脾气不小，它自己的手册就限定了可用的场合。

• 不要在列表内部或紧邻列表前后使用。 放进或紧贴 itemize、enumerate、description 都会出问题。
• 不要让它跨过分页。 放置时确保环绕不会被切成两页；远离页面边界。
• 不要让标题或行间公式环绕。 只让普通正文绕着它流动。
• 在段落边界开始，而不是段落中间。 在 minipage 或 parbox 内使用时，要确保环绕在该组结束之前完成。

环绕出问题时，把图稍微收窄、明写行数、把起点移动一个段落——通常这三招之一就能解决。若仍旧不服帖，放弃 wrapfig、退回普通浮动体（[htbp]，放在正文上方或下方），最终往往能得到更好读的版面。图的落点定下之后，接着就该给它编号和说明了。