分栏 (multicol/twocolumn)

分栏不是排版风格上的偏好，而是为阅读服务的装置。10pt 的 article 每行宽 345pt，英文约 78 个字符；而字体排印学者 Robert Bringhurst 认为舒适的行长是 45 到 75 个字符，理想值是 66。把页面切成两栏，每一行就正好回到这个区间。学术期刊、会议论文集和报纸之所以分栏，原因就在这里。LaTeX 为此准备了两件性格迥异的工具：类选项 twocolumn，以及 multicol 宏包的 multicols 环境。它们看着像是一回事，其实不是。本页要追的是真正会让人栽跟头的差异——最多能排几栏、最后一页会不会自动排齐，以及图表悄悄消失的两种不同原因。

twocolumn 和 multicol 该用哪一个

整篇文档双栏且含图表，用 twocolumn；只想让局部分栏、需要三栏以上、或要求最后一页排齐，用 multicol。分界线在浮动体上。twocolumn 原封不动地保留了 LaTeX 的浮动机制，因此 figure 仍会在栏内浮动，figure* 则横跨整页。而 multicol 是整套替换输出例程的实现，它换来了栏高平衡，代价是彻底放弃栏内浮动体。本页几乎所有讨论都由这一次交换派生而来。

把整篇文档排成双栏 —— twocolumn 选项

在类选项里加上 twocolumn 就够了：\documentclass[twocolumn]{article} 会把整个正文排成双栏（默认是 onecolumn）。许多学会论文类内部都以这个选项为前提来设计。若要在文档中途切换，可在正文里调用 \twocolumn 与 \onecolumn，但有两处限制：这两个命令都会开始新的一页，所以栏数不会在页面中途改变；而 \twocolumn 只能排出 恰好两栏。一旦需要第三栏，这件工具就到头了。

\documentclass[twocolumn]{article}

\twocolumn 还带一个可选参数，论文的“脸面”通常正是由它造出来的。写成 \twocolumn[⟨全宽内容⟩]，这部分内容会单独以 单栏（版心全宽） 排在双栏正文之上。标题、作者、单位与摘要横跨整页，正文从下方开始分成两栏——每篇会议论文都穿着的这身外衣，就是这一行写出来的。

\documentclass[twocolumn]{article}
\begin{document}
\twocolumn[%
  \begin{center}
    {\LARGE A Study of Narrow Measures}\\[4pt]
    A. Author \quad Institute of Typography
  \end{center}
  \vspace{1em}
]
The body starts here and is set in two columns.
\end{document}

栏与栏之间的间距是长度 \columnsep，其中竖线的粗细是 \columnseprule。标准类的默认值是 \columnsep 为 10pt、\columnseprule 为 0pt（不画线）。代入数字，开头那番话就具体了：10pt 的 article 的 \textwidth 是 345pt，因此单栏宽 (345 − 10) ÷ 2 = 167.5pt，英文约 38 个字符，正好落在 Bringhurst 为多栏推荐的 40 到 50 之下——也就是说，\columnsep 每加一点，都是从本已不宽裕的行长里扣。更划算的交换往往是画一条竖线：靠它在视觉上分开两栏，间距本身就能保持窄。

\setlength{\columnsep}{20pt}      % wider gap between the columns
\setlength{\columnseprule}{0.4pt} % thin vertical rule inside the gap

让图表跨栏占满全宽 —— figure* 与 table*

用带星号的环境。\begin{figure*} 与 \begin{table*} 会生成跨越两栏、占满页宽的浮动体。里面的宽度设定记住一条就能避开大部分事故：\columnwidth 是单栏的宽度，\textwidth 是两栏加栏间距的整个版心宽度。放进单栏的图用 width=\columnwidth，跨栏的图用 width=\textwidth。写反了，不是溢出版心，就是排得莫名其妙地小。

\documentclass[twocolumn]{article}
\usepackage{graphicx}
\begin{document}
% one column wide: an ordinary float
\begin{figure}
  \centering
  \includegraphics[width=\columnwidth]{plot}
  \caption{Fits inside a single column.}
\end{figure}

% spans both columns: starred float, default placement is [tp]
\begin{figure*}[t]
  \centering
  \includegraphics[width=\textwidth]{wide-plot}
  \caption{Spans the full text width.}
\end{figure*}
\end{document}

“figure* 没有出现在我写它的地方”“往后跳了三页”这类抱怨，一旦知道它的默认位置就说得通了。LaTeX 内核源码明确写着：所有跨栏浮动体的默认位置指定都是 tp。也就是说 \begin{figure*} 会被悄悄当作 [tp] 处理——页面顶部，或者一整页的浮动页——而不是 htbp。而且正如 LaTeX2e 参考手册指出的，双栏输出中的全宽浮动体不允许使用 b（页底）。如果下一页的顶部已被占用，它就会继续往后滑。确实需要放在页底时，加载 stfloats 或 dblfloatfix 就能让 b 生效。

这条队列里曾长期藏着一个颇有意思的缺陷。2015 年那次发布之前，LaTeX 用 两条彼此独立的延迟队列 管理待放的浮动体：一条给单栏浮动体，一条给跨栏浮动体。两条队列就会有插队——写在后面的单栏图 3，可能越过写在前面的跨栏图 2 先印出来。修正最初以 fixltx2e 宏包的形式发布，把两条队列合并成一条。2015 年，fixltx2e 的全部修正被并入内核本身，因此在任何现行 TeX 环境中都不必再额外加载什么。若读到旧帖抱怨图序错乱，先看看它的日期。

三栏以上，以及能排齐的栏 —— multicol 宏包

加载 \usepackage{multicol}，把要分栏的区域放进 multicols 环境，并把栏数作为参数传入。仅此一步就能获得 2 到 10 栏（十栏上限自 1.5 版起）；环境可在页面中途开始、中途结束，结束时会自行把各栏高度排齐。multicols 甚至可以嵌套。由于它不强制分页，在单栏正文中间插入一段三栏的术语表或索引，是件很自然的事。

\usepackage{multicol}
% ... later, in the body
\begin{multicols}{3}
  This text is broken into three balanced columns.
\end{multicols}

multicol 的诞生，起因是一份索引。1989 年，Frank Mittelbach 在为 doc 宏包写宏时，希望文档文件的索引和参考文献能挤在同一页上。标准双栏做不到这件事：\twocolumn 必定另起一页，而最后一页会以半空的右栏收尾。他在宏包文档里记下，第一版花掉了他 整整一个周末，起点是《The TeXbook》第 417 页的算法——并补了一句：这句话写在初版文档里，此后又投入了好几百个小时。也就是说，排齐栏高从一开始就不是为了好看，而是为了 省纸。

multicols 在栏数之后接受两个可选参数。第一个 [⟨前置文字⟩] 是紧接在分栏之上、以全宽排版的标题或引言。第二个 [⟨长度⟩] 是分栏能在此页开始所需的页底最小剩余空间，它会就此一次覆盖默认值 \premulticols（50pt）。若剩余不足，环境就从新的一页开始。前置内容较长时若省略这个参数，宏包可能以 Error saving partial page 报错，后面跟着 Some text may be lost!——它给出的处方正是加大 \premulticols。

\begin{multicols}{3}
    [\section{Glossary}
     This heading and this sentence run the full text width.]
    [6cm]
  Everything after the optional arguments is split into three columns.
\end{multicols}

为什么 twocolumn 的最后一页排不齐

因为 LaTeX 在知道还有下一栏之前，就已经把上一栏做完了。双栏模式下的输出例程 \@outputdblcol 每栏调用一次：左栏填满时，其内容被收进名为 \@leftcolumn 的盒子，排版随即继续；只有当右栏也填满，整页才被组装并输出。也就是说，LaTeX 从来没有过“手里握着剩余正文、决定如何一分为二”的时刻。于是 \end{document} 时剩下的内容径直流进左栏就停住，右栏短了一截。这不是缺陷，而是逐段推进的建页方式必然的结果。

multicol 把这个顺序倒了过来，谜底全在这里。它的文档把工作分成两步：先收集环境中的材料，到达末尾时再做平衡。正因为“先收集”，宏包才能用 \vsplit 切分得到的盒子，并不断改变高度试排，直到各栏高度接近相等。1.5 版还加了质量判定：用 TeX 的 badness（0 为最优，10000 为无限差）度量每个候选解，凡差于计数器 columnbadness（默认 10000）的一律弃用。另有 finalcolumnbadness（默认 9999）负责判断：内容稀薄的末栏与其硬拉伸成难看的样子，不如让它短一截收尾。

• \raggedcolumns — 不对齐各栏底部；默认是会对齐的 \flushcolumns
• 计数器 unbalance — 让除最右栏之外的各栏加长指定行数；每个环境结束后重置
• 计数器 minrows（默认 1）— 第一栏至少放多少行，用来避免只有一行的栏
• 计数器 columnbadness（默认 10000）— badness 超过该值的方案一律弃用
• 计数器 finalcolumnbadness（默认 9999）— 超过该值时，末栏宁可留短也不拉伸
• \maxbalancingoverflow（默认 12pt）— 排齐后若超出超过此值，就放弃平衡，改出一个普通页面

落到实处，办法有三。若想继续用 twocolumn 而只把最后一页排齐，balance 与 flushend 两个宏包会给输出例程打补丁来实现。但 TeX FAQ 提醒：两者在有浮动体时都容易出错，届时可能需要手工调整图表的位置。更稳妥的做法，是只把文末那一段用 multicols 环境包起来，或者干脆接受右栏短一截——多数期刊样式都容许这一点。

自己决定断栏位置 —— \columnbreak 与栏间竖线

\columnbreak 会在你放置它的位置结束当前栏，把后续内容送到下一栏（1.5u 版加入）。自 1.9 版起，它接受与 \pagebreak 同形的可选参数，可从 \columnbreak[0]（较弱的意愿）指定到 \columnbreak[4]（强制）。同样在 1.9 版还加入了 \newcolumn：断栏，并让当前栏保持较短。至于此处为何不能改用 \pagebreak，理由同样明白——在 multicols 内部，\pagebreak 会结束 收集阶段本身，于是该页所有栏会被一起关掉。

\setlength{\columnsep}{1.5em}      % gap between columns
\setlength{\columnseprule}{0.4pt}  % show a rule in the gap
\renewcommand{\columnseprulecolor}{\color{gray}}
\begin{multicols}{2}
  Text of the left column.
  \columnbreak                    % push the rest into the next column
  Text of the right column.
\end{multicols}

栏间距与竖线仍由与 twocolumn 相同的 \columnsep、\columnseprule 控制，multicol 在此之上补了一个 \columnseprulecolor（默认 \normalcolor，即正文颜色）。这些都应在进入环境之前设定。此外，宏包还悄悄改了一项设置：断行的容忍度。LaTeX 平常的 \tolerance 是 200，也就是 \fussy 背后的数值，对 38 个字符的行长而言过于苛刻。于是在环境内部，multicol 换成 \multicoltolerance（默认 9999）——距离“无所谓”的 10000 只差一步，是为窄栏准备的务实折中。若两端对齐后空隙仍然刺眼，惯用的对策是在环境内改用 \raggedright，或检查所用语言的连字符断词规则。

为什么图表在 multicols 里消失了

因为普通浮动体在那里根本没有实现，放进去的东西会被丢掉。在 multicols 里写 figure 或 table 环境，或者 \marginpar，日志中就会出现警告 Floats and marginpars not allowed inside 'multicols' environment!。宏包文档对后果说得很直白：这类浮动体会消失。它也交代了原因——要实现浮动体，就得把 LaTeX 的输出例程整个重写一遍，这远远超出了第一版所花的那个周末。由于这只是警告而非错误，文档照样能编译通过。如果图不见了，日志里又看不出别的毛病，先去找这一行。

带星号的浮动体在 multicols 里确实可用，但行为与 twocolumn 下不同。据文档所述，multicols 内的 figure* 更接近“单栏页面上的普通浮动体”：t、b、p 都可以指定，且它参照的是 \topfraction 而非 \dbltopfraction。不过有一条绝对限制——它绝不会出现在书写它的那一页。最早也要等到下一页的顶部，因此写 h 毫无意义。twocolumn 下不能用 b、multicols 内反而能用，这个颠倒就源于此。

那么，想在栏内放一张小图该怎么办？答案是：别把它做成浮动体。把 \includegraphics 直接放进 center 环境，它就会老老实实待在你写的位置（环境内 \linewidth 就是栏宽，因此 width=\linewidth 是顺手的写法）。若需要编号题注，用 caption 宏包的 \captionof{figure}{…} 即可，编号与交叉引用都不受影响。想让正文环绕，还可以用 wrapfig。不过，一旦发现 整篇文档都需要栏内浮动体，那就是该改用 twocolumn 而非 multicol 的信号。

\usepackage{multicol}
\usepackage{graphicx}
\usepackage{caption}   % provides \captionof
% ... in the body
\begin{multicols}{2}
  Text before the picture.
  \begin{center}
    \includegraphics[width=\linewidth]{plot}
    \captionof{figure}{Not a float, so it stays where it is written.}
  \end{center}
  Text after the picture.
\end{multicols}