Fortran程序设计基础.ppt

第二章 Fortran程序设计基础 本章主要包括以下内容： 1. 程序书写 2. 字符集及标识符 3. 数据类型 4. 声明的有关事项 5. 算术表达式 6. 表控输入 /输出语句 第一节 程序书写 一 . 程序构造形式 例 2-1 简单 Fortran程序的构造形式 PROGRAM MONEY ！ Calculates balance after interest compounded REAL BALANCE, INTEREST, RATE BALANCE = 1000 RATE = 0.09 INTEREST = RATE BALANCE BALANCE = BALANCE + INTEREST PRINT ， New balance:， BALANCE END PROGRAM MONEY * PROGRAM 关键字 标识 Fortran 主程 序，后接程序名， 这一行是可选的； *！第二行是注释， 不参加编译； * REAL 是声明语句， 将后边的变量声明 为实型数； * 空行不参与编译，只 是增加程序的可读性； 这四行是非执行部分； 之后的部分到 END语句 之前为执行部分 根据上述的程序书写，给出简单 Fortran 90 程序 的构造形式： PROGRAM 程序名 声明语句 执行语句 ENDPROGRAM 程序名 方括号内的部分是可选的， END 语句是唯一 必须的，表示程序编译到此结束。 END 语句中的程序名可以省略，但若出现程 序名，必须同时出现 PROGRAM 关键字。 对于可选部分，如果缺省，则按照约定（隐 含）规则进行 二 . 语句 语句是 Fortran 程序的基本单位，一条语句可包含 0 132个字符。 Fortran77规定，一条语句的不同部分应从特定的列开始，这样的 书写格式称为固定格式，相应的程序文件扩展名为 .f 或 .for； Fortran 90 无此限制，自由格式，相应的文件扩展名为 .f90。 除赋值语句外，所有的语句都从一个关键字开始。例如： 例 2-1 中出现的关键字： PROGRAM、 REAL、 PRINT和 END。 一般情况下，每行一条语句。 若一行有多条语句，它们之间以分号间隔。 可以将几条简单的赋值语句写在一行上，例如： A =1； B =1； C =1 也可以只保证一行一条语句，例如： A =1 B =1 C =1 这完全根据个人的书写习惯决定。 假如一条语句一行写不完，允许出现续行，但 要求被续行最后的非空白字符为 Fortran 90 支持复数类型及其算术运算。 2 复数型常量 复数类型常量呈现下列形式： (r， m) 其中， r 代表复数常量的实部； m 代表复数常量的虚部。 四 . 逻辑类型 1 逻辑型变量 声明逻辑型 (或布尔型 )变量 L 的一般形式为： LOGICAL L LOGICAL(KIND=n)L 种类参数 n 为 1、 2、 4、 8，种类参数缺省值为 4。 2 逻辑型常量 逻辑型常量为 .TRUE.(逻辑真 )和 .FALSE.(逻辑假 )，其种类 参数取缺省值。 显式规定逻辑型常量的种类参数，例如： .TRUE._2，种类 参数规定为 2。 五 .字符类型 1 字符型变量 声明字符型变量 C 的一般形式为： CHARACTER C CHARACTER (LEN=len) C， CHARACTER*len C CHARACTER (LEN=len， KIND=n) C CHARACTER (KIND=n， LEN=len) C 字符型变量的规定： 字符型有两个可选参数：长度参数 LEN=和种类参数 KIND=。不管 是否显式规定，字符型种类参数总是 1，即一个字符占一个存储字节。 假如两个可选参数都没有给出，长度和种类参数均取缺省值 1； 若只给出一个参数，代表长度； 若给出两个参数，依次为长度和种类参数 (种类参数只能取 1)； 若采取关键字 (KIND =， LEN =)声明形式，参数顺序可以任意。例如： CHARACTER (KIND=1， LEN=10) Str CHARACTER (LEN=10， KIND=1) Str 2 字符型常量 Fortran 中的字符串统一以单引号或双引号作为界定符： k_ch k_“ch” 其中： k为可选的种类参数， ch 为字符 (串 )。 示例： “ WHAT KIND TYPE?” TODAY”S DATE IS “The average is： ” 约定： * 若要表示和界定符相同的字符，须用两个联系的界定字 符来表示，例如：字符型常量 “ Fortrans 90”，表示字符串 Fortrans 90，字符串长度为 12。 * 界定符必须统一：要么都用单引号，要么都用双引号。 一 . 强制类型声明 I N 规则：除非特别声明，在程序中的变量名 凡以 I、 J、 K、 L、 M、 N 这六个字母开头的都被 认为是整型变量，以其他字母开头的表示实型变 量。 推荐使用： 兼容 Fortran 90前版本的程序代码。 不推荐使用： 这种隐含约定往往会带来严重的程序错误。 第四节 声明的有关事项 例 2-3 PROGRAM Main Interest=0.08 Count=0.08 PRINT*, Interest = ,Interest !0 PRINT*, Count = , Cont !0.0 END PROGRAM Main IMPLICIT NONE REAL Interest, Count Interest=0.08 Count=0.08 PRINT*, Interest = ,Interest !0.08 PRINT*, Count = , Count !0.08 END 通过类型声明，消除 隐含约定带来的错误。 二 . 变量声明及初始化 Fortran 语言属于编译型语言，程序编译过程中编译器为引 用变量开辟了内存空间，程序执行过程中不再申请内存， 动态分配除外。 变量声明一般形式为： 数据类型 ，属性 : 变量列表 约定： * 属性包括 DIMENSION 、 PARAMETER 、 TARGET 、 POINTER 、 ALLOCATABLE、 INTENT 等； * 并列冒号 “ :” 是可选的； * 在声明的同时给变量赋初值，符号 “ :” 不能省略； * 声明部分必须出现在执行部分之前，不能出现在执行部 分； * DATA 也是声明的一部分，可以用来给变量赋初值，通 常跟在赋值的变量声明之后、执行语句之前； * 值得注意的是：一般的赋值语句是执行语句 例 2-4 变量声明及初始化 PROGRAM Main IMPLICIT NONE INTEGER a REAL(8) :b=2.0 COMPLEX(8) :c=(1.0,2.0) CHARACTER(20) :str=“Fortran 90” a=6 PRINT*, a=, a, ,b=, b, ,c=, c, ,str=, str END 程序执行结果： a=6 ,b=2.0 ,c=(1.0,2.0) ,str=Fortran 90 在声明的同时给变量赋初值，符号“ :”不能省略，省略时可采用如下形式： INTRGER a a=6 例 2-5 DATA 语句的使用 PROGRAM Main IMPLICIT NONE INTEGER a REAL(8) b COMPLEX(8) c CHARACTER(20) str DATA a,b,c,str/1,2.0,(1.0,2.0),FORTRAN 77/ PRINT*, a=, a, ,b=, b, ,c=, c, ,str=,str END * Fortran 77使用 DATA 语句来设置初值； * DATA 语句的格式是在 DATA 关键字后接上要设置初值 的变量，然后再用两个斜杠包住要设置的变量值。 三 . 常量声明 (PARAMETER) 在程序中固定不变的常数，如圆周率、重力加速度等，可以声明成变 量。 符号常量只能在声明时通过 PARAMETER 属性设置其值，而且只能 设置一次。在程序中不能改变。 例 2-6 常量声明 PROGRAM Main IMPLICIT NONE REAL,PARAMETER :PI=3.14159 PRINT 10, PI/6.0 10 FORMAT(PI/6.0=,F4.2) END 计算结果： 3.14159/6.0=0.523598 在格式要求中 F4.2，即带小数点后两位共四位的实数，按照四舍五入 的原则，得到结果： 0.52 算术表达式由运算符、常量和变量组成，算术表达式获得 的结果是标量，只是涉及到数值的大小。 1. 运算符及其优先级 Fortran 有 5 种算术运算符，分别是加、减、乘、除和乘幂， 按优先级由低到高排列如下： + 加， 减， * 乘， / 除， * 乘幂 (两个星号之间不能 有空格 )， ( ) 括号 其顺序是：乘除运算级高于加减运算，乘幂运算高于乘除运算，括号总是具有最 高优先级； 在运算级相同的情况下，按照 “ 从左到右 ” 的法则； 在连续的乘幂运算中，按照 “ 从右至左 ” 的法则，例如： 2*3*2，先计算 3*2，再计算左边的乘幂，结果是 512，而不是 64 第五节 算术表达式 2. 整数除法 编程实现除法运算时，如果是整数除法，那么结果也是整数。 值得注意的是：如果不能整除，那么结果只取商的整数部分，小数部 分被去掉，例如： INTEGER A， B， C A=1 B=2 C=A/B 那么编程计算结果为 C=0，而不是 0.5 因此对于变量 C,可以直接采用 1.0/2.0或者 0.5,而不能直接采用 1/2. 对于整除情况 ,不会存在以上的问题 ,例如 : INTEGER A， B， C A=6 B=2 C=A/B 那么编程计算结果为 C=3 3. 算术表达式中的类型转换 Fortran语言是非强类型语言，具有以下特点和规定 : * 允许 不同类型的数值型数据之间进行算术运算； * 不允许 数值型数据与非数据型数据之间进行算术运算； * 不同类型之间的算术运算式 一是显式地进行类型转换 ,例如 A、 B 分别为整型和实 型， REAL(A)就将整型 A 转换为实型， INT(B)则将实型 B 转换为整型。 一是系统自动转换规则，将低精度类型转换为高精度类 型，例如在整型和实型之间进行算术运算时，整型将转换 为实型。 例如 3+4.0，程序执行时先将 3转换成 3.0，然后执行 3.0+4.0，得到实型 结果 7.0。 * 数据类型转换是从左至右，当遇到不同类型时才开始转换。 例如： 9/4/3.0 程序执行时，先进行 9/4 整数除法运算，得整型数 2，然后整型数 2 被转换 成实型数 2.0，再除以实型数 3.0，最后结果时 0.6666667，而不是数学上的结果 0.75。 如果数值运算为 9/4.0/3.0，最后结果是 0.666666 ,根据数据格式写出结果。 因此：要注意计算机程序执行结果与数学习惯的区别。 4. 赋值语句中的类型转换 例 2-7，赋值语句中的类型转换 PROGRAM Main IMPLICIT NONE INTEGER :a=3/2 INTEGER :b=3.0/2 REAL :c=3/2 REAL :d=3.0/2 PRINT*, a=, a, ,b=, b, ,c=, c, ,d=,d END 程序运算结果： a=1, b=1, c=1.0000000, d=1.500000 程序说明： : 不能缺少； 变量与表达式的结果类型相同，直接进行赋值； 变量与表达式的结果类型不同，先进行表达式的类型转换，再进行赋值。 进行变量赋值时最好使用相同类型。 表控输入 /输出语句， READ*和 PRINT* 语句。 READ和 PRINT表示输入 /输出，“ *” 表示表控输入或输出，要求从 系统隐含指定的输入 /输出设备上输入或输出数据。 1. 表控输入语句 表控输入：自由格式输入。 READ*语句的一般形式为： READ* ,变量列表 约定： 表控输入，不必指定输入数据的格式，只需将数据依次输入； 变量列表的变量用逗号分开，例如： A1， A2， A3 当程序执行到 READ* 语句时，向设备发出输入数据的指令，通过键 盘输入数据。 第六节 表控输入 /输出语句 数据输入形式： 一个数据，可直接输入； 多个数据，数据之间要分隔，解决的办法有两个： (1) 使用多行输入数据，每个数据单独放一行。 (2) 在一行输入多个数据，各个数据之间用分隔符分隔开。 允许使用的分隔符有空格、逗号和斜杠 (/的作用是终止输入 )。 例 2-8 表控输入 PROGRAM Main IMPLICIT NONE INTEGER a REAL b CHARACTER(5) c LOGICAL d COMPLEX e PRINT*, “Input a, b, c, d, e” READ*, a, b, c, d, e PRINT*， a=, a, ,b=, b , ,c=, c, ,d=, d, ,e=, e END 程序运行结果： 显示： “ Input a, b, c, d, e” 读入： 1,2,abc,.true.,(1,-1) -这里用的分隔符是 ， 结果： a=1 ,b=2.0000000 ,c=abc ,d=T ,e=(1.0000000,-1.0000000) 数据输入约定： （ 1）如果输入数据个数多余变量个数，多余的数据不起作用（被忽略）； 如果输入数据个数少于变量个数，例如使用斜杠提前结束输入， Fortran不认为有错，而是把没有输入数据的数值型变量值设为 0或者 0.0（按照缺省值给定），字符型变量值的设定依赖于特定系统的字 符串。 （ 2）输入数据的类型要与对应的变量类型一致。 * Fortran允许将一个整数输入给一个实数，也允许将一个实数输入 给一个整数； * 一个整数或实数可以输出给一个字符型变量，一个含有前导字符 是字母的字符串不能输给一个整数或实数。 （ 3）若字符不含空格，输入时可不加界定符（“”或）；否则需加。 （ 4） Fortran规定：一个 READ*语句必须从一个新的输入行开始，即要 求输入数据的行数至少与 READ*语句的个数相等。 2. 表控输出语句 表控输出语句的一般形式为： PRINT*，输出变量列表 约定： （ 1）输出变量列表可以是常量、变量、表达式或字符串，使用逗号分隔。 （ 2） PRINT* 语句使用简单，可以跟踪计算过程中变量的变化情况。 （ 3）对多个 PRINT* 语句， Fortran 规定：每个 PRINT* 语句都从一个新行开 始输出，自动换行；若一个 PRINT* 语句无输出项，将在屏幕输出一空白行。 （ 4） PRINT* 语句具有计算功能，可以直接进行表达式计算。 例 2-9 表控输出 PROGRAM Main IMPLICIT NONE INTEGER :a=1,b=5,c=8 PRINT*, max(a,b,c)=, MAX(a,b,c) END 程序运行结果： max(a,b,c)=8 -在输出过程中执行了求最大值运算 程序由声明语句和执行语句构成，以 END结尾； Fortran90自 由格式，任一列开始，容纳 132字符，可续行 39个；记号内 不允许出现空白；注释以感叹号标识 字符集包括 26个字母，数字、下划线及 21个特殊字符；标识 符名只能由字母、数字和下划线构成，并以字母开头，长度可达 31个字符 数据类型：整型、实型、复数型、逻辑型和字符型，并以种类参数 KIND（存储字节数）控制数据取值范围和精度。字 符型除种类可选参数（值为 1）外，还有规定字符串长度的 可选参数 小 结 通过 IMPLICIT NONE 强制类型说明、声明变量的通用形式： 数据类型 ，属性 :变量列表，当有属性存在，或声明变量 的同时进行初始化，声明操作符（ :）是必须的。声明常量 使用 PARAMETER属性，并在声明同时进行赋值 算术运算规则及运算符号的优先级和数学上一致，整数除法 若不能整除，结果取商的整数部分，小数点后部分被去掉； 若表达式中操作类型不一致，且没有进行显式类型转换，系 统自动从左到右，按运算符号优先级，将低精度类型转换为高精度类型进行运算 当输入 /输出简单数据时，可以适用 READ*/PRINT*语句， 按自由格式，分别从键盘键入数据，从屏幕显示输出数据