LaTeX中Python代码的语法高亮

本文中，“{}”中的字母为LaTeX或Python的包名，只有“Pygments”是Python的包，其他都是LaTeX的包。

LaTeX提供了功能丰富的包(package)，以实现某些特定的排版功能。其中，{listings}包和{minted}包主要用于文档中程序代码语法的高亮显示，支持常见的编程语言。

{listings}基于内置或用户提供的关键字高亮程序代码语法，高亮的内容受限于关键词的数量，代码的着色功能也是有限。
{minted}使用Pymgent高亮程序代码，提供了更多的高亮内容，基本类似在Jupyter Notebook或Jupyter Qtconsole中的代码高亮。

使用{listings}包

{listings}的使用简洁明了：

在导言区加载包，并设置包选项。
在文档区使用\begin{lstlisting}\end{lstlisting}包围代码。
编译文档，PDF文件中，代码高亮显示。

可以根据自己的需要，通过\lstset设置列表参数，或定义自己的列表新环境。如果没有特殊的需求，使用{listings}已经足够。如下使用{listings}高亮Python代码。

例 1

% !TeX program = xelatex

\documentclass{ctexart}

\usepackage{xcolor}  	%高亮使用的颜色

\definecolor{commentcolor}{RGB}{85,139,78}

\definecolor{stringcolor}{RGB}{206,145,108}

\definecolor{keywordcolor}{RGB}{34,34,250}

\definecolor{backcolor}{RGB}{220,220,220}

\usepackage{accsupp}

\newcommand{\emptyaccsupp}[1]{\BeginAccSupp{ActualText={}}#1\EndAccSupp{}}

\usepackage{listings}

\lstset{						%高亮代码设置

	language=python, 					%Python语法高亮

	linewidth=0.9\linewidth,      		%列表list宽度

	%basicstyle=\ttfamily,				%tt无法显示空格

	commentstyle=\color{commentcolor},	%注释颜色

	keywordstyle=\color{keywordcolor},	%关键词颜色

	stringstyle=\color{stringcolor},	%字符串颜色

	%showspaces=true,					%显示空格

	numbers=left,						%行数显示在左侧

	numberstyle=\tiny\emptyaccsupp,		%行数数字格式

	numbersep=5pt,						%数字间隔

	frame=single,						%加框

	framerule=0pt,						%不划线

	escapeinside=@@,					%逃逸标志

	emptylines=1,						%

	xleftmargin=3em,					%list左边距

	backgroundcolor=\color{backcolor},	%列表背景色

	tabsize=4,							%制表符长度为4个字符

	gobble=4							%忽略每行代码前4个字符

	}

\begin{document}

这是Python语法高亮

\begin{lstlisting}

	def prtmotto(n):

	    for i in range(0,n):

	        print("lift is short, i use Python!")

\end{lstlisting}

\end{document}

}

使用{minted}包

{minted}包使用Python库(包)Pygments进行语法着色，所以首先必须安装Python，并安装Pygments库，同时使Python处于Windows系统路径。

{minted}的代码语法着色十分具有吸引力，但它没有{listings}好使用——简单的直接使用例外。当要在一个环境中包含minted环境，经常会带来许多问题。如果要定义自己的minted环境，比较方便的形式是使用{tcolorbox}包。

{mdframed}和{tcolorbox}都是定制框(box)的包，前者要自己hacker，后者的已有功能十分丰富，且定制功能强大。{tcolorbox}提供了minted库，通过如下形式之一使用：

\usepackage[minted]{tcolorbox}。自动加载{minted}包

通过\tcbuselibrary加载

\usepackage{tcolorbox}

\tcbuselibrary{minted}  %加载{minted}包

如果要定义新环境或命令，{tcolorbox}提供了如下命令：

\tcbset设置所有tcolorbox的参数。
tcolorbox和tcblisting环境建立box或列表list。
\newtcblisting或\newtcbinputlisting创建新的列表环境(tcblisting)或宏。
\newtcolorbox或\newtcbox创建新的tcolorbox环境或宏。
\DeclareTCBListing或\NewTCBListing创建有一个可选参数的列表(还是要2个以上的参数)。需要加载{xparse,listings}，但是{minted}应该在{listings}的后面，否则会覆盖minted选项的设置。
```
\usepackage[xparse,listings,minted]{tcolorbox}

或

\tcbuselibrary{xparse,listings,minted}
```
加载{xparse}后，选项中可以使用逻辑选项(对应xparse中的宏)：IfNoValueTF、IfValueTF、IfBooleanTF，注意用法。
结合{minted}的\newminted命令，可以方便定制基于{minted}的语法高亮。
{minted}内部使用了{fancyvrb}，要定义新的minted环境，必须包含命令\VerbatimEnvironment，如下定义了cpp代码环境(minted.pdf,P30)：
```
\newminted{cpp}{gobble=2,linenos}

\newenvironment{env}

   {\VerbatimEnvironment\begin{cppcode}}

   {\end{cppcode}}
```
\newtcblisting、\DeclareTCBListing等创建的列表不需要如此！

编译过程注意以下几点(以xelatex编译为例)：

{minted}将制表符转义为形如^^T的符号。在xelatex的编译选项中加入-8bit可避免此问题。
由于要调用Python的Pygments库，xelatex的编译选项中应加入-shell-escape。
在VScode中，即使文件第一行指定了xelatex编译，但是仍使用recipes中的latexmk(这道菜的做法和xelatex这道菜的做法不同！)，因此要专门选择recipes中的xelatex编译。尽量配置快捷键，见 VScode 配置为 LaTeX IDE

例 2

% !TEX program = xelatex

\documentclass{ctexart}

\usepackage[breakable,minted]{tcolorbox}

%tcolorbox设置：列表无边框、无边距、可跨页、位于页面中心、90%的正文宽度

\newtcblisting{pylistings}[1][]{

    frame empty,size=minimal,breakable,center,width=0.9\linewidth,

	listing only,

	minted language=python,

	minted options={ %自动移除前置空白、制表为4字符、mathhe和||内的不处理

		autogobble,tabsize=4,mathescape,escapeinside=||,

		linenos,numberblanklines=false,numbersep=2pt,#1}}

\begin{document}

\begin{pylistings}[showspaces]

	|$\sum_{x}^{2}$| |不处理|

	def prtmotto(n):		# 带一个参数参数

	    for i in range(0,n):

	        print("lift is short, i use Python!")

	prtmotto(2)

\end{pylistings}

\begin{pylistings}[]

print("如果没有参数，环境开始后也要带一个空的中括号")

\end{pylistings}

\end{document}

例2定义的列表环境包含了一个参数，方便调整某些代码的格式。使用中要注意以下2点：

即使没有参数，环境后也要有对中括号“[]”，否则会报错(tcolorbox.pdf中的有些例子也使如此处理的)。
参数以逗号分割，因此不能同时传递2个参数，如[showspace,numbers=none]会出现错误！

例 3

例3使用了\DeclareTCBListing命令，要先加载{xparse,listings}，放于{minted}之前。

为方便使用，定义了一个tcb样式pycode，就是常用选项的集合，使用方法也与选项相同。相同的选项参数，后面的设置会覆盖前面的！所以“minted options”选项移动到新列表的定义中，通过有无“*”判断是否使用新添加的选项。

pylistings是定义的新列表环境，一个可选参数和一个s参数，就是“*”号。使用了“*”就表示要添加额外的列表控制选项(主要控制空格的显示与否)。否则，就按照基本样式定制列表显示。和前一个例子的使用不同：如果没有添加新选项，环境后无需加中括号“[]”；否则，将新选项放在中括号中，前面加“*”并放于环境名后。

% !TEX program = xelatex

\documentclass{ctexart}

\usepackage[breakable,xparse,listings,minted]{tcolorbox}

\tcbset{pycode/.style={

	frame empty,size=minimal,breakable,center,width=0.9\linewidth,

	listing only,

	minted language=python}}

\DeclareTCBListing{pylistings}{s o}{pycode,

	IfBooleanTF={#1}

	{minted options={ %自动移除前置空白、制表为4字符、mathhe和||内的不处理

	autogobble,tabsize=4,mathescape,escapeinside=||,

	linenos,numberblanklines=false,numbersep=2pt,#2}}

	{minted options={ %自动移除前置空白、制表为4字符、mathhe和||内的不处理

	autogobble,tabsize=4,mathescape,escapeinside=||,

	linenos,numberblanklines=false,numbersep=2pt}}}

\begin{document}

\begin{pylistings}

	|$\sum_{x}^{2}$| #不处理

	def prtmotto(n):

		for i in range(0,n):

			print("lift is short, i use Python!")

\end{pylistings}

\begin{pylistings}*[]

	|$\sum_{x}^{2}$| #注意和上一个比较！

	def prtmotto(n):

\end{pylistings}

\begin{pylistings}*[showspaces]

	# test

	def prtmotto(n):

		for i in range(0,n):

			print("lift is short, i use Python!")

\end{pylistings}

\end{document}

问题：

"||"中的字符转义后，前后空一格
环境名后无参数，且代码第一行为注释语句时，注释语句会被当成参数而报错。仍旧能编译成功，但多出来一个"#"。可传递一个空参数，即{pylisting}*[]。

可参考的处理方案

如果一个文档中包含了集中不同的程序语言，要高亮显示，可以参考如下方法：

\newcommand{\mynewminted}[3]{%

	\newminted[#1]{#2}{#3}%

	\tcbset{myminted/#1/.style={minted language=#2,minted options={#3}}}}

\mynewminted{mypylb}{python}{autogobble,mathescape,escapeinside=||,

					linenos,numberblanklines=false,numbersep=2pt}

\newtcblisting{pylistings}[2][]{listing only,myminted/#2,#1}

%2 %用tcolorbox, breakable选项可跨页

\newminted[mypyc]{python}{autogobble,mathescape,escapeinside=||}

\newenvironment{mypy}[2][]

{%

	\def\mypyenvironment{#1}%save the environments

	\VerbatimEnvironment%

	\begin{tcolorbox}[#2]%

		\begin{\mypyenvironment}}%

		{%

		\end{\mypyenvironment}%

	\end{tcolorbox}%

}

%% 用法

\begin{pylistings}{mypylb}

def fun():  #fanhui

   return

\end{pylistings}

\begin{mypy}{mypyc}{}

def fun():  #fanhui

   return

\end{mypy}

minipage不能跨页(page break)，不用考虑。如果代码的第一行使用了“||”貌似有问题，看前面的例子。

{xparse}包

{xparse}的\NewDocumentCommand或\NewDocumentEnvironment的使用中，参数(arguments)分为两类：

强制性(mandatory)参数(找不到会报错)，分别用字母“m,r,R,v,b”表示，在环境名后以大括号“{}”包围实参。
可选(optional)参数，分别用字母“o,d,O,D,s,t,e,E”表示，在环境名后以中括号“[]”包围实参。
大写的字母一般要求提供一个默认值，如{s O{test} m}。
不是必须有强制性参数！强制性是参数设置的属性。可以设置2个可选参数。
如果要定义的参数不多，比较方便的是在其他参数前加s参数(BooleanTrue)，后跟其他参数。测试中只用一个o参数会报错，但又不想用强制参数，所以前面加s，需要了加个星号后跟参数，不需要的话什么都不做。比较方便。

代码使用Jupyter Notebook样式

在Jupyter Notebook或QTconsole中输入代码，并保存为LaTeX文件。
从中找到“In :”和“Out:”的颜色。
LaTeX文件中：定义颜色；代码前加“In :”或“Out:”，并添加颜色。
也可以之间在Jupyter Notebook中输入为Markdown，导出为LaTeX，然后调整样式。
这是看到：Mckinney2017、VanderPlas2017后想到的。

后记

学生实训，临时起意，给学生讲Python基础。先是用{listings}，后来不满意。直接用{minted}，又想控制部分代码的空格显示。用了{tcolorbox}后，还是想很好的控制空格显示，发现用网上的方法和自定义函数并不能令自己满意。看{tcolorbox}文档，接触{xparse}中的参数控制，形成了最后一个例子的结果。

记录上面过程，比较辛苦，但总归是有了两种以上的方法可供选择，这应该是好事！

参考文章

https://tex.stackexchange.com/questions/124657/combine-minted-and-tcolorbox