我正在创建包含各种参考、引文、索引、目录和其他链接元素的文档。LaTeX 如何知道如何正确地交叉引用页面，同时正确地格式化页面并保持页码正确？
Latex 如何知道插入页面引用不会修改所引用标签的页面？
例如，如果我在文档后面引用了某个部分，\ref{sec:bestsection}那么 LaTeX 必须稍后找出该部分\label{sec:bestsction}位于哪个页面，然后返回并将其插入到\ref第二次编译的位置（请参阅这个答案）。
但是，假设我有一个很大的文档，并且恰好sec:bestsection在第10230。另外，假设这个大页码恰好为文档增加了足够的空间，以至于将另一个单词推到了页面末尾。一件事导致另一件事，现在sec:bestsection在第10231。
LaTeX 如何知道发生了这种情况并且不使用错误的页码？它是否总是假设 a\ref适合该行？
答案1
标题中问题的答案是“LaTeX没有知道”，至少不是完全知道。
LaTeX 如何管理交叉引用？
假设你有
As we shall see in section~\ref{sec!main-results}, ...
...[many pages later]...
\section{Main results}\label{sec!main-results}
We are now ready to prove the most important theorems.
看到的时候\label，页面\ref早已排版输出了：根本没办法“找回来修号”。
因此，这种方法不是“一次性正确获取所有交叉引用”，因为它需要在进行任何排版之前将整个文档保存在内存中。相反，LaTeX 在输出\label出现命令的页面时会立即写一条注释：在.aux文件中，你会发现类似
\newlabel{sec!main-results}{{3}{9}}
其中第一个数字是章节号，第二个数字是页码。只有在发送页面时才会写出注释，因为只有这样才能真正知道页码。请记住，TeX 总是会提前查看，并且只排版完整段落，然后再决定分页符。
在作业结束时，.aux文件被关闭并输入。此时\newlabel会获得一个适当的定义，其目的是检查标签是否在之前的运行中已知，在这种情况下，其中一个相关数字是否已更改。
此时你会看到如下警告
Label(s) may have changed. Rerun to get cross-references right
There were multiply-defined labels
Label `<label>' multiply defined
这应该是不言自明的。
在作业开始时，当 LaTeX 正在处理时\begin{document}，.aux文件被输入并\newlabel获得不同的定义，这允许\ref{sec!main-results}或\pageref{sec!main-results}打印正确的数字。但是什么数字？在上述情况下，即使您在运行之间添加了整个部分，部分编号也将是 3。只有在作业结束时，LaTeX 才会知道数字已更改，并且它会发出上面列出的第一个警告。
如果交叉引用未知，则??只会打印并发出有关已更改标签的警告。如果\ref或\pageref命令引用尚未定义的标签，则会收到警告
There were undefined references
但是也
Reference `<label>' on page <page> undefined
它会告诉你，也许你拼错了标签。
我们应该关心交叉引用的大小吗？
我们应该关心参考文献使用的空间吗？其实不必。段落通常具有足够的灵活性，允许收缩或拉伸一行而不会对输出进行实质性修改。这并非万无一失，而且有一些巧妙编写的文档永远无法稳定的例子：每次运行 LaTeX 都会更改与标签关联的页码，因此它永远不会保持不变。但是，这种情况在真实文档中发生的几率非常小。
那么多次运行怎么样？
文档处理器（例如）latexmk能够查看.log文件中有关已更改标签或未定义引用的警告，并触发新运行以修复输出。但是，交叉引用在每个时间点是否正确并不那么重要：当您没有收到上述警告时，它们就是正确的。
那文件怎么办.aux？
该.aux文件还有其他几个用途：例如引用，但也用于其他管理任务。软件包（尤其是hyperref）可以通过扩展两个版本的语法来修改所做的注释\newlabel，但处理这个问题会太耗时。想法仍然是一样的。
.aux重要提示。从这个描述中可以清楚地看出，在运行之间保持文件的完整性是基本的。除非由于某些致命错误而损坏，否则通常不应删除此文件。不完整的注释可能会导致输入文件时出错：在此错误处中断 LaTeX 运行将保留相同的损坏文件，因此在下次运行时将再次出现相同的错误。在这种情况下，删除文件.aux是唯一的补救措施。没什么大不了的，它将花费一次新的 LaTeX 运行（可能两次）。但是，当然，.aux在运行结束时删除正确的文件将总是产生有关未定义引用的错误。
最后，有一个开关可以让 LaTeX 不触及它写出的任何文件：如果你\nofiles在序言中添加，则.aux文件和用于目录和类似列表的文件将仅被输入而不会被重写。这是过去的遗留问题，当时即使写入文件或只是保持某些文件打开也会导致延迟，因此当人们确定交叉引用和列表是正确的时候，添加\nofiles可以节省一些运行时间。如今，开销非常小，以至于这种技巧几乎毫无用处。
答案2
它将所有引用的页码写入辅助文件。请注意，在第一次运行时，如果没有辅助文件，它会改为输入 ??。在以后的运行中，它会首先读取辅助文件。然后，当它记录页码时，它会将页码与上次运行中写入辅助文件的页码进行比较。如果任何引用不同，它会在运行结束时发出警告。
但可以想象，这个过程永远不会结束。随着页码位数的增加，可以想象（勉强）段落将变成一行更短，这是由于段落构建算法的工作方式。这反过来又会将引用的页面向后移动一页，从而再次缩短页码。但我认为你必须非常努力才能想出一个例子。
如果您使用罗马数字来编号页面，则会更容易一些：现在后面的页码可以使用更短的数字，这更有可能将段落缩短一行。
答案3
这就是为什么你需要运行 latex 两到三次（或更多次）的原因，如果你运行 latexmyfile.tex然后查看myfile.aux，你会看到所有的交叉引用信息。因此，在第一次运行时，引用是公正的，?但之后它使用上次写出的值。在运行结束时，latex 会进行一致性检查，以确保它写入的值与读入的值相同，如果它们不同，它会发出“标签已更改，重新运行 LaTeX”警告。